Курсовая работа (т): Расчет трубчатой печи установки атмосферной перегонки коробковской нефти

С внешней стороны иногда эти трубы снабжаются добавочной поверхностью - поперечными или продольными ребрами, шипами и т.п.

Почти все печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, являются радиационно-конвекционными. В печах такого типа трубные змеевики размещены и в конвекционной и в радиантной камерах.

3. Показатели работы печей

Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показателями:

производительностью,

полезной тепловой нагрузкой,

коэффициентам полезного действия.

Производительность печи выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно в т/сутки).

Она определяет пропускную способность печи, т.е. количество нагреваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т.д.).

Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.

Полезная тепловая нагрузка это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8... 16 МВт. Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40.. 100 МВт и более.

Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Qпол к общему количеству тепла Qобщ, которое выделяется при полном сгорании топлива.

Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).

Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами.

Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют КПД в пределах 0.65...0.87.

Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на120...180'С.

Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:

теплонапряженностью поверхности нагрева;

тепловым напряжением топочного объема;

гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.

От комплекса этих показателей зависят эффективность работы трубчатых печей и срок их службы.

. Состав нефти и классификация

Нефть относится к группе горных осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Она обладает одним важным свойством - способностью гореть и выделять тепловую энергию. Среди других горючих ископаемых она имеет наивысшую теплотворную способность.

В химическом отношении нефть - сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот, сера (1-2%). Содержание серы может доходить до 3-5%. В нефтях выделяют следующие части: углеводородную, асвальто-смолистую, порфирины, серу и зольную. В каждой нефти имеется растворенный газ, который выделяется, когда она выходит на земную поверхность.

Главную часть нефтей составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. В зависимости от строения молекул они подразделяются на три класса - парафиновые, нафтеновые и ароматические. Но значительную часть нефти составляют углеводороды смешанного строения, содержащие структурные элементы всех трех упомянутых классов. Строение молекул определяет их химические и физические свойства.

Парафиновые углеводороды, или как их еще называют, метановые углеводороды (алкановые, или алканы). Сюда относят метан СН4, этан С2Н6, пропан С3Н8 , бутан и изобутан, имеющие формулу С4Н10.

Для углерода характерна способность образовывать цепочки и разветвление, в которых его атомы соединены последовательно друг с другом. Остальными связями к углероду присоединены атомы водорода. Количество атомов углерода в молекулах парафиновых углеводородах превышает количество атомов водорода в 2 раза, с некоторым постоянным во всех молекулах избытком, равным 2. Иначе говоря, общая формула углеводородов этого класса СnН2n+2. Парафиновые углеводороды химически наиболее устойчивы и относятся к предельным углеводородам.

В зависимости от количества атомов углерода в молекуле углеводороды могут принимать одно из трех агрегатных состояний. Таким образом, парафиновые углеводороды в нефти могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Они по-разному влияют на свойства нефти: газы понижают вязкость и повышают упругость паров; жидкие парафины хорошо растворяются в нефти только при повышенных температурах, образуя гомогенный раствор; твердые парафины также хорошо растворяются в нефти образуя истинные молекулярные растворы. Парафиновые углеводороды (за исключением церезинов) легко кристаллизуются в виде пластинок и пластинчатых лент.

Нафтеновые (циклановые, или алициклические) углеводороды имеют циклическое строение (С/СnН2n), а именно состоят из нескольких групп - СН2, соединенных между собой в кольчатую систему. В нефти содержатся преимущественно нафтены, состоящие из пяти или шести групп СН2:

Все связи углерода и водорода здесь насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. По сравнению с парафинами, нафтены имеют более высокую плотность и меньшую упругость паров и имеют лучшую растворяющую способность.

Ароматические углеводороды (арены) представлены формулой СnНn, наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Простейшим представителем данного класса углеводородов является бензол С6Н6, состоящий из шести групп СН.

Для ароматических углеводородов характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения.

Асфальто-смолистая часть нефтей представляет собой вещество темного окраса, которое частично растворяется в бензине. Растворившееся часть - асфальтены. Они обладают способностью набухать в растворителях, а затем переходить в раствор. Растворимость асфальтенов в смолисто-углеродных системах возрастает с уменьшением концентрации легких УВ и увеличением концентрации ароматических углеводородов. Смола не растворяется в бензине и являются полярными веществами с относительной молекулярной массой 500-1200. В них содержатся основное количество кислородных, сернистых и азотистых соединений нефти. Асфальто-смолистые вещества и другие полярные компоненты являются поверхностно-активными соединениями нефти и природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий.

Порфиринами называют особые азотистые соединения органического происхождения. Предполагают, что они образовались из гемоглобина животных и хлорофилла растений. Эти соединения разрушаются при температуре 200-250оC.

Сера широко распространена в нефтях и углеводородном газе и содержится как в свободном состоянии, так и в виде соединений (сероводород, меркаптаны).

