Расчет и подбор технологического оборудования и их элементов

 

В примененную в производстве технологию включены следующие процессы:

- компримирование;

- сепарация;

- охлаждение и конденсация;

- адиабатическое расширение;

- дросселирование;

- ректификация.

Производственный объект по своему функциональному назначению и монтажно-компоновочным решениям разделен на следующие основные технологические  блоки:

- Блок подготовки газа;

- Наружная установка газоразделения;

- Блок ТДА;

- Блок печи;

- Компрессорная с ГТА.

Аварийные сбросы при срабатывании предохранительных клапанов, а также  сбросы при остановках установки  направляются в общезаводскую факельную  систему.  Для нагрева холодных сбросов и испарения жидкостей  предусмотрена обогреваемая дренажная  емкость, в которую подается теплоноситель  из общезаводской системы.

Основным сырьем для производственного  объекта УПГ-2 (НТК-2) являются: осушенный  газ с УКГ-2 и часть отбензиненного газа с НТК-1, поступающие на переработку. По своему компонентному составу исходный газ представляет собой смесь углеводородов с азотом с присутствием двуокиси углерода.

Исходный газ предварительно осушают до точки росы не выше минус 70°С с последующей подачей на переработку.

Рабочие параметры исходного  сырья на входе в установку:

давление (изб.) 1,6…1,8 МПа

температура  25…40°С

На установке  производится дополнительное компримирование исходного газа.

Как уже указывалось выше, из исходного сырья на установке переработки вырабатывается сухой отбензиненный газ и ШФЛУ. Компонентные составы целевых продуктов и их рабочие параметры на выходе из установки приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Компонентный состав и параметры целевых продуктов

Наименование компонентов  и параметры	ШФЛУ		Сухой отбензиненный газ (СОГ)
	летний режим	зимний режим	летний режим		зимний режим
	% масс.		% мол.(об.)	% масс.	% мол.(об.)	% масс.
CO2	-	-	0,34	0,875	0,34	0,865
N2	-	-	1,14	1,868	1,14	1,188
CH4	-	-	92,78	87,052	92,81	87,161
C2H6	2,6	2,6	5,61	9,866	5,632	9,913
C3H8	46,67	47,26	0,11	0,283	0,051	0,13
i-C4H10	14,48	14,34	-	-	0,001	0,004
n-C4H10	15,07	14,9	-	-	-
i-C5H12	6,96	6,88	-	-	-
n- C5H12	5,34	5,28	-	-	-
C6H14	8,87	8,76	-	-	-
О2	-	-	0,03	0,056	0,026	0,049
Рабс., МПа	5,5	5,5	1,4		1,4
Т, °С	40	35	35		20
G, кг/ч	17350	17570	164020		163800

Отбензиненный сухой газ содержит в своем составе более 90%об. метана, остальные компоненты - предельные углеводороды С₂-С₄ с незначительной примесью двуокиси углерода и азота. Удовлетворяет требованиям ГОСТ 5542-87 и ОСТ 51.40-93. Бесцветный газ. Пожаро- и взрывоопасен. Обладает слабым специфическим запахом, слабо растворим в воде. Относится к веществам 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны – 300 мг/м³ (в пересчете на углерод) по ГОСТ 12.1.005.

Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) содержит в своем составе  предельные углеводороды С₂-С₆. Удовлетворяет требованиям ТУ 38.101524-93 марка Б. Относится к сжиженным углеводородным газам. Легкокипящая и легковоспламеняющаяся жидкость. Пожаро- и взрывоопасна, малотоксична. Относится к веществам 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны – 300 мг/м³ (в пересчете на углерод) по ГОСТ 12.1.005.

ШФЛУ используется в качестве сырья газофракционирующих установок  с целью получения индивидуальных углеводородов, которые в последующем могут использоваться, в частности, для производства химических продуктов, пластмасс и синтетического каучука.

Наиболее часто как  химическое сырье используются следующие  компоненты природных газов: метан, этан, пропан и н-бутан; парафины: изобутан и изопентан.

Метан является исходным сырьем в производстве хлор - и фтор-производных, используемых для получения многих полимерных материалов. Этан является одним из лучших видов сырья для  производства этилена, а также используется в производстве хлорпроизводных.

Применение этана или  его смесей с метаном перспективно в производстве ацетилена. Пропан широко используется для получения этилена, этилена и пропилена, этилена  и ацетилена методом пиролиза. н-Бутан является исходным сырьем для  производства бутадиена и бутилена.

Изобутан применяется  в производстве изобутилена и  для хлорирования, сульфирования  и др.; изобутилен полимеризуется в синтетический каучук - полиизобутилен, а также используется вместе с изобутаном в производстве изооктана - высокооктановой добавки к моторным топливам.

