технологическое оборудование нпз

МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ

Глава I. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ НА МОНТАЖНЫХ РАБОТАХ

§ 1. Основные группы технологических операций

Способы монтажа технологического оборудования даже одной от­расли промышленности очень многообразны. Монтаж различных ви­дов оборудования хотя и имеет ряд общих основ, однако во многом различен. Опыт показывает, что в среднем при монтаже выполняет­ся около 70—80 видов операций. Все эти операции можно разде­лить на следующие основные группы:

1. Операции по раскреплению оборудования на транспортных средствах, распаковке ящиков с оборудованием, сортировке этого оборудования. Для растаривания сейчас применяют механизмы, а сборочные единицы и детали сортируют с помощью погрузчиков с захватами или грузоподъемных механизмов. Трудоемкость этих ра­бот составляет 2—3% общей трудоемкости.
2. Разматывание канатов, доставляемых на монтажную площад­ку в виде бухт, их резка на необходимую длину, соединение канатов при изготовлении из них деталей. Выполняют с помощью механизмов в мастерских. Крепление канатов к аппаратам и конструк­циям, а также строповка и расстроповка пока только частично меха­низированны.
3. Подъем и опускание грузов при погрузке на транспортные средства и выгрузке с них, укладка грузов у места установки или их штабелирование, а также перевозка внутри монтажной площад­ки. Выполняются различными механизмами.
4. Очистка поверхностей металлоконструкций и оборудования от ржавчины и окраска, а также очистка от смазки после консервации.
   Выполняется обычно в мастерских монтажных участков химичес­кими средствами или механизмами.
5. Слесарные операции: опиловка поверхностей, шабровка, правка металла заготовок и прочих элементов, разметка заготовок для изготовления деталей, нанесения рисок для мест сверления или приварка деталей. Осуществляются в основном с помощью ручных ма­шин. Подготовка к монтажным работам должна быть так организована, чтобы число слесарных операций, выполняемых вручную, было сведено к минимуму.
6. Сверление и развертка отверстий в металле и строительных конструкциях. Могут выполняться в мастерских монтажных загото­вок или непосредственно в монтажных условиях на уже смонтированном оборудовании. В последнем случае для выполнения этих опе­раций кроме сверлильных ручных машин требуются дополнительные устройства.
7. Резка металлических листов, уголков, швеллеров (для изго­товления различного нестандартного оборудования), труб, снятие фасок под сварку, вырезка фасонных отверстий в листовом металле и трубах. Большая часть этих работ производится ручными маши­нами.
8. Сборка и контроль затяжки резьбовых соединений. Встречаются при монтаже почти всех видов оборудования для крепления его к фундаментам, соединения различных деталей компрессоров, на­сосов, редукторов и т. п. Для выполнения этих операций применя­ются ручные ключи и ручные машины различных типов (гайковерты), выпускаемые серийно, однако для ряда специальных работ и определенных условий целесообразно иметь специальные ручные клю­чи.
9. Проверка и приемка фундаментов, установка и выверка прокладок, установка и выравнивание анкерных болтов.

10. Подъем и установка оборудования в проектное положение.

11. Выверка правильности установки отдельных элементов обо­рудования, центрирование сопрягаемых сборочных единиц, валов, отдельных элементов корпусов, выверка установки оборудования в собранном виде.

12. Испытания аппаратов и трубопроводов — гидравлическое, пневматическое и вакуумное, включающие следующие операции: установку заглушек; присоединение трубопроводов; установку и включение насосов или компрессоров; установку измерительной аппаратуры, манометров, вакуумметров; тарировку измеритель­ной аппаратуры; механические испытания оборудования (опробова­ние и пуск); подключение измерительной аппаратуры в зависимости от вида испытуемого оборудования; измерение оборотов, шума, тем­пературы масла в опорах.

Помимо перечисленных групп операций имеются и такие, кото­рые трудно отнести к какой-нибудь группе: установка и набивка сальников, смазывание деталей, маркировка заготовок, рихтовка элементов оборудования, развальцовка труб и др.

Отдельно в процессе монтажа выделяются сварочные работы, однако здесь имеется ряд операций, которые могут быть отнесены к слесарным: зачистка сварных швов и поверхностей под сварку, предварительная рихтовка деталей перед сваркой.
§ 2. Оценка уровня механизации монтажных работ

Многие из вышеперечисленных операций выпелняют с помощью машин и специальных приспособлений, однако, еще немало опера­ций на монтажных работах осуществляется вручную. Поэтому ос­новной задачей сейчас является доведение до минимума числа руч­ных операций, т. е. механизация работ. Это значительно повысит производительность труда, снизит стоимость и сократит сроки мон­тажа, во многих случаях повысит качество работ.

Различают частичную и комплексную механизацию работ.

Частичная механизация — это применение машин на отдельных основных наиболее трудоемких операциях и процессах.

Комплексная механизация — это использование машин на основ­ных и вспомогательных операциях, связанных технологически, при­чем работы выполняют машины и механизмы, связанные между со­бой по производительности.

При комплексной механизации все основные и вспомогательные тя­желые и трудоемкие операции и процессы механизированы средства­ми (машинами, оборудованием), отвечающими передовому уровню развития техники, взаимно увязанными по производительности, обеспечивающими заданный темп (сроки) всего процесса и наивыс­шие, возможные в данных условиях технико-экономические пока­затели, т. е. наиболее высокую производительность труда при на­именьших затратах.

Если подъем и установку оборудования при монтаже осуществля­ют механизированным способом, а остальные операции: завертыва­ние резьбовых соединений на фланцах, крепление аппарата к фун­даменту, его выверку — выполняют вручную, то работу считают частично механизированной. В действительности такая классифика­ция, принятая в других отраслях промышленности, для монтажных работ является весьма приближенной. Например, горизонтальный аппарат поднимают механизированным способом, но если на аппарат устанавливают большое количество обвязочных трубопроводов, а также много контрольной и измерительной аппаратуры, то трудо­емкость работ по их установке может оказаться существенно боль­ше, чем трудоемкость подъема.

Механизация монтажных работ оценивается рядом показателей. Так как механизацию монтажных работ в основном определяет производительность труда, то для оценки и сравнения принят по­казатель производительности труда

где Q — объем работ, т; Т — затраты труда, чел.-дни.

Для массовых операций, как, например, завертывание резьбо­вых соединений или зачистка сварных швов, производительность мо­жет оцениваться по следующей зависимости:

где К — число завертываемых гаек или число зачищенных метров сварного шва; Т₁ — время для выполнения этих операций, ч.

Величина К должна приниматься для определенных условий, на­пример для одинаковых диаметра резьбы и длины завинчивания, для одной и той же толщины слоя снимаемого материала и одного каче­ства материала.

Фактическое состояние механизации работ оценивается показа­телем, называемым уровнем механизации труда Ум.т. Этот уровень выражается в процентах н представляет собой отношение затрат механизированного труда к общим трудовым затратам всех рабочих, занятых выполнением процессов и операций данного вида работ:

где Т_м — затраты механизированного труда, чел.-дн. или чел.-ч; Т_р — затра­ты ручного труда, чел.-дни или чел.-ч; Т — общие затраты труда, чел.-дни или чел.-ч.

