Оптимизация энергосбережения объектов подготовки и перекачки нефти

Цель работы: сокращение затрат на электроэнергию путем внедрения кожухотрубчатого теплообменника пластовая вода-вода.
В магистерской диссертации рассмотрены основные проблемы УПСВ-8, связанные с электропотреблением, и предложены пути их решения.
В разделе “Анализ технических и технологических проблем УПСВ-8” выявлена и охарактеризована основная проблема энергосбережения.
В разделе “Расчет кожухотрубчатого теплообменника” содержится технологический, конструктивный и механический расчеты теплообменника.
Вразделе “Расчет отстойника ОГ-200” выполнен механический расчет и проверка на прочность основных элементов аппарата. Произведен расчет и выбор предохранительного устройства от аварийного превышения давления.

Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 13
1 Обзор литературы ……………………………………………………………………………………………………………….. 15
2 Объект и методы исследования…………………………………………………………………………………………….. 21
3 Расчетная часть……………………………………………………………………………………………………………………. 22
3.1Расчет кожухотрубного теплообменника …………………………………………………………………………. 22
3.1.1 Расчет тепловых потерь …………………………………………………………………………………………… 22
3.2 Подбор теплообменной установки ………………………………………………………………………………….. 24
3.3 Технологический расчет ………………………………………………………………………………………………… 25
3.4 Гидравлический расчет ………………………………………………………………………………………………….. 34
3.4.1 Расчет диаметров патрубков …………………………………………………………………………………….. 34
3.4.2 Расчет мощности для перекачки пластовой воды ………………………………………………………. 35
3.4.3 Расчет мощности для перекачки циркуляционной воды …………………………………………….. 39
3.5 Конструктивный расчет теплообменника ……………………………………………………………………….. 41
3.5.1 Расчет толщины стенки корпуса аппарата ………………………………………………………………… 43
3.5.2 Расчет толщины стенки стандартной эллиптической крышки (днища) ……………………….. 46
3.5.3 Расчет укрепления отверстий при внутреннем и внешнем давлениях …………………………. 48
3.6 Механический расчет теплообменника …………………………………………………………………………… 70
3.6.1 Определение температурных деформаций ………………………………………………………………… 71
3.6.2 Расчет толщины трубной решетки ……………………………………………………………………………. 74
3.6.3 Расчет развальцовочного соединения ……………………………………………………………………….. 76
3.6.4 Расчет фланцевого соединения ………………………………………………………………………………… 78
3.7 Определение толщины тепловой изоляции ……………………………………………………………………… 88
3.8 Подбор опор аппарата ……………………………………………………………………………………………………. 89
4 Расчет отстойника ……………………………………………………………………………………………………………….. 92
4.1 Технологический расчет ………………………………………………………………………………………………… 92
4.2 Расчет диаметров патрубков ………………………………………………………………………………………….. 97
4.3 Механический расчет …………………………………………………………………………………………………… 100
4.3.1 Определение расчетных параметров ……………………………………………………………………….. 101
4.3.2 Расчет толщины стенок цилиндрической обечайки …………………………………………………. 103
4.3.3 Расчет толщины стенки стандартной эллиптической крышки (днища) ……………………… 105
4.3.4 Расчет укрепления отверстий при внутреннем и внешнем давлениях ……………………….. 107
4.3.5 Расчет фланцевого соединения ………………………………………………………………………………. 130
4.4 Расчет средств защиты …………………………………………………………………………………………………. 139
4.5 Расчет седлообразных опор ………………………………………………………………………………………….. 142
5 Результаты исследования …………………………………………………………………………………………………… 146
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ………………………………. 154
6.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………………………………………… 154
6.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения …………………………………………………………………………………………………………… 156
6.3 Диаграмма Исикавы …………………………………………………………………………………………………….. 158
6.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………………………………….. 161
6.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования …………………………….. 163
6.6 Инициация проекта ……………………………………………………………………………………………………… 165
6.7 Планирование управления научно-техническим проектом …………………………………………….. 168
6.7.1 Иерархическая структура работ проекта …………………………………………………………………. 168
6.7.2 Контрольные события проекта ……………………………………………………………………………….. 169
6.7.3 План проекта …………………………………………………………………………………………………………. 170
6.8 Экономическая эффективность …………………………………………………………………………………….. 171
7 Социальная ответственность ………………………………………………………………………………………………. 173
7.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов ………………………………………………. 174
7.2 Производственная санитария ……………………………………………………………………………………….. 180
7.3 Метеорологические условия…………………………………………………………………………………………. 182
7.4 Шумы …………………………………………………………………………………………………………………………. 183
7.5 Освещение ………………………………………………………………………………………………………………….. 184
7.6 Электробезопасность …………………………………………………………………………………………………… 185
7.7 Пожарная безопасность ……………………………………………………………………………………………….. 186
7.8 Экологическая безопасность ………………………………………………………………………………………… 187
7.9 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………………………………… 190
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………………….. 191
Список научных трудов ………………………………………………………………………………………………………… 193
Список использованной литературы ……………………………………………………………………………………… 194
Приложение А ……………………………………………………………………………………………………………………… 197

