книги из ГПНТБ / Багиров, И. Т. Современные установки первичной переработки нефти

В проектах комбинированных установок АВТ мощностью 2,0; 3,0; 6,0 млн. т/год нефти и более размер колонн был определен на основании линейной скорости паров по Нельсону.

Рис. 27. Кривые для расчета допустимой скорости паров в ректификационных колоннах по Нельсону:

/ —для максимально допустимой производительности тарелок ситчатых, каскадных и ре­ шетчатых провальных; 2 — для тарелок с круглыми колпачками, работающих с благоприят­

лобчатыми колпачками при атмосферном и повышенном давлении и жидкостных нагрузках

быть использована также для расчетов вакуумных колонн, в которых установлено брызго­

Результаты обследования. ГрозНИИ многочисленных действую­ щих колонн установок АВТ позволяют сделать следующие выводы:

метод Саудерса и Брауна устарел; поэтому пользоваться им при проектировании и строительстве современных промышленных уста­ новок не следует;

метод Нельсона позволяет достаточно точно определить допу­ стимую нагрузку; его можно рекомендовать для проектирования независимо от конструкции применяемой тарелки;

для ректификационных колонн, снабженных тарелками с S-об­ разными элементами, или ситчатыми, а также тарелками с круглы­ ми колпачками, когда конструкция тарелки позволяет выбрать раз­ личное соотношение между зонами барботажа и сливной зоной, можно рекомендовать метод Аткинса.

S0

Разновидности ректификационных тарелок и технологические особенности их работы

Во всех ректификационных колоннах первичной перегонки, по­ строенных до 1950 г., было ограниченное число тарелок. В основ­ ном распространение получили ректификационные колонны с же­

Вранее построенных отечественных и зарубежных установках

восновном применяли тарелки с круглыми колпачками. Тарелка этого типа состоит из основания в виде диска, перекрывающего большую часть сечения колонны. В диске имеются круглые отвер­ стия с установленными на них патрубками, над которыми крепят­ ся колпачки (рис. 29). Внизу колпачков делаются прорези 2. Та­ релка имеет переливные устройства, сливную регулируемую планку

ииногда затворную перегородку. Размеры колпачков определяют,

Рис. 29. Круглые колпачки на тарелках диаметром 100 мм:

61

исходя из возможности размещения максимального их числа по плоскости тарелки. Для колонны диаметром до 3 м принимают колпачки диаметром 100 мм, для колонны большого диаметра — колпачки диаметром 150 мм. Колпачки располагают по вершинам равносторонних треугольников, а ряды колпачков — перпендику­ лярно потоку жидкости. Расстояние между центрами кол­ пачков (шаг) обычно равно 1,3; 1,6 и 1,9 от диаметра колпачка. Максимальное расстояние от колпачков до стенок корпуса колон­ ны должно быть 40 мм, а минимальное расстояние между колпач­ ками и сливной планкой — 80—100 мм.

Высота планки принимается такой, чтобы прорези погружались не менее чем на 12 мм. Для разных колонн рекомендуется прини­ мать приведенные ниже величины затопления прорезей:

Указанные колонны имеют различные жидкостные нагрузки; поэтому прорези колпачков погружают в вакуумных колоннах на 5—15 мм, в остальных колоннах на 15—30 мм. В СССР стандар­ тизированы колпачки круглой формы (ГОСТ 9634—61).

На установках АВТ (типов А-12/1; А-12/1М, А-12/2, А-12/3) производительностью 1; 1,5 и 2 млн. т/год нефти в течение многих лет применяют тарелки с желобчатыми колпачками. Однако эти тарелки характеризуются низкой производительностью, малой эф­ фективностью и неравномерно работают по всему сечению. К. п. д. этих тарелок низкий, они металлоемки. По этой причине их изго­ товление постепенно прекращается. Очевидно, действующие уста­ новки АВТ с желобчатыми тарелками будут эксплуатироваться еще продолжительное время. Желобчатые тарелки нормализованы по нормам нефтяной промышленности Н439—58. Они выполняются однопоточными и двухпоточными. Их изготавливают для колонн диаметром от 1 до 8 м.