Комплексная механизация работ выражается в процентах и оце­нивается так называемым уровнем комплексной механизации У_к.м.р.:

где Q_к.м.р. — объем работ в натуральных измерителях, выполненных комп­лексно-механизированным способом; Q — общий объем работ в тех же изме­рителях, сделанный за тот же период, что и Q_к.м.р.

Уровень комплексной механизации показывает масштаб исполь­зования машин на тех или иных работах, однако не позволяет пол­ностью оценить производительность монтажа объекта или даже уста­новки в целом. Например, У_к.м.р. при монтаже компрессора состав­ляет 80—85%, так как станины цилиндров, занимающие 75—80% массы компрессора, поднимают механизмами и на этих работах за­нято не больше 10% всех монтажников. На оставшихся же 20% работ трудится 90% рабочих, монтирующих этот компрессор. Та­кие примеры относятся ко многим видам оборудования. Поэтому об эффективности монтажа нельзя судить только по уровню комплекс­ной механизации, а необходимо увязывать его и с другими показа­телями (объем работ, выполняемых ручными машинами, объемы ра­бот, требующих выверки, и т. д.).

Российская Федерация – один из мировых лидеров по добыче и производству нефти. В государстве действует более 50 предприятий, основными задачами которых является нефтепереработка и нефтехимия. Среди них Кириши НОС, Омский НПЗ, «Лукойл-НОРСИ», РНК, «ЯрославНОС» и так далее.

На данный момент большинство из них соединены с известными нефтегазовыми компаниями, такими как «Роснефть», «Лукойл», «Газпром» и «Сургутнефтегаз». Период работы такого производства составляет около 3 лет.

Основные продукты нефтепереработки – это бензин, керосин и ДТ. Сейчас более 90% всего добытого черного золота используется для получения топлива: авиационного, реактивного, дизельного, печного, котельного, – а также смазочных масел и сырья для будущей химической обработки.

Технология нефтепереработки состоит из нескольких этапов:

• разделение продукции на фракции, которые отличаются температурой кипения;
• переработка данных объединений при помощи химических соединений и производство товарных нефтепродуктов;
• смешивание составляющих с применением разнообразных смесей.

Отделом науки, который посвящен переработке горючих полезных ископаемых, является нефтехимия. Она изучает процессы получения изделий из черного золота и конечных химических выработок. К ним относятся спирт, альдегид, аммиак, водород, кислота, кетон и тому подобное. На сегодняшний день всего 10% добытой нефти служит сырьем для нефтехимии.

Процессы нефтепереработки разделяются на первичные и вторичные. Первые не подразумевают химического изменения черного золота, а обеспечивают его физическое разделение на фракции. Задачей вторых является повышение объемов производимого топлива. Они содействуют химическим преобразованиям молекул углеводорода, который входит в состав нефти, в более простые соединения.

Первичные процессы происходят в три этапа. Начальный – это подготовка черного золота. Оно проходит дополнительную очистку от механических примесей, осуществляется устранение легких газов и воды на современном электрообессоливающем оборудовании.

Далее следует атмосферная перегонка. Нефть перемещается в ректификационную колонну, где происходит ее деление на фракции: бензиновые, керосиновые, дизельные и в заключение – в мазут. Качество, которое имеет продукция на данном этапе переработки, не соответствует товарным характеристикам, поэтому фракции подвергаются вторичным обработкам.

Вторичные процессы можно разделить на несколько видов:

• углубляющие (каталитический и термический крекинг, висбрекинг, медленное коксование, гидрокрекинг, изготовление битумов и так далее);
• облагораживающие (риформинг, гидроочистка, изомеризация и тому подобное);
• другие операции по производству масла и ароматических углеводородов, а также алкилирование.

Риформинг применяется для бензиновой фракции. В итоге она насыщается ароматическими смесями. Извлеченное сырье используют в качестве элемента для получения бензина.

Каталитический крекинг служит для расщепления молекул тяжелых газов, которые затем применяются для выпуска топлива.

Гидрокрекингом является способ расщепления молекул газов в избытке гидрогена. В результате данного процесса получается дизельное топливо и элементы для бензина.

Коксованием называется операция по добыче нефтяных коксов из тяжелой фракции и остатков вторичного процесса.

Гидрокрекинг, гидрирование, гидроочистка, гидродеароматизация, гидродепарафинизация – это все гидрогенизационные процессы в нефтепереработке. Их отличительной характеристикой является проведение каталитических преобразований с присутствием гидрогена или газа, который содержит воду.

Современные установки для первичной промышленной переработки нефти часто комбинированы и могут выполнять и некоторые вторичные процессы в разнообразных объемах.

Оборудование для нефтепереработки – это:

• генераторы;
• резервуары;
• фильтры;
• нагреватели жидкости и газа;
• инсинераторы (устройства для термической утилизации отходов);
• факельные системы;
• газовые компрессоры;
• паровые турбины;
• теплообменники;
• стенды гидроиспытаний трубопроводов;
• трубы;
• фитинги и тому подобное.

Кроме того, на предприятиях применяются технологические печи для нефтепереработки. Они предназначены для подогрева технологической среды при помощи тепла, которое выделилось во время сжигания топлива. Существует две разновидности данных агрегатов: трубчатые печи и устройства для сжигания жидких, твердых и газообразных остатков производства.

Основы нефтепереработки заключаются в том, что в первую очередь производство начинается с перегонки нефти и образования ее в отдельные фракции. Затем основная часть полученных соединений преобразуется в более необходимую продукцию при помощи изменений их физических характеристик и строения молекул под воздействием крекинга, риформинга и остальных операций, которые относятся к вторичным процессам. Далее нефтепродукты последовательно проходят разные виды очистки и разделения.

Крупные нефтеперерабатывающие предприятия занимаются фракционированием, преобразованием, обработкой и смешиванием черного золота со смазочными материалами. Кроме того, они производят тяжелое топливо и асфальт, а также могут проводить дальнейшую перегонку нефтепродуктов.

Для начала необходимо провести проектирование и строительство нефтепереработки. Это достаточно сложный и ответственный процесс.

Проектирование и строительство нефтепереработки происходит в несколько стадий:

• формирование главных целей и задач предприятия и проведение инвестиционного анализа;
• выбор территории под производство и получение разрешения на возведение завода;
• сам проект нефтеперерабатывающего комплекса;
• сбор необходимых устройств и механизмов, выполнение строительства и монтажа, а также пусконаладочных действий;
• завершающий этап – сдача нефтедобывающего предприятия в эксплуатацию.

Производство продукции из черного золота происходит при помощи специализированных механизмов.

Нефтегазовая промышленность широко развита на территории Российской Федерации. Поэтому встает вопрос о создании новых производств и усовершенствовании и модернизации технического оборудования. Для того, чтобы вывести российскую нефтегазовую индустрию на новый, более высокий уровень, и проводится ежегодная выставка научных достижений в данной области «Нефтегаз».

