Расшифровка маркировки, область применения (агрессивное воздействие среды, давление, температура)
 Скачать 7.79 Mb.
|
|
24. Роль и место колонных аппаратоввтехнологическом процессе. Содержание паспорта на аппарат. Роль и место колонных аппаратов в технологическом процессе В технологическом процессе колонные аппараты играют весьма важную роль. В них производятся такие процессы как ректификация, адсорбция, абсорбция, экстракция и др.существуют следующие виды колон в зависимости от виполняемой роли в технологическом процессе: - Ректификационная колона – это аппарат, в котором происходит процесс ректификации, т.е. массообмен между жидкой и паравой фазамидля чёткого разделения компонентов. - Адсорбер-аппарат в котором протекает процесс адсорбции, т.е. массообмен между твердой и жидкой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов. . - Абсорбер-аппарат в котором протекает процесс абсорбции, т.е. массообмен между жидкой и твердой фазами для извлечении из смеси нужных компонентов. - Экстрактор – аппарат, в котором осуществляется процесс экстракции, т.е. массообмен между двумя жидкими фазами для удаления нежелательных компонентов из смеси. Технологическое оборудование современного нефтегазоперерабатывающего предприятия представляют собой совокупность аппаратов, машин и вспомогательных устройств, предназначенных для осуществления основного технологического процесса и выполнения других функций, связанных с подготовкой, перемещением и иным воздействием на исходные, промежуточные, вспомогательные и конечные продукты. Аппараты предназначены для осуществления в них физических, химических или физико-химических процессов - ректификации, аб сорбции, адсорбции, растворения, теплообмена без изменения агрегат ного состояния, испарения, конденсации, кристаллизации, химических реакций и т.д. Характер работы аппаратов может быть непрерывный и периодический, при этом химико-технологические процессы в них могут протекать при давлениях от глубокого вакуума до сотен мегапаскалей и температурах от -200 до +900 °С. В зависимости от назначения аппаратам присваивается название: ректификационная (абсорбционная) колонна, экстрактор, испаритель, ребойлер, подогреватель, кристаллизатор и т.д.При этом все аппараты, наряду с наличием у них своих специфических внутренних устройств и оборудования, как правило, состоят из следующих основных эле ментов и узлов: цилиндрического корпуса из одной или нескольких обечаек, днища, крышки, штуцеров для присоединения трубной арма туры и трубопроводов, устройств для присоединения средств контроля и измерений, люков-лазов, опор, сварных и фланцевых соединений, строповых устройств. Машины – механизмы или их сочетания, предназначенные для осуществления процессов, связанных с превращением мех.энергии в работу по изменению формы, размеров, положения и др. св-ва состояния обрабатываемых предметов. Основные тенденции в развитии аппаратурного оформления процессов НГП: - существенное углубление переработки нефти на основе внедрения малоотходных технологических процессов производства высококачественных экологически чистых моторных топлив их тяжелых нефтяных остатков как наиболее эффективного средства сокращения её расхода; - дальнейшее повышение и оптимизация качества нефтепродуктов; - дальнейшее повышение эффективности технологических процессов и НПЗ за счет технического перевооружения производств, совершенствования технологических схем, разработки и внедрения высокоинтенсивных ресурсо- и энергосберегающих технологий, активных и селективных катализаторов; - опережающее развитие производства сырьевой базы и продукции нефтехимии; - освоение технологии и увеличение объема переработки газовых конденсатов, природных газов и других альтернативных источников углеводородного сырья и моторных топлив. Развитие отрасли будет реализовываться на основе укрупнения единичных мощностей, энерготехнологического комбинирования процессов и комплексной автоматизации с применением ЭВМ с обеспечением требуемой экологической безопасности производств. Эти направления являются основной линией технологической политики нефтепрерабатывающей и нефтехимической промышленности. Все аппараты, подведомственный Госгортенадзору, должны иметь паспорт установленной формы на 32 страницах, в котором приводятся: регистрационный