Зольная часть представляет собой остаток, образующийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Нефти разных месторождений отличаются друг от друга по физическим и химическим свойствам. Поскольку именно свойства нефти определяют направление и условия ее переработки, влияют на качество получаемых нефтепродуктов; целесообразно разработаны классификации нефтей, которые отражают их химическую природу и определяют возможные направления переработки на качество получаемых нефтепродуктов; оказалось целесообразным разработать классификацию нефтей, которая отражала бы их химическую природу и определяла бы возможные направления переработки.

Существуют различные научные классификации. В СССР с I января 1981 г. действует технологическая классификация нефтей по ОСТ 38.01197- 0 (табл. 1). Нефти подразделяют на классы по содержанию серы в нефти, бензине, реактивном и дизельном топливе; типы по выходу фракций до 350 оС; группы по потенциальному содержанию базовых масел; подгруппы по индексу вязкости базовых масел; виды по содержанию твердых алканов - парафинов в нефти. ; Малосернистая нефть содержит не более 0,5% серы, при этом в бензиновой и реактивно-топливной фракциях - не более 0,1%; в дизельной - не более 0,2%. Для отнесения нефти к малосернистой должны быть выполнены все упомянутые требования. Соответствующие требовании установлены дли сернистой и высокосернистой нефтей.

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350 оС, нефти делятся на три типа, а по суммарному содержанию дистилятных и остаточных базовых масел - на четыре группы. В зависимости от значения индекса вязкости базовых масел различают четыре подгруппы.

К малопарафинистым относятся те нефти, в которых содержится не более 1,5% парафинов и из которых можно получить без депарафинизации реактивное топливо, зимнее дизельное топливо с пределами перегонки 240 - 350 оС и температурой застывания не выше - 45 оС, индустриальные базовые масла. Если в нефти содержится 1,5 - 6,0 % парафинов и из нее можно без деперафинизации получить реактивное топливо и летнее дизельное топливо с пределами кипения 240 - 350 оС и температурой застывания ни ниже - 10 оС, то нефть относят к парафинистым. Высокопарафинистые нефти содержат более 6 % парафинов. Из них даже летнее дизельное топливо можно получить только после депарафинизации.

Таблица 1.- Технологическая классификация нефтей

Таблица 2.- Классификация нефтей

Рассмотрим подробнее коробковскую нефть, названную в соответствии со своим месторождением.

Коробковское нефтегазовое месторождение - расположено в северной части Волгоградской области Российской Федерации в 180 км к северу от г. Волгограда. Приурочено к крупной брахиантиклинальной складке простирания, протяженностью до 15 км. Складка сложена породами палеозоя (девона, карбона), перекрытыми отложениями юры и мела. Представляет пологую платформенную структуру с более крутым юго-восточным крылом до 3-5°.

Промышленная нефтегазоносность Коробковского месторождения установлена в турнейском ярусе, угленосной свите и верхнебашкирских слоях. Основное промышленное значение Коробковского месторождения имеет угленосная свита нижнего карбона; нефтесодержащей является мощная (до 35 м) пачка песчаников с прослоями алевролитов и глин. На своде располагается обширная газовая шапка, окруженная на крыльях широкой полосой нефти. Нефть удельного веса 0,810-0,820, высокого качества.

Коробковское нефтегазовое месторождение было открыто в 1952 году и является одним из крупных в Нижнем Поволжье.

. Аппаратурное оформление вертикально-цилиндрической печи

Вертикально-цилиндрическая печь (рис. 6) имеет цилиндрический корпус радиантной части, у внутренних стен футеровки которого по окружности вертикально расположены радиантные трубы.

Газогорелочные устройства расположены в центре пода печи. Максимальное число горелок - 4. Поскольку размеры конвекционной камеры зависят от диметра радиантной части печи, число труб и диаметр труб могут быть разными. Для печей с наружным диаметром корпуса 3,2 м часто применяются конвекционные трубы с диаметром 108 мм. Крепление труб радиантной и конвекционной части, гарнитура печи, гляделки и взрывные клапаны такие же, как для печей типа ВС (вертикально-секционной).

Футеровка радиантной части вертикально-цилиндрических печей выполняется в основном из легковесного шамотного кирпича, футеровка конвекционной камеры - из легкого жароупорного бетона. Каркас-кожух печи выполняется из листовой стали и из сортового проката. Вертикально-цилиндрические печи оснащаются вращающимися шиберами, расположенными в дымоходе за конвекционной камерой; управление шиберами - дистанционное.

Поскольку основными параметрами, характеризующими теплопроизводительность вертикально-цилиндрической печи, являются наружный диаметр корпуса «Д» и высота радиантной камеры «р», индексация вертикально-цилиндрической печи в общем виде имеет вид ВЦ-ДК х р.

Рисунок 6 - Вертикально-целиндрическа печь

где 1 - труба дымовая; 2 - змеевик конвективный; 3 - лестничная площадка; 4 - корпус; 5 - змеевик радиантный; 6 - футеровка; 7 - горелка.

6. Расчетная часть

Таблица 3. -Разгонка нефти по ГОСТ 2177-66