На рис. 30 показана тарелка с желобчатыми колпачками.

Вцентральной части однопоточной тарелки расположены желоба

иколпачки, которые молено устанавливать на разной высоте. Вы­ сота установки колпачков принимается равной 163 мм. Высота установки сливной планки: в вакуумной колонне 102—107 мм, в ко­

на установке А-12/6 производительностью 3 млн. т/год сернистой нефти.

62

Институтом ВНИИнефтемаш разработаны однопоточные тарел­ ки с диаметром от 1 до 4 м и двухпоточные и четырехпоточные диаметром от 1,6 до 8,0 м. Расстояние между тарелками, преду­ сматриваемое нормалью, для однопоточных тарелок 450, 500, 600,

63

Конструктивно клапан выполнен так, что подъем его возможен только на определенную высоту. Тарелки имеют переливные уст­ ройства обычной конструкции, сливную регулируемую планку и в некоторых случаях затворную планку. Основные размеры кла­ панов: диаметр клапана 50 мм; максимальная его высота 6,5—

8 мм; диаметр отверстия в тарелке

40 мм. Клапаны на тарелках сле­ дует располагать на расстоянии не менее 50 мм от стенок колонны, 75 мм от сливной планки и 100 мм от переливной планки. Такие кла­ панные тарелки предусмотрены в проектах последних промышленных установок АВТ производитель­ ностью 3, 6 и 7,5 млн. т/год нефти. О промышленной эксплуатации це­ лой установки с клапанными та­ релками в ректификационных ко­

лоннах достаточных данных еще не имеется. Клапанная тарелка упрощенной конструкции показана на рис. 32. Ситчатые, струй­ ные, струйные с отбойниками, решетчатые провального типа та­ релки пока не нашли применения на установках первичной пере­ гонки АТ и АВТ.

Переливные устройства во всех тарелках должны обеспечить переток жидкости заданного расхода при максимально допустимых нагрузках с одной тарелки на другую, не нарушая нормальной работы тарелок. При очень больших расходах жидкости с целью лучшей ее дегазации применяют сегментные переливы с наклонны­ ми планками. На малопроизводительных установках применялись сливные стаканы из труб. Большое влияние на работу переливов и тарелок оказывают конструкции узлов ввода и вывода жидкости. Сопротивление узла ввода жидкости на тарелку должно быть уме­ ренным и обеспечивать равномерный спокойный ее ввод. Узел вы­ вода жидкости с тарелки должен обеспечивать равномерный ее слив и способствовать дегазации жидкости.

Существует градиент уровня жидкости на тарелках — разность между уровнями на месте поступления и слива жидкости на та­ релке. Градиент уровня зависит от расхода жидкости, ее физиче­ ских свойств, пути по тарелке, конструкции тарелки, сопротивле­ ния на пути потока жидкости, количества паров, проходящих че­ рез тарелку, и др. Изменения градиента уровня часто приводит к неустойчивому режиму и ухудшению эффективности работы та­ релки. Рассчитать эту величину невозможно. Наиболее приемле­ мым является метод аналитического расчета — метод свободного течения жидкости в горизонтальных каналах, предложенный проф. Б. А. Бахметьевым.

64

Элементы технологического расчета рект иф икационны х т арелок

Нагрузку тарелки по жидкости характеризует плотность орошения тарел­ ки; ее определяют по-разному, в зависимости от направления потоков пара и жидкости. Для тарелок с перекрестным потоком пара и жидкости (колпачко.вые, желобчатые и другие со сливным устройством) плотность орошения I представля­

ет собой количество жидкости в м3, проходящее в 1 ч на участке площадью 1 м2:

Общую высоту жидкости на тарелке, или высоту подпора слива (Д/г), реко­ мендуется определять по формуле Френсиса (в м):

где Q — расход жидкости, м3/с; Дсл — длина сливной пластины (периметр слив­ ного устройства), м.

Полученные результаты сходятся с эксплуатационными данными в широком диапазоне расхода жидкости.