Изопентан служит добавкой к авиабензинам, так как он является высокооктановым топливом с высокими пусковыми характеристиками.

Кроме того, изопентан используется в производстве изопрена - сырья для получения полиизопренового каучука, амиловых спиртов, хлор - и сульфопроизводных. Все парафины изостроения легко алкилируются.

Процесса переработки углеводородных газов с целью снижения потерь целевых компонентов и получения товарной продукции: широкой фракции углеводородов (ШФЛУ) и отбензиненного углеводородного газа (СОГ) осуществляется методом охлаждения и частичной конденсации исходного компримированного газа, его сепарацией при высоком давлении, последующим детандированием паровой части потока во всем располагаемом диапазоне давлений и разделением в ректификационной колонне.

Внешние источники холода не применяются. В качестве источника  холода используется эффект адиабатического  расширения газа в турбодетандере.

Характеристика технологического и насосно-компрессорного оборудования приведена в таблицах 1.3 и 1.4.

 

 

Таблица 1.3 – Характеристика технологического оборудования

Наименование оборудования (тип, назначение и т.д.)	Индекс позиции на технологической  схеме	Количество, штук	Материал изготовления	Техническая характеристика оборудования	Расчетные параметры				Основные размеры
					температура, 0С		давление, МПа		диаметр, мм	высота, длина, м
1. Теплообменник сырьевого  газа	Т-1	1	12Х18Н10Т	F=2800м2, Q=8,34МВт	Межтрубное пр-во				Д=2200	Н = 12
					-94…-8		1,8
					Трубное пр-во
					35…-63		5,5
2. Теплообменник сырьевого  газа	Т-2	1	12Х18Н10Т	F=600м2, Q=2,68МВт	Межтрубное пр-во				Д = 1000	Н = 11,2
					35…-63		5,5
					Трубное пр-во
					-84…10		1,8
3. Деметанизатор с клапанными тарелками	К-1	1	12Х18Н10Т	V=100м3, N = 16т.т.	-100…50		1,8		Д = 2000/3000	Н = 36
4. Сепаратор сырьевого  газа высокого давления	С-1	1	12Х18Н10Т	V=17,2м3	-64…-56;		5,5		Д = 1800	Н = 9,3
5. Сепаратор приемный	Е-1	1	09Г2С	V=37м3	25…40		2,2		Д = 2400	Н = 17,1
6. Емкость дренажная «холодная»  с теплообменным устройством  (внутренним и наружным)	Е-8	1	12Х18Н10Т	емкость					Д = 2400	L = 10,8
				V=40м3		-100…100		0,6
				теплообменное устройство
				Fвн = 82м2 Fнар = 7,1м2 трубы Д=25х2мм		140…190
7. Свеча	Св-1	1	12Х18Н10Т	V=3,0м3	-100…50		0,06		Д = 400/250	Н =45
8. Концевой холодильник  компрессора	АВО-КЦ/1-5	5	ст 10Г2/АL	F = 5250м2 Дтр=25х2мм Q=2,32МВт	138…0		5,5		ВхLxH = 3х12х4,5
9. Концевой холодильник  отбензиненного газа	АВО-2/1-3	3	ст 10Г2/АL	F = 5250м2 Дтр=25х2мм Q=0,83МВт	60…35		2,0		ВхLxH = 3х12х4,5
10. Холодильник ШФЛУ	АВО-3	1	ст 10Г2/АL	F = 1165м2 Дтр=25х2мм Q=0,223МВт	52…35		5,5		ВхLxH = 3х12х4,5
11. Печь трубчатая, кипятильник  колонны	П-1	1	труб – 09Г2С, футеровка  бетон огнеупорный, бетон жаростойкий. Предусмотреть прибавку на коррозию 2мм	Q=3,7МВт, Fрад =64,9м2 Fконв =114м2 Дтр=152х6мм nрад=26шт nконв=33шт	35…51		2,0		Д = 3070; Дтрубы = 820	с трубой Н = 24,6

 

 

Таблица 1.4 – Характеристика насосно-компрессорного оборудования

Индекс позиции по технологической схеме	наименование и тип  оборудования	Количество, шт	Наименование перерабатываемого  продукта	Производительность,	Давление нагнетания, МПа	Тип и мощность привода,  число оборотов
ТДА-1	Турбодетандерный агрегат для адиабатического расширения газа EС 4.0 «MAFI-TRENCH COMPANY»	1	детандерная ступень			N = 2935 КВт 25000об/мин
			углеводородный газ	149717кг/ч	1,4
			компрессорная ступень
			сухой отбензиненный газ (СОГ)	168258кг/ч	1,4
КЦ-1	Компрессор центробежный с приводом от ГТА MARS100S CS	1	Углеводородный газ	248м3/мин	4,66	Solo NOx Mars 100 N = 10000 КВт 2900 об/мин
Н-2/1	Насос кипятильника колонны CNF 125-80-315B	1	Сжиженные углеводородные газы	117,4 м3/ч	2,5	N = 47 КВт 2960 об/мин
Н-3/1	Насос ШФЛУ САМV 52/5+5	1	ШФЛУ	34,3 м3/ч	6,3	N = 187 КВт 2950 об/мин

