Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

 

где Я — общая высота колонны (без юбки); 1_Т — расстояние между соседними тарелками (обычно постоянное для одной секции); Н\ — расстояние от верхнего днища до самой верхней тарелки; Лг — расстояние от нижнего днища до самой нижней тарелки; Л_п — высота питательной секции.

Колонны выполняют как  одно целое с юбкой (опорой). Высота юбки обеспечивает необходимый подпор жидкого остатка в колонне на всасывающей линии насоса, откачивающего его. Из этих соображений юбки вакуумных колонн выполняют высотой до 10 м.

В остальных случаях  высота юбки должна обеспечить свободный доступ обслуживающего персонала к разъемным соединениям под днищем колонны для осмотра и ремонта.

Колонны работают при  высоких температурах, содержащаяся в них среда огне и взрывоопасна и иногда вызывает интенсивную коррозию и эрозию металла. Поэтому корпуса ректификационных колонн относятся к весьма ответственным конструкциям. Их рассчитывают на совместное действие давления (внутреннего или внешнего) и собственного веса со всеми внутренними устройствами и жидкостью. Высота ректификационных колонн довольно велика, поэтому необходимо проверять их на устойчивость против ветровой и сейсмической нагрузок.

В процессе эксплуатации при ремонтах систематически проверяют и замеряют фактическую толщину стенки корпуса и днищ. При заметном изменении размеров корпуса по сравнению с проектным проводят поверочный расчет, чтобы установить возможность дальнейшей эксплуатации колонны. Результаты замеров и поверочного расчета оформляют документально.

Колонны, работающие под  давлением, превышающим 0,07 МПа, подведомственны инспекции Госгортехнадзора и подлежат специальному освидетельствованию и периодическому осмотру согласно существующим инструкциям. Правила Госгортехнадзора требуют установки на всех аппаратах, работающих под давлением, не менее одного предохранительного клапана. Колонны для разделения сжиженных газов снабжаются двумя клапанами — контрольным и рабочим. Предохранительные клапаны для колонн выбирают по расчетному давлению, а устанавливают (регулируют) в соответствии с рабочим давлением. Пропускная способность клапана или группы клапанов должна быть такой, чтобы давление в колонне не превышало указанного ниже: при рабочем давлении до 0,3 МПа —0,05 МПа; при давлении от 0,3 до 0,6 МПа — на 15%; при давлениях выше 6,0 МПа —на 10%.

Сброс клапана должен быть загерметизирован. Емкость для сброса не должна находиться под избыточным давлением. Клапаны регулируют так, чтобы они открывались до создания в корпусе аппарата максимально допустимого давления. Давление, при котором должны открываться клапаны, устанавливают в соответствии с режимом работы, оговоренным в технологическом регламенте или в технологической карте данной, установки. В общем случае регулировочные давления для предохранительных  клапанов,  монтируемых  на   колоннах,  можно определить по следующей таблице:

Принцип работы тарелки характеризуется способом контакта паров с жидкостью и движением жидкости по поверхности тарелки, а также от тарелки к тарелке вниз по колонне. Принцип работы колпачковой тарелки легко проследить по схеме тарелки с круглыми колпачками, приведенной на рис. 69. Поток паров через патрубки / (стаканы) попадает под круглые колпачки 2, установленные под ними. Стаканы вварены или вальцованы в отверстия чугунного или стального диска 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 70. 5-образный элемент тарелки.

 

тарелки. В нижней части  колпачка по всей его окружности имеются щели (прорези), погруженные в жидкость, находящуюся на тарелке. Через эти прорези пары из-под колпачка попадают в жидкость, что обеспечивает контакт между фазами.

Расчет диаметра трубопроводов

Правильное определение  диаметра трубопровода обусловливает  затраты на строительство, а также  энергетические и другие эксплуатационные расходы. Основой для расчета  диаметра трубопровода являются заданные производительность и скорость движения транспортируемой среды (жидкости, газа). Из уравнения расхода

V_c=

D²_B / получим: D²_B=

где    — внутренний диаметр трубопровода:     — объемный расход жидкости в 1      — средняя скорость жидкости.

Из этого уравнения  следует, что диаметр трубопровода и, следовательно, его стоимость  определяются скоростью движения среды по трубопроводу. Однако нужно учесть, что увеличение скорости приводит к росту потери напора (сопротивления) в трубопроводе. Это, в свою очередь, потребует больших энергетических затрат для перекачивания цродукта. Поэтому определению диаметра трубопровода должен предшествовать выбор оптимальной скорости движения среды по трубопроводу при заданных условиях эксплуатации.

Для выбора скорости движения среды на основе оптимальных энергетических затрат необходимо знать расчетные гидравлические сопротивления в трубопроводах. Общие гидравлические сопротивления в трубопроводе обусловливаются сопротивлением трения и местными сопротивлениями.

Сопротивление трения зависит  от геометрической характеристики трубопровода и режима течения среды (ламинарный, турбулентный).

Местные сопротивления  обусловливаются изменениями скорости потока по величине или направлению. Они вызываются входом потока в трубу и выходом из нее, резким сужением или расширением трубы, отводами, тройниками, сварными коленами, фланцевыми соединениями, запорными и регулирующими,, устройствами (задвижки, вентили, краны, заслонки, кольцевые шайбы) и др. Определение величин названных сопротивлений — задача сложная, требующая тщательного подхода и учета многих факторов.

Для ламинарного режима движения жидкости по круглой трубе потерю напора на трение определяют по формуле

                        ²                               64

H_Tp=            ∙                    где  =

                D_в             2q                             Re

 

где L   — длина трубопровода;     — коэффициент трения.

