Расчет установки по первичной переработки нефти

Тогда It₃ = 258,24 кДж/кг. По графику определяем t₃ = 114⁰ С - температура нефти до теплообменника.

Необходимая поверхность теплообмена

                                     F= Q / K ^. t_ср                                                                             (5.31)

где F - поверхность теплообмена, м²;

K- коэффициент теплопередачи,кДж  / кг;

t_ср - средняялогарифмическая разность температур,⁰С.

 

Выбираем противоточную  схему теплообмена:

 

490⁰                                                   400⁰

 

 

200⁰                                                    114⁰

/\ t_н = 290                                        /\ t_к = 286

 

находим среднюю разность температур

                               t_cр = /\ t _н - /\ t _в / 2,3 lg ( /\ t_н / /\ t_в )                ( 5.32)

t_cр = ( 290 - 286)/ 2,3 ^. lg (290 /286) = 288⁰

F = 24878,52 х 1000 / 288х157 = 550 м²

Принимаем стандартный теплообменник  с плавающей головкой по ГОСТ 14246 - 79 с поверхностью теплообмена563 м², с диаметром кожуха 1200 мм, диаметром трубок - 25 мм, расположенным по вершинам треугольника, с длиной трубок 6000 мм, число ходов по трубам 6.

 

 

5.7 Расчет тепловой нагрузки печи

 

Топливом для печи служит мазут следующего состава , % масс: углерод 84%, водород 12%, сера 3%, кислород 1%.

Сырье в количестве 344270 кг/ч с начальной температурой 240⁰С требуется нагреть до tк = 342⁰С. Давление на выходе печи Рк = 0,15 мПа, доля отгона е = 0,574,  Р²⁰₄ = 0,8570, жидкой части Р²⁰₄ = 0,933 и паровой Р²⁰₄ = 0,809.

 Общая полезная  нагрузка печи Q_пол  состоит из расхода тепла на нагрев Qc сырья, испарения Q_и части сырья и тепла, расходуемого на крекинг Q_р ( кДж / ч )

                                           Q_пол = Q_c + Q_и + Q_р;                                 (5.33)

                  Q_пол = Gс х ( Q t_к  х е + q t_к х ( 1 - е ) - q t_н )                  (5.34)

G_c  - количество сырья, кг / час;

е - массовая доля отгона на выходе из печи;

q t_н , Q t_к, q t_к, - соответственно удельные теплосодержания продуктов на входе в печь, неиспарившейся жидкости и паров на выходе из печи, кДж/кг.

Q = 172,59 х ( 1077,66 х 0,574  + 802,08 х ( 1- 0,574) - 542,24) = 72146,58 кВт

 

Расчет процесса горения

 

Низшая теплотворная способность топлива - количество тепла, выделяемого при полном сгорании единицы топлива, охлаждение продуктов сгорания до начальной температуры топлива. Она может быть рассчитана по формуле Менделеева Д.И.

 

                       Q^р_н = 339 С + 1030 Н + 109 ( S - О ) -, кДж / кг       (5.35)

где, С, Н, S, О - соответственно содержание углерод, водорода, серы, кислорода, % масс.

Q^р_н = 339 х 84 + 1030 х 12 + 109 х ( 3-1)  = 41054 кДж / кг

Для обеспечения полноты  сгорания топлива практически приходится подавать в топку избыток воздуха по сравнению с теоретическим.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания одного килограмма топлива, определяется по формуле:

                            L₀ = ( 2,67 С + 8 Н + S - O ) / 23,2,                  (  5.36)

где 23,2 - содержание кислорода  в воздухе, % масс.

Подставляя численное  значение содержания элементов в  топливе, получим

L₀ = ( 2,67 х 84 + 8 х 12 + 3 - 1  ) / 23,2 = 14 кг / кг

Отсюда теоретический  объем воздуха, приведенный к нормальным условиям, составит:

                                              V₀ = L₀ / 1,293                                     (5.37) где 1,293 - плотность воздуха, кг/м³

V₀ = 14 / 1,293 = 10,8куб.м. / кг

Принимаем коэффициент  избытка воздуха в топке равным а 1,4, на выходе из камеры конвекции 1,5, Z = 0,4 кг/кг.