Экспозиция «Нефтегаз» будет отличаться своей масштабностью и большим количеством приглашенных компаний. Среди них не только популярные отечественные фирмы, но и представители других государств. Они продемонстрируют свои достижения, инновационные технологии, свежие бизнес-проекты и тому подобное.

Кроме того, на выставке будет представлена продукция нефтепереработки, альтернативные виды топлива и энергии, современное оборудование для предприятий и так далее.

В рамках мероприятия планируется проведение разнообразных конференций, семинаров, презентаций, дискуссий, мастер-классов, лекций и обсуждений.

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

Ташкентский химико-технологический институт

Кафедра: Технология переработки нефти и газа

ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Лекции составлены по материалам, которые автор читал студентам IV курса специальности “Химическая технология переработки нефти и газа” в соответствии с рабочей программой по предмету ” оборудования нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования” и может быть полезным всем, кто изучает процессы и оборудования нефтеперерабатывающей промышленности.

Составили: к.х.н. доц. Каримов К.Г. , асс. Арипджанов О.Ю.

ЕКЦИЯ 1. Классификация и методы расчета оборудования нефтеперерабатывающих заводов …………………………………

ЛЕКЦИЯ 2. Оборудование для разделения жидкостей и лазов..

ЛЕКЦИЯ 3. Электрическая очистка газов ……………………….

ЛЕКЦИЯ 4. Установки химических процессов переработки нефтяного сырья……………………………….

ЛЕКЦИЯ 5. Устройство реакторов…………………………………

ЛЕКЦИЯ 6. Материальный баланс аппарата…………………….

ЛЕКЦИЯ 7. Теплообменные аппараты……………………………

ЛЕКЦИЯ 8. Абсорбционные процессы в нефтепереработке….

ЛЕКЦИЯ 9. Тарельчатые абсорберы………………………………

ЛЕКЦИЯ 10. Общие понятия об адсорбционных процессах……

ЛЕКЦИЯ 11. Десорбционные процессы и аппараты……………

ЛЕКЦИЯ 12. Процесс ректификации и аппараты нефтепереработки…………………………………………………….

ЛЕКЦИЯ 13. Технология процесса ректификации………………

14. ЛЕКЦИЯ 14. Расчет ректификационных колонн……………….

15. ЛЕКЦИЯ 15. Конструкция ректификационных аппаратов……

16. ЛЕКЦИЯ 16. Экстракционные процессы и аппараты………….

КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОБОРУДОВАНИЯ

План

1. Классификация процессов осуществляемых на нефтеперерабатывающих производствах
2. Методы и последовательность расчета оборудования
3. Технологический расчет

Все процессы, осуществляемые на нефтеперерабатывающих про­изводствах, в зависимости от основных законов, объединяющих их, подразделяют на следующие группы:

1) гидромеханические процессы (перемещение жидкостей и газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем, пере­мешивание жидкостей);

2) массообменные процессы (объединены законами масс – передачи и включают перегонку, ректификацию, абсорбцию, ад­сорбцию, экстракцию, кристаллизацию и сушку);

3) тепловые процессы (объединены законами теплопередачи и включают нагревание, охлаждение и конденсацию, выпарива­ние) ;

4) механические процессы (измельчение, транспортирование, классификация и смещение твердых веществ);

5) химические процессы (объединены законами химической кинетики и включают разнообразные химические реакции).

Все перечисленные процессы протекают в соответствующих аппаратах и машинах, конструкция которых определяется наи­более целесообразным способом и конкретными условиями осу­ществления данного процесса.

Однотипные физические, физико-химические и химические процессы в основном характеризуются общими закономерностя­ми и в различных производствах осуществляются в машинах и аппаратах, работающих по одному принципу.

Классификация технологического оборудования в соответст­вии с процессами, которые в нем протекают, удобна не только для изучения, «о и для комплексного технологического и меха­нического расчета каждого аппарата или машины.

Проведение гидромеханических процессов обеспечивается насосами (для перемещения жидкостей), компрессорными ма­шинами (для перемещения и сжатия газов), отстойниками (для осаждения под действием сил тяжести твердых частиц или ка­пелек воды, распределенных в жидкой фазе), фильтрами (для разделения суспензий, содержащих мелкие взвешенные частицы, которые задерживаются пористыми перегородками), центрифу­гами (для разделения эмульсий и суспензий в поле центробеж­ных сил), мешалками (для получения однородных растворов, эмульсий, суспензий, а также для интенсификации диффузион­ных и тепловых процессов) и другими машинами и аппаратами.

Для осуществления тепловых процессов применяют трубчатые печи огневые нагреватели, в которых тепло сжигаемой топлива передается сырью, и теплообменные аппараты, в которых регенерируется тепло нефтеперерабатывающих установок или конденсируются пары и охлаждаются отходящие от установок дистилляты.

Для массообменных процессов применяют главным образа колонные аппараты: ректификационные колонны, абсорберы адсорберы, десорберы, экстракторы и т. д.

Механические процессы осуществляются в дробилках, мель­ницах, классификаторах и дозаторах твердых материалов.

Химические процессы протекают в реакционных аппаратах различных конструкций — реакторах.

По способу организации основного технологического процес­са аппараты подразделяют на аппараты периодического и не­прерывного действия.

Аппараты периодического действия через определенные про­межутки времени сначала загружают исходными сырьем и ма­териалами, а после завершения процесса разгружают от конеч­ного продукта. Такой цикл повторяется в течение всего времени осуществления технологического процесса.

Особенностью аппаратов непрерывного действия является непрерывное поступление исходных сырья и материалов и не­прерывная выгрузка целевых продуктов. При установившемся процессе загрузка и разгрузка аппарата происходят единовре­менно, без циклов.

Методы и последовательность расчета оборудования

Изготовлению каждого аппарата (или машины) предшествует его проектирование (конструирование). В зависимости от зна­чимости оборудования, его изученности, наличия типовых проек­тов или апробированных решений проектируют его в одну или две стадии. В большинстве случаев оборудование проектируют в одну стадию, при этом проектная организация выдает заказ­чику технология рабочий проект, содержащий всю необходимую до­кументацию (схемы, чертежи, сметы) для изготовления, данного оборудования.

Оборудование, не имеющее прототипа, мало изученное, иг­рающее основную роль в технологическом процессе, проектиру­ют в две стадии. Первая стадия – технический проект. На этой стадии решаются принципиальные вопросы и проводятся укруп­ненные расчеты. Технический проект содержит подробные раз­работки и конкретные решения конструкции оборудования, что позволяет тщательно разработать и проанализировать проект, чтобы избежать возможных ошибок. На базе уточненного и ут­вержденного технического проекта составляют рабочие чертежи (вторая стадия проектирования).

Основными данными для проектирования являются: произ­водительность, режим работы, расходные нормы, условия нормальной работы, коррозионные и токсические свойства сырья. И получаемых продуктов, а также требования техники безопасно­сти при проведении данного процесса. Производительность мо­жет быть задана по сырью, целевому продукту, полуфабрика­там, реагентам, тепло и хладоносителям и т. д. Режимом работы предусматривается продолжительность. Работы непрерывно действующего оборудования или продолжительность отдельных операций и циклов для периодически действующего оборудова­ния. Некоторые данные находят расчетным путем, например выход целевого продукта или полуфабрикатов, если задано их качество.

