Анализ конструкционных особенностей ректификационной колонны по переработки нефти

Содержание

Введение 3
1. Сущность ректификационного процесса и значение ректификационной
колонны 4
2. Назначение и общее устройство ректификационной колонны 6
3. Общие сведения о вакуумной колонне 12
4. Конструкционные особенности ректификационной колонны 14
5. Входящие в колонну устройства, детали и аппараты 21
Заключение 31
Список использованных источников 32

ВВЕДЕНИЕ
Переработка нефти — один из основных производственных процессов, реализуемых в нефтяной промышленности. Ее назначение заключается в превращении нефтегазового сырья в продукт, пригодный для дальнейшей переработки.
Одним из основных устройств, используемых в технологиях переработки нефти, является ректификационная колонна по переработки нефти. Ректификационная колонна — это аппарат, предназначенный для разделения нефтепродуктов по фракциям, в зависимости от компонентов. Цель этого процесса и назначение ректификационной колонны — обеспечение процесса ректификации нефтепродуктов, подразумевающий разделение компонентов нефтепродуктов (их более 2,000) на отдельные составляющие. Актуальность в рассмотрении темы обусловлена совершенствованием мировых технологий переработки нефти.
Цель работы — анализ конструкционных особенностей ректификационной колонны по переработки нефти.
1. Сущность ректификационного процесса и значение ректификационной колонныРектификация — это способ разделения компонентов смеси, основанный на свойстве компонентов данной смеси выкипать при различных температурах (рис. 1).
Рисунок 1 — Принцип процесса ректификации
Ректификация представляет собой процесс разделения бинарных, многокомпонентных или непрерывных смесей на практически чистые компоненты или их смеси (фракции), отличающиеся температурами кипения (для бинарных и многокомпонентных смесей) или интервалами выкипания (для непрерывных смесей).
Анализ фракций нефти и нефтепродуктов на содержание в них индивидуальных углеводородов и их классов показывает, что нефть и ее фракции представляют собой сложную многокомпонентную смесь. Количество компонентов в нефти превышает 2000. Из-за большого количества компонентов нефть принято считать непрерывной смесью и выражать ее состав кривой истинных температур кипения (ИТК), имеющей плавный, непрерывный характер.
Поэтому процесс ректификации представляет собой массообмен, протекающий в обе стороны между 2-мя фазами смеси, одна из которых – жидкость, а другая — пар. Иными словами, это многократно повторяющееся контактное взаимодействие неравновесных фаз в виде жидкой нефти, а также пара.
Процесс ректификации осуществляется в результате контакта потоков пара и жидкости. При этом непременным условием является перемещение пара и жидкости навстречу друг другу по высоте (длине) ректификационного аппарата. Движущей силой тепло- и массообмена между паром и жидкостью в аппарате является разница температур по высоте (длине) аппарата.
За обеспечение процесса ректификации отвечает отдельное устройство, ректификационная колонна [6]. Ректификационная колонна является одним из центральных аппаратов технологической установки по первичной переработке нефти или нефтепродуктов [9]. Применение данного аппарата вызвано необходимостью реализации простого способа разделения нефти или ее продуктов на фракции в зависимости от их температур кипения. Такой способ получил название ректификации, а аппарат для проведения данного процесса — ректификационной колонной.
2. Назначение и общее устройство ректификационной колонныСхема работы ректификационной колонны приведена на рис. 2.
Рисунок 2 — Принципиальная схема работы ректификационной колонны [7]
При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут одинаковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой.
Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей.
Конструкция ректификационной колонны представляет собой вертикальную емкость цилиндрической формы различного или постоянного сечения, которая используется для физического разделения смеси углеводородов и получения требуемых нефтепродуктов заданного качества в результате ректификации.
В колонне пары перемещаются вверх от тарелки к тарелке за счет разности давлений в эвапорационном пространстве и вверху колонны. Жидкость стекает вниз по тарелкам и сливным устройствам под действием силы тяжести (рис. 3).
Рисунок 3 — Конструкция ректификационной колонны
Ректификационную колонна условно подразделяется на 3 функциональные части:
Концентрационная секция — расположена выше точки ввода сырья в аппарат;
Секция питания — в центре колонны, подается сырье на тарелку питания;
Отгонная секция — находится ниже точки ввода сырья.