номер; разрешение на его изготовление, удостоверение о качестве изготовления, сведения об основных частях аппарата, данные о штуцерах, фланцах, крышках и крепежных деталей, об основной трубной арматуре, контрольно-измирительных приборах и приборах безопасности, о проведенных гидравлических и пневматических испытаниях; сведения о местонахождение аппарата; указывается лицо, ответственное за исправное состояние и за безопасное его действие, и другие данные об установке аппарата (коррозионной среде, противокоррозионном покрытии, тепловой изоляции, футеровке, схеме включения аппарата); сведения о замене и ремонте основных элементов аппарата; результаты периодического переосвидетельствования и регистрация аппарата. 25. Внутренние устройства колонных аппаратов. Типы тарелок, их классификация и требования к ним. Конструктивное исполнение крепления внутренних устройств. Отбойные устройства. По типу применяемых контактных устройств наибольшее распространение получили тарельчатые, а также насадочные ректификационные колонны.В ректификационных колоннах применяются сотни различных конструкций контактных устройств, существенно различающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям. Тарельчатые контактные устройства ректификационных и абсорбционных аппаратов классифицируют: – по числу потоков; – по типам и конструкции контактных элементов; – по характеру взаимодействия фаз в зоне контакта; – по организации перелива жидкости и др. По числу потоков (сливов) тарелки выполняют одно-, двух- и многопоточные (рис. 2.3). Применяют также многосливные тарелки с равномерно распределенными по площади сливами и тарелки с каскадным расположением полотна. Многопоточные и многосливные тарелки используют в колоннах большого диаметра и при значительных расходах жидкости. Такие тарелки обеспечивают более равномерный уровень жидкости и распределение паров по площади контактных устройств. В зависимости от направления движения паровой и жидкой фазы, в зоне контакта выделяют тарелки прямоточные, противоточные и с перекрестным током. По организации перелива жидкости тарелки разделяют на переливные и беспереливные (провального типа). По типу контактных элементов тарелки разделяются на: – колпачковые (с капсульными и туннельными колпачками); – с S-образными элементами; – ситчатые с отбойными элементами; – ситчато-клапанные; – клапанные (одно- и двухпоточные); – клапанные баластные; – решетчатые; – жалюзийно-клапанные; – струйно-направленные (чешуйчатые). по способу организации относительного движения потоков контактирующих фаз – на противоточные, прямоточные, перекрестноточные и перекрестнопрямоточные; — по регулируемости сечения контактирующих фаз –с нерегулируемым и регулируемым сечениями. Насадочные контактные устройства принято подразделять на следующие два типа:нерегулярные и регулярные. Противоточные тарелки характеризуются высокой производительностью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкостью. Основной их недостаток – низкая эффективность и узкийдиапазон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков посечению колонны, что существенно ограничивает их применение.Прямоточные тарелки отличаются повышенной производительностью, но умеренной эффективностью разделения, повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, они предпочтительны для применения в процессах разделения под давлением.К перекрестноточным типам тарелок, получившим в современной технологии переработки нефти и газа преимущественное применение, относятся:1) тарелки с нерегулируемым сечением контактирующих фаз следующих конструкций: ситчатые, ситчатые с отбойниками, колпачковыес круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образными, желобчатыми колпачкаи;2) тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинированные колпачково-клапанные (например, S-образные и ситчатые с клапаном) и др. Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исключением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, поскольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравнениюс другими типами тарелок. К недостаткам колпачковых тарелок следуетотнести низкую удельную производительность, относительно высокоегидравлическое сопротивление, большую металлоемкость, сложностьи высокую стоимость изготовления.