Конструкция ректификационной колонны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Разработка конструкции объекта проектирования

1.1 Выбор базовой модели и техническая характеристика

1.1.1 Описание технологической схемы

1.2 Определение основных параметров

1.2.1 Расчет технологических режимов работы ректификационной колонны методом от тарелки к тарелке (аналитический метод)

1.2.2 Расчет диаметра колонны

1.2.3 Расчёт высоты колонны

1.2.4 Расчет толщины стенки аппарата

1.2.4 Расчет толщины стенки аппарата

1.2.6 Расчет аппарата воздушного охлаждения

1.2.7 Расчет аппарата от ветрового и сейсмического воздействия нагрузки с применением ЭВМ

1.3 Разработка конструкции усовершенствованного узла объекта

1.3.1 Патентные исследования

1.3.2 Конструктивное исполнение

1.3.3 Расчет гидравлического сопротивления тарелок

1.4 Монтаж, обслуживание и ремонт объекта проектирования

1.4.1 Приемка фундамента под монтаж

1.4.2 Сборка корпуса аппарата и сварка монтажных стыков

1.4.3 Выбор грузоподъемных средств для подъема и установки колонн

1.4.4 Подъем и установка аппарата на фундамент

1.4.5 Сборка внутренних деталей

1.4.6 Обслуживание ректификационной колонны

1.4.7 Ремонт ректификационной колонны



1. Разработка конструкции объекта проектирования

1.1 Выбор базовой модели и техническая характеристика

За базовую модель принимаем атмосферную ректификационную колонну, изображенную на рисунке 1.1, техническая характеристика указана в таблице 1.1.

1.1.1 Описание технологической схемы

Нестабильный бензин, содержащий углеводородный газ поступает с блока отбензинивания нефти в сепаратор С - 1. Фракция НК - 85°С из сепаратора С - 1 забирается насосами Н - 13 (Н - 14) и прокачивается через трубное пространство теплообменников Т - 38, 39, 40 (нестабильный бензин - стабильный бензин) > через межтрубное пространство Т- 42, 43 (нестабильный бензин - фр. 180 - 210) и поступает на 7 - ю, 9 - ю тарелки К - 4.

С верха колонны К - 4 пары бензина и углеводородные газы по шлемовой линии поступают в воздушный конденсатор - холодильник АВЗ - 1 - 4, где частично конденсируются, охлаждаются и поступают в газосепаратор С - 4.

Выделившийся в С - 4 газ отводится в топливную сеть завода. Жидкая фаза из сепаратора забирается насосами Н - 15 (Н - 16) и возвращается на верх колонны в качестве острого орошения.

Стабильная фракция НК - 85°С из аккумулятора рибойлера Т - 44 самотечно выводится через теплообменники Т - 41 (стабильный бензин - углеводородный газ), Т - 40,Т - 39,Т - 38 (нестабильный бензин - стабильный бензин) > через одну секцию воздушного холодильника АВГ - 1,2 и выводится с установки.

Имеется возможность направить стабильный бензин в емкость защелачи-вания Е - 3 (отдельно или совместно с фракцией 85 - 145 °С).

Для защиты емкостного оборудования от возможности создания взрывоопасной смеси (в случае подсоса воздуха) и для вытеснения нефтепродуктов из колонны К - 4, сепаратора С - 4 и аппаратов Т - 44, АВГ - 1,2 предусмотрена подача азота.

1.2 Определение основных параметров

1.2.1 Расчет технологических режимов работы ректификационной колонны методом от тарелки к тарелке (аналитический метод)

Методика расчета данного подраздела взята из источника [6].

Если известен состав каждой смеси и заданы условия разделения данной смеси, наиболее полным является метод "от тарелки к тарелке".

Определить основные технологические параметры ректификационной колонны для разделения следующей смеси: пропан - 0,031 мол., изобутан -0,039мол., н-бутан - 0,1995 мол., изопентан - 0,213 мол., н-пентан - 0,315 мол., гексан - 0,2025 мол.

Условия разделения: содержание н-бутана в остатке 3 мол.%, содержание изопентана в дистилляте 3 мол.%, tввода = 115°С. Охлаждающий агент - воздух.

Алгоритмы расчета

Зная температуру охлаждающей воды, принимаем температуру в емкости для дистиллята на 10 - 15°С выше температуры воды.

С учетом полной конденсации дистиллята определяем давление вверху колонны.

По найденному давлению верха колонны определяем температуру верха колонны.

Задаемся перепадом давления в колонне, возникающим из-за гидравлического сопротивления тарелок в колонне.

Исходя из п.4, определяем давление внизу колонны.

Зная давление внизу колонны, определяем температуру низа колонны.

Определяем долю отгона сырья при входе.

Определяем минимальное флегмовое число и минимальное число теоретических тарелок.

Расчет проводим на 100 молей сырья: индекс 1 принадлежит пропану, индекс 2 принадлежит изобутану, индекс 3 принадлежит н-бутану, индекс 4 принадлежит изопентану, индекс 5 принадлежит н-пентану, индекс 6 принадлежит гек-сану.

