Процесы и агрегаты нефтегазовых тенологий. Конспект лекций по дисциплине Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий для специальности 170200 Машины и оборудование
 Скачать 2.83 Mb.
|
|
В проектном задании решаются основные принципиальные вопросы, определяются выбор технологической схемы процесса, набор основного оборудования. Расчеты выполняются по укрупненным показателям, позволяющим выбрать тип оборудования, его габариты, массу, энергетические и материальные затраты. Более подробные расчеты на этой стадии проектирования выполняются для оборудования нового типа. В техническом проекте расчеты выполняются достаточно подробно, так чтобы на их основе можно было выполнить рабочие чертежи. В рабочих чертежах разрабатывают подробную техническую документацию (чертежи, расчеты, макеты и т.п.), которая дает возможность изготовить необходимую технологическую оснастку, детали, узлы и аппарат в целом; эта документация позволяет осуществить конкретное материальное исполнение инженерных решений. При этом возможны коррективы технической документации, ранее принятой в техническом проекте. Для расчета аппаратов необходимо задать производительность по сырью, полуфабрикатам или целевым продуктам, возможную продолжительность работы для аппарата непрерывного действия, продолжительность цикла работы и отдельных стадий для аппаратов периодического действия, выходы и качество получаемых продуктов или показатели, позволяющие определить их расчетом. В отдельных случаях задают рабочие параметры процесса (температуру, давление, время контакта и т.п.), проверяя их приемлемость при последующих расчетах. В задании должны быть указаны как нормальные условия работы аппарата, так и возможные отклонения от них (максимальные и минимальные), особые условия и требования к ведению процесса, сведения о коррозионных и токсических свойствах перерабатываемых продуктов. При расчетах стандартизованных аппаратов обычно используют типовые методики.   Рис. 6.2. Схема классификации аппаратов и машин для проведения типовых процессов нефтегазопереработки и нефтехимии 6.2. Производство топлив и смазочных материалов 6.2.1 Продукты переработки нефти При переработке нефти в настоящее время получают: 1) топлива; 2) нефтяные масла; 3) парафины, церезины, вазелины; 4) нефтяные битумы; 5) осветительные керосины;, 6) растворители; 7) прочие нефтепродукты (нефтяной кокс, сажу, консистентные смазки и др.). Топлива К числу получаемых из нефти топлив относятся автомобильные авиационные бензины, а также реактивные, дизельные, газотурбинные и котельные топлива. Рассмотрим основные из них. Автомобильные бензины применяются в карбюраторных двигателях. Все автомобильные бензины делятся на следующие виды; - летние, предназначенные для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с апреля по I октября; в южных районах - в течение всех сезонов; - зимние, предназначенные для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районов с 1 октября по 1 апреля - в остальных районах. Одной из важнейших эксплуатационных характеристик бензинов является их детонационная стойкость. Чем она больше, тем выше может быть степень сжатия двигателя, и соответственно будут больше его удельная мощность и ниже расход топлива. Детонационная стойкость бензинов выражается в октановых числах, определяемых на специальных установках моторным (ГОСТ511-82) или исследовательским (ГОСТ 8226-82) методами. Октановое число равно количеству изооктана в смеси с н-гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому бензину. Для повышения детонационной стойкости бензинов и соответственного повышения октанового числа в них вводят тетраэтилсвинец в количестве до 33 г на 1 кг бензина. Тетраэтилсвинец является ядовитым веществом. Поэтому при работе с этилированными бензинами необходимо соблюдать меры предосторожности. В настоящее время от него постепенно отказываются. Промышленностью выпускаются автомобильные бензины марок А-72, А-76, А-80, А-92, АИ-91, АИ-93, АИ-95 (А - автомобильный; цифры -октановое число; буква И указывает, что октановое число определено по исследовательскому методу) Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях. Их марки - Б-91/115, Э-95/Щ Б-92 и Б-70 (Б - бензин; цифра в числителе - октановое число; цифра в знаменателе - сортность на богатой смеси). В настоящее время производство и потребление авиационных бензинов резко снизилось в связи с переходом авиации от поршневых