Количество продуктов  горения с одного килограмма топлива  определяется по следующим уравнениям:

                                   N_СО2 = 0,01 С / 12                                            (5.38)

                                   N_SO2 = 0,01 S / 32                                              (5.39)

                                   N_N2 = 0,79  V₀ / 22,4                                         (5.40)

                           N_О2 = 0,21 ( а - 1 ) V₀ / 22,4                                    (5.41)

                                N_H2О = 0,01 Н/ 2 + Z/18                                      (5.42)

где N с соответствующим  индексом - количество молей компонентов  в дымовых газах, кмоль / кг,

Z- количество фарсуночного  водяного пара при паровом  распыливании жидкого топлива,  кг/кг.

Подставляя в формулы   численные значения содержания углерода и водорода в топливе, получим

N_СО2 = 0,01 х 84 / 12 = 0,07 кмоль / кг;

N_SО2 = 0,01 х 3 / 32 = 0 ,0009 кмоль / кг;

N_О2 = 0,21 ( 1,4 - 1 ) х 10,8 / 22,4 = 0,047 кмоль / кг.

N_Н2О = 0,01 х 12 /  2  + 0,4 / 18 = 0 ,00822 кмоль / кг;

Определяем коэффициент  полезного действия в печи. Он в  основном зависит от коэффициента избытка  воздуха и температуры отходящих газов. Температуру отходящих дымовых газов, исходя из практических данных, принимаем на 180⁰ С выше температуры, поступающего в печь продукта, т.е. 420⁰ С.

Численное значение коэффициента полезного действия в печи определяется как

                             n = 1 - ( q₂ + q₃ + q₄ + q₅ ),                               (5.43)

где q₂, q₃, q₄, q₅  потери тепла с уходящими в дымовую трубу газами, от химической и механической неполноты сгорания, излучением через стенки печи в окружающую среду в долях от низшей теплоты сгорания.

В современных трубчатых  печах потери тепла от химической и механической неполноты сгорания малы и можно принять q₅ = q₄ = 0.

Величина q₂ рассчитывается как

                                               q₂ = Q₂ / Q^р_н                                          (5.44)

Q₂ - потери тепла с отходящими газами, рассчитывается по уравнению:

                                Q₂ =   ( N_i C_рmi ) ( t₂ - t_в )                                     (5.45) 

где N_i - содержание i - го компонента в дымовых газах, на выходе из камеры конвекции, кмоль / кг:

С_рmi -средняя молярная теплоемкость i - го компонента,              кДж / кмоль град;

t₂,  t_в - температуры уходящих газов и окружающего воздуха ⁰ С.

Средняя молярная теплоемкость определяется при средней температуре от t₂ до t_в по уравнению

 

                                              С_рm = а + b t + c t²                                 (5.46)

значение компонентов  а, b , С приведены в таблице 4.1  [  4 ].

С_{рm СО2} = 37,2 + 17,3 х 10^-3 х 245 - 3,57 х 10^-6 х 245² = 40.75

кДж /моль⁰ С

С_рmN2= 28,4 + 3,4 х 10^-3 х 245- 0,36 х 10^-6 х 245² = 29,11

 кДж /моль⁰ С

С_рmО2 = 29,1 + 4,8 х 10^-3 х 245 - 0,81 х 10^-6 х 245² = 30,1

 кДж /моль⁰ С

С_рmSO2 = 41,2 + 11,9 х 10 ^-3 х 245 - 2,2 х 10^-6 х 245² = 41,11

 кДж /моль⁰ С

Подставляя найденные значения в формулу, получим

Q₂ = 0,0700 х 40,75( 420 - 10) + 0,0009 х 41,11 ( 420 - 10) + 0,0822 х                   х45 (420 - 10) + 0,539 х 29,11 х ( 420 - 10 ) + 0,047 х 30,1 (400 - 10) = 9806 кДж / кг

Подставляя полученное значение Q₂ в формулу получим

q₂ = 9811 / 41054 = 0,239

Потери тепла излучения  составляют около 0,05. Тогда 

n = 1 - ( 0,239 + 0 + 0 + 0,05 ) = 0,711

Расход топлива определяем по уравнению

                                                 В = Q _пол / ( Q^р_н n )                             (5.47)

отсюда 

В = 72146,58 / ( 41054  х 0,711 ) = 2,47 кг / с

Для имеющейся на установке  трубчатой печи значение теплонапряженности 32 кВт / м².

Рассчитаем поверхность  радиантных труб по формуле:

                         H_р = Q_пол х м_р / q_m х n_m                                                                     (5.48)

Принимаем температуру  дымовых газов, уходящих из камеры радиации, равной 700⁰С или 973 К.