Из уравнения материального баланса можно записать:

G = D + R, (2.1)

где G - количество молей сырья, G = 100 кмоль.;

D - количество молей дистиллята, мол.;

R - количество молей остатка, мол.

G · Ci = D · yDi + R · xRi, (2.2)

где Ci - состав сырья, C1 = 0,031моль., C2 = 0,039 мол., C3 = 0,1995 мол., C4 = 0,213 мол., C5 = 0,315 мол., C6 = 0,2025 мол.;

xRi - мольная доля компонента, относящийся к жидкой фазе;

yDi - мольная доля компонента, относящийся к паровой фазе.

Исходя из условий разделения, можно более точно записать данные уравнения:

100 · 0,031 = D · уD1 + (100 - D) · 0. (2.3)

xR1 = 0 - по условию разделения

100 · 0,039 = D · yD2 + (100 - D) · 0, (2.4)

100 · 0,1995 = D · уD3 + (100 - D) · 0,03, (2.5)

100 · 0,213 = D · 0,03 + (100 - D) · xR4, (2.6)

100 · 0,315 = D · 0 + (100 - D) · хR5, (2.7)

yD5 = 0 - по условию разделения

100 · 0,2025 = D · 0 + (100 - D) · хR6. (2.8)

Суммируя уравнения (2.6), (2.7) и (2.8), получаем следующее выражение:

73,05 = D · 0,03 + (100 - D) · (хR4 + хR5 + хR6). (2.9)

при этом

хR4 + хR5 + хR6 = 0,97

из условия разделения.

Исходя из этого, D = 25,48 мол..

Вычислим количество молей остатка:

R = G - D, (2.10)

R = 100 - 25,48 = 74,52 мол.

Выразим и вычисляем по уравнениям (2.3 - 2.8) все остальные компоненты:

yD1 = 100 · 0,031 / 25,48 = 0,1217.

yD2 = 100 · 0,039 / 25,48 = 0,153.

уD3 = (100 · 0,1995 - (100 - 25,48) · 0,03) / 25,48 = 0,6952.

yD4 = 0,03; yD5 = 0; yD6 = 0; xR1 = 0; xR2 = 0; xR3 = 0,03; xR4 = 0,2756; xR5 = 0,4227; xR6 = 0,2717.

Полученные данные сводим в таблицу 2.1.

Далее определяем давление в емкости для дистиллята. Первоначально принимаем температуру в емкости на t = 13°С выше температуры охлаждающей воды, т.е. температура в емкости равна

50 + 13 = 63°

Проверим равенство уравнения фаз:

? Ki · xDi = 1, (2.11)

где Кi - константа фазового равновесия [7];

Определяем давление в емкости для дистиллята, представлено в таблице 2.2. Давление в емкости для дистиллята составляет р0 = 0,9 МПа. За счет гидравлического сопротивления холодильника и трубопровода разность давлений в емкости и вверху колонны составляет рВ = 0,03 МПа, т.е. давление вверху коло нны соответственно будет

рD = р0 + рВ. (2.12)

рD = 0,9 + 0,03 = 0,93 МПа.

Температуру верха колонны tD определим методом постоянного приближения по уравнению равновесия паровой фазы:

(2.13)

где yDi - мольные доли компонентов в паровой фазе;

Таблица 2.1 - Обобщение расчета материального баланса ректификационной колонны.

Сырьё	Количество, кмоль	Дистиллят D	Остаток R
		D · xD1	yDi = xDi	R · xRi	xRi
Пропан	3,1	3,1009	0,1217	0	0
Изобутан	3,9	3,8984	0,153	0	0
Н-бутан	19,95	17,7137	0,6952	2,2356	0,03
Изопентан	21,3	0,7644	0,03	20,5377	0,2756
Н-пентан	31,5	0	0	31,4996	0,4227
Гексан	20,25	0	0	20,2471	0,2717
?	100	25,4774	0,9999	74,52	1

Таблица 2.2 - Определение давления в емкости для дистиллята

Компонент	yDi = xi	Ki при t=63°C, р=1 МПа	Ki, xi	Ki при t=63°C, р=0,95 МПа	Ki, xi	Ki при t=63°C, р=0,9 МПа	Ki, xi
Пропан	0,1217	2	0,2434	2,1	0,25557	2,2	0,26774
Изобутан	0,153	1	0,153	1,05	0,16065	1,1	0,1683
Н-бутан	0,6952	0,7	0,48664	0,75	0,5214	0,8	0,55616
Изопентан	0,03	0,35	0,0105	0,37	0,0111	0,39	0,0117
?			0,89354		0,94872		1,0039

Кi - константа фазового равновесия.

Данные по определению температуры верха колонны при давлении рD = 0,93 МПа приведены в таблице 2.3.

