Проект газоперерабатывающего завода

где с_в = 4,19*10 ³Дж/(кг*К) – удельная теплоемкость воды при ее среднеарифметической температуре (70+4)/2 = 36 ⁰С.

 

Схема теплообмена

T_H = 96^oC   T_K = 60^oC

t_K = 70^oC     t_H = 4^oC

  = 26 ^oC = 56 ^oC

/ = 0,4

Так как отношение  / < 2 , вычисляем среднеарифметическую разность температур между теплоносителями

= ( + )/ 2 = (26+56)/2 = 41 ^oC

Согласно данным принимаем К=250.Тогда  расчетное значение необходимой поверхности теплопередачи рассчитываем по формуле:

F_P= Q/ *K= 39737.25/250*41 = 3.88 м².

где   - средняя разность температур между горячим и холодным потоками в пределах аппарата, К;

Q – тепловая нагрузка аппарата, в качестве которой берется  большая из двух величин –  Q_X и Q_Г , Вт.

Выбираем Блок теплообменников  для нагрева сырой нефти с неподвижными трубами и с температурным компенсатором на кожухе, имеющий следующие основные характеристики [3] : 325 ТКГ-1,6-М1/20-4-2, блок V1/2 ТУ 26-02-1105-89,АТК 24.202.10-90 диаметр (внутренний) корпуса D= 325мм, поверхность теплообмена F=2,25 м² . Трубы длиной 4 м, диаметром d=20х2 мм, расположение труб – по вершинам треугольника, число ходов по трубам n = 2, площадь проходного сечения по трубам S₁ = 0.042 м² , площадь проходного сечения в межтрубном пространстве (в вырезе перегородки) S₂ =0.95 м².

Необходимое число N таких теплообменников  найдем из условия

N =>F_P/F =3.88/2.25=1.72;

Примем N =2, тогда коэффициент запаса b поверхности нагрева будет равен:

B = (N*F – F_P)*100 / F_P = (2*2.25-3.88)*/100/3.88=15.98 %.

Варианты подачи потоков.

Холодный поток (нефть), как более загрязненный продукт будем подавать по трубному пространству, а горячий поток (фракцию дизельного топлива)- по межтрубному пространству.

1.Холодный поток.

Если нефть прокачивать одним  потоком (n_Х =1) последовательно через два теплообменника, скорость холодного потока в трубном пространстве составит:

W_X =V_X / n_X*S₁ =0.7563/1/0.042/3600 = 0.005 м/с;

При подаче холодного потока в теплообменники четырьмя параллельными потоками (n_X =4) скорость в трубном пространстве будет равна:

W_X = 0.0013 м/с.

Учитывая значение оптимальных  скоростей, поток нефти целесообразно подавать в трубное пространство по первому варианту, т.е. одним потоками.

2.Горячий поток.

При последовательной перекачке горячего теплоносителя через теплообменники одним потоком (n_Г =1) скорость горячего потока в межтрубном пространстве ( в вырезе поперечной перегородки) будет равна :

W_Г =V_Г / n_Г*S₂ =0.72/1/0,45/3600 = 0.00044 м/с.

Подавать горячий поток через  теплообменники параллельно четырьмя потоками (n_Г =4) не имеет смысла, так как в этом случае скорость потока окажется в 4 раза ниже и будет слишком мала, что может резко снизить коэффициент теплопередачи.

 

2.8.4 Расчет холодильника для оборотной нефти

 

Нефть охлаждается водой.

Температура нефти: начальная 110°°С, конечная 50°°С; воды: начальная 4°°С, конечная - 45°°С. Расход нефти 7,949 кг/ч.

Количество тепла, отданное горячим потоком, составит:

Qг = G*(Hн – Hк) = 7,949*(246.2 – 105.9) = 1100,7 кДж/ч =

= 309.96 Вт.

 

Схема теплообмена.

TH = 110oC         TK = 50oC

tK = 50oC        tH = 4oC

  = 60 К = 46 К

/ = 1,5 K

Так как отношение  / < 2 , вычисляем среднеарифметическую разность температур между теплоносителями

= ( + )/ 2 = (60+46)/2 = 53 K

Согласно справочным данным [3] принимаем К=30 Вт/(м2*К).

Тогда расчетное значение необходимой поверхности теплопередачи:

FP= Q/ *K= 309.96/53*30 = 0,19 м2.

Основываясь на заводских  данных и на справочных данных из [3], принимаем холодильник с плавающей  головкой, имеющий следующие основные характеристики: диаметр кожуха 325 мм, число труб 25, число ходов по трубам 2, поверхность теплообмена 10 м2, длина труб 3 м, расположение труб в решетке по вершинам квадратов, площадь проходного сечения одного хода по трубам 7*103 м2, площадь проходного сечения в вырезе перегородки 1,2*102 м2.