Проектирование аппаратов и машин включает их технологи­ческий и механический расчет.

Технологический расчет необходим для определения основных размеров оборудования, обеспечивающих оптимальный режим его работы. Для этого рассчитывают массовые потоки перера­батываемых материалов, энергетические затраты, необходимые для осуществления процесса. Путем анализа кинетических за­кономерностей находят такие оптимальные условия процесса, при которых размеры оборудования, минимальны. Например, при проектировании теплообменных аппаратов можно при раз­личных размерах поверхностей теплообмена обеспечить равное количество передаваемого тепла за счет соответствующих ско­ростей движения теплообменивающихся сред. Чем больше эти ско­рости, тем меньше требуемая поверхность теплообмена, но тем выше затраты энергии на преодоление гидравлических сопро­тивлений, вызванных увеличением скорости. Поэтому при про­ектировании рассчитывают несколько вариантов, чтобы был воз­можен выбор наиболее эффективных условий работы при наи­меньших затратах.

Вопросы для проверки

1. На какие группы подразделяются процессы осуществляемые на нефтеперерабатывающих производствах
2. Гидромеханические процессы на НПЗ
3. Массообменные процессы на НПЗ
4. Тепловые процессы на НПЗ
5. Мезанические процессы на НПЗ
6. Химические процессы на НПЗ
7. Аппараты периодического и непрерывного действия, отличительные особенности аппаратов непрерывного действия
8. Основные данные необходимые для проектирования
9. Определение основных размеров оборудования
10. Технологический расчет

ЛЕКЦИЯ 2

ОБОРОДЕВАНИЯ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ЛАЗОВ

План

1. Оборудования для разделения жидкостей и газов
2. Отстойники, фильтры
3. Центрифуги и сепараторы
4. Циклоны

Отстойники — это аппараты, в которых равномерно распреде­ленные в жидкой фазе твердые частицы или капельки воды постепенно осаждаются под действием собственного веса. В некоторых случаях, наоборот, взвешенные капельки всплы­вают, а внешняя фаза оседает (например, в нефтеловушках).

Отстаивание можно осуществлять периодически и непре­рывно. В первом случае процесс происходит с постепенным уплотнением осадка и осветлением жидкой фазы при одновре­менном снижении уровня раздела фаз. Этот уровень может быть ярко выражен, если скорость осаждения постоянна до момента начала уплотнения осадка. Непрерывный процесс ха­рактеризуется постоянством уровня раздела фаз, или уровня зон отстаивания.

Движению осаждающихся под действием собственного веса частиц препятствуют подъемная сила внешней фазы и сопро­тивление среды. Подъемная сила равна весу объема внеш­ней среды, вытесняемой частицами в процессе движения. Со­противление среды является результатом ускоренного движения частиц и зависит от следующих факторов: скорости движения частиц в данный момент; размеров и формы частиц; вязкости внешней фазы.

При малых размерах частиц и большой вязкости внешней среды, когда скорость осаждения мала, сопротивление среды определяется только силой трения частиц о жидкую фазу. Та­кой режим осаждения называют ламинарным. При значитель­ных размерах частиц, больших скоростях осаждения и малой вязкости внешней среды движение сопровождается вихреобразованием, которое представляет собой основное сопротивление среды, намного превышающее сопротивление сил трения. Такой режим осаждения называют турбулентным.

Режим осаждения характеризуется критерием рейнольдса, определяемым по формуле.

К наиболее распространенным в нефтепереработке отстой­никам относятся дегидраторы горизонтальные цилиндриче­ские аппараты, предназначенные для отделения воды взве­шенными в ней частицами грязи от поступающей на переработ­ку нефти.

В дегидраторе происходит разделение трех фаз: нефти, во­ды и твердого осадка. Скорость осаждения грязи больше ско­рости осаждения воды, поэтому она скорее достигает дна ап­парата. Чтобы осадок не оставался в аппарате долгое время и не успевал уплотниться и затвердеть, воду спускают из дегидратора возможно чаще. Удаление воды осуществляется авто­матически по мере ее накопления. На отводных линиях не должно быть

острых углов или поднимающихся участков. Аппарат необходимо несколько наклонить в сторону спускного штуцера, чтобы грязь сползала под действием собственного веса. Все дегидраторы работают под давлением. Они являются отстойными аппаратами полунепрерывного действия, поскольку внешняя фаза (очищенная нефть) отводится из них непрерыв­но, а осадок (вода и грязь) периодически.

В настоящее время для очистки эмульсионных нефтей от воды применяют главным образом электродегидраторы, в ко­торых процесс отстаивания ускоряется благодаря воздействию на эмульсию поля переменного электрического тока высокого напряжения (до 40000 В). Вследствие этого мелкие капельки воды, сливаясь, укрупняются. Осаждение укрупненных капелек происходит, как и в обычных дегидраторах, под действием раз­ности удельных весов.

Для отстаивания густых и твердых фаз применяют верти­кальные отстойники с конусным днищем периодического и не­прерывного действия. Из практических соображений размеры отстойников принимают следующими: высота цилиндрической части—(1 —1,5) D, конусной части — не менее 0,5 D (где D — диаметр аппарата).

Аппараты периодического действия применяют для трудно­разделяющихся сред, требующих продолжительного отстаива­ния и использования специальных коагуляторов. Их использу­ют также, если осаждению предшествует другой процесс, осу­ществленный в тех же аппаратах. Примером периодически дей­ствующих вертикальных отстойников могут служить кислотные мешалки, отстойные емкости установок регенерации кислого гудрона и др.

Примером аппарата непрерывного действия может служить отстойник для осаждения механических примесей (шлама). Отличительная особенность аппарата — специальное скребковое устройство, с помощью которого шлам снимается со дна ем­кости и выталкивается к спускному штуцеру.

Процесс фильтрации заключается в пропускании суспензии через перегородку, состоящую из фильтрующего материала и постепенно накапливающегося на его поверхности слоя осадка. В фильтрующем материале имеются поры различных размеров и формы. Жидкость проходит через поры, совершая движение по сложной траектории, обусловленной их расположением. При этом взвешенные твердые частицы задерживаются в порах со­ответствующих размеров, уменьшая их свободное сечение и препятствуя дальнейшему прохождению не только крупных, но и более мелких частиц.

Жидкость проходит сначала через слой осадка, образовав­шегося на поверхности фильтрующей перегородки. По мере утолщения осадка он уплотняется, а размеры пор для прохода жидкости уменьшаются. Таким образом, в большинстве случаев фильтрация осуществляется в основном через слой осадка, по­этому фильтрат высокого качества получается только после того, как на фильтрующей перегородке образуется слой осадка определенной толщины.

С увеличением слоя осадка качество фильтрата неизменно улучшается, но одновременно возрастает потеря напора при прохождении жидкости через фильтрующую перегородку. По­этому при образовании слоя осадка определенной толщины фильтрацию необходимо прекратить, а лишний слой осадка срезать и удалить с поверхности фильтрующего материала.

