ЭХЗ. Удк 6219 сравнительный анализ методов эхз в трубопроводном транспорте л. С. Булатова, Л. А. Шацкая
 Скачать 6.21 Mb.
|
|
Библиографический список: 1. Чухарева Н.В. Исследование углеводородных систем при определении их количественных характеристик в системе магистральных трубопроводов: учебное пособие / Н.В. Чухарева, А.В. Рудаченко. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 304 с. 2. Перекачка СУГ по трубопроводам, [Электронный ресурс] / http://www.gasholder.ru/808-perekachka-sug-po-truboprovodam.html 3. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы, [Электронный ресурс] / http://docs.cntd.ru/document/871001207 4. Свойства сжиженных углеводородных газов. Особенности эксплуатации углеводородных систем, [Электронный ресурс] / http://www.avtozagruzka.com/publ3.pdf 5. ГОСТ 28656-90. СУГ. Расчетный метод определения плотности и давления насыщенных паров. Межгосударственный стандарт газы углеводородные сжиженные расчетный метод определения плотности и давления насыщенных паров. – ИПК издательство стандартов. Москва. – 1991 г. 462 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ ИЗМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ГОРЯЧИХ ТРУБОПРОВОДОВ УСТАНОВКИ ВИСБРЕКИНГ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ А.А.Грицына СамГТУ Самара, Россия Введение: Основными задачами нефтеперерабатывающей промышленности являются наиболее полное удовлетворение народного хозяйства в высококачественных нефтепродуктах и обеспечение сырьем смежных производств. Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой её физическое разделение на фракции. Процесс переработки представляет собой процесс термического крекинга. Продукт после переработки поступает в горячие трубопроводы. Соответственно каждый трубопровод имеет срок годности и его необходимо заменить. В данной работе рассматриваются 3 участка горячих трубопроводов на установке Висбрекинг. Цель нашего исследования: замена этих участков с одного материла на другой с целью снижения эксплуатационных затрат. Висбрекинг Висбрекинг — процесс однократного термического крекинга тяжелого остаточного сырья, проводимый в мягких условиях. Типичное сырье висбрекинга — мазуты, получаемые при атмосферной перегонке нефтей, или вакуумные гудроны. Висбрекинг проводится для производства преимущественно жидкого котельного топлива пониженной по сравнению с сырьем вязкости (вариант I), либо с целью производства в повышенных количествах газойля—сырья для установок гидрокрекинга и каталитического крекинга (вариант II). В обоих вариантах побочными легкими продуктами являются газы и бензиновые фракции, выход которых обычно не превышает 3 и 8 % (масс.) на сырье. Проведение процесса в более жестких условиях, что оценивается по выходу бензина, может приводить к нестабильности топлив, получаемых смешением остаточного продукта висбре- кинга с другими компонентами тяжелого жидкого котельного топлива. Нестабильное топливо расслаивается, в нем образуется осадок. Простота и гибкость технологической схемы установки, позволяющие перерабатывать остаточное сырье разного качества. В результате висбрекинга гудронов значительно сокращается расход маловязкого дистиллятного разбавителя при приготовлении котельного топлива. Содержание тяжелых 463 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ бензиновых фракций в остаточном продукте висбрекинга ограничивают, учитывая необходимость получения топлива с достаточно высокой температурой вспышки. На некоторых заводах часть тяжелого остатка, получаемого по варианту II и являющегося нижним продуктом вакуумной колонны, используется как топливо на самих заводах, а избыток после разбавления маловязким продуктом, например каталитическим газойлем, направляется