Ситчатые тарелки с отбойниками имеют относительно низкое гидравлическое сопротивление, повышенную производительность, но более узкий рабочий диапазон по сравнению с колпачковыми тарелками.Применяются преимущественно в вакуумных колоннах Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от перекрестноточных тем, что в них энергия газа (пара) используется для организациинаправленного движения жидкости по тарелке, тем самым устраняется поперечная неравномерность и обратное перемешивание жидкостина тарелке и в результате повышается производительность колонны.Однако эффективность контакта в них несколько меньше, чем в перекрестноточных тарелках.Среди клапанных тарелок нового поколения можно отметить дисковые эжекционные (перекрестноточные) и пластинчатые перекрестно-прямоточные тарелки, внедрение которых на ряде НПЗ страныпозволило улучшить технико-экономические показатели установокперегонки нефти В аппаратах диаметром 1200 мм и более используют тарелки разборной конструкции. Тарелки собирают из отдельных полотен, ширина которых позволяет заносить их в колонну через люки. Полотна размещают на опорных балках. Для соединения полотен используют прижимные планки, струбцины, клиновые соединения. Вертикальная полка уголка и ребро, полученное отгибом одной из кромок полотна, увеличивают жесткость полотна тарелок. Герметичность соединений обеспечивают установкой прокладок. Существуют различные конструкции крепления полотна тарелки к корпусу. Полотно приваривают сплошным сварным швом к опорному уголку или применяют разборные соединения на прокладках или с набивкой в виде сальника. Упорные кольца предназначены для герметизации тарелок. В зазоре между тарелкой и корпусом колонны установлены прокладки из асбестового шнура, закрепленные нажимным кольцом, скобами и шпильками, приваренными к тарелке. Другая конструкция заключается в том, что отдельная секция тарелки крепится к опорной раме струбцинами, винтами и прижимными планками . Герметичность обеспечивается прокладками. Отбойные устройства предназначены для сепарации капель жидкости из потока пара (газа); устанавливается вверху абсорбционных колонн и в различных сечениях ректификационных колонн. Отбойные устройства, устанавливаемые вверху колонны, должны обладать высокой эффективностью сепарации и надежно работать в широком диапазоне изменения нагрузок по пару. У некоторых ректификационных колоннах при вводе сырья в питательную секцию поток пара уносит частицы жидкости с нелетучими соединениями: смолами, золой и т.д. При наличии уноса жидкости с тарелки на тарелку нелетучие соединения будут увлекаться потоком пара и транспортироваться им вверх колонны. В итоге не летучие соединения могут попасть в дистиллят и ухудшить его качество (цвет, коксуемость, содержание золы, металлов и др.). Подобное явление наиболее часто встречается в вакуумных колоннах для перегонки мазута, особенно при работе на форсированных режимах; в некоторых случаях унос жидкости в питательной секции колонны ограничивает производительность колонны. Отбойные устройства, устанавливаемые и питательной секции колонны, должны обеспечивать достаточно высокую эффективность сепарации, легко подвергаться чистке и ремонту. В случае, когда колонна должна работать с большими величинами межтарельчатого уноса жидкости, равными оптимальному значению или превышающими его, можно применять межтарельчатые отбойные устройства, позволяющие создать более экономичную конструкцию колонны. Иногда применение отбойных устройств между тарелками обусловлено спецификой работы или конструкцией колонны. Например, отбойные устройства под каждой тарелкой применяются при необходимости иметь небольшую высоту колонны (при установке колонн в помещении), в колоннах разделения воздуха, где высота колонны лимитируется поверхностью теплообмена. К отбойным устройствам, устанавливаемым под каждой тарелкой, предъявляются следующие требования: простота конструкции, малый вес, низкая стоимость, легкость монтажа и обслуживания, малое гидравлическое сопротивление и, наконец, достаточная, но не высокая эффективность сепарации при заданных режимах работы. Для сепарации капель жидкости из потока пара (газа) в аппаратах нефтяной и химической технологии применяют в основном отбойники ударного типа. 26. Насадочные контактные устройства. Типы и классификация насадок. Принципы выбора насадок. Насадочная колонна, наиболее простая по конструкции, представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат, заполненный по всей высоте или на отдельных участках так называемой насадкой – определенных размеров и конфигурации телами из инертных материалов.