Пропускная способность, или производительность, каждого фильтра при известном давлении перед фильтрующей перего­родкой зависит от свойств суспензии, фильтрующего материала и толщины слоя осадка на нем.

В качестве фильтрующих материалов применяют главным образом тканые, набивные, а также сетчатые (плетеные из про­волок) и керамические фильтрующие перегородки. Выбор фильтрующего материала обусловлен его удерживающей спо­собностью, свойствами суспензии и режимом фильтрации (дав­лением и температурой).

На большинстве фильтров осадок промывается водой или иной жидкостью, а также просушивается воздухом, горячими газами, перегретым паром или обезвоживается путем механи­ческого отжима.

продолжительность цикла фильтрации, включающего собст­венно фильтрацию, продувку, промывку, просушку и удаление лишнего осадка, разборку и сборку фильтра, зависит от коли­чества и свойств осадка.

В зависимости от режима работы различают фильтры перио­дического и непрерывного действия. По способу создания дви­жущей силы процесса фильтры делятся на работающие под давлением и вакуум-фильтры.

Выбор типа фильтра и фильтрующего материала, как пра­вило, проводится на основе экспериментальных данных или в результате специального изучения свойств суспензии, подле­жащей фильтрованию.

Рамный фильтр-пресс (рис.I) относится к периодически действующим фильтрам, имеет развитую поверхность фильтра­ции, работает под давлением. Он состоит из вертикально рас­положенных плит и заключенных между ними рам (рис. 2), сжимаемых нажимной плитой (привод ее может быть ручным, гидравлическим или электромеханическим). Плиты, рамы и на­жимная плита с двух сторон опираются специальными рожками на балки, жесткость которых обеспечивается стойками и тягами, На этих жебалках закреплена упорная плита, к которой прижимается вся система, состоящая из плит, рам и нажимной плиты.

Фильтрующую ткань или бумагу зажимают между рифле­ными плоскостями плит и рамами. В процессе формирования элементов необходимо обращать внимание на то, чтобы фильт­ровальный материал, зажатый между рамами и плитами, не имел складок. В каждом из двух верхних углов плиты и рамы имеются отверстия, которые после сборки фильтра образуют два канала, соединенных через штуцер упорной плиты с трубопроводами. Один канал предназначен для суспензии, другой для промывной жидкости. Отверстия рам проверяют специаль­ным щупом: закупорка этих отверстий часто служит причиной поломки плит вследствие одностороннего давления.

1,8 — опорные стойки; 2—7 — опорные балки со стяжками и стойками; 9 — зажимной механизм; 10 — зажимная плита; //, 12 — фильтрующие плиты и рамы; 13 — упорная плита; 14 — ступица; 15 — зажимной винт.

Отверстия рам, составляющих в собранном виде общий ка-нал-для суспензии, соединены с внутренней полостью так, что суспензия поступает в пространство между двумя плитами. Пройдя через фильтрующую перегородку, жидкость стекает по каналам плит к выходному отверстию, заканчивающемуся краником.

1 Среднее профессиональное образование А. В. Сугак, В. К. Леонтьев, Ю. А. Веткин Оборудование нефтеперерабатывающего производства Рекомендовано Федеральным государственным автономным учреждением «Федеральный институт развития образования» (ФГАУ «ФИРО») в качестве учебного пособия для использования в учебном процессе образовательных учреждений, реализующих программы среднего профессионального образования по специальности «Переработка нефти и газа», ПМ.01 «Эксплуатация технологического оборудования» Регистрационный номер рецензии 441 от 12 декабря 2011 г. ФГАУ «ФИРО»

2 УДК 665.6(075.32) ББК я723 С89 Рецензент преподаватель спецдисциплин КА и Р 27 (УК 5), Почетный работник начального профессионального образования Российской Федерации И. Л. Липская Сугак А. В. С89 Оборудование нефтеперерабатывающего производства : учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / А. В. Сугак, В. К. Леонтьев, Ю. А. Веткин. М. : Издательский центр «Академия», с. ISBN Представлена классификация основного оборудования для проведения процессов переработки нефти. Изложны основные требования к выбору оборудования, материала для изготовления элементов конструкций. Приведены описание, принцип действия и основы расчета оборудования для процессов переработки нефти, а также особенности его эксплуатации. Учебное пособие может быть использовано при освоении профессионального модуля ПМ.01 «Эксплуатация технологического оборудования» по специальности «Переработка нефти и газа». Для студентов учреждений среднего профессионального образования. УДК 665.6(075.32) ББК я723 Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается ISBN Сугак А. В., Леонтьев В. К., Веткин Ю. А., 2012 Образовательно-издательский центр «Академия», 2012 Оформление. Издательский центр «Академия», 2012

3 Пре д и с л о в и е Современные процессы переработки нефти отличаются большим многообразием параметров, каждый из которых оказывает существенное влияние на качество и глубину ее переработки. Большое значение имеет также хороший уровень знаний по правильному выбору, обоснованному расчету и умелой эксплуатации сложного оборудования, которое обладает высокой единичной мощностью, современными средствами автоматизации и механизации. Выпускник колледжа, занимая на предприятии должность техника-конструктора, аппаратчика или начальника смены, должен обладать комплексом современных научных знаний об основных процессах нефтепереработки, устройстве и принципе действия оборудования. Это необходимо еще и потому, что эти процессы относятся к высшему классу взрыво- и пожароопасности и их неправильная эксплуатация может привести к тяжелым последствиям как для здоровья людей, так и для окружающей среды. В учебном пособии представлена классификация основного оборудования для проведения процессов переработки нефти. Изложены основные требования к вопросам выбора оборудования, материала для изготовления элементов конструкций. Приведены описание, принцип действия и основы расчета оборудования для процессов переработки нефти, а также особенности его монтажа, эксплуатации, обслуживания и ремонта.

4 Гла в а 1 Классификация и расчет оборудования нефтеперерабатывающего производства Характеристика нефти. Переработка нефтяного сырья Первые упоминания об использовании нефти в качестве топлива появились в русских летописях VI в. Вплоть до второй половины XIX в. нефть сжигали в топках. Однако уже во второй половине XIX в. из нефти стали получать керосин, используемый для освещения, и смазочные масла, которые нашли применение в быстро развивающемся машиностроении. Бензин в то время сжигали как побочный продукт. Лишь в XX в., с началом активного развития автомобильной и авиационной промышленности, бензин становится основным продуктом переработки нефти. Кроме того, совершенствование технологии переработки нефти позволило получить другие продукты (лигроин, смазочные масла и т. д.), а в 1930-х гг. начато производство нефтепродуктов, которые впоследствии стали использоваться в химической промышленности: этилен, пропилен, фенол, бензол и т. д. Таким образом, переработка нефти превращается в важнейшую отрасль нефтехимического синтеза. В настоящее время на заводах, оснащенных современным оборудованием, из нефти получают не только различные виды топлив (нефтеперерабатывающие заводы), но и сырье для производства пластмасс, синтетического каучука, синтетических моющих средств и т. д. (нефтехимические заводы). Состав и свойства нефти. Нефть представляет собой маслянистую жидкость плотностью ρ, значение которой находится в диапазоне кг/м 3. Цвет нефти от светло-желтого до темнокоричневого и даже черного. Температура застывания нефти от 20 до +10 С; теплота сгорания составляет кдж/кг.