в резервуар товарного мазута нормированной вязкости. Сталь 15Х5М Сталь жаропрочная низколегированная. Данный вид стали позволяет максимально эффективно проводить операции, которые связаны с высокотемпературной переработкой нефти и ее составляющих. В основном данный вид трубного проката используется в местах установки, добычи и синтеза нефти. Подобные металлоизделия надежно выдерживают агрессивное воздействие углеводорода и повышенную температуру и поэтому являются незаменимыми в нефтеперерабатывающем сегменте. Характеристики крекинговых труб: - Повышенная износоустойчивость и прочность металлоизделия. - Высокая пластичность. Это уменьшает вероятность их стремительного разрушения и выхода из строя по сравнению с обычным прокатом. - Способность выдерживать высокую температуру. - Экологическая безопасность. Отсутствие высокотоксичных и радиационных элементов. - 100% надежность из-за отсутствия шва. - Высокая коррозионная стойкость, даже в условиях окисления при температуре +600 градусов. Основное применение: - химическая промышленность; - нефтепереработка, изготовление горюче-смазочных средств, топлива, масел и других нефтепродуктов; - строительство; Как увеличить срок эксплуатации крекинговых труб: - Для того, чтобы увеличить срок службы трубопроводов, используют изоляционные покрытия. - Песчано-цементное покрытие. Оно защищает поверхность металла от преждевременного разрушения и усиливает коррозионные свойства металла. - Эпоксидные смолы, битумные покрытия. Данный изоляционный продукт увеличивает срок эксплуатации труб в агрессивной среде. Сталь 12Х18Н10Т Маркировка 12х18н10т на изделии гласит о том, что в состав стали, включены никель, марганец и хром. Именно благодаря сплаву хрома и железа 464 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ удалось добиться тех поражающих свойств, которыми в настоящее время обладают трубы из нержавейки. Также отличительными свойствами этого вида труб являются: надёжность, универсальность, эстетичность, противостояние коррозии, и что немаловажно долговечность. Применение нержавеющих труб: Такие трубы широко используются на производстве, энергетической, транспортной, химической, пищевой промышленности и даже в медицине нашлось место для применения этого изделия. Особое место бесшовные нержавеющие трубы занимают в строительстве. Их применяют при монтаже водопроводных систем, как внутри строения, так и за его пределами, а также отопительных систем и подачи горячей воды. С течением времени подобные трубы не утрачивают своих первоначальных качеств даже при длительной эксплуатации в «суровых» условиях и абсолютно устойчивы к высоким температурам (до 600 градусов). Сталь 20 Благодаря стали 20, техническим характеристикам, работают тысячи предприятий в самых разных областях хозяйства страны, обеспечивая нужды людей. Прочная и одновременно, пластичная, она с легкостью поддается различным видам обработки. Ее плавят, отливают, формуют, прокатывают, вытягивают, волочат, сгибают. Сталь 20, характеристики, применение зависят еще от одного свойства, благодаря которому она стала своеобразным «хитом» у потребителей: при своей приятно доступной цене, она прекрасно сваривается, что крайне востребовано при производстве труб Для работы со сталью применяют электродуговую (в защитной среде инертного газа), высокочастотную индукционную сварку. Многолетняя эксплуатация изделий подтверждает достаточную надежность шва. Шовные трубы, особенно, тонкостенные по сей день широко используют для монтажа систем вентиляции, а также на предприятиях пищевой промышленности, например, для транспортировки сырья или готовой продукцииВ качестве исследования взяли 3 участка на установке Висбрекинг. Цель исследования: замена марки стали 15Х5М (сталь жаропрочная низколегированная) на марку 12Х18Н10Т (сталь конструкционная криогенная). Оценка стоимости материала трубопроводов с разными марками стали: Трубопроводы технологические по перечню ответственных 15Х5М 12Х18Н10Т «Прием насосов Н-112; Н-112а с низа колонны К-3» Труба 325х8 Труба 159х8 Труба 108х6 Труба 57х5 Труба 32х4 Труба 25х3 Труба 18х3 Отвод 159х8 п.