Для возможности протекания процесса ректификации температура нефти должна быть ниже температуры подаваемого пара. Данное следствие исходит из свойств равновесной системы. Если температура нефти была бы равна или ниже температуры пара процесс ректификации был бы невозможен. Процесс ректификации может проводиться только для смесей с различными температурами кипения для возможности осуществления диффузионного процесса разделения. Для этого жидкость двигается сверху вниз, а пар — снизу-вверх, чтобы обеспечить наилучший контакт и взаимодействие фаз.
По способу проведения различают непрерывную и периодическую ректификацию. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подаётся в ректификационную колонну и из колонны непрерывно отводятся две и большее число фракций, обогащенных одними компонентами и обеднённых другими. Схема потоков типичного аппарата для непрерывной ректификации полной колонны — показана на рисунке 4 (а).
Рисунок 4 — Схемы потоков ректификационных колонн
где: а — непрерывная ректификация; б — периодическая ректификация; 1 — укрепляющая секция; 2 — исчерпывающая секция; 3 — куб колонны; 4 — дефлегматор
Полная колонна состоит из 2 секций — укрепляющей (1) и исчерпывающей (2). Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подаётся в колонну, где смешивается с т. н. извлечённой жидкостью и стекает по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара. Достигнув низа колонны, жидкостный поток, обогащенный тяжелолетучими компонентами, подаётся в куб колонны (3). Здесь жидкость частично испаряется в результате нагрева подходящим теплоносителем, и пар снова поступает в исчерпывающую секцию. Выходящий из этой секции пар (т. н. отгонный) поступает в укрепляющую секцию. Пройдя её, обогащенный легколетучими компонентами пар поступает в дефлегматор (4), где обычно полностью конденсируется подходящим хладагентом. Полученная жидкость делится на 2 потока: дистиллят и флегму. Дистиллят является продуктовым потоком, а флегма поступает на орошение укрепляющей секции, по контактным устройствам которой стекает. Часть жидкости выводится из куба колонны в виде т. н. кубового остатка (также продуктовый поток).
Отношение количества флегмы к количеству дистиллята обозначается через R и носит название флегмового числа. Это число — важная характеристика ректификации: чем больше R, тем больше эксплуатационные расходы на проведение процесса. Минимально необходимые расходы тепла и холода, связанные с выполнением какой-либо конкретной задачи разделения, могут быть найдены с использованием понятия минимального флегмового числа, которое находится расчётным путём в предположении, что число контактных устройств, или общая высота насадки, стремится к бесконечности.
Если исходную смесь нужно разделить непрерывным способом на число фракций больше двух, то применяется последовательное либо параллельно-последовательное соединение колонн.
При периодической ректификации (б) исходная жидкая смесь единовременно загружается в куб колонны, ёмкость которого соответствует желаемой производительности. Пары из куба поступают в колонну и поднимаются к дефлегматору, где происходит их конденсация. В начальный период весь конденсат возвращается в колонну, что отвечает т. н. режиму полного орошения. Затем конденсат делится на флегму и дистиллят. По мере отбора дистиллята (либо при постоянном флегмовом числе, либо с его изменением) из колонны выводятся сначала легколетучие компоненты, затем среднелетучие и т. д. Нужную фракцию (или фракции) отбирают в соответствующий сборник. Операция продолжается до полной переработки первоначально загруженной смеси.
3. Общие сведения о вакуумной колоннеВакуумная колонна — вид ратификационной колонны, работающей по принципу создания парового орошения за счет однократного испарения сырья [2]. Ее предназначение — обеспечение глубокой перегонки мазута, являющегося остатком атмосферной перегонки нефти на блоке АТ. На вакуумной установке мазут перегоняется до гудрона с получением или широкой дистиллятной фракции с температурой кипения 350 – 500 °С, являющейся сырьем термического и каталитического крекинга (топливный вариант работы), или с получением дистиллятных масел (веретенное, трансформаторное, машинное, цилиндровое) и остаточных масел (авиационное, дизельное) при работе по масляному варианту переработки нефтепродуктов.