двигателей к реактивным. Доля авиационных бензинов составляет около 2 % от общего производства бензинов. Дизельные топлива используются в двигателях с воспламенением от сжатия и в некоторых типах газотурбинных двигателей. Для различных условий применения отечественная промышленность вырабатывает топливо трех марок (ГОСТ 305-82): Л (летнее) - для использования при положительной температуре окружающего воздуха; 3 (зимнее) - для эксплуатации ори температуре окружающего воздуха до – 20°С (температура застывания топлива не выше -35°С) и до -30°С (температура застывания топлива не выше -45°С). А (арктическое) - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха до -50°С. Основными характеристиками дизельных топлив являются температура вспышки, температура застывания и содержание серы. Температура, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспыхивают при поднесении огня, называется температурой вспышки. Она характеризует испаряемость и огнеопасность дизельного топлива. Для топлива марки Л температура вспышки должна быть не ниже 40°С, а для марки З - не ниже 35°С. По содержанию серы различают дизельные топлива, в которых ее не более 0,2% по массе и в которых ее больше 0,2,но не более 0,5% по массе. Сведения, о температуре вспышки или застывания, а также о содержании серы содержатся в условном обозначении дизельных топлив. Так, запись Л-0,2-40 означает, что это дизельное топливо летнее с массовой долей серы до 0,2 % и температуры вспышки 40°С. А запись 3-0,2-35 означает, что это дизельное топливо зимнее с массовой долей серы до 0,2 % и температурой застывания-35°С. Реактивные топлива используются в газотурбинных двигателях самолетов и вертолетов, Чтобы получать от бортового запаса топлива, ограниченного емкостью баков и начальным полетным весом самолета, возможно больше энергии, необходимо, чтобы это топливо имело высокую теплоту сгорания. Из массовых и дешевых видов нефтяных топлив этим требованиям лучше всего удовлетворяют керосины. На заре развития реактивной авиации ее потребность в топливе полностью удовлетворялась топливом Т-1; получаемым из малосернистых нефтей. Однако уже в 50-е годы возникла необходимость расширения производства реактивных топлив, что было сделано за счет переработки восточных сернистых нефтей. В результате было разработано топливо TC-1, ставшее наиболее массовым типом реактивных топлив. Кроме того, производятся реактивные топлива марок Т-2, Т-6,Т 8. В качестве тракторного топлива используются керосины и лигроины. Для газовых турбин, используемых в промышленности, энергетике, водном и назем транспорте, топливом; служат мазуты и газойли. В качестве котельных топлив применяются флотский мазут марок Ф5 и Ф12 (цифра - условная вязкость при 40°С), а также топочный мазут марок М40, М100, М200. Нефтяные масла Ассортимент выпускаемых нефтяных масел очень многообразен: моторные, индустриальные, цилиндровые, турбинные, компрессорные, трансмиссионные, осевые, электроизоляционные и др. Моторные масла применяются для смазки авиационных, автомобильных и дизельных двигателей; индустриальные - для смазки промышленного оборудования (машин и механизмов); цилиндровые - для смазки золотников и цилиндров поршневых паровых машин; турбинные - для смазки и охлаждения подшипников различных турбоагрегатов и генераторов электрического токa; компрессорные - для смазки цилиндров, штоков и клапанов компрессоров , воздуходувок и холодильных машин; трансмиссионные - для смазки зубчатых передач в большинстве машин и механизмов; осевые - для смазки шеек осей железнодорожных вагонов, колесных пар тепловозов, паровозов и других узлов трения подвижного состава железнодорожного транспорта; электроизоляционные (трансформаторные, конденсаторные и кабельные) - для использования в качестве диэлектрика и охлаждающей жидкости в электроустановках. 6.2.2 Переработка газов Легкие углеводороды содержатся в природных горючих газах (чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений), а также в газах, получаемых при переработке нефти. Природные горючие газы состоят в основном из смеси парафиновых углеводородов. Кроме того, в их состав могут входить азот, углекислый газ, пары воды, сероводород, гелий. Природные горючие газы перерабатывают на газоперерабатывающих заводах, которые строят вблизи крупных нефтяных и газовых месторождений. Предварительно газы очищают от примесей (частиц пыли, песка, окалины и т.