Проект атмосферной трубчатой установки мощностью 500 тыс тонн нефти в год с расчётом колонны

Группа аппарата: условия работы аппарата по ОСТ 26-291-94 - взрывоопасная  среда и внутреннее давление. По условиям работы аппарат относится к I группе, поэтому процент контроля сварных швов принимается равным 100 % по ГОСТ 6996-86.

Рабочая и расчетная  температура: расчетная температура T_R – это температура для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряжений. Она определяется на основании теплового расчета или результатов испытаний. Если при эксплуатации температура элемента аппарата может повысится до температуры соприкасающейся с ним среды, расчетная температура принимается равной рабочей, но не менее 20 °С.  Проектируемый аппарат снабжен изоляцией препятствующей охлаждению или нагреванию элементов аппаратов внешней средой.

Рабочая температура аппарата Т=350 °С.

Расчетная температура  Т_Р =350 °С.

Рабочее, расчетное и условное давление: рабочее давление P – максимальное избыточное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета допускаемого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства P=0,16 МПа. Расчетное давление P_R – максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление может равняться рабочему давлению. Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства; если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления. Поскольку аппарат снабжен предохранительным клапанном и рабочее давление P>0,07 МПа

Р_R1=1,1×P,                                                          (2.7)

где P = 0,49 МПа - давление расчетное (складывается из гидростатического давления при гидроиспытании при высоте колонны 33,0м - 0,33 МПа, рабочего давления - 0,16 МПа);

P_R1=1,1×0,49=0,54 МПа.

Пробное давление для испытания  аппарата определим по формуле:

; (2.8)

где [s]²⁰ – допускаемое напряжение материала при 20 °С, [s]²⁰=196 МПа;

[s]^tR – допускаемое напряжение материала при расчетной температуре t=350 °С, [s]²⁵⁰=123 МПа.

 МПа.

 

Выбор материала

По условиям работы аппарата, как в рабочих условиях так и в условиях монтажа, ремонта, нагрузок от веса и ветровых нагрузок, для этих условий выбираем сталь 16ГС область применения от минус 40 °С до +475 °С, по давлению не ограничена.

Выбрали по ОСТ 26-291-94, ГОСТ 14249-89 сталь 16ГС.

 

Допускаемые напряжения

Определим допускаемые напряжение для стали 16ГС с толщиной стенки свыше 32 мм при Т_Р=350 °С.

По ГОСТ 14249-89 [s]=123 МПа.

 

Модуль продольной упругости

Выбираем расчетное значение модуля продольной упругости

Е=1,75×10⁵ МПа.

 

Прибавки к расчетным  толщинам конструктивных элементов

Прибавка на коррозию металла принимаем

С₁=2 мм.

Прибавка на минусовое значение по толщине листа принимаем

С₂=1 мм.

 

Коэффициенты прочности  сварных швов

Корпус имеет продольные и кольцевые  сварные швы. Применим автоматическую сварку род слоем флюса со сплошным проваром. Для корпуса аппарата выбираем стыковые швы.

Значение коэффициента прочности  сварных швов принимаем

j=1.

Приварка штуцеров будет выполняться в ручную с подваркой корня шва и значение коэффициента прочности сварных швов принимаем

j=1.

 

Расчет обечайки нагруженной  внутренним избыточным давлением

Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины стенки аппарата удовлетворяющая условиям прочности.

Исходные данные для расчета:

• расчетное давление P_R = 0,16 МПа;
• диаметр колонны D=2200 мм;
• допускаемое напряжение при T=350 °С, [s]=123 МПа;
• коэффициент прочности сварного шва j=1;
• общая прибавка к толщине металла С=3 мм.

Толщина стенки аппарата определяется по формулам [8]:

   (2.9 )

,  (2.10)

где  

D, мм – внутренний диаметр  корпуса колонны;

[s], МПа - допускаемое напряжение для стали марки 16ГС при

расчетной температуре 250°С (выбирается по приложению 1 ГОСТа

14249-89);

j – коэффициент прочности продольного сварного шва;

С, мм – прибавка к расчетной толщине для компенсации коррозии;

тогда                             мм,

 

отсюда                           S = 3,72+3=6,72 мм,

Принимается исполнительная толщина стенки сосуда S = 8 мм.

Проверим теперь, выдержит ли обечайка максимальное Р _доп, МПа, давление по формуле:

Допускаемое внутреннее избыточное давление для обечайки, МПа  

,  (2.11)

 

 МПа.

>Р_R условие выполняется: 0,66>0,49

Условия применения расчетных формул:

,      (2.12)

тогда

0,002 < 0,1.

Условие по формуле (2.12) выполняется. Данная толщина обечайки выдержит внутреннее давление.

4. Расчет диаметров штуцеров

 

Расчет диаметров штуцеров D, м  производится по формуле:

,           (2.13)

где D - диаметр трубопровода;

      Q – расход, кг/ч;

      w – линейная скорость  потока, м/с;

      r - плотность потока, кг/м³. 

 
Диаметр штуцера, D, для ввода потока сырья на 40 -ю тарелку:

 м.

Принимаем штуцера D =150 мм.

Диаметр штуцера, D, для вывода паров:

 м.

Принимаем D = 350 мм.