В насадочных колоннах контакт между газом (паром) и жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободном пространстве между ними. Насадка предназначена для создания большой поверхности контакта фаз между стекающей по ней жидкостью и поднимающимся потоком паров и интенсивного перемешивания их. Контакт и массобмен в насадочной колонне происходит непрерывно на всем участке колонны, заполненном насадкой. Этим и отличается работанасадочной колонны от тарельчатой.Насадочные колонны широко применяют для процессов абсорбции, атакже очистки, охлаждения и увлажнения газов. Некоторое применение онинаходят и для процессов ректификации. Насадочные колонны удовлетворительно работают только при обильном и равномерном орошении насадкижидкостью.ьНасадочные колонны применяются в малотоннажных производствах, атакже в тех случаях, когда необходимо, чтобы задержка жидкости в колоннебыла невелика, а перепад давления мал. Благодаря созданию различных эффективных насадок (седла Берля, кольца Палля и др.), в последние годы повысился интерес к насадочным колоннам; их стали применять и для многотоннажных производств. Если использование тарельчатых или насадочныхколонн является альтернативным, вопрос должен решаться на основе технико- экономических расчетов. Различается два основных режима работы аппаратов: – пленочный режим, при котором жидкость, омываемая газом, стекает по элементам насадки; – эмульгационный режим, когда весь аппарат заполнен жидкостью, а через слой ее между элементами насадки барботирует газ.К основным элементам насадочных колонн относятся: насадка, устройства для орошения и распределения жидкости, опорные колосники и другие устройства, поддерживающие слой насадки (см. рисунки 2.4 и 2.10). В промышленности применяют разнообразные по форме и размерам насадки (рисунок 2.31), которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного массообменного процесса. Насадки, изготавливают из разнообразных материалов (керамика,фарфор, сталь, пластмассы и др.), выбор которых диктуется величиной удельной поверхности насадки, смачиваемостью и коррозионной стойкостью.Насадки условно подразделяются на насадки нерегулярного типа и регулярного. Нерегулярную насадку применяют в процессах массообмена, протекающих под давлением или в условиях неглубокого вакуума. Эта насадка обладает рядом преимуществ, одно из которых состоит в практическом отсутствии проблемы выбора материала. Насадку можно изготавливать из металлов, полимеров, керамики. Полимерная и керамическая насадка наиболее приемлема для обработки агрессивных сред. Нерегулярная насадка имеет существенные преимущества по сравнению с регулярной по технологии изготовления, транспортирования и монтажа. По конструктивным признакам эту насадку можно разделить на кольца и седла, хотя в отечественной и зарубежной практике применяют насадоч- ные тела и других форм [3]. К насадкам нерегулярного типа относятся беспорядочно уложенные (навалом) насадки из колец Рашига, седла «Инталлокс», кольца Паля и т.д. (см.рисунок 2.31 а, б, г, е, з). Наиболее широко распространена насадка в виде тонкостенных керамических колец - кольца Рашига, диаметр которых изменяется в пределах 15- 150 мм. Кольца малых размеров засыпают в колонну навалом (рисунок 2.31а). Насадка малых размеров и сложной конфигурации имеет большую поверхность контакта фаз, но создает повышенное сопротивление.Кроме того, при выборе размеров насадки необходимо знать, что мелкая насадка менее прочна и быстро забивается твердыми отложениями.Вместе с тем в последние годы были предложены различные конструкции насадочных элементов, рабочие характеристики которых лучше, чем у колец Рашига.В последние годы широкое распространение получили кольца Паля, изготовленные из металла, керамики или пластмасс. Отличительной характеристикой этой насадки является практическое постоянство эффективности в широком интервале изменения нагрузок. Хорошими рабочими характеристиками обладают также насадки из элементов седлообразного профиля- седла Берля и Инталлокс. Кольца с перфорированными стенками позволяют существенно повысить производительность и эффективность ректификационной аппаратуры.