Для понижения температуры кипения этих фракций, часто находящейся выше температуры начала их разложения, в колонне создают вакуум, а в качестве теплоносителя и одновременно инертного компонента для понижения температур кипения (tкип) вводят перегретый водяной пар. Большая часть вакуумных установок работает по схеме однократного испарения мазута.
Состав и расход отбираемых продуктов, а также разделительная способность вакуумной колонны могут рассматриваться как ограничения, накладываемые на ее работу.
Тогда в качестве параметров, определяющих работу ВСС, следует принять долю отгона сырья, а также давление и температуру верха вакуумной колонны.
Температура нагрева сырьевого потока определяет интенсивность процесса термодеструкции этого потока, что позволяет определить выход и состав газов разложения.
Компоненты газов разложения практически не попадают в продукты разделения и полностью переходят в ПГС.
Схема вакуумной ратификационной колонны приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 — Схема вакуумной ратификационной колонны
Обычно вакуумная колонна работает под избыточным давлением. Корпус колонны отличается большим диаметром.
С помощью вакуумной колонны перегоняют мазут — остаток после первой переработки нефти.
Она работает по 2-м схемам:
1. Отделяет от мазута дистилляты;
2. Отделяет широкую фракцию.
Вакуумные колонны используют в основном для разделения нефтяных остатков высокого кипения, имеет тарелки (контактные устройства) для обеспечения минимального перепада давления.
4. Конструкционные особенности ректификационной колонныОсновным условием проведения ректификации является отсутствие равновесия между фазами на всем пути движения. По мере продвижения по колонне происходит массообмен между жидкой и паровой фазой. В верхней части колонны непрерывно получается пар, который после конденсации дает готовый продукт — дистиллят; из нижней части колонны вытекает менее летучий компонент — кубовой остаток. Конечным продуктом перегонки может быть не только дистиллят, но и кубовой остаток. Чтобы получить на выходе из колонны пар, содержащий в чистом виде низкокипящий компонент, необходимо, чтобы жидкость, соприкасающаяся с паром на выходе из аппарата, мало отличалась по составу от пара.
Поэтому, для разделения термически нестойких веществ целесообразно применять вакуумную ректификацию при давлении ниже 760 и до 0,5 мм рт. ст. Например, ректификация сырой смеси фенолов проводится при давлении 20–60 мм рт. ст., ректификация синтетических жирных кислот при давлении 1–20 мм рт. ст.
Вакуумную ректификацию целесообразно применять также в случае, если нет опасности разложения веществ, но температуры кипения их очень высоки, то также целесообразно применять вакуумную ректификацию, чтобы исключить чрезмерный нагрев аппаратуры (например, при ректификации эфирных масел. В некоторых случаях применением вакуума можно достичь благоприятных для процесса равновесных условий. Некоторые вещества при низких давлениях не образуют азеотропных смесей, которые получаются при атмосферном давлении. Например, смесь этиловый спирт — вода при 70 мм рт. ст. не образует азеотропа, и вакуумная ректификация при этом давлении приводит к получению чистого спирта. Применение вакуума требуется также, если возможна коррозия при высоких температурах и в других случаях.
В колоннах, работающих под вакуумом, при прочих равных условиях скорость паров можно значительно понизить и принять 0,8–3 м/с. Ректификация может быть непрерывной или периодической. При периодической ректификации жидкость заливают в куб, доводят до кипения и подают образующийся пар в ректификационную колонну. Ректификацию ведут до тех пор, пока не получат в кубе жидкость заданного состава. Колонна для непрерывной ректификации состоит из двух частей: нижней 1 (исчерпывающей) и верхней 3 (укрепляющей), рис. 6.
Рисунок 6 — Схема непрерывно действующей ректификационной установки [8]
где: 1 — исчерпывающая часть колонны, 2 — подогреватель исходной смеси, 3 — укрепляющая часть колонны, 4 — напорный резервуар, 5 — дефлегматор, 6 — холодильник-конденсатор, 7 — сборники дистиллята, 8 — сборник кубового остатка, 9 — контрольный смотровой фонарь.
