Рудин, Смирнов. Проектирование нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов

Подождите немного. Документ загружается.

8. Рассчитывают теплоту абсорбции каждого из компонентов:

Ql = G,\, и общую теплоту абсорбции

<?a = S<??

Здесь Х< — теплоты испарения компонентов. ,.

9. Определяют температуру нагрева абсорбента:

U±Q*/(Lc) где с — удельная теплоемкость тощего абсорбента.

10. Находят температуру насыщенного абсорбента £,ас*.

' 'нас ='исх •+Д* .

11. По уравнению теплового баланса абсорбера определяют

температуру сухого газа и среднюю эффективную температуру абсорбции.

Если средняя эффективная температура окажется равной или близкой к той,

которой задались в начале расчета, то расчет считается законченным. В

противном случае расчёт повторяют, задаваясь новыми значениями температур

сухого газа.

> 4.4. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Машиностроительная промышленность выпускает теплообмен-ную

аппаратуру по государственным и отраслевым стандартам, отраслевым

нормалям и .техническим условиям. Как правило, проектировщики применяют

стандартную теплообменную аппара-• туру, однако при необходимости

отдельные виды теплообменно-го оборудования могут быть изготовлены по

индивидуальным проектам, разрабатываемым институтами нефтяного и

химического машиностроения или конструкторскими подразделениями-проект-

ных институтов нефтеперерабатывающей и химической промыш-

ленности.

Составной частью проекта любой технвлогической установки НПЗ и НХЗ

является расчет и выбор теплообменной аппаратуры. Методика расчета

теплообменных аппаратов подробно освещена в работах [10, 12—15, 21—26].

При расчете осуществляют следующие операции.

1. Определяют тепловую нагрузку Q: '

Q = G1(qli-qft)ri = G,(qi3-qit')

Здесь GI, G2 — расход горячего и холодного теплоносителя.^

соответственно, кг/ч; qtt, qt^, qti, qtt — энтальпии горячего и

холодного .теплоносителя при температурах входа (tn tt) и выхода (4 t3) из

аппарата, кДж/кг; т) — к. п. д. теплообменника, равный 0,95—0,97.

2. Вычисляют среднюю разность температур т. В случае прямотока и

противотока т находят по формулам:

t= (U6 + Ыы)р.. _(4.7)

, Мв-ЫМ: . ,/ '

* = lSlg<rer <4'8>

где Д (б, А /м — наибольшая и наименьшая разности температур между

потоками у концов теплообменного аппарата, °С.

Формулу (4.7) применяют, когда Д^б/Д/м^2, а формулу (4.8) —-"когда Д/б/

А^м>2; в случае смешанного потока вводится поправочный коэффициент е,

значения которого можно найти в литературе [13, 24].

3. Находят коэффициент теплопередачи через стенку /С ч[в кДж/

(м2.ч.°С)]: . / '

' к=- ' '

(1/«0 +Р1 + (8А) + Р2 + (1Ы

Здесь «1, а2 — коэффициенты теплоотдачи от охлаждаемого потока к

стенке и от стенки к нагреваемому потоку, соответственно, кДж/(й2-ч-°С); р., pa

— сопротивления загрязнения со стороны охлаждаемого и нагреваемого по-

токов, соответственно, м2 • ч • °С/кДж; 8 — толщина стенки трубок, м; X —

теплопроводность материала трубок, кДж/(м-ч-сС). .

Значения коэффициентов теплоотдачи рассчитываются по формулам,

приведенным в [12, 13, 21—26]; тйм же содержатся данные о значениях рь рг и

Я,.' Величину К. можно также принять на основании практических данных [13,

24].

4. Определяют площадь поверхности теплообмена F' (в м2):

F = Q/(K-£)

5. Находят необходимое число параллельно или последователь- . но

работающих стандартных теплообменных аппаратов.

Широкое распространение на НПЗ и НХЗ получили аппараты воздушного

охлаждения (АВО), которые применяются в качестве конденсаторов и

холодильников, Разработаны и серийно выпускаются АВО различных

типов:.горизонтальные, зигзагообразные, ма-

НВйг

Шйюточные, для вязких сред и 'другие. Применение АВО позво-рйёт

"значительно сократить расход-охлаждающей воды, отказать-Ця от,затрат труда,

связанных с очисткой холодильников от солей ркесткости и с эксплуатацией

систем оборотного водоснабжения. |расчет и выбор АВО осуществляется в

соответствии с методикой, 1вйложенной в работах [27, 28].

