Повышение эффективности установки деэтанизации стабилизации газового конденсата путем разработки одноколонной схемы

Данная работа посвящена разработке одноколонной схемы установки деэтанизации стабилизации газового конденсата (УДСК). В процессе выполнения работы были изучены физико-химические свойства и характеристики газовых конденсатов различного происхождения, фракционного и группового состава и их целевых фракций. Проведен анализ различных типов тарельчатых ректификационных колонн, рассмотрены существующие конструкции теплообменных аппаратов с дальнейшим определением наиболее оптимального типа для использования в схеме УДСК. Произведены технологические, конструктивные, гидравлические, тепловые и прочностные расчеты ректификационной колонны и кожухотрубчатого теплообменника.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 11
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ……………………………………………………………………… 14
1.1 Теория процесса ректификации и теплообмена ……………………………………… 14
1.2 Конструкции теплообменных аппаратов ……………………………………………….. 17
1.3 Конденсатоотводчики ………………………………………………………………………….. 23
1.4 Состояние и перспективы развития первичной переработки
газоконденсатных смесей ………………………………………………………………………….. 24
1.5 Ректификация углеводородного сырья ………………………………………………….. 28
2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРЕДЛОЖЕННОЙ СХЕМЫ УДСК ……………………….. 32
3 РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ………………………………………. 34
3.1 Данные для расчета ……………………………………………………………………………… 34
3.2 Тепловой баланс ………………………………………………………………………………….. 34
3.3 Конструктивный расчёт ……………………………………………………………………….. 37
3.3.1 Механический расчёт клапанной колонны ………………………………………….. 37
3.3.2 Определение скорости пара и диаметра колонны ………………………………… 39
3.3.3 Определение высоты ректификационной колонны и числа тарелок ……… 41
3.4 Прочностной расчёт …………………………………………………………………………….. 42
3.4.1 Расчёт обечайки ………………………………………………………………………………… 42
3.4.2 Расчёт днища и крышки …………………………………………………………………….. 44
3.4.3 Расчёт клапанной тарелки ………………………………………………………………….. 48
3.4.4 Расчет ректификационной колонны на ветровую нагрузку …………………… 53
3.5 Гидравлический расчет клапанной ректификационной колонны …………….. 57
4 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА…………………………………………… 60
4.1 Тепловой расчет ………………………………………………………………………………….. 60
4.1.1 Определение тепловой нагрузки аппарата и расхода воды …………………… 60
4.1.2 Расчет температурного режима теплообменника …………………………………. 61
4.1.3 Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления ………… 62
4.1.4 Уточненный тепловой расчет …………………………………………………………….. 63
4.1.5 Обозначение теплообменного аппарата ………………………………………………. 66
4.2 Конструктивный расчет ……………………………………………………………………….. 66
4.2.1 Выбор и расчет конструктивных элементов ………………………………………… 66
4.3 Гидравлический расчет теплообменного аппарата …………………………………. 73
4.4 Прочностной расчет теплообменного аппарата ……………………………………… 76
4.4.1 Расчет обечайки теплообменного аппарата …………………………………………. 76
4.4.2 Расчет распределительной камеры теплообменного аппарата ………………. 80
4.4.3 Расчет трубной решетки…………………………………………………………………….. 83
4.4.4 Расчет требуемой толщины теплоизоляции теплообменного аппарата ….. 90
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………….. 93
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………………. 93
5.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………. 94
5.3 Расчет производственной мощности ……………………………………………………… 96
5.4 Расчёт численности необходимого персонала ………………………………………… 99
5.5 Организация труда …………………………………………………………………………….. 100
5.6 Расчет основных фондов …………………………………………………………………….. 103
5.7 Расчет себестоимости продукции ………………………………………………………… 104
5.8 Расчет технико-экономических показателей ………………………………………… 107
5.8.1 Расчет точки безубыточности …………………………………………………………… 108
5.8.2 Расчет экономической эффективности инвестиционных показателей …. 110