д.), осушают и очищают от сероводорода и углекислого газа. Продуктами первичной переработки природных горючих газов являются газовый бензин, сжиженные и сухие газы, технические углеводороды: этан, пропан, бутаны, пентаны. Газы, получаемые при первичной и вторичной (особенно там, где используют термокаталитические процессы) переработке нефти, кроме предельных парафиновых углеводородов содержат и непредельные - олефины. Этим они отличаются от природных горючих газов. 6.3. Оборудование нефтегазопереработки 6.3.1 Машины крупного дробления Щековая дробилка. Наиболее распространенной машиной этого типа является щековая дробилка. Основные ее части — две щеки (неподвижная и подвижная), между которыми происходит раздавливание твердого материала. Перемещение подвижной щеки осуществляется периодически, причем имеются различные варианты (рис. 6.3). При сближении щек происходит раздавливание материала, при обратном ходе подвижной щеки раздавленный материал через шпалът падает вниз, а на его место сверху через зев поступает новая порция. При варианте с наибольшим размахом зева (рис. 6.3, б) обеспечивается более равномерное дробление. Щековая дробилка с равномерно перемещающейся щекой (рис.6.3, в) конструктивно более сложна, но в меньшей степени подвержена забиванию. Щеки могут быть гладкими (для мелкого дробления) или ребристыми (для крупного дробления). Щековую дробилку характеризуют две величины: размер зева (верхнее широкое расстояние между щеками) и размер шпальта (нижнее минимальное расстояние между щеками). Этими размерами в известной степени определяется и угол захвата φ, образованный двумя щеками. Этот угол обычно составляет 15÷25°. При большем значении угла φ куски материала могут выскакивать из зева, так как силы трения материала о поверхность щек оказываются недостаточными; при малом значении угла φ степень измельчения будет незначительной. Число перемещений щеки выбирается с таким расчетом, чтобы за время, в течение которого щека отходит вправо, раздавленный материал успел высыпаться.  Рис. 6.3 Схема движения щек в дробилках: а – с наибольшим размахом в шпальта; б – с наибольшим размахом в зеве; в – с равномерным перемещением щеки К  онусные дробилки. Для крупного дробления применяются также конусные дробилки, в которых измельчение (раздавливание) осуществляется за счет сжатия материала, помещенного между двумя усеченными конусами (рис. 6.4). Внутренний конус, вращаясь эксцентрично, приближается к стенке наружного конуса, зажимает материал и измельчает его. Раздробленный материал выталкивается в расширяющуюся часть конической кольцевой щели и ссыпается вниз.Достоинство дробилок этого типа; - меньший расход энергии и меньшее пылеобразование. Конусные дробилки выпускаются с верхней или нижней опорой вертикального вала 6.3.2 Машины среднего и мелкого дробления К наиболее распространенным машинам этого типа относятся валковые дробилки, молотковые мельницы и дезинтеграторы. В   алковые дробилки. Схемa валковой дробилки показана на рис. 6.5. На массивной раме укреплена в подшипниках пара валков, вращающихся в разные стороны. Между валками образуется зазор 2е (рис. 6.6), которым и определяется размер измельченного материала. Исходный материал поступает на валки сверху и под действием сил зрения затягивается ими и раздавливается. Благодаря вращению валков раздавливание в известной степени сопровождается истиранием материала. Для предотвращения поломки валков при измельчении особо прочных материалов предусматривается возможность перемещения одного из валков в сторону. Подвижной валок крепится к станине при помощи пружины, которая выбирается с таким расчетом, чтобы при нормальной работе расстояние между валками было равно 2е, так что при сжатии пружины валок перемещается в сторону только в аварийном случае. В ряде случаев наружная поверхность валков делается рифленой или зубчатой.Валки затягивают не всякий материал, а только куски определенных размеров. Вертикальная составляющая выталкивает материал вверх, а сила трения тянет его вниз. Угол захвата в этих машинах должен быть меньше двойного угла трения, т.е. φ < 34°. Угол захвата валков образуется касательными, проведенными в точках касания куска материала и поверхности валков, поэтому угол захвата уменьшается с увеличением диаметра валков и расстояния между валками, а также с уменьшением кусков измельченного материала. Наибольший диаметр кусков измельчаемого материала d определяется из следующих положений. Согласно схеме, приведенной на рис. 6.6,   После преобразований   ,где φ – угол захвата. М  олотковые мельницы (рис. 6.7) представляют собой диск, вращающийся на горизонтальной оси внутри корпуса, выложенного износостойкими плитами.На вращающемся диске по всей его окружности шарнирно укреплены молотки. При вращении диска (окружная скорость до 55 м/с) молотки получают радиальное направление и ударяют по поступающему в мельницу материалу, измельчая его. Измельченный материал проталкивается через колосниковую решетку, расположенную в нижней части корпуса; степень измельчения регулируется изменением ширины щели этой решетки. В молотковых мельницах некоторых конструкций применяется пневматическое удаление измельченного материала потоком воздуха, проходящего через аппарат. Диаметр диска молотковых мельниц достигает 1,5 м, а скорость вращения составляет 500 - 800 об/мин для крупных мельниц и 1000÷2500 об/мин для малых. Степень измельчения изменяется от -10 до 15 в однодисковых мельницах и от 30 до 40 в двухдисковых. Дезинтеграторы и дисмембраторы (ударно-дисковые мельницы) относятся к классу машин свободного ударного действия и применяются для измельчения хрупких и мягких материалов с малой абразивностью (сера, соли, мел, красители, каолин и т.п.). Дезинтеграторы состоят из двух дисков, закрепленных на валах (рис. 6.8), вращающихся в разные стороны. На дисках по окружности размещены ударные пальцы, расположенные таким образом, что каждый ряд пальцев одного диска входит между двумя рядами пальцев другого. Под действием центробежной силы поступающий в дезинтегратор материал отбрасывается дисками к периферии и попадает в область перемещающихся пальцев. При этом материал измельчается и выбрасывается через зазоры между пальцами в корпус мельницы, откуда и удаляется. В  отдельных конструкциях дезинтеграторов один из дисков может перемещаться, что позволяет очищать внутреннюю полость мельницы. Материал, подлежащий измельчению, предварительно проходит через сита и электромагнитные сепараторы, извлекающие куски металла, что предотвращает повреждения ударных пальцев и дисков. Частота вращения дисков лежит в пределах от 1200 до 2200 об/мин.В отличие от дезинтегратора у дисмембратора вращается лишь один диск с пальцами, а второй диск, также снабженный пальцами, неподвижен и образует откидную крышку. Благодаря этому, сохраняя принцип действия дезинтегратора, дисмембратор является более компактной машиной. Барабан дисмембратора вращается внутри кольцевой решетки с круглыми или щелевыми отверстиями. Решетки служат для отсева мелких частиц требуемого размера и способствуют измельчению частиц при их ударе о решетку. 6.3.3 Машины тонкого измельчения Тонкое измельчение осуществляется в машинах, использующих ударные и истирающие усилия. К машинам этого типа относятся барабанные мельницы, заполненные шарами или стержнями, кольцевые мельницы и бегуны. Барабанные (шаровые) мельницы. В таких машинах измельчение материала происходит под действием ударов падающих шаров, а также за счет истирания его между шарами, и внутренней поверхностью барабана. При вращении барабана шары за счет сил трения с внутренней стенкой поднимаются в направлении вращения барабана на некоторую высоту, а затем падают. Схема движения шаров в барабане мельницы под воздействием сил тяжести представлена на рис. 6.9. Подобная работа шаров достигается при определенном числе оборотов барабана. При большом числе оборотов шары под действием центробежной силы прижимаются к корпусу барабана, не падают и тем самым не совершают полезной работы. При небольшом числе оборотов барабана шары поднимаются на недостаточную высоту, поэтому при их падении на материал не происходит эффективного измельчения. Для выбора необходимого числа оборотов барабана рассмотрим силы, действующие на шар (рис.6.10). На шар, поднятый в барабане под действием силы трения, вдоль его стенки действуют центробежная сила Р и сила тяжести G. Если размеры шара пренебрежимо малы по сравнению с размерами барабана, то величину центробежной силы можно определить из выражения  ,где n - число оборотов барабана в минуту. Для отделения шара от стенки барабана при угле поворота α необходимо, чтобы центробежная сила была меньше силы, которая является составляющей силы тяжести G. Из схемы, приведенной на рис. XIX-10, следует, что эта составляющая равна G sin α. Приравнивая эти силы и преобразуя, получаем  . (6.1)  |