J Применение средств вычислительной техники, значительно об->дегчает

процедуру расчета и выбора тешюобменной аппаратуры. ijj проектных

институтах нефтепереработки и нефтехимии приме-'няются программы

теплового и гидравлического расчета на ЭВМ конденсатора парогазовой смеси,

термосифонных кипятильников, 'Теплообменников, в которых осуществляется

нагрев или охлажде-"ние продуктов. Исходными данными для расчета служат

тепловая нагрузка, температурный режим, теплофизические свойства сред, -

Термические сопротивления загрязнений. Результаты счета — ко-.Эффициент

теплопередачи, расчетная и рекомендуемая площади гповерхности теплообмена,

геометрическая характеристика аппаратов и их гидравлическое сопротивление.

Существуют также программы расчета на ЭВМ аппаратов воздушного

охлаждения при их применении в качестве холодильников ;Н конденсаторов.

Результатом счета являются характеристика и : число аппаратов, угол установки

лопастей и мощность двигателя •вентиляторов, коэффициенты теплоотдачи и

теплопередачи, расчет-'Лое гидравлическое сопротивление.

4.5. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ

Основными показателями работы трубчатой печи являются

производительность, полезная тепловая нагрузка, тешюнапряжен-^ность и

площади поверхности нагрева, к. п. д. 1 Производительность печи по сырью

находят при расчете тепло-даых и материальных балансов установки. Она

колеблется от '30—50 т/сутки до 10—15 тыс. т/сутки.

Полезная тепловая нагрузка, или тепловая мощность, печи QUOJI

'складывается из теплот, затраченных на нагрев и испарение продукта и на

перегрев водяного пара (при наличии в печи пароперегревателя) :

Опол = QH "+ QB = La (/а - /j) + 1В (Л — Ji)..

Здесь QH, QB — теплота, сообщаемая в печи продукту и водяному пару,

'соответственно, Вт "(кДж/ч); La, IB—расход продукта и водяного пара, кг/ч; ф, /

а — энтальпия продукта на входе'и выходе из печи, Соответственно, кДж/кг

•(при наличии на выходе из печи паровой фазы /2 определяют с учетом

доли ;отгкша); Л, /г.— энтальпия водяного пара на входе и выходе.из печи, кДж/

кг.

Теплонапряженность площади поверхности нагрева определяет-рВя

количеством теплоты, передаваемой через 1 м2 площади поверх-^ости труб; она

зависит от конструкции печи, вида нагреваемогб ЗЬырья, необходимой

температуры его нагрева и скорости в трубах. Допускаемая теплонапряженность

радиантных трубчатых змее-

виков колеблется от 10 до 60 кВт/м2, а для конвекционных змеевиков

составляет 10—18 кВт/м2. Более подробные сведения о допускаемой

тешюнапряженности в печах различных технологических процессов приводятся

в литературе [24].

Коэффициентом полезного действия трубчатой печи называется доля

теплоты, полезно использованной в печи на нагрев продукта. К. п. д. зависит от

полноты сгорания в печи, потерь теплоты с уходящими дымовыми газами и

через кладку. Он определяется по формуле

К. п. Д. = [<?£ _ (да + 9у. г + <7„. c)]/Qp

где Q^—теплота сгорания топлива, кДж/кг; <7п, </у. г, да. с — потери

теплоты в окружающую среду через кладку печи, с уходящими дымовыми

газами и от неполноты сгорания, соответственно, кДж/кг топлива.

Потери теплоты через кладку печи, ретурбенды, смотровые и взрывные

окна составляют 4—8% от теплоты сгорания топлива. Потери теплоты с

уходящими дымовыми газами зависят от температуры этих газов, которая в р-

асчетах принимается на 100—150°С выше температуры входа сырья в печь. Для

снижения температуры уходящих дымовых газов и, соответственно, повышения

к. п. д. печи в борове устанавливают воздухоподогреватели, откуда нагретый

воздух подают к форсункам печи. Потери теплоты с уходящими дымовыми

газами определяют по графику, приведенному в [29].

Выбрав тип печи, находят диаметр труб и число потоков в печи.

Рассчитав полезную тепловую нагрузку и задавшись теплона-

пряженностью радиантных труб, по каталогу [30] выбирают тип печи.

ВНИИНефтемашем, Ленгипронефтехимом и ВНИПИНефтью

разработаны проекты трубчатых печей различных типов: узкокамерные печи с

верхним отводом дымовых газов и горизонтальным расположением труб (тип

Г)г; узкокамерные печи с нижним отводом дымовых газов и горизонтальным

расположением труб (тип Б); цилиндрические трубчатые печи с вертикальным и

горизонтальным расположением труб (тип Ц); секционные и многокамерные

трубчатые печи (типы Б, В, Р). ...