Исходя, из данных таблицы 2.3 принимаем температуру верха колонны равной tD = 70°С. Принимая перепад давления по высоте колонны рВ 1 = 0,05 МПа. Находим давление внизу колонны:

р R = рD + рВ 1. (2.14)

р R = 0,93 + 0,05 = 0,98 МПа.

Используя уравнение (2.11) находим температуру низа колонны tR = 134°C. Данные по определению температуры низа колонны при давлении рR = 0,98

МПа приведены в таблице 2.4. Давление в питательной секции колонны примем равным среднеарифметическому между р D и р R:

рf = (р D + р R) / 2. (2.15)

рf = (0,93 +0,98) / 2 = 0,955 МПа.

Затем по уравнению Трегубова находим долю отгона сырья в зоне питания при давлении рf = 0,955 МПа и температуре tf = 120°C

? Xi = 1. (2.16)

где Сi - содержание в сырье исходных компонентов, мол.;

е - мольная доля отгона.

Данные приведены в таблице 2.5.

Принимаем е = 0,49.

Определяем коэффициент относительной летучести б, используя в качестве ключевого компонента бутан.

(2.17)

Данные по расчету коэффициента относительной летучести приведены в таблице 2.6.

Расчеты проводились при следующих условиях: рf = 0,955 МПа, tf = 120°C,

Таблица 2.3 - Определению температуры верха колонны при давлении 0,93 МПа

Компонент	yDi	Кi при t=69°C, р=0,93 МПа	yDi/Ki	Кi при t=70°C, р=0,93 МПа	yDi/Ki	Ki при t=71°C, р=0,93 МПа	yDi/Ki
Пропан	0,1217	2,37	0,05135	2,4	0,0507	2,4	0,00507
Изобутан	0,153	1,18	0,129661	1,2	0,1275	1,21	0,12645
Н-бутан	0,6952	0,86	0,808372	0,88	0,79	0,883	0,787316
Изопентан	0,03	0,423	0,070922	0,44	0,06818	0,441	0,06803
?			1,060305		1,03638		0,98509

Таблица 2.4 - Определение температуры низа колонны при давлении 0,98 МПа

Компонент	xDi	Кi при t=135°C, р=0,98МПа	Ki·xDi	Кi при t=133°C, р=0,98 МПа	Ki·xDi	Кi при t=134°C, р=0,98 МПа	yDi/Ki
Н-бутан	0,03	2,25	0,0675	2,2	0,066	2,21	0,0663
Изопентан	0,2756	1,25	0,3445	1,2	0,33072	1,22	0,336232
Н-пентан	0,4227	1,08	0,456516	1,05	0,44384	1,06	0,448062
Гексан	0,2717	0,58	0,157586	0,56	0,15215	0,56	0,152152
?			1,026102		0,99271		1,002746

Таблица 2.5 - Доля отгона сырья в питательной секции

Доля отгона сырья в питательной секции: рf = 0,955 МПа; t = 120°C
Компонент	Мольный состав	Ki	Xiе=0,48	yi=KiXi	Xiе=0,49	yi=KiXi
Пропан	0,031	4,2	0,012223975	0,051340695	0,012071651	0,050700934
Изобутан	0,039	2,4	0,023325359	0,055980862	0,023131673	0,055516015
Н-бутан	0,1995	1,9	0,139315643	0,264699722	0,138445524	0,263046496
Изопентан	0,213	1	0,213	0,213	0,213	0,213
Н-пентан	0,315	0,88	0,334252971	0,294142615	0,334679133	0,294517637
Гексан	0,2025	0,44	0,276942013	0,121854486	0,279079383	0,122794929
?			0,999059961	1,00101838	1,000407364	0,999576011

рD = 0,93 МПа, tD = 70°C, рR = 0,98 МПа, tR = 134°C.

Cреднее значение коэффициента относительной летучести бi ср в концентрационной части колонны определяется по формуле

(2.18)

где бi(D) - коэффициент относительной летучести данного компонента; бi(f) - коэффициент относительной летучести ввода сырья в колонну.

Cреднее значение коэффициента относительной летучести бi ср в отгонной части колонны определяется по формуле

 (2.19)

где бiR - коэффициент относительной летучести данного компонента.

По уравнению Андервуда [8] методом подбора находим параметр ц, исходя из того, что

(2.20)

Данные по расчету параметра ц приведены в таблице 2.7.

Исходя из данных (ц = 1,234) находим минимальное флегмовое число для укрепляющей части колонны:

(2.21)

При этом rmin = 0,6328 примем rраб = 1,2656.

Минимальное паровое число для отгонной части колонны может быть рассчитано аналогично по уравнению Андервуда [8]

(2.22)

По уравнению Андервуда [8] определяем минимальное количество теоретических тарелок в колонне



Таблица 2.7 - Данные по расчету параметра ц

Компонент	Конц. Сi	бif	бif · Ci	бif - ц	бif · Ci/(бif - ц)
Пропан	0,031	2,2105263	0,068526315	0,9765263	0,070173548
Изобутан	0,039	1,2631579	0,049263158	0,029157895	1,689530674
Н-бутан	0,1995	1,00	0,1995	-0,234	-0,852564103
Изопентан	0,213	0,52631579	0,112105263	-0,70768421	-0,158411423
Н-пентан	0,315	0,4631579	0,145894737	-0,770842105	-0,189266694
Гексан	0,2025	0,23157895	0,046894737	-1,002421053	-0,046781477
?	-	-	-	-	0,512680525

(2.23)

По графику Джиллиленда [9] при рабочем флегмовом числе число теоретических тарелок n = 14.