Одним из основных показателей работы тарелок является гидравлическое сопротивление. Для любой конструкции тарелок гидравлическое сопротивление (в мм рт. ст.) определяется из соотношения:

Д Рт — Д РС+ &Р ж

где Д Р т—общее гидравлическое сопротивление тарелки; Д Р С—сопротивление су­

хой, неорошаемой тарелки; ДРж — сопротивление слоя жидкост.и на тарелке. В уравнение не вошло сопротивление, связанное с преодолением сил поверх­

ностного натяжения, которым вследствие его незначительности пренебрегают. Предложенная формула дает удовлетворительную сходимость с фактически­

ми измерениями сопротивления сухой тарелки (в мм рт. ст.):

ДДС-- Кобщ 2g

где U?0 — скорость в паровых патрубках тарелки, м/сек; /(общ — общий коэф­ фициент сопротивления, равный 0,0097—0,0036; ДРС— обычно рассматривают как потерю скоростного напора газа (пара) вследствие преодоления ряда мест­ ных сопротивлений на сухой, неорошаемой тарелке.

По литературным данным, коэффициенты сопротивления К для су­ хих тарелок различных конструкций имеют следующие значения:

Ректификационные колонны установок первичных перегонок со­ стоят из двух — четырех секций. Они предназначены для фракцио­ нирования до трех-четырех боковых фракций. Число тарелок силь­ но влияет на их погоноразделительную способность. Число теоре­ тических тарелок определяется путем составления материального и теплового балансов по промежуточному сечению колонны. Число практических тарелок определяют, исходя из опыта работы анало­ гичных колонн. ' '

Поскольку механизм диффузионных, тепловых и массообменных процессов, протекающих на тарелке при ректификации многоком­ понентных смесей, весьма сложен, общепризнанным является опре­ деление числа практических тарелок по расчетному числу теорети­ ческих тарелок. При этом учитывается к. п. д. тарелок, обусловлен­ ный их конструктивными особенностями, факторами гидродинами­ ческого, массообменного и теплового характера и др. Число прак­ тических тарелок рекомендуется определять из соотношения:

0,50. Расстояние между тарелками рекомендуется принимать в за­

При сооружении новых АВТ рекомендуется принимать следую­ щие типы и конструкции тарелок:

В атмосферных колоннах клапанные тарелки рекомендуется применять при диаметре не менее 3 м.

Эксплуатационная характеристика новых ректификационных тарелок на установках АВТ

В последние годы накоплен большой материал из опыта экс­ плуатации ректификационных тарелок с S-образными элементами, решетчатых, ситчатых, провальных, клапанных. Представляют определенный интерес некоторые данные по обследованию, изуче­ нию и обобщению опытных и экспериментальных показателей по этим тарелкам.

Тарелки с S-образными элементами, или S-образные тарелки.

Обследовалась основная ректификационная колонна атмосферной части установки АВТ типа А-12/6 производительностью 3 млн. т/год нефти Ромашкинского месторождения. Установка работает по схе­ ме однократного испарения с предварительным испарителем (уста­ новка типа А-12/6). В колонне получаются фракции: бензин, керо­

66

син, дизельное топливо и мазут. Товарными продуктами являются керосин и дизельное топливо. Бензин идет на риформинг, а мазут служит сырьем термического крекинга. Результаты обследования сведены в табл. 7.

Проведенное обследование позволило сделать следующие выво­ ды и предложения: 1) колонна работает с большим запасом по производительности (на 13% выше проектной); 2) четкость погоноразделения в различных сечениях колонны неодинакова: хорошая в верхних сечениях и неудовлетворительная в нижних, хотя каче­ ство полученных продуктов и удовлетворяло межзаводским нор­ мам; 3) для раздельного вывода зимнего и летнего дизельных топ­ лив необходимо в сечениях нижних секций колонны обеспечить более высокое флегмовое число; 4) для обеспечения нормальных условий работы нижних секций основной колонны в испарителе следует установить ректификационные тарелки; 5) давление в ко­ лонне должно быть не выше проектного, для чего необходимо уве­ личить конденсатор верхних продуктов колонны. Было также отме­ чено отсутствие на всех тарелках коррозии и следов закоксованности. На основании эксплуатационных данных можно заключить о работоспособности колонны с S-образнымн элементами и реко­ мендовать их для широкого применения.