м. п.м. п.м. п.м. п.м. п.м. п.м. шт. 1,5 40 2 2 0,5 0,5 0,5 12 405000 167728 167408,44 167408,44 471410 1715,68 320500 180000 120000 98000 172000 162000 148000 2872 465 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Отвод 57х5 Переход К159х8/108х6 Фланец 1-150-16 Фланец 1-100-40 Фланец 2-150-40 Фланец 3-300-40 Фланец глухой 2-300-40 Заглушка сф. 325х10 ЗКЛ 150-16 с отв.фл. ЗКЛ 100-16 с отв.фл. ЗКЛ 50-40 с отв.фл. ЗКЛ 50-16 с отв.фл. ЗКС 25х160 с отв. фл. ЗКС 20х160 с отв. фл. ЗКС 15х160 с отв.фл. Лист б = 10мм шт. шт. шт. шт. шт. шт. шт. шт. кмп. кмп. кмп. кмп. кмп. кмп. кмп. тн. 4 2 1 2 1 2 2 2 3 3 2 2 2 2 2 0,1 409,3 2286,85 10385,24 3276,87 3089 12595 28500 6535,09 27026,98 16676,14 22300 5101,45 16200 15100 14500 202000 620,7 4500 3100 4900 80400 62400 3800 100240 89500 32600 29900 22800 21200 20100 280000 «Выкид насосов Н112; Н-112а в Т-115, ХВ-102, К-3» Труба 89х6 Труба 57х5 Труба 32х4 Отвод 89х6 Отвод 57х5 Переход К 159х8/89х6 Переход К 89х6/76х6 Фланец 1-65-63 Фланец 3-150-40 Заглушка сф. 89х8 ЗКЛ 80-63 с отв.фл. и кр. ЗКЛ 80-40 электроприводная с отв.фл. и кр. ЗКЛ 50-40 с отв.фл. и кр. ЗКС 25х160 с отв.фл. и кр. КОП 80х40 с отв.фл. и кр. Бобышка из круга 60 п.м. п.м. п.м. шт. шт. шт. шт. шт. шт. шт. кмп. кмп. кмп. кмп. кмп. кмп. шт. 70 5 6 25 4 1 2 2 1 6 2 2 4 4 2 4 142443,81 440000 1174 409,3 2805,58 1800 624,25 1050 1200 24500 45746,21 34370,79 16200 500 192299,14 98000 172000 4200 3400 6200 2900 7800 4900 89200 160000 32600 22800 800 Линия «Шлем К-2 в К-3» Труба 325х12 Отвод 325х12 Переход К 325х12/219х10 Фланец 2-200-40 Фланец 2-300-40 Фланец 7-300-160 ЗКЛ 300-40 с отв.фл. и кр. п.м. п.м. шт. шт. шт. шт. м/ч 5 3 1 1 1 3 24 116995,78 26696 13493,93 6617,25 21200 42649 362000 32400 24500 18400 80400 82048 495000 2706628,38 3850479,84 Библиографический список: 1.Эрих В.Н. и др. Химия и технология нефти и газа. Л., 1985; 466 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ 2. Конь М.Я. и др. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность за рубежом. М., 1986; 3. ГОСТ 550-75 Трубы стальные бесшовные для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности; 4.ГОСТ 9941-81: Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из коррозионно-стойкой стали; 5. ГОСТ 8732-78: Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. УДК 62-631.2:665.65 МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В ТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ С.А.Гулина, И.Ю.Горюнова, А.С.Гулина Самарский государственный технический университет Самара, Россия Одним из показателей эффективности трубопроводного транспорта является его производительность. Для магистрального газопровода коммерческая производительность газотранспортной системы (Q) определяется выражением: zTL D P P c Q 5 2 К 2 Н К , (1) где: D-диаметр газопровода; где: - коэффициент потерь на трение, D - внутренний диаметр трубопровода, L – длина линейного участка газопровода между компрессорными станциями; Δ - относительная плотность газа по воздуху; Р Н , Р К - давление в начале и в конце участка газопровода соответственно; c- коэффициент, равный: кг К с м 0384 , 0 287 10 3 , 101 293 4 14 , 3 R Р Т 4 c 0,5 2 3 B СТ СТ Как видно из уравнения 1 коммерческая производительность зависит от параметров, входящих в данное уравнение, и характер зависимости не линейный. При