 

 

2.8.5 Материальный баланс опытного блока обессоливания нефти (ОБОН)

 

Таблица 2.17 -Материальный баланс производства

Наименование	% масс.	т/год	Кг/ч
ВЗЯТО
Нефть сырая  2%-ный р-р NaOH Деэмульгатор	100,0 0,1 0,002	50000,0 50,0 1,0	6250 6,25 0,125
ИТОГО	100,102	50051,0	6256,375
ПОЛУЧЕНО
Нефть обессоленная	99,109	49554,3	6194,288
Вода пластовая, соли и нефтепродукт в очищ. соленый  раствор в т.ч. хлористые соли           вода пластовая           нефтепродукт	0,920     0,120 0,08 0,0	459,8     59,8 400 0,0003	57,47504     7,475 50 0,00004
Потери н/пр со шламом	0,003	1,8	0,225
Потери в атмосферу	0,07	35,1	4,387
ИТОГО	100,102	50051,0	6256,375

 

На первой ступени ОБОН из нефти удаляется солей 96,131%%, воды 61,075%%. Таким образом на вторую ступень ОБОН нефть поступает с содержанием солей 19,997 мг/л (0,0023%%), воды 0,156%%. Общий состав нефти, поступающей на вторую ступень ЭЛОУ равен 100,1583%%. Свежая вода на вторую ступень подается в количестве 124738 кг/ч, учитывая, что на прием сырьевых насосов поступает 27720 кг/ч. Однако, это количество воды поступает во время пуска, поэтому материальный баланс рассчитываем на все 9%% воды, поступающей на вторую ступень ОБОН.

В линию нефти после  теплообменников поступает 2%%-ый щелочной раствор и 2%%-ный водный раствор деэмульгатора. Расход щелочи 20 г/т (0.25 т/год=0.03 кг/ч), деэмульгатора 20 г/т (0.25 т/год = 0.03 кг/ч), по 10 грамм на каждую ступень ОБОН.

 

 

2.8.6 Подбор смесителей

 

Таблица 2.18 -Модификации смесителей

	РСН-В- 13-25У1	РСН-В- 400-25У1	РСН-В- 800- 25У1	РСН-В- 1200- 25У1
Расход нефти, м 3/ч	120-150	150-400	400-800	800-1200
Расход деэмульгатора, м3 /ч не более	До 4	До 10	До 15	До 20
Расход воды, м 3/ч	До 23	7-60	20-120	40-180
Перепад давления на смесителе, МПа (кгс/см2)	0,02-0,12 (0,2-1,2)	0,02-0,12 (0,2-1,2)	0,05-0,2 (0,5-2)	0,05-0,2 (0,5-2)
Перепад регулирования  величины дисперсности эмульсии, мкм	10-100	10-100	10-100	10-100

 

Таблица 2.19 -Техническая характеристика смесителей

Масса, кг	Тип	Модель	Наименование	Максимальная
				производи-тельность, м3/ч
312		13-25У1		150
735	РСН-В	400-25У1	Смеситель	400
890		800-25У1	регулярный	800
890		1200-25У1		1200

 

По расходу нефти (главный  поток) принемаем смесительРСН-В-1200-25У1, работающий в непрерывном режиме.

Параметры окружающей среды: температура 233-313°К ( от -40 до +40°С), относительная влажность воздуха до 100% при температуре 298°К (+25°С).

Параметры рабочей среды: среда - нефть, вода, деэмульгатор; удельная мсса 08-1,2 т/ м 3, габариты: высота 780 мм, ширина 3225 мм, глубина 2160 мм, масса 890 кг; условное давление 2,5 МПа (25кгс/см2), вязкость (1,5-1,8)*10³ Па*с((1,5-1,8)*10⁴) кгс*сек/м², температура не больше 443°К (+170°С).

Для второй ступени ОБОН используем тоже 1 смеситель этого типа.

 

 

2.8.7 Расчет системы вертикальных  цилиндрических электродегидраторов  непрерывного действия

 

Смесь, поступающая на первую ступень  ОБОН: нефть, солевой раствор, щелочной раствор и деэмульгатор.

Массовый расход смеси:

G_см= G_нефти+G_сол.р-р+G_щ.р-р+G_герк = 6476.74+41.17+151,62+13.72=6683.27 кг/ч. Процентное содержание компонентов смеси: нефть 96.91%%, солевой раствор 2.27 %%, щелочной раствор 0,0009%%, Геркулес 0,0031%%.

Массовая доля: нефти 0,9691, солевой раствор 0.0227, щелочного раствора – 0,000009, Геркулес 0,000031.

Плотность компонентов смеси:

= 1000*(0,7197-0.00089 *(100 – 20)) = 648.5 кг/м  ³;

943 кг/м ³; 964,2 кг/м ³; 908 кг/м ³;

Плотность смеси рассчитываем по правилу  аддитивности объемов компонентов  смеси

1/ = ;

где массовая доля и плотность i-го жидкого компонента.