1.2.2 Расчет диаметра колонны

Методика расчета данного подраздела взята из источника [1].

Исходные данные: Температура верха 70°С, количество дистиллята, выводимого с верху колонны 2,194 кг/с; давление вверху колонны 0,93 МПа; плотность дистиллята 2,24 кг/м³. Допустимая скорость паров хдоп, м/с:

(2.24)

где К - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и типа контактирующего устройства, К = 600;

сп - абсолютная плотность паров, сп = 2,24 кг/м³;

сж - абсолютная плотность жидкости, кг/м³.

(2.25)

где с - абсолютная плотность нефтепродукта при 20 °С, с = 663 кг/м;

б - средняя температурная поправка плотности на 1 градус, б = 0,897 кг/м³.

кг/м³.

м/с.

Диаметр колонны D, м

. (2.26)

где V - объем паров, проходящих за 1 секунду через сечение колонны, м³/с.

(2.27)

где Т - температура верха колонны, Т = 343 К; Р - давление углеводородов, Р = 0,93 МПа; GБ - количество бензина, GБ = 6,417 кг/с; qо - количество орошения, кг/с; МБ - молярная масса бензина, МБ = 58.

(2.28)

где ц - флегмовое число, ц = 1,234

м³/c.

м.

Принимаем диаметр колонны равным 1,4 м.

1.2.3 Расчёт высоты колонны

Общая высота колонны, Н, м

H = h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7. (2.29)

На рисунке 2.1 представлена схема к расчету.

Высоту от верхнего днища до первой ректификационной тарелки h1 принимаем конструктивно равной 0,5 диаметра колонны, т.е.

h1 = 0,5 · 1,4 = 0,7 м.

Высоту тарельчатой части колонны h2 находим по формуле

h2 = (n - l) · a, (2.30)

где n - число тарелок в укрепляющей секции, n = 31;

а - расстояние между тарелками, а = 0,6 м.

h2 = (31 - 1) · 0,6 = 18 м.

Расстояние h3 находим по формуле

h3 = 3 · a. (2.31)

h3 = 3 · 0,6 = 1,8 м.



Рисунок 2.1 - Схема действия ветровой нагрузки: Н - высота аппарата; h1 - высота укрепляющей секции; h2 - высота отгонной секции; h3 - высота опорной обечайки; x1 - расстояние от середины участка укрепляющей секции до поверхности земли; x2 - расстояние от середины участка отгонной секции до поверхности земли; х 3 - расстояние от середины участка опорной обечайки до поверхности земли; Р 1 - средняя составляющая ветровой нагрузки на участке h1; Р 2 - средняя составляющая ветровой нагрузки на участке h2; Р 3 - средняя составляющая ветровой нагрузки на участке h3

Высоту h4 находим по формуле (2.30)

h4 = (n1 - 1) · а, (2.32)

где n1 - число тарелок в отгонной секции, n = 9.

h4 = (9 - 1) · 0,6 = 4,8 м.

Высоту принимаем h5 = 0,6 м.

Высоту h6 находим по формуле:

h6 = Vм/F, (2.33)

где Vm - объем мазута внизу колонны, м³;

F - поперечное сечение колонны, м².

(2.34)

где Gм - количество мазута из материального баланса колонны, Gm = 7700 кг/ч;

см - абсолютная плотность мазута при температуре низа колонны, см = 690 кг/м³.

м³.

м.

Высоту опорной обечайки h7 принимаем, исходя из практических данных, равной 1 м.

Н=0,7+18+1,8+4,8+0,6+1,209+1=28,109 м.

1.2.4 Расчет толщины стенки аппарата

Расчет толщины стенки ректификационной колонны выполним в соответствии с ГОСТ 14249 - 89 по формуле:

(2.35)

где Р - рабочее давление среды, Р = 1,8 МПа;

DB - внутренний диаметр колонны, DB = 1,4 м;

ц - коэффициент прочности продольного сварного шва, ц = 0,65;

С - прибавка на коррозию, С = 0,001ч0,006 м;

[у]t - напряжение температурного воздействия, МПа.

(2.36)

где ут - предел текучести материала, МПа.

(2.37)

где ув - предел прочности, ув = 450 МПа.

МПа.

м.

1.2.5 Расчет днища эллиптического

Толщину стенки днища аппарата определяем по формуле:

(2.38)

м.