Для турбулентного режима можно пользоваться той же формулой для определения Л_тр. Однако при этом значение коэффициента трения R устанавливают не только расчетным путем, но главным образом на основе обобщенных практических результатов. Например, при турбулентном движении в гладких трубах ( Re=4-10³ -10⁵)  коэффициент =0,316/

На коэффициент трения при турбулентном движении оказывает  большое влияние шероховатость  внутренних стенок труб. Степень влияния можно определить по трафикам и таблицам в справочной литературе.

Значения  местных  сопротивлений    определяют  суммированием их на всех участках, где они возникают. Сумму всех местных сопротивлений трубопровода определяют по формуле.

Для практических расчетов в справочной литературе приводятся значения коэффициентов местных сопротивлений для различных конструктивных элементов трубопроводов. Эти коэффициенты представляют собой отношение местного сопротивления      к скоростному напору.

Значения коэффициентов местных сопротивлений, установленных опытным путем, приведены ниже:

Местное сопротивление   

Вход в трубу из сосуда большого объема

при острой входной кромке                                              0,5

при острой входной кромке и выступе трубы

внутрь  сосуда  на   расстояние  больше

половины диаметра трубы до                                         1,0

Выход из трубы в сосуд большого объема                  1,0

Отвод под прямым углом с закруглением                   0,14

Колено без закругления                                                 1,1—1,3

Пробочный кран

открытый                                                                        0,05

прикрытый                                                                    от 2 до 95

Вентиль стандартный  при полном открытии

при    =13 мм                                                                   11

при    =20 мм                                                                   8

при    =40 мм и более                                                     I   . 4 — 6

Как видно из приведенных  выше формул, для определения сопротивления  и диаметра трубопровода необходимо задаться некоторой оптимальной  скоростью потока. Значением ее задаются согласно рекомендациям, основанным на технико-экономических соображениях.

Ниже приведены рекомендуемые  пределы изменения скорости движения жидкостей, газов и паров в промышленных трубопроводах:

Среда     , м/с                                 

Среда     , м/с

Жидкостей Газы маловязкие

 Не выше 3 под давлением до вязкие 

 Не выше 1 0,1 МПа                                             8 — 15

движущиеся само под давлением

вытеком                                                             0,2—1 вше 0,1

 МПа                                                                 20—30

при перекачивании Перегретый     водяной

насосом                                                               1 — 3   

 пар                                                                     30 — 50

 

Рекомендации  по выбору трубопроводной арматуры

Материальное оформление деталей арматуры зависит от условий эксплуатации — давления и температуры перекачивания — :и физико-химических свойств среды. Арматуру из цветных металлов следует применять только тогда, когда по условиям эксплуатации чугунная и стальная арматура непригодна (например, при перекачивании сред с температурой ниже—40 °С}.

При выборе арматуры для  нефтеперерабатывающих заводов  ъ основном применяют задвижки, особенно при диаметре трубопровода более 50 мм. Задвижки отличаются малым гидравлическим сопротивлением и допускают движение среды в обоих направлениях.

Вентили применяют для  трубопроводов диаметром до 50мм; €олее крупные вентили используют тогда, когда движение среды происходит только в одном направлении и  не вызывает больших гидравлических сопротивлений. Специальные вентили применяют для ручного дроссельного давления (например, редукционный вентиль на установках термического крекинга).

При температуре среды  в трубопроводе выше 200 °С, а также на трубопроводах для газов, бензинов и токсичных жидкостей арматура должна быть только стальной.

При выборе чугунной арматуры следует дополнительно к общепринятым эксплуатационным условиям учесть, что  ее нельзя устанавливать на трубопроводах, подверженных вибрации, а также при резко переменном тепловом режиме перекачки и в случае резкого охлаждения корпуса.

 

 

 

 

Вопросы для  проверки

1. Устройство ректификационной колонны
2. От чего зависит конструктивное исполнение корпуса колонны
3. Причина увеличения давления в атмосферной колонне
4. Из какого уравнения определяется диаметр колонны
5. В каких случаях происходит унос жидкости на вышележащую
6. Определение высоту колонны
7. Для чего нужна длинная юбка колонны
8. Принцип работы колпачковых тарелок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 15

КОНСТРУКЦИЯ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

 

План

1. Введение
2. Насадочные колонны
3. Режим работы насадочных колонн

 

Ректификационные  колонны

Ректификационными колоннами  называют вертикальные цилиндрические аппараты, предназначенные для четкого разделения смеси двух взаимно растворимых жидкостей с получением целевых продуктов требуемой концентрации. Такое разделение обеспечивается в результате процесса ректификации, под которым понимают двухсторонний массообмен между двумя фазами растворов, одна из которых паровая, другая — жидкая.

Диффузионный процесс разделения жидкостей ректификацией возможен при условии, что температуры кипения этих жидкостей различны. Для осуществления диффузии пары и жидкости должны как можно лучше контактировать между собой, двигаясь в ректификационной колонне навстречу друг другу: жидкость под собственным весом сверху вниз, пары — снизу вверх. В результате противоточного контактирования паровая фаза обогащается низкокипящими компонентами, а жидкая высококипящими.

Из свойств равновесной  системы известно, что при контактировании неравновесных паровой и жидкой фаз система стремится к состоянию равновесия в результате массообмена и теплообмена между этими фазами. Следовательно, для протекания ректификации необходимо, чтобы контактируемые жидкость и пары при одном и том же давлении не были равновесными. Иными словами, нужно, чтобы температура жидкости была ниже температуры паров.