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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 Тм — затраты механизированного труда, чел.-дн. или чел.-ч; Тр — 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 Ук.м.р.:
где Qк.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 Qк.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, Ук.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 …………………………………
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
- Классификация процессов осуществляемых на нефтеперерабатывающих производствах
- Методы и последовательность расчета оборудования
- 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
- На какие группы подразделяются процессы осуществляемые на нефтеперерабатывающих производствах
- Гидромеханические процессы на НПЗ
- Массообменные процессы на НПЗ
- Тепловые процессы на НПЗ
- Мезанические процессы на НПЗ
- Химические процессы на НПЗ
- Аппараты периодического и непрерывного действия, отличительные особенности аппаратов непрерывного действия
- Основные данные необходимые для проектирования
- Определение основных размеров оборудования
- Технологический расчет
ЛЕКЦИЯ 2
ОБОРОДЕВАНИЯ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ЛАЗОВ
План
- Оборудования для разделения жидкостей и газов
- Отстойники, фильтры
- Центрифуги и сепараторы
- 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?