1.2.6 Расчет аппарата воздушного охлаждения

Использование ABO позволяет резко сократить расход охлаждающей воды на НПЗ. Эффективность работы ABO достигается путём принудительной подачи воздуха с помощью вентиляторов, а также значительным увеличением внешней поверхности охлаждающих труб путём наружного оребрения. ректификация колонна бензин высокооктановый

АВЗ - 1- 4 - аппарат воздушный зигзагообразный:

Методика расчета данного подраздела взята из источника. [7]

Тепловая нагрузка аппарата, Q, кДж/ч:

Q = G · (It1П - It2Ж), (2.39)

где G - масса горячего и холодного теплоносителя, кг/ч;

It1П - энтальпия паров нефтепродукта при температуре входа в холодильник, кДж/кг;

It2Ж - энтальпия жидкого нефтепродукта при температуре выхода из холодильника, кДж/кг.

Q = 7700 · (850 - 84) = 5898200 кДж/ч = 1638388,889 Вт.

Массовый расход воздуха,g, кг/ч:

g = 2V·с, (2.40)

где V - производительность вентилятора, V = 150000 м³/ч;

с - плотность воздуха при нормальных условиях, с = 1,2 кг/м³.

g = 2·150000·1,2 = 360000 кг/ч.

Конечная температура охлаждаемого воздуха, tк, °С:

(2.41)

где tн - начальная температура охлаждаемого воздуха, tн = 20 °С.

°С.

Средняя логарифмическая разность температур охлаждаемого продукта и воздуха, Дtср, °С:

(2.42)

где Дtв - высшая разность температур между потоками °С;

Дtн - низшая разность температур между потоками °С.

Дtв = TH - tк, (2.43)

Дtн = TK - tн, (2.44)

где ТH - начальная температура продукта, ТH, = 70 °С;

ТK - конечная температура продукта, ТK = 35 °С.

Дtв = 70 - 36 = 34 °С.

Дtн = 35 - 20 =15 °С.

°С.

Расчёт поверхности охлаждения, FР, м 2:

(2.45)

где К - коэффициент теплопередачи, К = 25 Вт/(м² · К).

м².

Запас поверхности, FЗ, м²:



(2.46)

.

1.2.7 Расчет аппарата от ветрового и сейсмического воздействия нагрузки с применением ЭВМ

Программа расчета усилий и моментов, действующих на колонные аппараты, от ветрового и сейсмического воздействия составлена на алгоритмическом языке Borland Pascal Version 7.0, Borland International Inc. и позволяет выполнять расчеты вертикальных колонных аппаратов постоянного сечения, а также колонн переменного диаметра.

Ввод исходных данных отображается на экране монитора и позволяет многократно редактировать исходные данные. Общие исходные данные для колонны представлены в таблице 2.8. Ввод исходных данных для первого и второго участков, считая сверху вниз по высоте аппарата, приведен в таблицах 2.9, 2.10.

1.3 Разработка конструкции усовершенствованного узла объекта

1.3.1 Патентные исследования

Целью данного исследования является поиск новых конструктивных решений в области усовершенствования ректификационных колонн, чтобы снизить потери бензиновых фракций и сжиженного газа, получение высокооктановых бензинов с улучшенными экологическими характеристиками, сокращение энергетических расходов. Технический уровень и тенденции развития ректификационных колонн приведены в таблице 2.11.



1.3.2 Конструктивное исполнение

На рисунке 2.2, представлена клапанная тарелка, которая состоит из клапана 1, крепления полотен 2, полотна тарелки 3, сливной перегородки 4, опорного уголка 5, опорного полукольца 6, поперечной опорной балки 7, продольной опорной балки 8, гидрозатвора 9. Такая конструкция тарелки позволяет повысить производительность колонны, обеспечить высокую четкость погоноразделения, улучшить качество фракции.

1.3.3 Расчет гидравлического сопротивления тарелок

Методика расчета данного подраздела взята из источника [8].

Таблица 2.8 - Общие исходные данные для колонны

Наименование	Размерность	Условные обозначения	Численное значение величин
1	2	3	4
Высота колонны от поверхности земли	м	H	28,109
Коэффициент неравномерности сжатия грунт	Н/м 3	СF	6·107
Сейсмический коэффициент	-	KS	0,100
Скоростной напор ветра	Па	q	450
Доля ветрового момента в расчетном моменте	Н·м	МVJ	0,310
Число площадок обслуживания	-	j	4
Число участков аппарата разного диаметра	-	k	2

Таблица 2.9 - Ввод исходных данных для первого участка

Наименование	Размерность	Условные обозначения	Численное значение величин
1	2	3	4
Высота участка	м	h1	26,309
Модуль нормальной упругости	Па	E	0,215·1012
Исполнительная толщина стенки участка колонны	м	S	0,016
Прибавка на коррозию	м	С	0,006
Внутренний диаметр участка аппарата	м	DВ	1,4
Наружный диаметр участка аппарата	м	DH	1,432
Вес участка аппарата	H	G1	2,092·105