Цель данной работы заключалась в том, чтоы оптимизировать затраты
на электроэнергию объектов подготовки и перекачки нефти. В результате
работы цель была достигнута. Был выбран альтернативный источник энергии
– тепловая энергия нефти, добываемой на объекте. Также был подобран и
рассчитан аппарат, при помощи которого будет производиться
теплопередача в систему отопления.
В ходе работы, как уже было сказано, подобрали кожухотрубный
теплообменник с неподвижной трубной решеткой. Произвели механический
расчет всех отдельных узлов теплообменного аппарата. Результатом данных
расчетов является то, что на всех отдельных узлах выполняются проверки
критериев надежности (прочность, жесткость).
Также был рассчитан отстойник горизонтальный ОГ-200. Расчет
данного сосуда был аналогичен расчету теплообменного аппарата, так как в
конструкцию отстойника входят похожие узлы.
После проведения расчетов была произведена оценка экономической
эффективности внедрения теплообменной установки для отапливания
производственных и непроизводственных помещений. В результате оценки
пришли к выводу о том, что внедрение данного агрегата будет экономически
целесообразным, а срок окупаемости с учетом амортизации и коэффициента
дисконтирования составит 2 года и 4 месяца. В случае, если внедрение будет
производиться одновременно на нескольких объектах, окупаемость будет
меньше.
Проанализировав нормативно-техническую документацию,
действующие стандарты, ГОСТы, а также санитарные нормы и правила,
выявили опасные и вредные факторы, которые имеются на рабочем месте
объектов подготовки и перекачки нефти, и, конечно, влияние, оказываемое
на окружающую среду. Согласно этим же источникам были определены
способы защиты персонала от имеющихся опасных и вредных факторов, а
также способы защиты окружающей среды.
Список научных трудов
Список научных трудов студента 2 курса магистратуры Инженерной Школы
Новых Производственных Технологий Томского политехнического
университета, Чистякова Евгения Александровича
№ Наименование Руко- Издательство, журнал Номер Кол-во Фамилии
писн.
научного труда (номер, год) стр. cтр. соавторов
или
печ.

1 Печ. Проблемы геологии и 214- 2 Беляев В.М.
освоения недр: труды 215
XXI Международного ТихоновВ.В.
симпозиума имени
академика М.А. Усова
Энергосбережение
студентов и молодых
при оптимизации
ученых, посвященного
системы
130-летию со дня
отопления на
рождения профессора
объектах
М.И.Кучина. Том II/
управления
Томский
подготовки нефти
политехнический
и газа
университет. – Томск:
Изд-во Томского
политехнического
университета, 2017. –
1074 с.

2 Рациональное Печ. Материалы XVIII 426- 2 Беляев В.М.
использование Международной 427
ресурсов на научно-практической ТихоновВ.В.
объектах конференции студентов
управления и молодых ученых
подготовки нефти «Химия и химическая
и газа технология в XXI веке».
 Томск, 2017.