Вертикальные трубчатые печи менее дороги, чем печи с горизонтальным

расположением труб, поскольку в них отсутствуют промежуточные решетки,

изготавливаемые из легированного металла. Однако применяют вертикальные

печи только там, где нагреваемая среда не склонна к коксованию и где нет

необходимости, быстро удалять продукт в случае аварии. С целью снижения

стоимости строительства во всех случаях, когда нагреваемый продукт не

образует коксовых или зольных отложений, используют безретурбендные

змеевики, ,

Если по условиям процесса необходимо регулировать нагрев по длине

змеевика (реакционные печи пиролиза, термического крекинга), то

рекомендуется использовать трубчатые печи беспламенного горения. Эти же

печи применяются при нагреве термически

щеустойчивых продуктов, например в процессах производства, ма-||жл.

На установках атмосферно-вакуумной перегонки нефти наи-р5ольшее

применение имеют вертикально-факельные печи с боковы-|ми и потолочными

экранами.

!'; Выбрав тип печи, приступают к определению диаметра труб и радела

потоков. С этой целью рассчитывают необходимую площадь

• воперечного сечения труб 5 (в м2):

l~ S=Z.H/(p'c.3600w)

I Здесь рс —плотность сырья при температуре входа в печь, кг/м3; • w

— оп-

• тимальная скорость движения нагреваемой среды (при движении

маловязких

• жидкостей составляет 0,8—2,5 м/с, вязких продуктов — 0,5—1 м/с,

газов под •"давлением — 8—15 м/с, водяного пара — 20—30 м/с).

) Подсчитав S подбирают диаметр труб- и соответствующее этому

диаметру число потоков. Затем находят поверхность радиант-ных труб Яр (в

м2):

• Яр = <?р/?р-

'где Qp — теплота, передаваемая в радиантной камере (обычно составляет

75% • Quo л); If — теплонапряженность радиантных труб.

Зная тип печи, площадь поверхности нагрева радиантной каме-: ры,

диаметр труб и число потоков, проводят поверочный расчет .печи, методика

которого подробно изложена в [10, 15, 29, 31, 32].

?, 4.6. РАСЧЕТ И ВЫБОР НАСОСОВ

• Для выбора насоса необходимо располагать данными, характе-

ризующими свойства жидкости и условия перекачивания: 1) температура

жидкости, °С; 2) плотность продукта лри температуре

,;перекачивания, кг/м3; 3) расход продукта, кг/ч; 4) вязкость при ;

температуре перекачивания, сСт; 5) давление (напор) во всасы-?вающей линии,

МПа или. м ст. жидкости; 6) требуемое давление i (напор) в нагнетательной

линии насоса, МПа или м ст. жидкости; $7) коррозионная агрессивность

продукта.

» Температуру, расход, плотность и вязкость жидкости находят !в

процессе технологического расчета установки, а коррозионная ^агрессивность

продукта сообщается научно-исследовательским ин-^ститутом —-

разработчиком процесса или институтами нефтяного Я химического

машиностроения.

• Давление во всасывающей линии ЛВс (в м ст. жидкости)

вы-;числяется по формуле

I АВС-^ + Л; +-^-»*»

Здесь Я6 — барометрическое давление в свсуде, из каторвго поступает ;'

жидкость на насос, м ст. жидкости; hs -а- разница втметок между уровнем '

жидкости, в сосуде, из которого поступает жидкость, И осью насоса, м; '»вв—

скорость во всасывающем патрубке насоса, м/с; g — усетрение свобод-•-Ного

падения, м/с2; hw — гидравлическое сопротивление всасывающего тру-

^бопровода, м ст. жидкости. .

Давление, которое необходимо обеспечить в нагнетательной линии

насоса, Лн (в м ст. жидкости): • •

«S-«2c ^

*"^ + ^-V%ftr .

где Но — абсолютное давление на свободную поверхность жидкости, в

сосуде, куда подается продукт, м ст. жидкости; ho — разница отметок между

уровнем жидкости в сосуде,, куда подается продукт, и осью насоса, м; VB—

скорость в нагнетательном патрубке насоса, м/с; hr — гидравлическое

сопротивление нагнетательного трубопровода, м ст. жидкости. •

•Рассчитав hu и /гвс находят необходимый дифференциальный напор

насоса: ' •

Н — Л„ — Лвс

Зная требуемые производительность и дифференциальный напор с учетом

физико-химических свойств и коррозионной агрессивности перекачиваемого

продукта по каталогам и номенклатурным перечням машиностроительных

заводов подбирают насос. Учитывая возможные отклонения реальной

характеристики насоса от приведенной -в каталоге, дифференциальный напор

рекомендуется выбирать на 5—10% выше полученного расчетом.