В нижней части колонны образуется жидкий кубовой остаток, состоящий почти целиком из труднолетучего компонента. Часть кубового остатка непрерывно отводится, а часть снова испаряется и подается обратно в колонну. Поднимаясь по колонне и обогащаясь легколетучим компонентом, пар доходит до дефлегматора 5, где часть пара конденсируется с образованием флегмы и стекает вниз в колонну, а часть пара поступает в конденсатор 6. Образующийся в конденсаторе 6 дистиллят поступает в сборник 7. Исходная жидкость непрерывно подается на питательную тарелку, которая является верхней тарелкой нижней части колонны. На питательной тарелке поступившая жидкость смешивается с флегмой и затем стекает по тарелкам нижней части колонны. При таком непрерывном процессе состав жидкости и пара в каждом участке колонны остается неизменным. Если смесь содержит п взаимно растворимых компонентов, то для ее непрерывной ректификации необходимо иметь (n – 1) последовательно соединенных ректификационных колонн.
Для каждого добавочного компонента, если их больше двух, требуется отдельная колонна с дефлегматором, состоящая из исчерпывающей и укрепляющей частей. Таким образом, ректификационная установка состоит из перегонного куба, нескольких последовательно соединенных колонн, дефлегматора и конденсатора холодильника.
На рис. 7 показан конденсатор для головок вакуумных колонн фирмы ГЕА (ФРГ) с воздушным охлаждением. Диаметры колонн 2 и 3, 4 м. Материал со стороны продукта — коррозионностойкая сталь. Тепловая нагрузка на конденсаторы 1 300 ООО I и 3 200 ООО ккал/ч при температурах конденсации соответственно 105 и 150° С. Эти конденсаторы непосредственно насаживают на головку дистилляционной колонны.
Рисунок 7 — Конденсатор для головки вакуумной колонны
В таких конденсаторах обычно применяются ребристые трубы с эллиптическим сечением и стальными (или медными) прямоугольными ребрами (рис. 8). Они оцинкованы, имеют хорошую коррозионную стойкость, высокий коэффициент теплопередачи и малое сопротивление течению газа. Трубы изготовляют из различных материалов в зависимости от свойств обрабатываемого продукта. Для работы в вакууме ребристые трубы вваривают в трубные решетки и образуются полностью сварные камеры. Для нагнетания воздуха применяют осевые вентиляторы.
Рисунок 8 — Ребристая труба эллиптического сечения
В непрерывно действующих установках роль куба выполняет нижний элемент колонны, так называемый кипятильник, в котором размещены нагревательные устройства.
Применяют колонны следующих основных типов: с колпачковыми тарелками, с ситчатыми тарелками и насадочные. Для ректификации в вакууме жидкостей с высокими температурами кипения применяют главным образом насадочные колонны со значительно меньшим гидравлическим сопротивлением, чем тарельчатые. Внутри исчерпывающей и укрепляющей частей насадочной колонны находятся решетки, на которые укладывают насадку.
Насадку загружают в колонну сверху, а для выгрузки ее в обеих частях колонны устроены специальные люки. Насыпная насадка может состоять из колец Рашига (металлических, фарфоровых, керамиковых), пустотелых шаров с прорезями, седлообразных пластинок, призматических и пирамидальных тел, спиралей, а также из дробленого кокса и кварца. Применяемая насадка должна иметь большую поверхность, приходящуюся на единицу объема, малое сопротивление потоку газа, а также иметь большой свободный объем для контакта жидкости и пара. В химической промышленности применяют главным образом керамические кольца, стойкие к воздействию агрессивных веществ.
На тарелках с круговым движением жидкости практически осуществляется противоток жидкости и пара и интенсивное перемешивание в паровой фазе, что повышает к. п. д. тарелок. По принципу кругового движения жидкости на тарелке работают вакуумные колонны нефтеперегонной промышленности. Обычно со противление колпачковой тарелки составляет 25–50 мм вод. ст. при атмосферном давлении
Гидравлическое сопротивление особенно велико в колоннах, работающих в вакууме. Если принять общий перепад давлений в колонне в среднем 1–2 м вод. ст., то это означает, что при вакууме 600 мм рт. ст. в верхней части вакуумной колонны вакуум у ее основания снизится до 450–525 мм рт. ст.