Из-за хаотического распределения тел в объеме насадки образуются избирательные каналы, по которым преимущественно проходит пар или жидкость, в результате происходит неравномерное распределение контактирующих фаз по высоте слоя. В этом существенный недостаток насадок нерегулярного типа. Неравномерность распределения связана с высотой слоя и диаметром. В связи с этим не рекомендуется применять насадки нерегулярного типа в колоннах диаметром более 2 метров, а также использовать высокие слои насадки без промежуточных перераспределителей потоков. Отмеченные выше недостатки насадок нерегулярного типа преодолены в конструкциях насадок регулярного типа, т.е. правильно уложенной насадки. Этот способ заполнения аппарата насадкой называют загрузкой в укладку, а загруженную таким способом насадку – регулярной. Расположение элементов в определенном порядке обеспечивает равномерное распределение контактирующих фаз по площади колонны и позволяет получить высокую эффективность массопередачи и одновременно низкое гидравлическое сопротивление (см. рисунки 2.4, 2.10, 2.11).Примером насадки регулярного типа являются те же кольца Рашига,Паля и т.д. если они укладывают правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга (рисунок 2.31 б). Обычно для этого применяют большие кольца (размером не менее 50х50 мм).За последние годы стали применяться спиральные насадки, выполненные из металлических лент и проволоки, различные металлические сетчатые насадки (рисунок 2.31 д), а также насадка из стеклянного волокна.Данные насадки обеспечивают низкое гидравлическое сопротивление,что особенно важно для вакуумных колонн. Насадки указанных типов применяют для колонн, работающих под атмосферным или более высоким давлением, а также в условиях умеренного вакуума.Кроме того, к наиболее известным конструкциям регулярных насадок относятся: Клитч-Грид, плоскопараллельная, Зульцер,Перформ-Грид, ромбовидная ВНИИнефтемаша и т.д. Простейшая регулярная насадка – плоскопараллельная – представляет собой пакеты,набираемых из плоских вертикальных, обычно металлических пластин толщиной 0,4-1,2 мм, расположенных параллельно с одинаковым зазором 10-20 мм. Высота пакета пластин 400-1000мм. Для повышения равномерности распределения жидкости в колонне пакеты устанавливают один над другим взаимно повернутыми на угол 45-900.Недостаток этой насадки – высокая металлоемкость, плохое перераспределение жидкости, сравнительно низкая эффективность.Для устранения последнего недостатка листы плоскопараллельной на- садки выполняют с рифлением или с различными турбулизирующими элементами.Хорошие характеристики имеют насадки из проволочной сетки. Примером может служить насадка Гудлоу – пакеты свернутой в рулон гофрированной проволочной сетки (диаметр проволки 0,1 мм). Гофры расположены под углом 60 0 к вертикали, высота пакета насадки 100-200 мм. В последние годы в России и за рубежом разработаны различные виды новой высокоэффективной насадки. Примерами могут служить насадки «Зульцер», «Вакупак», «Кедр») (рисунок 2.32). Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед нерегулярной, засыпанной в колонну навалом: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа.К недостаткам аппаратов с регулярной насадкой следует отнести трудность отвода тепла и плохую смачиваемость насадки при низких плотностях орошения, их высокую чувствительность к равномерности орошения. Поэтому для улучшения смачивания регулярных насадок и устранения неравномерности орошения необходимо применять более сложные по конструкции оросители.Все насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями. Для таких жидкостей в последнее время стали применять колонны с «плавающей» насадкой. В них в качестве насадки используют главным образом легкие полые или сплошные пластмассовые шары, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние.Кроме того, для проведения одного и того же процесса требуются насадочные колонны обычно большего объема, чем тарельчатые.Основными достоинствами насадочных колонн являются: простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление. |