Повышение эффективности установки деэтанизации стабилизации газового конденсата путем разработки одноколонной схемы

Кириллов, Александр Максимович Отделение нефтегазового дела (ОНД)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

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

Природные энергоносители, такие как нефть, природный газ и газовый
конденсат, имеют решающее значение для развития всех секторов национальной
экономики. Нефтяные и газовые месторождения в той или иной степени выносят
вместе с основными продуктами добычи конденсат, содержащий различные
углеводороды. Общая добыча конденсата в стране в настоящее время достигает
44,8 млн. тонн в год, поэтому он является значительным ресурсом углеводородов.
Широкий спрос на газ и нефтепродукты привел к быстрому росту
нефтехимической, газовой и нефтеперерабатывающей отраслей
промышленности, а также к повышению цен на большинство видов энергии и
сырья из-за изменения условий ценообразования на их стоимость. Поэтому одной
из основных задач нефтегазоперерабатывающей промышленности является
снижение себестоимости их продукции наряду с расширением ассортимента
товарной продукции и улучшением ее качества.
В большинстве случаев получение товарных нефтепродуктов происходит
путем разделения, которое часто и в большом объеме осуществляется
посредством использования процесса ректификации, главной особенностью
которой является чрезвычайная энергоемкостью [1-5].
Ректификация – это процесс разделения бинарных или многокомпонентных
смесей, основанный на противоточном массопереносе пара и жидкости.
Преимущества ректификации включают в себя способность полностью
разделять компоненты смеси и получать их в чистом виде, возможность
разделения газовых смесей после сжижения (сепарация углеводородных газов),
применимость для разделения газов, широкий по фракционному составу и
содержащие легкие компоненты (метан, азот, водород, этан и этилен).
В целях улучшения работы дистилляционных установок необходимо
решить ряд задач, а именно:
– обеспечить высокий выход целевых фракций дистиллята, отвечающих
требованиям номенклатуры и качества;
– снизить энергопотребление;
– обеспечить стабильную и эффективную работу при изменении состава и
качества поступающего сырья, производительности, ассортимента продукции;
– оптимизировать параметры процесса ректификации и технологические
схемы малогабаритных заводов, при этом технические решения должны
соответствовать строгим экономическим критериям.
Исходя из вышесказанного, была поставлена цель настоящей работы,
которая заключается в разработке одноколонной схемы ректификационной
установки и прогнозировании технологических режимов в процессе
эксплуатации месторождения для повышения эффективности технологии
стабилизации и деэтанизации газового конденсата.
Для достижения поставенной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать составы и физико-химические характеристики газовых
конденсатов различного происхождения, фракционного и группового состава и
их целевых фракций.
2. Проанализировать влияние основных факторов на процесс
ректификации газовых конденсатов.
3. По исходным данным сделать технологические, конструктивные и
прочностные расчеты оборудования.
4. После определения основных геометрических величин
оборудования, выбрать его исполнение по материалам, исходя из того, что в
оборудовании протекает тепло-, массообменный процесс разделения смеси
углеводородов.
5. Разработать аппаратурно-технологическую схему УДСК.
6. Смоделировать прочностные расчеты и различные нагрузки в
универсальных программных системах использующих метод конечных
элементов.
7. Рассчитать экономическую целесообразность проектируемого
оборудования.
8. Рассмотреть вопросы выполнения требования безопасности и
гигиены труда к промышленной безопасности, по охране окружающей среды.
Научная новизна работы:
 Построена CAD модель ректификационной колонны, теплобменного
аппарата и их отдельных частей.
 С помощью метода конечных элементов произведены прочностные
и гидравлические испытания в соответствующих программных модулях ANSYS
и SOLIDWORKS.
 Предложена оптимальная при заданных значениях аппаратурно-
технологическая схема ректификационной колоны.
Практическая значимость работы:
 Изучены физико-химические характеристики газовых конденсатов
различного происхождения, фракционного и группового состава и их целевых
фракций.
 Исследованы различные типы тарельчатых ректификационных
колонн и установленных в них тарелок.
 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.
На защиту выносятся:
 Оптимальная для заданных значений аппаратурно-технологическая
схема УДСК.
 Прочностные и гидравлические расчеты упрощенной 3D модели
ректификационной колонны.
 Прочностные и гидравлические расчтеы 3D модели теплообменного
аппарата.

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.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Верификация Черкашинской свиты Приобского месторождения
    📅 2020 год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Повышение надежности эксплуатации резервуаров путем внедрения новых конструктивных решений
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)