1. Renewable Energy for industry/ International energy agency. Insights series
2017/ Cedric Philibert/ France.
2. Heat from Renewable Energy Sources/ The RES-H initiative and related
Directives/ VHK nr. 332, 5 Sept. 2002.
3. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) –
Volume4 Issue6 – June 2013/ Solar Energy: The Future.
4. Journal of Clean Energy Technologies, Vol.1, No. 3, Jule 2013/
Environmental Impacts of Wind Energy.
5. Reproduced with permission from Energy for Sustainable Development/
Biomass energy in China and its potential.
6. The Future of Geothermal Energy/ impact of Enhanced Geothermal Systems
(EGS) on the United States in the 21st Century/ 2006 Massachusetts Institute
of Technology.
7. О.К. Семакина/ Машины и аппараты химических производств/Учебное
пособие. Часть 1/ Томский политехнический университет – Томск,
2003. – 118 с.
8. Результаты анализов химико-аналитической лаборатории
9. Павлов К.Ф, Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для
вузов — 14-е изд., стереотипное. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007. – 576 с.
10.Аппаратытеплообменныхкожухотрубчатыеснеподвижными
трубнымирешеткамиикожухотрубчатыестемпературным
компенсатором на кожухе по ТУ 3612-024-00220302-02
11.СортаментГОСТ8732-78«Трубыстальныебесшовные
горячедеформированные ».
12.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии: Пособие по проектированию – 5-е изд., стереотипное. – М.:
ООО ИД «Альянс», 2010. — 496 с.
13.Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52857.2 2007
«Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».
14.Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52857.1 2007
«Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие
требования».
15.Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих
под давлением/ ПБ 03-576-03. 2008 г.
16.Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52857.3 2007
«Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».
17.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры. – М.: ООО ИД «Альянс», 2008. – 752 с.
18.Михалев М.Ф. расчет и конструирование машин и аппаратов
химическихпроизводств.Примерыизадачи.Ленинград
«Машиностроение» 1984 г.
19.Технологический расчет и подбор стандартного оборудования для
установок системы сбора и подготовки скважинной продукции:
учебное пособие/ Леонтьев С.А. Галикеев Р.М. Тарасов М.Ю. –
Тюмень: ТюмГНГУ, 2015.- 124 с.
20.Технологический регламент. Участок предварительной подготовки
нефти (УПСВ Южно-Черемшанского месторождения).
21.ГОСТ 12.2.085 – 2002. Сосуды, работающие под давлением. Клапаны
предохранительные. Требования безопасности.
22.ОСТ 26-2091-93. Опоры горизонтальных сосудов и аппаратов.
Конструкция.
23. СанПиН 2.1.4.2496-09. «Гигиенические требования к обеспечению
безопасности систем горячего водоснабжения. Изменение к СанПиН
2.1.4.1074-01».
24.СНиП 41-01-2003 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.
25. Финансовыйменеджмент,ресурсоэффективностьи
ресурсосбережение: учебно-методическое пособие /Криницына З.В.,
Видяев И.Г.; Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2014. – 73 с.
26. Генеральное соглашение между общероссийскими объединениями
профсоюзов,общероссийскимиобъединениямиработодателейи
Правительством Российской Федерации на 2014 – 2016 годы от 25
декабря 2013 г. [Электронный ресурс]: – Режим доступа www.URL:
http://www.rg.ru/2013/12/30/a904631-dok.html.
27. ГОСТ 12.0.002–80 (с изм. №1) ССБТ. Термины и определения.
28. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования
к воздуху рабочей зоны.
29. СаНПиН 2.2.4.584-96 Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений.
30. ГОСТ 12.1.003–83. Шум. Общие требования безопасности. [Текст].-
введ. 01.07.1984.- М.: Стандартинформ, 2008. – 13 с.
31. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение.
32. ГОСТ 12.1.019-79 Электробезопасность. Общие требования и
номенклатура видов защиты.
33. ГОСТ 12.1.004. – 91. Пожарная безопасность. Общие требования.
34. Горячев С.А.,Клубань В.С.Пожарная профилактика технологических
процессов производств. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1983.
35. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200–03. Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификация предприятий, сооружений и иных объектов.
36. ГН 2.1.6.1338 – 03. Предельно-допустимые концентрации (ПДК)
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
37. ГОСТ 17.1.3.13–86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к
охране поверхностных вод от загрязнений.
38. ГОСТ Р 22.9.22. – 2014. Безопасность в чрезвычайных ситуациях.
39. ТК РФ. Трудовой кодекс РФ.