На НПЗ и НХЗ наиболее широко применяются центробежные нефтяные

консольные насосы типа НК по ТУ 26-02-766—77, нефтяные насосы НК, НГК,

Н, НГ, НД и НГД по Н521-57, ненормализованные центробежные .нефтяные

насосы НДв, НДс, НС, центробежные химические насосы X, АХ, ТХ, АХП по

ГОСТ 10168—75, бессальниковые герметичные центробежные электронасосы

ХГ, дозировочные насосы НД.

В зависимости от конструкции и условий перекачивания насос может

обеспечить всасывание жидкости из резервуара, расположенного ниже оси

всасывающего патрубка, или, наоборот, требовать подпора, т. е. превышения

уровня жидкости в резервуаре над осью всасывающего патрубка. Величина-

допустимой высоты всасывания или минимального подпора рассчитывается но

формуле -

hs=~^^-~^W-^n-hw

Здесь Ра—'абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в

резервуаре, МПа; Рп.— давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости,

МПа; р —плотность-подаваемой жидкости, кг/м3; hw — гидравлическое сопро-

тивление всасывающего трубопровода насоса, м ст. жидкости; Д/гДОп—допус-

тимый кавитационный запас насоса (приводится в каталогах и справочниках).

Мощность N (ъ кВт), потребляемая насосом!

N^QHpg/ (100(h]) .

где Q — объемная производительность насоса, м3/с; Я —

дифференциальный напор, создаваемый выбранным насосом, м ст.

жидкости; .и] — к. п. д. насоса.

IS В связи с возможными перегрузками фактическую мощность

рдектродвигателя насоса N3 принимают несколько большей?

| . #э~= МС .

^где /( — коэффициент запаса (/(=1,2 при N до 50 кВт, /(=1,15 при N от

51 ; до 350 кВт, /С= 1,1, при N выше 350 кВт).

f~ Особую группу представляют "пароэжекторные насосы,

пред-'назначенные для создания вакуума. ВНИИНефтемаш разработал *ряд

пароэжекторных вакуум-насосов, которые изготавливаются ' Казанским

механическим заводом. Насосы различаются по производительности (от 1 до

1250 кг/ч), числу ступеней сжатия (от 2 до 5), типу межступенчатых

конденсаторов (поверхностные или смешения), давлению рабочего водяного

пара (0,6 или 1',0 МПа), создаваемому остаточному давлению (от 0,13 до 26

кПа),,расчетному' содержанию конденсирующихся паров в отсасываемой смеси

[от 0 до 40% (масс,)], материалу, из которого выполнен насос.^Техническая

характеристика пароэжекторных вакуум-насосов приведена в [33].

4.7. РАСЧЕТ И ВЫБОР КОМПРЕССОРОВ

На НПЗ и НХЗ компрессоры используются для сжатия технологических

газов на установках каталитического риформинга, гидроочистки,'изомеризации,

каталитического крекинга, пиролиза, ок-сосинтеза и других, в холодильных

системах установок алкилиро-вания,, депарафинизации масел.-

обезмасливаниягачаит. д. В общезаводском хозяйстве компрессоры служат для

сжатия воздуха, :,инертного и факельного газов. Наиболее часто применяются

на ;НПЗ и НХЗ центробежные и поршневые (оппозитные, угловые,

вер-:тикальные) машины. В. качестве приводов к компрессорам используются

электродвигатели, паровые и газовые турбины. Характеристика серийно -

изготавливаемых компрессоров приводится в каталогах, справочниках и

номенклатурных перечнях машинострои-•тельных заводов [24, 34—35].

•

? Основными техническими характеристиками компрессоров

яв-:ляются тип перекачиваемого газа, производительность при усло-'виях

всасывания, абсолютное давление (начальное и конечное). ^Для холодильных

машин в каталогах приводятся холодопроизво-дительность, начальная и -

конечная температура сжимаемого газа. ; Располагая сведениями о

потребном количестве и свойствах Перекачиваемого газа, о необходимом

конечном давлении сжатия, проектировщик по каталргам подбирает

соответствующую машину. Для заказа компрессора требуется предварительное

заполнение опросного листа по форме, предлагаемой заводом-изготовителем.

Заполненный опросный лист проверяется и согласовы-'вается заводом-

изготовителем компрессора. Следует иметь в виду, что большинство

компрессоров сконструировано, исходя, из свойств конкретных газов. Поэтому,

если возникает'необходимость использовать машину для сжатия другого газа,

следует-получить пред-