1/ =0.91799/648.5+0.8197/943+0,00009/964,2+0,000031/908 = 0,0023;

=672.5 кг/м³;

Для расчета используем следующие  данные : расход нефти G=6476.74 кг/ч , плотность rr = 806.5 кг/ м ³, температура в электродегидраторах – t=100°°С, давление 0.7 МПа, время отстоя 1ч 00мин, размеры одного Электрокоалесцер -дегидратор составляют: внутренний диаметр d = 600мм, длина аппарата l = 1400 мм, V=3,2 м³, Р=0,7 МПа

Объемный расход нефти

V = 6476.74 /672.5=9.57 м ³/ч.

Среднее время пребывания нефти  в системе из N отстойников определяется как полный рабочий объем системы, деленный на объемный расход:

V_Р*N/V.

Откуда найдем необходимое число  отстойников:

N => *(V/V_P) = 1,0*9.57/3.2=3 шт.

Уточним среднее время пребывания нефти в системе отстойников:

V_Р*N/V =3.2*3/9.57= 1,003 = 1ч.11сек.

Исследование режима движения потока в электродегидраторах при параллельном и последовательном включении показали, что при последовательном включении аппаратов условия отстоя значительно ухудшаются: в данном случае поток будет двигаться в отстойниках турбулентно. Поэтому электродегидраторы будем включать параллельно.

Таким образом, получаем систему из 3 параллельно подключенных электрокоалесцер-дегидраторов и одного электродигидратора.Для увеличения эффективности процесса аппараты подключаем по двухступенчатой схеме.

2.8.7.1 Описание конструкции электрокоалесцера-дегидратора

 

Разработанная конструкция представляет собой совмещенные в одном вертикальном аппарате дегидратор и коалесцер, причем коалесцер установлен на верхнем днище дегидратора. Электрокоалесцер-дегидратор представляет собой вертикальный аппарат, установленный на лапах. В нижней части корпуса размещена система ввода сырья, включающая коллектор с отводами и размещенными на них струйными смесителями. Коллектор соединен с входным штуцером Ду 80 мм (А).

Электрокоалесцер выполнен в виде удлиненного люка-лаза Ду 600 мм высотой 1600 мм. Для ввода воды и вывода нефти в нем выполнены карманы Ду 500 мм, снабженные соответствующими штуцерами. Карман для вывода нефти закрыт сверху перфорированной крышкой, карман для воды открыт сверху для упрощения конструкции и возможности чистки.

Электрическое поле в электрокоалесцере создается высокопотенциальным электродом, размещенным по его оси и представляющим собой набор параллельно расположенных дисков на расстоянии 270 мм друг относительно друга, соединенных между собой прутками Ø8 мм.

Система электропитания включает установленный на площадке обслуживания высоковольтный источник питания типа ИПМ –9/15-УХЛ1 (п. 80), и изолятор проходной типа ИПФ 25 (п. 81), соединенный с источником высоковольтным кабелем, входящим в комплект поставки  источника.

Аппарат снабжен необходимыми штуцерами для манометра, уровнемера, предохранительного клапана, люком-лазом Ду 500 мм для возможности доступа в нижнюю и верхнюю часть аппарата; в верхнем днище врезан штуцер Ду 600. По нижней образующей врезан шламовый люк «Д» Ду 200 мм, в который врезан штуцер  «В» Ду 50 мм для сброса воды.

 

2.8.7.1 Описание работы электрокоалесцера-дегидратора

 

Нефть с поданной в нее промывочной  водой вводят в аппарат через  штуцер «А». Она проходит по коллектору и отводам и, истекая из сопел, инжектирует в смесительные патрубки воду, скопившуюся в нижней части аппарата. Внутри патрубков образуется малоустойчивая высокообводненная эмульсия с соотношением вода: нефть около 1,2:1. При этом количество капель в эмульсии велико, расстояние между ними мало, поэтому велика вероятность каолесценции содержащихся в нефти мелких капель пластовой воды с крупными каплями воды в искусственно созданной эмульсии. После выхода из смесительных патрубков она распадается на нефть и воду. Нефть поднимается вверх, а вода опускается вниз и снова засасывается в смесительные патрубки, многократно циркулируя внутри аппарата. По мере подъема нефти, из нее оседают капли воды; количество и размер оставшихся в нефти капель уменьшаются по высоте аппарата. До уровня нижнего диска электродной системы доходят только мелкие капли воды, концентрация солей в этой воде, и в самой нефти достаточно велика, поэтому в коалесцер вводят пресную промывочную вводу. Она истекает из отверстий в стенке кармана струями диаметром около 2,5 мм, которые дробятся по мере опускания в восходящем потоке нефти на мелкие капли. Процесс этот наиболее интенсивен на уровне дисков электрода, где наиболее высока напряженность электрического поля. В результате совместного действия сил гравитации, электрического поля, вязкостного трения и поверхностного напряжения в коалесцере создается полидисперсная эмульсия воды и нефти. Наиболее крупные капли воды в этой эмульсии опускаются вниз, разбавляя циркулирующую в дегидраторе воду. Наиболее мелкие капли поднимаются в потоке нефти, взаимодействуя в электрическом поле с другими каплями воды и с «сухими» солями в нефти. Из-за разницы скоростей нефти и воды концентрация воды в нефти в объеме электрического поля выше соотношения расходов нефти и воды,