5 Нефть состоит из % углерода и % водорода, которые находятся в связанном состоянии. Такие вещества называют углеводородами. Кроме того, в нефти также имеется незначительное количество азота, серы, кислорода. Так как нефть при добыче находится под давлением, то часть легких углеводородов (С 1 С 4 ) испаряется в виде попутного газа, а часть остается. Такую нефть называют нестабильной. Первичная переработка нефти. Первичным этапом переработки нефти является ее стабилизация, которая заключается в отгонке более легких компонентов. Эти компоненты отправляются в газофракционирующую установку, где, в свою очередь, разделяются на фракции: метан, этан, пропан, бутан. Удаление из нефти минеральных солей осуществляют в процессе обессоливания промывки теплой водой. Дальнейшее удаление воды из нефти производят, как правило, электрическим методом пропусканием нефтяной пленки через электроды. В результате этого происходят активное разрушение эмульсии и отделение нефти от воды. На современных нефтеперерабатывающих заводах существуют физические и химические методы переработки нефти. В основе физического метода переработки нефти лежит использование физических свойств компонентов, входящих в ее состав: температур кипения, растворимости, кристаллизации. Этот процесс переработки называют перегонкой. На рис. 1.1 представлена схема процесса перегонки нефти. Разогретая в трубчатой печи 1 до 350 С нефть, находясь в парожидком состоянии, подается в колонну 2 Рис Схема процесса перегонки нефти: 1 трубчатая печь; 2 колонна; 3, 4 теплообменники 5

6 Таблица 1.1. Получаемые фракции при перегонке нефти Фракции Температура отбора, С Выход, % масс. Бензин До ,5 Лигроин ,5 Керосин ,0 Соляровое масло ,0 Мазут ,0 и охлаждается жидкостью (флегмой), стекающей сверху. Соприкосновение паров с жидкостью приводит к разделению смеси на фракции по температурам кипения. Часть полученного бензина после охлаждения в теплообменниках 3 и 4 конденсируется и в виде флегмы возвращается в колонну. Мазут далее используют в качестве сырья для производства смазочных масел или в результате дальнейшего химического превращения из него получают бензин. Значения температур, при которых производят отбор фракций, и примерный выход продукта приведены в табл Химические методы переработки нефти предусматривают воздействие на нефть в целях осуществления более глубоких структурных изменений углеводородного сырья. Такие изменения происходят в результате воздействия на нефть давлением, катализаторами, повышением температуры. Например, термический крекинг (пиролиз, риформинг, коксование) проводят при температуре С и давлении до 7 МПа. Химические методы позволяют дополнительно получить жидкие и газообразные продукты. Это происходит благодаря расщеплению углеводородов под воздействием температуры. В нефтеперерабатывающей промышленности часто для ускорения химического процесса используют катализатор. Такие процессы проводят при температуре С и атмосферном давлении. Присутствие катализатора увеличивает выход бензина до 70 % и повышает его октановое число до 82 единиц. К таким процессам можно отнести каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и др. Завершающим этапом процесса получения моторных топлив и смазочных масел является их очистка от непредельных углеводородов, сернистых и азотистых соединений. Эти процессы проводят с помощью химических (сернокислотная очистка и гидроочистка) и физико-химических (абсорбция и адсорбция) методов. 6

7 1.2. Классификация оборудования по назначению и конструкции Процесс переработки нефти представляет собой сложную цепочку взаимосвязанных технологических операций, каждая из которых важна и необходима. Все оборудование химической технологии в зависимости от закономерностей протекания процесса условно подразделяют на пять групп. К первой группе отнесится оборудование для проведения механических процессов: измельчения, транспортирования, сортировки и смешения твердых материалов. Процессы этой группы проводят в специально сконструированных машинах и аппаратах (например, измельчителях, классификаторах, дозаторах и др.). Вторая группа оборудование для гидромеханических процессов, интенсивность которых определяется законами гидродинамики законами о движении жидкостей и газов. К этой группе оборудования относятся трубопроводы для перемещения жидкостей и газов, осадительные камеры, циклоны и гидроциклоны и др. Третья группа оборудование для тепловых процессов, скорость протекания которых зависит от скорости теплопередачи. В данную группу входят холодильники, подогреватели, испарители, выпарные установки, холодильные агрегаты, печи и др. Четвертая группа включает в себя оборудование для массообменных процессов, скорость которых зависит от скорости массопередачи. Это абсорберы, адсорберы, колонны для перегонки, ректификации, экстракции, кристаллизации, аппараты для сушки и др. Пятая группа химические реакторы, в которых происходит химическая реакция превращение веществ с изменением их химических свойств. Конструкции реакторов разнообразны: реакторы с мешалками, с неподвижным или псевдоожиженным слоем катализатора и др. Технологический процесс может быть организован в периодическом или непрерывном режиме. В периодическом режиме все стадии процесса проводятся в одном аппарате, но в разное время. Например, сначала осуществляют загрузку исходного сырья, затем перемешивают и нагревают смесь, а после окончания процесса опорожняют реактор. В таком режиме последовательно проводят все технологические операции, каждая из которых требует строгого соблюдения временны х параметров процесса, участия большого числа реагентов. Как правило, произво- 7

8 дительность таких процессов невелика. В периодическом режиме проводят процессы с участием большого числа участвующих компонентов, а также малотоннажные процессы. При непрерывном режиме загрузка сырья, протекание процесса, выгрузка продукта осуществляются в одно время, но в разных аппаратах. К преимуществам непрерывного режима проведения процесса относится возможность использования специальной аппаратуры для каждой стадии процесса, стабилизации процесса во времени, улучшения качества продукта, решения вопросов автоматизированного управления процессом. Как правило, многотоннажные процессы переработки нефти осуществляют в непрерывном режиме Требования, предъявляемые к аппаратам К аппарату, в котором должен проходить процесс, предъявляется ряд требований. Каждый аппарат должен быть надежным, удобным и безопасным в эксплуатации, высокопроизводительным и экономичным. Главным условием длительной и бесперебойной работы аппарата является его механическая надежность (прочность, жесткость, устойчивость, долговечность, герметичность конструкции). Аппарат должен обладать конструктивным совершенством, под которым понимают простоту конструкции, малые массу и габаритные размеры, минимально необходимое количество дорогостоящих материалов, используемых при его конструировании, высокий коэффициент полезного действия. К эксплуатационным достоинствам аппарата относятся удобство, простота и низкая стоимость сборки, монтажа и эксплуатации. На выбор конструкции также оказывают влияние следующие критерии: особенности технологического процесса; силы, действующие на аппарат; особенности изготовления аппарата; эксплуатационные требования. К особенностям технологического процесса относятся характер процесса (тепловой, диффузионный, массообменный и др.) и способ проведения процесса (периодический, непрерывный). Кроме того, 8