Производительность ректификационных аппаратов ограничена скоростью пара в колонне, которая обычно не превышает 2 м/с. Чтобы увеличить эту скорость, необходимо использовать кинетическую энергию парожидкостного потока для его разделения и сепарации. Такой эффект достигается в аппаратах прямоточного типа.
Кроме ректификационных колонн с тарелками или насадкой применяют пленочные ректификационные аппараты, в которых использовано действие центробежной силы. В центробежном пленочном ректификационном аппарате внутри корпуса установлены коаксиально два ситчатых цилиндра со спиральной металлической лентой между ними. Ситчатые цилиндры вместе со спиралью образуют ротор, вращающийся с большой скоростью. Жидкость входит во внутренний ситчатый цилиндр, под действием центробежной силы проходит сквозь отверстия и движется в виде тонкой пленки по стенкам спиральной ленты по направлению к внешнему цилиндру. Одновременно с этим пар из дистилляционного куба движется в обратном направлении и встречается с жидкостью на поверхности спирали. Такой аппарат удовлетворительно работает при разделении смесей, для которых требуется большое число тарелок.
5. Входящие в колонну устройства, детали и аппараты
В ректификационную колонну всегда входят насадки и тарелки. Назначение тарелок и насадок — развитие межфазной поверхности и улучшение контакта между жидкостью и паром. Тарелки, как правило, снабжаются устройством для перелива жидкости. Конструкции трёх типов переливных тарелок показаны на рисунке 9.
Рисунок 9 — Схема тарелок с переливным устройством
где: а — колпачковая (1 — основание со слоем жидкости; 2 — патрубки для прохода пара; 3 — колпачки; 4, 5 — переливные устройства); б — из S- образных элементов (6); в — ситчатая.
Типы насадок приведены на рисунке 10.
Рисунок 10 — Типы насадок [4]
где: 1 — кольца Рашига; 2 — спиральные кольца; 3 — кольца с перегородкой; 4 — кольца Паля.
Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар-жидкость с большой межфазной поверхностью. Существуют также ректификационные колонны с подводом механической энергии, в которых дисперсная система создаётся при вращении ротора, установленного по оси колонны. Роторные аппараты имеют меньший перепад давления по высоте, что особенно важно для вакуумных колонн.
Вакуумная установка (ВТ), обычно работает в комплексе с электрообессоливанием и атмосферной трубчаткой (ЭЛОУ-АВТ-6), рис. 11.
Рисунок 11 — Схема электрообессоливающей установки с обозначением вакуумной колонны
Барометрический конденсатор — аппарат ратификационной колонны, предназначенный для создания вакуума (рис. 12).
Рисунок 12 — Схема барометрического конденсатора [5]
Дистиллятные полугудроновые и гудроновые теплообменники — устройства, предназначенные для подогрева мазута, который в дальнейшем поступает в ректификационную колонну (рис. 13).
Рисунок 13 — Гудронные теплообменники [1]
Многоступенчатые пароэжекторные насосы (ПЭНы) — устройства, предназначенные для эвакуации несконденсированных в барометрическом конденсаторе углеводородов, газов разложения и воздуха, попадающего в систему через неплотности оборудования (прокладки, уплотнительные устройства насосов и др.).
Двухступенчатый ПЭН представлен на рисунке 14.
Рисунок 14 — Двухступенчатый ПЭН [3]
Камера всасывания 1-ой ступени соединена с вакуумной линией барометрического конденсатора. Рабочим агентом насоса является водяной пар (0,6–1,0 МПа), который подводится к соплам обоих ступеней ПЭНа. Водяной пар 1-ой ступени, истекая из сопла со сверхкритической скоростью, поступает в диффузор, захватывая из камеры смешения несконденсированные газы. В диффузоре скоростной напор газовой струи преобразуется в статическое давление, вследствие чего на выходе из диффузора давление в системе повышается. Смесь рабочего пара 1-ой ступени и откачиваемых газов поступает в промежуточный конденсатор, орошаемый холодной водой. За счет роста давления и понижения температуры обеспечивается частичная конденсация рабочего газа (водяного пара) и откачиваемых углеводородов. Остаточные газы поступают в камеру смешения 2-ой ступени, где процесс повторяется. Во 2-ой ступени происходит дожатие откачиваемой среды до атмосферного давления. Смесь рабочего пара и откачиваемых газов из 2-ой ступени выбрасывается непосредственно в атмосферу (иногда через дополнительный конденсатор). Конденсаты из конденсаторов через барометрические трубы (высота > 10м) сбрасываются в барометрические колодцы (ящики).