 

2 Технологический раздел

 

2.1 Описание технологической  схемы и оборудования

 

Принципиальная технологическая  схема установки низкотемпературной конденсации представлена в графической части на на первом листе формате А1, а также в приложении А.

Сырьевой углеводородный газ по трубопроводу через пневмоприводные  заслонки (с байпасной линией с вентилем заполнения для плавного подъема давления в системе) и поступает в приемный сепаратор Е-1 (для отделения возможных капель жидкости и механических примесей) при температуре 25÷40°С и давлении 1,6÷1,8 МПа. Газ из сепаратора Ε-1 через расходомер направляется в блок компрессорной с ГТА на дожатие до давления 4,6 МПа. На данном этапе производится контроль параметров исходного газа и контроль его качества: компонентный состав контролируется лабораторным анализом, а влагосодержание поточным влагомером. Жидкие углеводороды из сепаратора периодически  отводится на переработку в колонну К-1 через шаровой кран, автоматическое открытие которого производится при достижении уровня 1000 мм и закрытие при минимальном уровне 200мм. Состав жидкости проверяется лабораторным анализом. Для предотвращения гидроударов и равномерной подачи жидкости в колонну на дренажном трубопроводе из сепаратора Е-1 предусматривается дроссельная шайба с отверстием Ду15мм.

Блок компрессорной с  ГТА укомплектован одним дожимным центробежным компрессором КЦ-1 с газотурбинным  приводом. Резервный компрессор не предусмотрен, в случае остановки  агрегата производится байпасирование газа помимо установки. Ведется контроль за параметрами газа в линии нагнетания компрессора, и при превышении давления свыше 5,2 МПа, а температуры 150°С предусмотрена сигнализация. Выходящий из компрессора газ охлаждается в аппаратах воздушного охлаждения АВО-КЦ/1…5 до температуры 0°С зимой и 35°С летом. Предусмотрены контроль температуры газа и сигнализация при отклонении ниже минус 5°С или свыше 40°С.

Для поддержания постоянства  давления в линии всасывания компрессора  предусмотрено байпасирование охлажденного газа клапаном.

В качестве топливного и  уплотняющего газа для ГПА используется газ с установки компримирования и осушки газа. Кроме того, предусмотрена резервная линия подачи топливного газа из байпасного (с нагнетательной во всасывающую линию компрессора) трубопровода компримированного газа на выходе из АВО-КЦ/1-5 перед дроссельно-регулирующим клапаном.

После охлаждения в АВО–КЦ/1-5 газ направляется в узел предварительного охлаждения наружной установки под  давлением 4,55…4,62 МПа.

В узел предварительного охлаждения газ поступает с байпасом для  постепенного и плавного заполнения системы газом под давлением  и разделяется на два потока. Часть  газа отбирается клапаном-регулятором  температуры питания колонны  К-1 и подается на охлаждение и частичную  конденсацию в теплообменник  Т-2, на выходе из которого парожидкостная смесь объединяется с основным потоком, выходящим из теплообменника Т-1, и  поступает на сепарацию фаз в  сепаратор С-1. Температура рабочей  среды на выходе из теплообменника Т-1 до минус 61°С, из теплообменника Т-2 до минус 71°С. Температура суммарного потока (минус 56… минус 64°С) контролируется на выходе пара из сепаратора С-1. Для обеспечения возможности отбора требуемого расхода газа в теплообменник Т-2 на основном потоке, направляемом на охлаждение и частичную конденсацию в теплообменник Т-1, установлен клапан-регулятор, поддерживающий постоянство давления сырьевого углеводородного газа на входе в блок.

Для контроля перепада давления на сепарирующем устройстве сепаратора С-1 установлены датчики давления на потоке продукта на входе в сепаратор и газа на выходе из сепаратора. При достижении перепада давления 0,04 МПа предусмотрена сигнализация. Жидкость из сепаратора С-1 дросселируется клапаном, поддерживающим в сепараторе заданный уровень жидкости от 600 до 1000 мм, направляется на рекуперацию холода в теплообменник Т-2 и затем подается в качестве основного питания в колонну К-1. Температура питания минус 23°С зимой и 10°С .