Ректификационные тарелки из S-образных элементов являются прогрессивной конструкцией; их преимущества перед колпачковы­ ми и желобчатыми тарелками — меньшая металлоемкость (расход металла для S-образных элементов тарелок в 1,85 раза меньше, чем для желобчатых, и в 1,45 раза меньше, чем для колпачковых), простота и дешевизна. Диапазон устойчивости работы ш к. п. д.

тарелок с S-образными элементами близок к колпачковым и зна­ чительно выше, чем для желобчатых; производительность их в 1,25 раза больше, чем желобчатых.

Обследование отбензинивающей колонны диаметром 3800 мм покаазло, что к. п. д. для верхней секции разделения бензина и ке­ росина равен 0,31. Сопротивление S-образных тарелок составляло 4—5 мм рт. ст.

Колонны с S-образными тарелками, эксплуатируемые на бло­ ках стабилизации и вторичной перегонки установки АВТ НовоЯрославского НПЗ, уже в начале ее пуска обеспечивали удовлетво­ рительное погоноразделение и показали надежность работы при изменении нагрузок. Спустя некоторое время эти колонны стали работать еще лучше. Получаемые продукты имеют высокую чет­ кость погоноразделения.

На основе эксплуатации тарелок с S-образными элементами были сделаны следующие выводы: при достаточном числе тарелок и необходимых флегмовых числах, а также соблюдении требуемых технологических условий работы колонны эти тарелки обеспечива­ ют заданную четкость разделения продуктов; колонна работает устойчиво в большом диапазоне нагрузок (от 65 до 130% по срав­ нению с проектной). Поэтому тарелки с S-образными элементами могут быть рекомендованы для широкого использования в нефте­ перерабатывающей и нефтехимической промышленности при про­ ведении таких процессов, как атмосферная перегонка, вторичная перегонка бензина и газофракционирование.

Клапанные тарелки. На Сызранском НПЗ сотрудниками ВНИИнефтемаш проводилось промышленное испытание атмосфер­ ной колонны установки АВТ, оборудованной клапанными прямо­ точными тарелками. Диаметр колонны 3,2 м, число тарелок 23. Из них 19 установлено в укрепляющей части и 4 — в отгонной ча­ сти. Колонна была подключена в схему установки параллельно ко­ лонне с желобчатыми тарелками диаметром 3 м. Обследованная колонна предназначалась для получения широкой фракции, дизель­ ного топлива и мазута. Температурный режим и давление в ко­ лонне в период обследования изменялись в следующих пределах:

68

Как это видно, температурный режим колеблется почти во всех обследуемых точках. Результаты обследования колонны с клапан­ ными тарелками приведены в табл. 8. Анализ полученных продук­ тов показал, что колонна работала хорошо. Качество продуктов было стабильным при различных нагрузках и температурных ре­ жимах.

Колонна с желобчатыми тарелками при максимальной произ­ водительности 3200 т/сут работала неудовлетворительно. Наложе­ ние фракции между керосином и дизельным топливом было 95 °С, между дизельным топливом и мазутом 139 °С. Содержание свет­ лых в мазуте составляло 30%. При работе колонны на заниженной производительности—2200 т/сут (по сырой нефти) качество про­ дуктов было удовлетворительным.

с клапанными прямоточными тарелками быстро и хорошо выво­ дится на заданный режим, устойчиво работает при изменении про­ изводительности, обеспечивает хорошее разделение фракций и хо­ рошее качество разделяемых продуктов. При сравнении точек фракционного состава 5 и 95% налегание между широкой фрак­ цией и дизельным топливом было 14±22°С, а между дизельным топливом и мазутом всего 7±8°С. На основании полученных дан­ ных клапанные тарелки были рекомендованы для промышленного внедрения. Во вновь проектируемых колоннах промышленных уста­ новок АТ и АВТ применяют исключительно клапанные тарелки.

69