Работа ПЭНа характеризуется низкой термодинамической эффективностью цикла сжатия (к. п. д. находится на уровне 1%). Поэтому в последние годы ПЭНы вытесняются более совершенными системами.
Тарелка — плоский перфорированный лист с обычными сливными устройствами. Перфорация ее может быть выполнена в виде круглых отверстий диаметром 3–4 мм или щелей. Если такая тарелка выполнена с переливными устройствами, то движение организует так, чтобы пары способствовали ее течению к сливу. Исчерпывающая секция вакуумной колонны имеет небольшое число тарелок (5-7), а дополнительный отгон остаточного количества масляных фракций из кубового продукта (гудрона) достигается за счет ввода под нижнюю тарелку перегретого водяного пара (рис. 15).
Рисунок 15 — Отверстия ситчатой тарелки для вакуумной колонны
где: а) круглые; б) щелевидные; в) просеченные треугольные.
В вакуумных колоннах представляет интерес использование дисковых клапанов эжекционного типа, которые характеризуются наименьшим гидравлическим сопротивлением среди всех типов КУ (рис. 16).
Рисунок 16 — Распространенные типы колпачков и клапанов
где, колпачки: а — круглый; б — шестигранный; в — прямоугольный; г — желобчатый; д — S-образный; клапаны: е —прямоугольный; ж — круглый с нижним ограничителем; з — круглый с верхним ограничителем; и — балластный; к — дисковый эжекционный перекрестноточный; л — пластинчатый перекрестно-прямоточный; м — S-образный колпачок с клапаном; обозначения: 1 — диск тарелки; 2 — клапан; 3 – ограничитель; 4 —балласт.
Для организации перелива рабочей жидкости с вышележащей тарелки на нижележащую в КУ используются специальные переливные устройства, включающие в себя сливную перегородку и карман (рис. 17).
Рисунок 17 — Устройство узлов перетока жидкости с тарелки на тарелку и ввода орошений для однопоточных (а) и двухпоточных (б) тарелок
где: 1 — корпус колонны; 2 — секции тарелок; 3, 4 — коллекторы ввода жидкости на верхнюю и промежуточную тарелки; 5, 6 — сливные карманы
Узлы вывода боковых погонов (жидкость) из колонны представлены на рисунке 18.
Рисунок 18 — Узлы вывода боковых погонов (жидкость) из колонны
где: 1 — корпус колонны; 2 — тарелки; 3 — сливной карман увеличенного размера.
Часто в вакуумных колоннах применяются перекрестноточные насадки (ПТН). В этой конструкции сплошной слой насадки заменен насадочными блоками, которые сверху и снизу отделены друг от друга горизонтальными перегородками. При этом каждая горизонтальная перегородка одновременно выполняет функции распределителя жидкости для нижерасположенного блока. Горизонтальные перегородки обеспечивают гидравлический затвор, перекрывая проход пара в вертикальном направлении, мимо насадочного блока. Сами насадочные блоки выполняются из просечных гофрированных листов сложной формы, аналогичных листам противоточной регулярной насадки, рассмотренной выше. Листы при этом могут быть ориентированы как вертикально, так и горизонтально и соединяются в блоки точечной сваркой (рис. 19).
Рисунок 19 — Эскизы перекрестноточных модулей типа «четырехходовая полоса» (а), «Т-образник» (б) и «квадрат» (в)
В настоящее время перекрестноточные насадки промышленно освоены и широко используются на НПЗ ОАО «Башнефть». Удельное гидравлическое сопротивление у этой насадки в 5 раз меньше, чем у клапанных тарелок марки ТКП, что позволяет значительно повысить четкость погоноразделения за счет увеличения числа блоков и снизить затраты энергии и расходы теплоносителей на модернизированной вакуумной насадочной колонне для разделения мазута на блоке ЭЛОУ-АВТ при сохранении высоты и диаметра исходной тарельчатой колонны.