Таблица 2.10 - Ввод исходных данных для второго участка

Наименование	Размерность	Условные обозначения	Численное значение величин
1	2	3	4
Высота участка	м	h1	1,8
Модуль нормальной упругости	Па	E	0,215·1012
Исполнительная толщина стенки участка колонны	м	S	0,016
Прибавка на коррозию	м	С	0,006
Внутренний диаметр участка аппарата	м	DВ	1,4
Наружный диаметр участка аппарата	м	DH	1,432
Вес участка аппарата	H	G2	0,072·105

Рисунок 2.2 - Клапанная тарелка: 1 - клапан, 2 - крепление полотен; 3 - полотно тарелки; 4 - сливная перегородка; 5 - опорный уголок; 6 - опорное полукольцо; 7 - поперечная опорная балка; 8 - продольная опорная балка; 9 - гидрозатвор

Длина линии слива, LC, м:

LC = (0,6 ч 0,9) · DK, (2.47)

где DK - диаметр колонны DK = 1,4 м;

Р - шаг элементов в одном ряду, Р = 0,08 м;

РР - расстояние между рядами, РР = 0,05 м;

hсл - высота сливной перегородки, hсл = 0,05 м.

LC = 0,66 · 1,4 = 0,925 м.

Гидравлическое сопротивление клапанной тарелки, ДР, Па:

ДР = ДРс+ДРу+ДРж, (2.48)

где ДРс - перепад давлении на сухой тарелке, Па;

ДРу - перепад давления, необходимый для преодоления сил поверхностного натяжения жидкости, Па; ДРж - перепад давления, необходимый для преодоления сопротивления столба жидкости на тарелке, Па. Перепад давления на сухой тарелке:

(2.49)

где о - коэффициент местного сопротивления, определяемый опытным путем и в среднем для клапанных тарелок равный 2,5чЗ,5 примем, о = 3,0;

сп - плотность пара в рабочих условиях низа колонны, сп = 19,1 кг/м;

що - скорость пара в отверстиях под клапанами, щ0, м/с.

(2.50)

где Vсек - секундный объем пара под нижней тарелкой колонны, м 3/с;

fо - сечение одного отверстия под клапаном, м 2;

Nо - число отверстий (клапанов) на тарелке, N0 = 140 [15].

Тогда

(2.51)

где aо - длина отверстия под клапаном, ао = 0,05 м;

bо - ширана отверстия под клапаном, bо = 0,025 м.

м².

м/c.

Подставляя найденные величины в формулу перепада давления на сухой тарелке, получим

м².

Перепад давления, необходимый для определения сил поверхностного натяжения жидкости

(2.52)

где у - поверхностное натяжение жидкости, у = 0,015 Н/м;

dэ - эквивалентный (гидравлический) диаметр щели под клапанном, м.

dэ = 2 · а, (2.53)

где а - высота щели под клапаном, а = 0,002 м.

dэ = 2 · 0,002=0,004 м.

Па.

Перепад давления, необходимый для преодоления сопротивления столба жидкости на тарелке, определяется по эмпирическому уравнению, ДРж, Па:

(2.54)

где К - коэффициент, клапанных тарелок, К = 0,5.

Часовой объем жидкости, стекающей с двадцатой тарелки колонны,Q, м³/ч:

(2.55)

где I20 - количество жидкости, покидающее двадцатую тарелку колонны,

I20 = 1301,5 кмоль/ч;

Мх - молекулярная масса жидкости, Мх = 58;

сж - плотность жидкости, сж = 663 кг/м³.

Поэтому,

Па.

ДР=529,74+15+550=1094,74 Па.

Скорость потока пара для открытия клапана, щ0' м/с:

(2.56)

где Gк - вес стального клапана, Н;

Gж - вес цилиндрического столба жидкости над клапаном, Н;

f - площадь клапана, на которую действует давление газа, м².

Вес стального клапана подсчитываете по формуле, Gк, H:

 (2.57)

где ак - длина поверхности клапана, ак = 0,058 м;

bк - ширина поверхности клапана, bк = 0,033 м;

д - толщина клапана, д = 0,002 м;

сст - плотность материала клапана, сст = 7800 кг/м³ .

Н.

Вес цилиндрического столбика жидкости над клапаном можно подсчитать по формуле, Gж, Н

(2.58)

где Дh - высота подпора жидкости над сливной перегородкой, м.

Высоту подпора жидкости над сливной перегородкой определим по формуле:

(2.59)

где q - количество жидкости, приходящееся на единицу длины слива в 1 час.

(2.60)

м.

Н.

Для упрощения принимаем, что целендрическая поверхность клапана, на которую действует давление газа, равна площади прямоугольника, длиной 0,05 м и шириной 0,025, поэтому

м².

м/с.

Такую скорость должен иметь поток газа в отверстии под клапаном, чтобы поднять клапан и цилиндрический столбик жидкости над ним. После поднятия клапана в отверстии под ним установится скорость газа що = 4,3 м/с.

1.4 Монтаж, обслуживание и ремонт объекта проектирования

1.4.1 Приемка фундамента под монтаж

Фундаменты под монтаж колонн принимаются после выдержки бетона и распалубки.