Диаметр штуцера, D, для ввода потока орошения:

 м.

Принимаем D = 65 мм.

Диаметр штуцера, D, для вывода потока ЦО-1:                        

 м.

Принимаем D=100 мм.

Диаметр штуцера, D,  для вывода потока ЦО-2:

 м.

Принимаем D=100 мм.

Диаметр штуцера, D, для ввода потока ЦО-1  

 м.

Принимаем D=100 мм.

Диаметр штуцера, D, для ввода потока ЦО-2

 м.

Принимаем D=100 мм.

Диаметр штуцера, D, для вывода керосиновой фракции в стриппинг Е-3:

 м.

Принимаем D=65 мм.

Диаметр штуцера, D, для ввода пара из стриппинга Е-3:

 м.

Принимаем D=100 мм.

Диаметр штуцера, D, для вывода дизельной фракции в стриппинг Е-4:

 м.

Принимаем D=65 мм.

Диаметр штуцера, D, для ввода паров из стриппинга Е-4:

 м.

Принимаем D=50 мм.

Диаметр штуцера, D,  для ввода водяного пара:

 м.

Принимаем D = 150 мм.

Диаметр штуцера, D, для вывода мазута:       

м.

Принимаем D=100 мм.

Размеры фланцев принимаются в  соответствии с диаметрами штуцеров по ГОСТ 12821-80.

3. Расчет и выбор емкостных аппаратов

Объем емкостей определяем  исходя из запаса работы насоса 15 мин. по формуле:

 (2.14)

где: G - расход продукта, кг/ч;

r - плотность продукта кг/м³;

t - время пребывания жидкости в аппарате, ч;

m - коэффициент заполнения аппарата жидкостью

Объем рефлюксной емкости поз. Е-1 определяем исходя из запаса работы насоса 15 мин. по формуле ( 2.14):

 м³

Выбираем емкость по объему из каталога [9].

Тип	НГС-I-П-1,0-1600-1-И
Назначение	сбор легкого бензина
Объем, м	10
Внутренний диаметр, мм	1600
Условное давление, Мпа	1,0
Длина цилиндрической части, мм	5310
Высота (диаметр+люки)	2385
Количество аппаратов	1
Масса, кг	4095
Производитель	ЗАО"Нефтьспецконструкция" г. Новочеркасск

Объем рефлюксной емкости поз. Е-2 определяем исходя из запаса работы насоса 15 мин. по формуле ( 2.14):

 м³

Выбираем емкость по объему из каталога [9].

Тип	НГСВ-I-П-1,0-2000-1-И
Назначение	сбор легкого бензина
Объем, м	16
Внутренний диаметр, мм	2000
Условное давление, Мпа	1,0
Длина цилиндрической части, мм	5350
Высота (диаметр+люки)	2790
Количество аппаратов	1
Масса, кг	5820
Производитель	ЗАО"Нефтьспецконструкция" г. Новочеркасск

4. Расчет и выбор насосов

Насосы выбираются в зависимости  от объема прокачиваемого сырья.

Расчет подачи (объема прокачиваемого продукта), Q, м³/ч:

,   (2.15 )

где V- подача м³/ч принимается из расчета ( Приложение А)

        К- коэффициент  кавитации.

Для перекачки легковоспламеняющихся  жидкостей (ЛВЖ), согласно  
ПБ 09-170-03, применяются центробежные насосы типа НК. Выбор насосов осуществляется по подаче из каталога [10].

Подача сырьевого насоса, Q, поз. Н-1определяется по формуле (2.15): м³/ч;

Насос поз. Н-1

Тип	5Н-5х4
Назначение	Подача сырья на установку
Подача, м3/ч	98
Напор, м	40
Мощность привода, кВт	150
Габаритные размеры, мм	2740х1090х480
Завод- изготовитель	Марыйский машиностроительный
Количество		2

Подача насоса поз. Н-2 (отвод полумазута из К-1):

 м³/ч

Насос поз. Н-2

Тип	5Н-5х4
Назначение	отвода полумазута из К-1
Подача, м3/ч	98
Напор, м	40
Мощность привода, кВт	150
Габаритные размеры, мм	2740х1090х480
Завод- изготовитель	Марыйский машиностроительный
Количестов		2

Подача насоса поз. Н-3 (отвод керосина из Е-3):

 м³/ч

Насос поз. Н-3

Тип	ЦГ 25/12,5-36-1
Назначение	отвод керосина из Е-3
Подача, м3/ч	25
Напор, м	183
Мощность привода, кВт	3
Частота вращения, об/мин.	2950
Габаритные размеры, мм	700х430х387
Завод- изготовитель	ЗАО “Нефтьспецконструкция”
Количество, шт.	2

Подача насоса поз. Н-4:

 м³/ч

Насос поз. Н-4

Тип	ТКА 63/80 ГсГ-УСГ-У3
Назначение	Подача ПЦО-1 в К-2
Подача, м3/ч	51
Напор, м	52
Мощность привода, кВт	15
Частота вращения, об/мин.	2920
Тип электродвигателя	АИМР-160S2У2,5
Габаритные размеры, мм	2500х1000х910
Завод- изготовитель	Бобруйский  машиностроительный
Количество, шт.	2