исследовании нелинейной системы уравнений можно получить результат лишь в чистом виде. Для получения аналитического решения нелинейных дифференциальных уравнений используют линеаризацию. Линеаризация – замена нелинейных уравнений приближенными линейными уравнениями. В аналитическом виде процесс, происходящий между входной и выходной величиной, описывающийся нелинейным дифференциальным уравнением вида: 467 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ t , y , x F dt dy , после несложных преобразований можно представить в виде линейного дифференциального уравнения: x b t y t a dt dy ' Оно называется уравнением в отклонениях. Это уравнение описывает состояние объекта управления при малых отклонениях. Нелинейная зависимость y=f(x) представленная на рисунке 1. Рис. 1. Графическое представление метода линеаризации Пусть есть зависимость y=f(x). Необходимо определить, как изменится Δу при изменении Δх (Рис.1). Используя метод малых отклонений при заданных параметрах х 0 и у 0 , зависимость f(x) преобразуется в прямую, проведенную касательно к точке х 0 . При небольшом значении Δх 0 изменение Δу 0 соответствует действительному значению. При увеличении Δх до Δх ’ ’, реальное изменение Δу соответствует Δу 1 , а полученное значение с помощью данного метода составит Δу 2 , отличающегося от действительного. Используем данный метод для оценки влияния изменения параметров трубопроводной системы на его производительность. Для этого зависимость коммерческой производительности линеаризуется, при условии, что все параметры, включенные в уравнение (1) , являются взаимно независимыми переменными. Преобразуем выражение (1) с учетом того, что степень повышения давления в компрессорном цехе (КЦ) ε КЦ равна отношению 2 К 2 Н 2 КЦ P P , получим: 468 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ zTL D 1 1 P 0384 , 0 Q 5 2 КЦ 2 Н К Для расчета коэффициента сопротивления трения отраслевыми нормами проектирования рекомендуется универсальная формула ВНИИГаза: 2 , 0 э D k 2 Re 158 067 , 0 , где Re- число Рейнольдса, а k - относительная шероховатость. В магистральных газопроводах наиболее распространено течение газа в квадратичной зоне турбулентного режима при D k 2 Re 158 э получаем частный случай: 2 , 0 э D k 2 067 , 0 Данное уравнение представим в линеаризованном виде. Для этого прологарифмируем его и продифференцируем полученное соотношение, имея ввиду, что x dx x ln d . Далее дифференциал dx заменим приращением Δx, а относительное приращение x x обозначим δx получим: D ln 2 , 0 k ln 2 , 0 2 ln 2 , 0 ln Э и окончательно D dD 2 , 0 k dk 2 , 0 d Э Э В результате относительное изменение коэффициента сопротивления трения в линеаризованном виде: D 2 , 0 k 2 , 0 Э (2) Уравнение устанавливает зависимость δλ от относительного изменения коэффициента шероховатости δk (при постоянном диаметре) и относительного изменения диаметра δD (при постоянном коэффициенте шероховатости) в численном виде. Из полученного уравнения можно сделать следующее заключение: коэффициенты, стоящие перед δk и δD величины постоянные, не зависящие от начальных значений параметров трубопроводной системы, также с увеличением δk (при δD = const) на 1%, δλ увеличивается соответственно на 0,2%, а при увеличении δD (при δk = const,) также на 1 %, δλ будет понижаться соответственно на 0,2%. Аналогичные вычисления проведем с выражением для коммерческой производительности газопровода. После логарифмирования и дифференцирования получено соотношение: 469 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ z dz 5 , 0 L dL 5 , 0 T dT 5 , 0 d 5 , 0 d 5 , 0 D dD 5 , 2 1 1 1 1 d 5 , 0 P dP Q dQ 2 КЦ 2 КЦ H H Далее дифференциал заменим относительным приращением и получим: z 5 , 0 L 5 , 0 T 