9 необходимо иметь данные по агрегатному состоянию обрабатываемых веществ, термодинамическим условиям проведения процесса (давление, температура), степени агрессивности сред. При выборе необходимо изучить, какие силы (динамические нагрузки) будут действовать на аппарат во время его эксплуатации. Особенности изготовления аппарата определяются доступностью способов его изготовления, легкостью обработки конструкционного материала деталей, из которых он изготовлен. К эксплуатационным требованиям относится оснащение конструкции различными узлами и устройствами: люками, крышками, смотровыми окнами и другими вспомогательными устройствами. Учитывая указанные критерии, можно произвести обоснованный выбор конструкции аппарата Методы и последовательность расчета оборудования Основной целью расчета технологического оборудования являются определение основных размеров аппаратов, задействованных в осуществлении технологического процесса, и обеспечение его безопасной эксплуатации. Конечной целью таких расчетов являю тся поиск оптимальных условий проведения процесса и минимизация затрат на его осуществление. Существует определенный подход к анализу процесса и проведению расчетов. На первом этапе необходимо определить необходимое количество сырья G с, поступающего на переработку, и получаемое количество продукта G прод. Для этой цели используют уравнение материального баланса, которое составляют на основании закона сохранения массы: G с = G пр (1.1) Уравнение материального баланса может быть составлено для всего технологического процесса получения продукта или для отдельного технологического процесса (одного аппарата). Величины, входящие в уравнение (1.1), могут иметь размерность [кг/сут], [кг/ч] или [кг/c]. Основой для составления уравнения материального баланса в случае проведения химического превращения являются уравнения химической реакции, из которых получают необходимые данные о требуемом количестве исходного вещества для получения необходимого количества продукта. 9

10 В условиях промышленной реализации химического процесса, когда в силу ряда факторов фактическое количество получаемого продукта G пр.ф становится меньше теоретического G пр.т, вводят понятие выход продукта, значение которого определяют по формуле η = G пр.ф /G пр. т. Если задана годовая производительность предприятия по продукту П (кг/год) при непрерывном режиме работы, то его суточную производительность цеха G пр (кг/сут) можно определить по формуле G пр = П/N раб, где N раб количество рабочих дней в году. Зная соотношение между количеством продукта и количеством сырья, идущего на переработку, можно рассчитать необходимое количество аппаратов, размещаемых в цехе. При непрерывном режиме проведения процесса необходимое качество аппаратов N н составит N н = Q V τ пр /(V ном ϕ), где Q V объемный расход сырья, поступающего в цех на переработку, м 3 /с; τ пр время пребывания жидкости в аппарате (для химического процесса величина τ пр равна времени реакции τ р ), с; V ном номинальный объем одного аппарата, м 3 ; ϕ коэффициент заполнения аппарата, значение которого зависит от конкретного процесса (при полностью заполненном аппарате ϕ = 1; если процесс проходит без пенообразования, то можно принять ϕ = 0,75 0,80; при пенообразовании ϕ = 0,4 0,6). Если процесс проводят в периодическом режиме, то необходимое количество аппаратов N пер, размещаемых в цехе, определяют по формуле N пер = Q V τ пр /(24V ном ϕ). (1.2) В уравнении (1.2) принят трехсменный режим работы цеха. Если при проведении расчетов необходимо определить номинальный объем одного аппарата V ном, то можно воспользоваться уравнением V ном = V ж /ϕ, где V ж объем жидкости в аппарате. Объем жидкости в аппарате определяют по формуле V ж = τ пр Q ап V, ап где Q V производительность одного аппарата (реактора) по сырью, м 3 /с. 10

11 Площадь поперечного сечения аппарата S определяют по уравнению S = Q ап V /v, где v средняя скорость потока, м/с, значение которой известно или им задаются (например, для вынужденного движения газа по трубе можно принять v = м/с; для вынужденного движения жидкости v = 1,5 2,0 м/с; для пара v = м/с). Диаметр аппарата может быть найден по формуле D ап = (4S/π) 0,5, где V площадь сечения аппарата, м 2. В случае, если реактор заполнен катализатором или насадкой со значением удельной поверхности σ (м 2 /м 3 ), рабочий объем такого аппарата составит V раб = S кат /σ, где S кат площадь сечения аппарата, занятая насадкой, м 2 ; значение σ находят из справочной литературы. Необходимый объем катализатора в реакторе определяют по уравнению V кат = Q ап V /n об, где n об объемная скорость подачи сырья, ч -1, равная количеству кубометров сырья, проходящего через 1 м 3 катализатора за 1 ч (ее значение находят из справочной литературы для конкретного химического процесса. Например, для процесса каталитического крекинга, проводимого на алюмосиликатном катализаторе, n об принимают в диапазоне 2,0 2,4 ч -1 ). Для определения тепловых характеристик процесса, расчета и подбора необходимого теплообменного оборудования используют уравнение теплового баланса Q с + Q р + Q тн + Q ф.п + Q пост = Q пр, (1.3) где Q с количество теплоты, поступающее в реактор с сырьем; Q р количество теплоты, выделяемое или поглощаемое химической реакцией; Q тн количество теплоты, отдаваемое хладагенту или получаемое от теплоносителя; Q ф.п количество теплоты, затрачиваемое на фазовый переход вещества; Q пост количество теплоты, теряемое или поступающее от окружающей среды; Q пр количество теплоты, выходящее из реактора с продуктом. Уравнение (1.3) составлено для стационарного процесса. Знак «плюс» в уравнении (1.3) перед слагаемым означает, что теплота поступает в реактор, знак «минус» выходит из него в окружающую среду. 11

12 Уравнение (1.3) может быть упрощено в зависимости от конкретного теплового режима, в котором протекает процесс. Например, если в реакторе адиабатического действия протекает реакция с поглощением теплоты, фазового превращения не происходит, реактор работает в непрерывном режиме и тепловыми потерями пренебрегли, то уравнение теплового баланса примет вид Q с – Q пр = Q р. В этом случае Q р = G с q р x, где G с массовый расход сырья; q р тепловой эффект реакции, значение которого определяется по справочной литературе; x степень превращения вещества, которая показывает глубину протекания реакции и изменяется в диапазоне от 0 до 1. В случае проведения процесса в изотермическом режиме уравнение (1.3) можно записать в виде Q тн = Q р (1.4) В уравнении (1.4) значение Q тн можно определить по формуле Q тн = KSΔt ср или KSΔt ср = G тн с тн (t тн.н – t тн.к ), где K коэффициент теплопередачи; S требуемая площадь поверхности теплообмена; Δt ср средняя разность температур; G тн массовый расход теплоносителя; с тн теплоемкость теплоносителя; t тн.н, t тн.к начальная и конечная температуры теплоносителя. По уравнению теплового баланса можно определить важные параметры процесса: необходимое количество отводимой или подводимой теплоты, требуемую площадь поверхности теплопередачи и расход теплоносителя Сосуды, работающие под давлением. Стандарты на оборудование В подразд. 1.4 были определены основные требования, предъявляемые к аппаратам процессов переработки нефти. Следование этим требованиям особенно важно в связи с необходимостью эксплуатации оборудования в экстремальных условиях при высоких значениях температуры и давлении. 12