Необходимо, чтобы опорная плоскость фундамента была выведена на проектную отметку, фундаменты были засыпаны грунтом с тщательной утрамбовкой и площадка между ними спланирована.

При приемке фундамента под монтаж проверяются: привязка фундамента в плане; размеры в плане и отметка опорной плоскости фундамента; состояние фундамента и анкерных болтов; расположение и отметка верха, диаметр и длина нарезки анкерных болтов. На фундаменте не должно быть трещин, сколотых мест, обнаженной арматуры и других дефектов. Необходимо, чтобы анкерные болты не были погнутыми и не имели следов ржавчины. Резьба болтов должна быть в полной сохранности, смазана тавотом и защищена ветошью или втулкой из обрезка трубы [5].

1.4.2 Сборка корпуса аппарата и сварка монтажных стыков

Корпусы аппаратов диаметром до 3800 мм, поставляемые из отдельных блоков по длине, собирают и сваривают на монтажной площадке.

Сборку аппарата осуществляют при помощи трубоукладчиков на опорах из шпал, уложенных на спланированной площадке. Каждый блок аппарата должен находиться не менее чем на двух опорах с расстоянием между опорами не более 5 м.

На одной из стыкуемых частей аппарата по окружности приваривают направляющие планки; для аппаратов диаметром до 2 м приваривают 8 планок, более 2 м - 12 планок (рисунок 2.3); после приварки планок стыкуемые блоки аппаратов сближают двумя тракторами или трубоукладчиками. При подгонке частей аппарата друг к другу необходимо обеспечить прямолинейность продольной оси, т. е. контрольные осевые керны или риски должны быть совмещены. Установку частей аппарата проверяют по нивелиру (рисунок 2.4).

Наибольшие смещения кромок при сборке стыков под сварку в кольцевых швах не должны превышать, указанных в таблице 2.12 величин.

После сборки проверяют величину смещения кромок и зазора в стыке. Если смещения кромок больше допустимых, необходимо подогнать кромки, поджимая их клиньями или винтовой струбциной (рисунок 2.5 и 2.6).

Для подгонки зазора, размеры которого превышают допуски, используют стяжные приспособления.

Прихватку кромок выполняют качественными электродами диаметром 3 - 4 мм на участках по 100 мм с разрывом 300 мм и проводят ее крестообразно по окружности стыка. К прихватке допускаются только сварщики, имеющие право сваривать ответственные сосуды.



Рисунок 2.3 - Приварка направляющих планок на стыкуемых частях аппарата

Рисунок 2.4 - Схема проверки аппарата, собираемого при помощи нивелира (цифры указывают последовательность установки рейки)

Таблица 2.12 - Наибольшие смещения кромок при сборке стыков под сварку в кольцевых швах

Материал изделия и толщина s, мм	Допускаемое смещение не более
Углеродистая и низколегированная сталь:
s < 22	25% толщины стенки
s<24	6 мм
Нержавеющая сталь 1Х 18Н 9Т	3 мм
Двухслойная стал	10% толщины стенки, но не более 3 мм; не должно превышать толщины легирующего слоя



Рисунок 2.5 - Подготовка зазора стяжными приспособлениями

Рисунок 2.6 - Подготовка кромок аппарата винтовой струбциной автоматической или ручной: 1 - гайка; 2 - винт с квадратной резьбой

1.4.3 Выбор грузоподъемных средств для подъема и установки колонн

Для подъема и установки колонн могут быть использованы стреловые самоходные краны на гусеничном и пневматическом ходу.

Кран для установки вертикального аппарата выбирают по трем основным параметрам: весу аппарата, грузоподъемности на определенном вылете стрелы и высоте подъема крюка.

Если самоходные краны нужных параметров отсутствуют, для подъема и установки колонн используют одну или две мачты, оснащенные полиспастами. Максимальную грузоподъемность (200 ·103 кг) имеет комплект из двух решетчатых мачт с оснасткой, который обычно и применяется для подъема и установки на фундамент собранных колонн весом до 200 ·103 кг [5].

1.4.4 Подъем и установка аппарата на фундамент

Аппарат следует поставить в исходное для подъема положение.

В процессе подъема аппарата краном вылет стрелы как при отрыве аппарата от земли, так и при установке его на фундамент должен быть минимальным. Если кран работает на предельной грузоподъемности, рекомендуется устанавливать его на небольшой накат.

При подъеме аппарата двумя мачтами ось аппарата в исходном положении должна быть перпендикулярна к оси, соединяющей мачты, и проходить и проходить через центр фундамента.

Чтобы обеспечить вертикальность мачт при подъеме аппарата, мачты устанавливают с отклонением от вертикали на 7 - 10°.

Обвязка аппарата стальными тросами производится на 200 - 400 мм выше центра тяжести. Петли стропов заводят в гак нижних блоков полиспастов. Рабочие нитки полиспастов через отводные блоки соединяют с лебедками.

Низ аппарата необходимо закрепить стропами и соединить с отводной лебедкой.

Одновременно с натяжкой основных полиспастов постепенно высвобождают трос с отводной лебедки.

При подъеме низа аппарата выше верхней отметки фундамента оттяжной полиспаст следует полностью отпустить.

Скорость подъема принимают от 0,005 до 0,01 м/сек. Перерывы в подъеме не допускаются более 10 - 15 мин.

После установки аппарата на фундамент при помощи теодолита по контрольным рискам выверяют вертикальность его положения. При выверке подкладки опоры следует располагать равномерно по окружности. Выверку осуществляют при помощи стального клина, забиваемого под опорное кольцо аппарата. После выверки аппарат закрепляют анкерными болтами [5].

1.4.5 Сборка внутренних деталей

Сборка тарелок ректификационных колонн осуществляется при горизонтальном и вертикальном положениях. Перед сборкой тарелок необходимо проверив их детали, которые должны отвечать следующим требованиям:

- зазор между стенкой колпачка и шаблоном при проверке внутреннего профиля колпачка не должен превышать 1 мм;

- кромки зубцов должны быть ровными, отклонение по высоте зуба допускается не более ± 1 мм;

- при проверке на плите зазор между отдельными зубцами и плитой не должен превышать 3 мм;

- смещение оси отверстия в колпачке от оси симметрии допускается не более 2 мм;

- при проверке на плите зазор между кромками желоба или полужелоба и плитой не должен превышать 2 мм;

- наружный диаметр желоба на длине 50 мм от торца с обоих его концов должен быть выдержан с допуском минус 1 мм;

- прогиб гребенки допускается не более 2 мм;

- кривизна опорных уголков при проверке на плите не должна превышать 3 мм [5].

1.4.6 Обслуживание ректификационной колонны

С целью исключения причин и условий возникновения пожара или взрыва необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

- не допускать нарушений параметров технологического режима производственного процесса, установленного технологическим регламентом;

- следить за исправной работой контрольно-измерительных приборов;- систематически проверять состояние и исправность действия предохранительных клапанов и технических манометров, не допуская к эксплуатации аппараты с неисправными указанными устройствами;

- следить за показаниями и исправностью сигнализаторов концентраций горючих газов;

- систематически осматривать состояние технологического оборудования, своевременно проводить его ремонт;

- следить за техническим состоянием систем вентиляции в производственных и бытовых помещениях;

- систематически проверять состояние и исправность средств пожаротушения.

При возникновении пожара на установке, угрожающего разрывом трубопроводов и аппаратов, установку необходимо аварийно остановить. При аварийной остановке производится закрытие всех задвижек и отсекателей, предусмотренных планом и схемой ликвидации аварий, а также остановка всех вращающихся механизмов с отключением электропитания всей установки.

Успешная ликвидация пожара и предупреждение его распространения зависят от своевременного извещения пожарной части о месте возникновения пожара и его характере. В этом плане чрезвычайно важно содержание в исправном состоянии надежных средств извещения - телефонной и радиосвязи.

Все участвующие в тушении пожара должны быть проинструктированы по их действиям в условиях возгорания, исходя из плана ликвидации аварий. Переносные средства пожаротушения размещаются на тактически выгодных позициях.



1.4.7 Ремонт ректификационной колонны

При ремонте ректификационных колонн сначала колонну пропаривают, а затем отделяют от трубопроводов заглушками и промывают водой; после этого открывают все люки, начиная сверху, и разбирают тарелки; далее тарелки, сливные стаканы и низ колонны очищают от кокса и грязи; затем проводят ревизию внутренней части колонны: толщину ее стенки, а также штуцеров; сменяют негодные штуцера и изношенные места корпуса колонны. Тарелки собирают на месте с заменой изношенных деталей, после чего закрывают люки и опрессовывают колонну.

Пропарка и промывка водой необходимы при ремонтных работах внутри аппаратуры, так как при этом легко удаляются воспламеняющиеся газообразные и жидкие нефтепродукты, которые остались в аппарате после остановки. Заглушки по размерам прокладки вырубаются из листовой стали и устанавливаются между фланцами штуцера и запорным устройством; заглушки должны иметь выступающие хвостики.

Устанавливать заглушки и открывать люки необходимо строго в соответствии с требованиями техники безопасности. К открыванию люков приступают только по разрешению начальника установки или старшего оператора - лиц, ответственных за подготовку оборудования к ремонту.

К ремонтным работам внутри аппаратуры приступают после получения удовлетворительных данных анализа воздуха.

Для ускорения ремонта во время пропарки удаляют с каждого люка большинство шпилек, оставляя нетронутыми три - четыре.

При необходимости разборки тарелок в первую очередь удаляют колпачки, для чего отвинчивают по две гайки; в зависимости от объема ремонта снимают несколько колпачков или полностью все колпачки. Затем, отвинтив гайки, удаляют желоба. Закончив разборку желобов одной тарелки, переходят на следующую. Сборка тарелок проводится в обратной последовательности [5].

Размещено на Allbest.ru