Кроме этого, в устройство вакуумной ректификационной колонны по переработки нефти входит манометр, люки, регуляторы уровня и отбойник.
Среди материалов, из которых изготавливаются основные элементы колонны, преобладают металлические, керамические, стеклянные и другие. Основные компоненты колонны — тарелки и насадки, изготовляемые из листовых металлов.
Процесс создания ректификационной колонны проходит в два этапа: проектирование и создание конструкции. Здесь подбирается тип материалов, диаметр колонны и другие параметры, в зависимости от типа сырья, условий эксплуатации и т. д. Выбор материала также определяется диаметром колонны, который может быть от 65 см до 6 м, а в некоторых случаях до 15 м (рис. 20).
Рисунок 20 — Одна из крупнейших ректификационных колонн в мире, диаметром 10 м и высотой 66 м (Малайзия, компания Petroleum) [10]
По мере увеличения диаметра колонны возрастает расход жидкости и, следовательно, повышаются требования к материалам колонны и к толщине стенок. Также на диаметр колонны и расход материалов влияет расход пара (скорость).
При проектировании колонны учитывают, что отношение длины к диаметру должно быть менее 30, желательно менее 20. Высоту колонны не рекомендуется проектировать более чем в 60 м, поскольку в другом случае сказываются проблемы с ветровой нагрузкой и нагрузкой на фундамент. Если колонна имеет высоту более чем 60 м, тогда обычно уменьшают шаг тарелок [11].
Заключение
Конструктивные особенности вакуумной ректификационной колонны значительно отличаются от других типов ректификационных колонн для перегонки нефти. Они содержат множество элементов и приборов, которые создают особую систему, обеспечивающую работу вакуумного оборудования, с учетом условий применения колонны. Это образует собой также требования к материалам изготовления вакуумной ректификационной колонны и к ее основным параметрам (диаметр, высота и др.). На выбор материала для изготовления ректификационной колонны значительное влияние оказывает скорость пара, состав и расход жидкости. Конструктивные особенности ректификационной колонны должны обеспечивать надежность конструкции. Металлические материалы для изготовления колонны оцинковываются, и подбираются с условием обеспечения их совместимости.
Список использованных источников
08128 Установка замедленного коксования. Охлаждение гудрона. [Электронный ресурс] – URL: http://lotus1.ru/dover-tes-professionalam-i-naslazhdajtes-komfortom/dobit-sya-maksimal-noj-otdachi/162
Вакуумная колонна. [Электронный ресурс] – URL: https://neftegaz.ru/tech-library/pererabotka-nefti-i-gaza/141801-vakuumnaya-kolonna/
Вакуумный блок установки АВТ. [Электронный ресурс] – URL: https://www.engineer-oht.ru/mahp/teoriya/91-blok-ustanovki-avt
Оборудование для ректификации. [Электронный ресурс] – URL: http://media.ls.urfu.ru/429/1123/2335/
Особенности вакуумных установок и их отличие от атмосферных. [Электронный ресурс] – URL: https://moodle.kstu.ru/pluginfile.php/230330/mod_resource/content/1/%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A6%D0%98%D0%AF_5.PDF
Простая перегонка. [Электронный ресурс] – URL: https://www.gazprom-neft.ru/press-center/sibneft-online/archive/2016-may-projects/1113436/
Ректификация. [Электронный ресурс] – URL: https://nefthim.ru/spravochnik/rektifikacija/
Ректификация. [Электронный ресурс] – URL: http://www.pro-vacuum.ru/apparaty-dlia-distilliatcii-i-rektifikatcii/rektifikatciia.html
Ректификация нефти в колонне. [Электронный ресурс] – URL: https://pronpz.ru/kolonny/rektifikatsiya.html
Al-Haj Ibrahim H. Design of Fractionation Columns. [Electronic Resource] – URL: https://www.intechopen.com/books/matlab-applications-for-the-practical-engineer/design-of-fractionation-columns
Duckett A. Record-breaking column erected by PETRONAS. [Electronic Resource] – URL: https://www.thechemicalengineer.com/news/record-breaking-column-erected-by-petronas/