13 Таблица 1.2. Время выдержки сосуда под пробным давлением Толщина стенки, мм Время выдержки, мин До Свыше 50 до Свыше Если избыточное давление в аппарате превышает 0,07 МПа, то для такого аппарата необходимо соблюдать Правила Ростехнадзора, которые устанавливают основные требования к изготовлению, испытанию, безопасной эксплуатации оборудования. Для безопасной эксплуатации оборудование подвергают гидравлическим испытаниям и испытаниям на герметичность. При гидравлических испытаниях значение пробного давления зависит от расчетного давления p и определяется по формуле [ ] [ ] p пр = [ ] [ ] σ , p, σ где σ, σ допустимые напряжения материала корпуса при 20 t 20 С и рабочей температуре. Время испытаний определяется исходя из условий работы аппарата и исполнительной толщины стенки (табл. 1.2). Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если во время их проведения не наблюдается падения давления по манометру, отсутствуют течи, потение, пузырьки воздуха или газа в сварных соединениях и на основном металле, признаки разрыва и течи в разъемных соединениях, а также отсутствует остаточная деформация. Помимо гидравлических испытаний могут проводиться испытания на герметичность. Их проводят в целях определения утечек на местах сварных швов люминесцентным методом или путем смачивания керосином. Керосин вследствие малого значения коэффициента поверхностного натяжения обладает хорошей проникающей способностью. Сварные швы с одной стороны обильно смачиваются керосином, а с другой покрываются мелом. В местах наличия трещин или пор на мелованной стороне шва выступают пятна. Время выдержки в зависимости от толщины металла и расположения шва составляет от 20 до 40 мин. К основным требованиям Ростехнадзора к оборудованию относятся следующие: t 13

14 1. Изготовленный аппарат должен подвергаться испытаниям гидравлическим способом при пробном давлении на заводеизготовителе и на месте эксплуатации при периодическом освидетельствовании. В случае невозможности проведения гидроиспытаний (например, для колонных аппаратов в связи с большими нагрузками на фундамент) разрешается проведение пневмоиспытаний на такое же пробное давление. При этом после выдерживания аппарата в течение 5 мин и снижения давления до рабочего проверку качества сварных швов осуществляют мыльной пеной. Отстукивание сварных швов аппарата не допускается из-за вероятности разгерметизации корпуса. Заполнение такого аппарата сжатым воздухом возможно только после его пропаривания водяным паром, так как в корпусе могут остаться взрывоопасные вещества. Сосуды, работающие без давления (под налив), испытывают наливом воды под верхнюю кромку сосуда и выдержкой в течение четырех часов. Аппараты, работающие под вакуумом, подвергаются гидроиспытаниям при значении пробного избыточного давления р проб = 0,2 МПа, а пневмоиспытаниям при давлении р проб = 0,11 МПа. 2. Емкостные аппараты, имеющие внутренний диаметр корпуса более 800 мм, для удобства обслуживания должны снабжаться люками-лазами, диаметр которых должен быть более 400 мм. 3. Особые требования предъявляются к сварным швам аппаратов. Например, продольные и поперечные швы обечаек стальных сосудов должны быть только стыковыми. При этом, если свариваемые части сосуда имеют разную толщину, необходимо предусмотреть размещение специального переходного элемента с постепенным утончением толщины. 4. Для изготовления сварных аппаратов должнв использоваться сталь, полученная путем выплавки в мартеновской печи или в электропечи. 5. На аппаратах, работающих под давлением, должен обязательно установливаться предохранительный клапан. 6. Контроль на герметичность качества приварки накладных колец, футеровки на патрубках и фланцах осуществляется также с помощью пневматических испытаний. При проведении пневматических испытаний значение пробного давления должно составлять: для швов приварки укрепляющих колец 0,4 0,6 МПа, но не более значения расчетного давления в сосуде; для сварных соединений облицовки 0,05 МПа. 14

15 7. Контроль качества сварки должен осуществляться обмазкой наружных швов мыльной эмульсией. Качество сварного соединения на герметичность следует считать удовлетворительным, если в результате применения любого соответствующего заданному классу герметичности метода не будет обнаружено течи. Для удобства эксплуатации оборудования, ускорения сроков ремонта и замены пришедших в негодность узлов и механизмов подавляющее большинство этих деталей, узлов и аппаратов объединены в стандарты. Различают государственные (ГОСТы), отраслевые (ОСТы) стандарты и стандарты предприятий (СТП). По этим нормативным документам можно выбрать конструкцию обечайки, днища, люка, штуцера, контактных тарелок колонн, прокладок фланцевых соединений, болтов, гаек и т. д. Например, по ГОСТ для цилиндрических сосудов можно выбрать емкость с номинальным объемом (под номинальным понимают внутреннюю емкость сосуда без учета открывающихся крышек, люков и штуцеров) до 200 м 3 из нормального ряда: 0,100 0,125 0,160 0,200 0,250 5,000 6,300 8,000 10,00 12,50 16,00 20,00 25,00 32,00 100,0 125,0 160,0 200,0 ГОСТ устанавливает внутренний диаметр цилиндрических сосудов и аппаратов, изготовленных из стальных листов или поковок. Этот ряд выглядит следующим образом: Типы, основные размеры корпусов сварных емкостных аппаратов определяются по ГОСТ Вертикальные стальные цилиндрические аппараты с перемешивающими устройствами регламентированы ГОСТ Для упорядочения выбора и проведения расчетов отдельных элементов конструкций устанавливается ряд условных значений давления, температуры, диаметров. Например, условные избыточные давления теплоносителя в рубашке аппарата с мешалкой выбираются из ряда 0,3; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 3,2; 4,0; 6,4 МПа. Стандартное оборудование следует выбирать, например, при проектировании узлов и деталей аппарата с механическим перемешивающим устройством привод перемешивающего устройства, люки и люки-лазы, опоры, крепежные элементы и др. 15

16 При проектировании специализированного оборудования, работающего в особых условиях (агрессивных, взрывоопасных средах), а также в условиях экстремальных давлений и температур, необходимо пользоваться отраслевыми стандартами. Контрольные вопросы 1. Каковы состав и свойства нефти? 2. В чем суть физического и химического методов переработки нефти? 3. Приведите общую классификацию химического оборудования. 4. Какие требования предъявляются к промышленному оборудованию? 5. В каком случае целесообразно проводить процесс в периодическом режиме, а в каком случае в непрерывном? 6. Какова последовательность расчета аппарата? С какой целью составляют уравнения материального и теплового балансов? 7. В чем основная особенность работы аппарата под давлением? 8. В чем суть гидравлических испытаний оборудования и испытаний на герметичность? 9. Каковы основные требования Ростехнадзора к оборудованию, работающему под давлением? 10. Зачем разработаны стандарты на оборудование и почему при проектировании оборудования целесообразно выбирать стандартные узлы и механизмы?

Поделиться ссылкой: