3 Технологический раздел

3.1 Описание технологической схемы блока стабилизации бензина

Принципиальная технологическая схема блока стабилизации установки каталитического риформинга бензиновых фракций приведена на рисунке 3.1.

Нестабильный риформат из секции риформинга, из сепаратора В-201 поступает в теплообменник Е-502(В,А) и затем в стабилизационную колонну С-501. С верха С-501 углеводородный газ через КВО А-503 (2 секции) и холодильник Е-510 поступает в емкость В-502.

С верха В-502 углеводородный газ через клапан-регулятор давления поступает в емкость В-501. С верха В-501 углеводородный газ через клапан-регулятор давления поступает в топливную сеть (В-631).

Температура в В-502 регулируется изменением угла наклона лопастей КВО А-503, и воздействием на жалюзи.

Углеводородный конденсат с В-501 сбрасывается в линию стабильного платформата через клапан-регулятор.

С низа емкости В-502 газовый конденсат забирается насосом Рм-502(А,В) и через клапан-регулятор расхода подается на орошение верха колонны С-501.

С низа С-501 часть стабильного бензина поступает на прием насоса Рм-505(А,В) и прокачивается через печь F-501 для поддержания температуры низа колонны С-501.

Температура нагрева в печи регулируется подачей топлива к форсункам печи клапаном-регулятором расхода с коррекцией по температуре продукта на выходе из печи.

Балансовое количество стабильного бензина с низа С-501, через теплообменник Е-502(А,В), КВО А-501 (1 секция), холодильник Е-509 и клапан-регулятор уровня с температурой не выше 40 °С выводится в товарный парк.

При проведении пуско-наладочных мероприятий существует схема вывода некондиционного бензина из колонны С-501 в товарный парк по линии некондиции.

Температура стабильного бензина на выходе с установки регулируется изменением угла наклона лопастей КВО А-501, и воздействием на жалюзи.

Для поддержания давления в колонне С-501 в период проведения пуско-наладочных мероприятий, существует схема подач ВСГ из сепаратора В-201 в емкость В-502.

1 – нестабильный риформат; 2 – стабильный бензин; 3 – углеводородный газ в топливную сеть; 4 – горячее орошение; 5 – холодное орошение; 6 – стабильный бензин в товарный парк

Рисунок 3.1 – Принципиальная технологическая схема блока стабилизации бензина

3.2 Проектировочный расчет теплообменного аппарата

3.2.1 Обоснование и выбор исходных данных для расчета теплообменного аппарата.

Для того чтобы рассчитать поверхность теплообмена, нам необходимы исходные данные, представленные в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета ТО

Межтрубное пространство					Трубное пространство
tвх1, С	tвых1, С	G1, кг/с	Среда, фазовое состояние	tвх2, С		tвых2, С	G2, кг/с	Среда, фазовое состояние
145	100	18,5	Углеводородный конденсат	40		90	9,54	Вода

Таблица 3.2 – Физико-химические характеристики сред

Параметр	Углеводородный конденсат	Вода
Плотность, ρ кг/м3	ρ1=666,02	ρ2=979,9
Вязкость динамическая, μ Па·с	μ1=2,0·10-4	μ2=4,44·10-4
Вязкость кинематическая, ν м2/с	ν1=0,3·10-6	ν2=0,453·10-6
Удельная теплоемкость, Ср Дж/(кг·К)	Ср1=2521,17	Ср2=4182,23
Коэффициент теплопроводности, λ Вт/(м·К)	λ1=0,09	λ2=0,277

3.2.2 Определение поверхности нагрева и предварительный выбор типа теплообменного аппарата по каталогу.

Составим уравнение теплового баланса

, (3.1)

. (3.2)

Подставив исходные данные, получим

;

кг/с.

Количество передаваемого тепла

Вт.

Поверхность теплообменного аппарата определяется по формуле

, (3.3)

где К_ор - ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

∆t_ср - средний арифметический температурный напор между теплоносителями, определяется по формуле (3.4), °С;

Q- тепловой поток в аппарате.

Для предварительного выбора теплообменного аппарата принимаем К= 200 Вт/(м²∙К), как при передаче тепла от органических жидкостей.

(3.4)

Величины температурных перепадов на концах аппарата Δt_б и Δt_м

Δt_б = 100 – 40 = 60 °C;

Δt_м =145 – 90 = 55 °C;

Δt_ср= °C.

Подставив полученные данные рассчитаем площадь поверхности теплообмена аппарата

F = м².

Произведем подбор по каталогу [1] всех типов теплообменных аппаратов, которые могут быть применены при заданной поверхности теплообмена.

Выберем теплообменный аппарат типа ХП, у которого:

- диаметр кожуха внутренний D=800 мм;

- число ходов по трубам 4;

- наружный диаметр труб d=25 мм;

- поверхность теплообмена при длине прямого участка труб l=6000 мм, F=163 м²;

- площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,027 м²;

- площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,135 м².

3.2.3 Уточненный расчет поверхности теплообменника и окончательный выбор типа теплообменного аппарата.

Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле

, (3.5)

где К_ут - уточненный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений, который вычисляется по формуле

, (3.6)

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и λ_ст - толщина стенки и теплопроводность материала. В расчетах принимаем = 30 Вт/(м·К) [7].

Коэффициенты α₁ и α₂ зависят от режима движения теплоносителя и физических свойств самих продуктов.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в трубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам

, (3.7)

где G_тр - расход воды, кг/с;

ρ_тр - плотность воды, кг/ м³;

f_тр - площадь проходного сечения по трубам, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

; (3.8)

.

Так как критерий Рейнольдса >10000 – движение турбулентное.

Для турбулентного режима рекомендуется следующая зависимость

, (3.9)

где - критерий Нуссельта,

Критерий Прандтля определяется по формуле

. (3.10)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле

(3.11)

Подставив данные, получим

;

;

.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле

, (3.12)

где G_мтр- расход стабильного бензина, кг/с;

ρ_мтр- плотность углеводородного конденсата, кг/ м³;

f_мтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

; (3.13)

.

Так как Re > 10³ , то критерий Нуссельта находится по следующей формуле:

(3.14)

где с, n – коэффициенты, зависящие от способа размещения труб. Для труб, расположенных по вершинам квадратов с=0,38, n=0,6;

ε_φ – коэффициент, зависящий от многоходовости, для стандартных теплообменных аппаратов ε_φ = 0,6.

Найдем значение критерия Прандтля по формуле

. (3.15)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле

. (3.16)

Подставив данные, получим

;

;

.

Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи

Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата

м².

Таким образом, уточненная площадь теплообмена оказалась меньше площади теплообмена по каталогу, поэтому принимаем решение использовать выбранный тип теплообменного аппарата.