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………… 114
6.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 114
6.1.1. Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ………………………………………………………….. 114
6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ………….. 116
6.2 Производственная безопасность …………………………………………………………. 118
6.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………. 125
6.3.1 Анализ воздействия объекта на атмосферу (выбросы) ……………………….. 125
6.3.2 Анализ воздействия объекта на литосферу (отходы) ………………………….. 126
6.3.3 Анализ воздействия объекта на гидросферу (сбросы) ………………………… 126
6.3.4 Мероприятия по защите окружающей среды …………………………………….. 126
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 127
6.4.1 Анализ возможных чрезвычайных ситуациях в условиях эксплуатации
разработки или процесса проведения работ ………………………………………………. 128
6.4.2 Возможные причины пожаров или взрывов ………………………………………. 128
6.4.3 Мероприятия по предупреждению пожаров ………………………………………. 129
Заключение …………………………………………………………………………………………….. 131
Список литературы: ………………………………………………………………………………… 133
Приложение А ………………………………………………………………………………………… 137

В настоящей магистерской диссертации были исследованы физико-
химические характеристики газовых конденсатов различного происхождения,
фракционного и группового состава и их целевых фракций. Проведен анализ
различных типов тарельчатых ректификационных колонн, рассмотрены
существующие конструкции теплообменных аппаратов с дальнейшим
определением наиболее оптимального типа для использования в схеме УДСК.
Также были рассчитаны основные параметры установки клапанной
ректификационной колонны, предназначенной для переработки газового
конденсата с целью получения продуктов первичной перегонки
(углеводородных фракций):
Тепловой расчет включающий в себя:
 определение теплового баланса,
 расход греющего пара с учетом 5% потерь в окружающую среду
D=19791 кг⁄ч.
Конструктивный расчёт:
 Расчётное давление в аппарате при рабочих условиях: 2,46 Мпа.
 Давление при гидравлических испытаниях: 4,937 МПа.
 Условное давление: 3,95 МПа.
 Скорость пара в колонне: 0,87 м⁄с.
 Диаметр колонны: 2,24м.
 Общее число тарелок колонны: n = 25.
 Высота аппарата: H1=26,55 м.
Расчеты на прочность:
 расчет корпуса (обечайки, днища и крышки),
 клапанной тарелки,
 расчет аппарата на ветровую нагрузку.
Для горизонтального двухходового кожуха-трубного аппарата были
рассчитаны основные параметры, а именно:
Тепловой расчет:
 определение тепловой нагрузки и расчет температурного режима,
 выбор теплофизических характеристик теплоносителей,
 выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления,
 уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи и коэффициента
теплопередачи
В конструктивном разделе:
 определены расчетные и исполнительные толщины элементов аппаратов.
В прочностном расчёте произвели:
 Расчет корпуса теплообменного аппарата
 Расчет трубной решетки
 Расчет толщины теплоизоляции
 количество передаваемого тепла в теплообменном аппарате, которое
составило 254,44 кВт;
 требуемое количество греющей воды – 2,5 кг/с;
 коэффициент теплопередачи аппарата 177,7 Вт/(м 2·К);
 расчетная площадь поверхности теплообмена 24 м2.
Рассчитана ветровая нагрузка и ее воздействие на колонну и
смоделирована в программном модуле SolidWorks Simulation.
С использованием данных, полученных в ходе расчетов, были построены
3D модели ректификационной колонны с клапанной тарелкой и кожух
трубчатый теплообменник в программах SolidWorks и ANSYS. Смоделированы
прочностные гидростатические испытания различных частей аппаратов с
рассчитанными значениями давлений. Получены эпюры напряжений,
деформаций и перемещений.
Предложена оптимальная при заданных значениях аппаратурно-
технологическая схема одноколонной ректификационной установки для
повышения эффективности технологии стабилизации и деэтанизации газового
конденсата.