 

H_р = 1648,8 х 0,560 / 19,62 = 286 м²

Средняя теплоемкость продуктов  горения одного килограмма топлива при температуре дымовых газов, уходящих из топки:

                                           G Cрm = ( Ni х Cрmi)                              (5.49)

Ni - содержание i компонента  в топочных дымовых газах, кмоль/кг;

Cрm - 0,07 х 47,4 + 0,0009 х 48,4 + 00822 х 37 + 533 х 30,6 + 0,047 х 32 = 24,2 кДж/ кг град

Количество тепла, переданное нефти через радиантную поверхность: 

                                      Qр = В х ( Qн х n - G C рm х  t р )               (5.50)

n - коэффициент полезного действия топки;

Cрm - средняя теплоемкость  продуктов горения одного килограмма  топлива при температуре дымовых  газов на выходе из топки;

t р - температура газов  на выходе из топки.

Qр = 2,47 х ( 41054 х 0,955 - 24.2 х 700) = 54998,43 кВт

Согласно поверхности теплообмена выбираем трубчатую печь марки В. При средней теплонапряженности радиантных труб 30 кВт/м, имеем:

Нр = 54998,43 / 30 = 1833.2 м²

Выбираем ближайший  типоразмер ВС 6 2100/12,6

 

5.8 Расчет и выбор  насоса

 

Полезная мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости, определяется по формуле:

                                             N_n = р g Q Н                                         (5. 51)

р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³

Н - напор насоса, м;

Q- объемная производительность насоса, м;

g - ускорение свободного  падения, м / с;

 

                                                     Q = G / р;                                   (5.52)

N_n = 9,8 ^. 30,32^. 250 = 77,42 кВт

Мощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы определим по формуле:

                                         N = N_n / ( n_n n _пер )                                      (5.53)

n_n, n_пер - КПД, соответственно насоса и передачи от электродвигателя к насосу. Принимаем n_пер. = 1;  n_n = 0,6

N = 1 ^. 0,6 = 129 кВт

Выбираем насос марки 5 Н - 5 х 4, производительностью 50 м³/ч, электродвигатель исполнения ВЗГ, мощностью 150 кВт.

 

6  Выбор типа оборудования

 

6.1 Выбор типа тарелок

 

Тип тарелки выбирают в основном в зависимости от ногрузок по пару и жидкости и их соотношения, физических свойств и требуемой четкости разделения.

Во всех колоннах АВТ  применяем клапанные тарелки. Преимуществом  клапанных тарелок является: динамический переменный режим работы, подвижные клапаны в зависимости от паровой нагрузки поднимаются и опускаются, регулируя площадь свободного сечения тарелки, в следствии этого в широком пределе нагрузок скорость паров в отверстиях тарелки существенно меняется, также они являются дешевыми, имеют большую производительность, низкое гидравлическое сопротивление, меньший унос капель жидкости с восходящим потоком пара.

 

6.2 Выбор Вакуум создающей  аппаратуры

 

Мазут перегоняем в вакуумной  колонне при пониженном давлении. Вакууум создаем в колонне К-5 путем конденсации паров в поверхностных конденсаторах кожухотрубчатого типа. газы разложения отсасываем пароэжекторными насосами. Используем систему эжектор-барометрический конденсатор. В этой системе пары с верха вакуумной колонны подаются в эжектор, и глубина вакуума не зависит от температуры воды, выходящей из барометрического конденсатора. В результате создается глубокий вакуум. Такая система является более дорогой по сравенению с ситемой барометрический конденсатор - эжектор, но является более экологической и более пригодной для тяжелых нефтей.

 

6.3 Выбор насосов

 

Для перекачки жидких нефтепродуктов на установке АВТ  используются центробежные насосы с электрическим приводом.

Тип насоса выбираем в  зависимости от производительности насоса и вязкости жидкости по [9].

Насос для гудрона:

Расход гудрона 65566 кг/ч/ 912  = 72 м³/ч

То при вязкости = 15 сСт и G=  72 м³/ч принимаем по рис. 5.7 [ 9 ] центробежный насос НК 100/120 - 70.

Насос для мазута:

Расход мазута 95685/905 = 110  м³/ч

То при вязкости = 13 сСт и G=  110 м³/ч принимаем по рис. 5.7 [ 9 ] центробежный насос НК 200/120 - 70.

Насос для диз.топлива :

Расход дизтоплива  65714/875= 75 м³/ч

То при вязкости = 8,18 сСт и G=  75 м³/ч принимаем по рис. 5.7 [ 9 ] центробежный насос НК 100/120 - 70.

Насос для нефти:

Расход нефти 297619/805 = 370  м³/ч