5 , 0 5 , 0 5 , 0 D 5 , 2 k P Q КЦ 1 H . (3) В уравнение (3) подставим уравнение (2), и получим окончательный вид уравнения относительного изменения производительности газотранспортной системы от независимого изменения его параметра: z 5 , 0 L 5 , 0 T 5 , 0 k 1 , 0 5 , 0 D 5 , 2 k P Q Э КЦ 1 H . (4) Уравнение для определения величины коммерческого расхода в линеаризованном виде (4) устанавливает прямо пропорциональную зависимость параметра δQ от δР Н , δε КЦ , δD, и обратно пропорциональную зависимость от параметров δλ, δΔ, δТ, δL, δz . Коэффициенты, стоящие перед всеми параметрами (кроме δε КЦ ) величины постоянные, не зависящие от начальных значений параметров трубопроводной системы. Проанализируем характер относительного изменения пропускной способности газопровода при изменении степени повышения давления ε КЦ в процессе эксплуатации. Полученное уравнение (4) при условии, что все величины, входящее в него, неизменны, кроме ε КЦ , принимает вид: КЦ 1 k Q где: k 1 – коэффициент влияния изменения степени повышения давления в КЦ (ε КЦ ) на величину коммерческого расхода. Он показывает, на сколько процентов изменяется Q при изменении ε КЦ на 1%. Выведем значение данного коэффициента. После несложных преобразований коэффициент равен: 1 1 k 2 КЦ 1 Значение коэффициента k 1 зависит от проектной степени повышения давления цеха. При изменении ε КЦ будет и изменяться величина коэффициента влияния. Величина k 1 однозначно определяется исходным значением степени повышения давления ε КЦ . Проанализируем это влияние. Для различных значений ε КЦ (от 1,1 до 2,0) на рисунке 2 представлена графическая зависимость коэффициента k 1 от степени повышения давления по КЦ ε КЦ 470 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ Рис. 2. Графическая зависимость коэффициента k 1 от степени повышения давления ε КЦ Из полученной зависимости видно, что чем больше проектное значение ε КЦ , тем меньше значение коэффициента влияния k 1 . Его изменение влияет на изменение пропускной способности газопровода. Задавшись начальным (проектным) значением ε КЦ в диапазоне от 1,1 до 2 получим графическую зависимость δQ=f(ε КЦ ) (рис.3). Рис. 3. Графическая зависимость δQ=f(ε КЦ ) Из полученной зависимости видно, что при высоких значениях проектной степени ε КЦ относительное изменение производительности уменьшается. Построим зависимость δQ=f(δε КЦ ) Относительное изменение δε КЦ взято в диапазоне 5%. Из опыта эксплуатации установлено, что увеличение степени 471 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ повышения давления выше проектной приводит к быстрому износу оборудования, снижению политропического КПД и т.д. ГПА работают при проектной степени повышения деления или сниженной. Рис.4.Графическая зависимость δQ=f(δε КЦ ) Так как показывает график, при степени повышения давления 1,44 снижение на 1 % ее приведет к снижению производительности на 0,93%, а при степени 1,35 на 1,22%. Следовательно, при проектной разработке газотранспортной системы, с учетом технических возможностей оборудования, лучше закладываться большими значениями степени повышения давления линейных компрессорных цехов. Для остальных параметров, входящих в уравнение (8) проектные значения не влияют на характер изменения производительности газотранспортной системы. В ходе работы были сформулированы следующие выводы: • Метод малых отклонений применим для любой технической системы, параметры которой имеют нелинейную зависимость. • Метод малых отклонений позволяет получить аналитическое решение нелинейных уравнений в виде, удобном для понимания и восприятия. • Метод малых отклонений помогает определить в полученных линейных зависимостях наиболее приоритетные относительные изменения параметров |