Айқас - ағынды саптамамен жабдықталған жобаланған баған диаметрін анықтау әдісі

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Зерттеу тақырыбының өзектілігі
Көп компонентті қоспаларды бөлуге арналған масса алмасу процестері энергияны көп тұтынуды қажет етеді және олардың тиімділігі өндіріс экономикасын анықтайды. Көп компонентті қоспаларды бөлу әдістерінің көпшілігі фракциялау жабдықтарының жұмысына негізделген, атап айтқанда, ректификациялық бағандар. Сондықтан қазіргі уақытта мұнай өңдеу және мұнай-химия салаларын тиімді дамыту үшін энергияны үнемдеу мәселелеріне көп көңіл бөлінуде.
Массаалмасу фракциялау жабдықтарының негізгі элементі - ішкі байланыс құрылғылары екені белгілі. Қазіргі компьютерлердің есептеу мүмкіндіктерінің артуымен байланыс құрылғыларын жобалауды оңтайландыру саласындағы зерттеулерді дамытуда жаңа кезең басталды - есептеу гидродинамикасы әдістерін қолдана отырып масса алмасу процесінің гидродинамикалық параметрлерін үшөлшемді модельдеу (CFD). Шетелде CFD модельдеуі айқас-ағынды саптамалардың жұмысын зерттеу үшін белсенді қолданылады, осыған байланысты айқас ағынды саптамалы байланыс құрылғыларындағы гидродинамиканы (бұдан әрі айқас ағынды саптамалар) зерттеуге қызығушылық танытылады.
Жұмыс мақсаты
Мұнайды бастапқы өңдеуге арналған қондырғылардың құрылымы мен технологиялық сызбаларын жетілдіру арқылы көп компонентті қоспаларды бөлудің энергия үнемдейтін технологияларын жасау.
Бұл мақсатқа келесі міндеттерді шешу арқылы қол жеткізіледі:
1) Технологиялық схеманы жетілдіруге, жоғары тиімді байланыс құрылғыларын пайдалануға, жылу алмасу жүйесін жетілдіруге, рециклдық ағындардың үлесін төмендетуге негізделген интегралды тәсілді қолдана отырып энергия үнемдеу технологияларын жасау;
2) Ansys Fluent есептеу гидродинамикасы бағдарламасындағы процесті имитациялау негізінде әр түрлі типтегі айқас-ағынды саптамалы байланыс құрылғыларының гидравликалық кедергісін зерттеу;
3) Жылу және массаалмасу мен динамикалық жабдықты есептеудің жаңа бағдарламаларын әзірлеу және сынау.
Қойылған мақсаттарды шешу әдістері
Қойылған міндеттерді шешу жүзеге асырылды: схемалық шешімдерді жақсарту арқылы алғашқы мұнай өңдеудегі көмірсутектерді фракциялау процестерінің энергия үнемдеу технологиясын құру, ректификациялық бағандардың әр түрлі аймақтарындағы байланыс құрылғыларын жобалау және жылу алмасу жүйесін оңтайландыру; CFD модельдеу негізінде байланыс құрылғыларының конструктивті жобалауын оңтайландыру.
Ғылыми жаңалық
1) Фракциялық жабдықтың жұмысын жақсарту негізінде мұнайды бастапқы өңдеу процестері үшін жаңа энергия үнемдейтін технологиялар жасалды.
2) Айқас ағынды саптамалы байланыс құрылғыларының екі түрі үшін гидравликалық кедергі коэффициентін есептеуге арналған формулалар ұсынылады: кесу бағыты гофр бағытына параллель; кесу бағыты гофр бағытына перпендикуляр.
3) Бағанның бос бөліміндегі бу жүктемесінің коэффициентін ескере отырып, айқас-ағынды саптамалы байланыс құрылғылармен ректификациялық бағанның диаметрін есептеу әдісі жасалған.
Қорғауға шығарылатын жағдайлар
1) Мұнайды бастапқы өңдеу қондырғыларына арналған көп компонентті қоспалар үшін фракциялау схемасын жетілдіру бойынша техникалық шешімдер.
2) Айқас-ағынды саптамамен жабдықталған жобаланған баған диаметрін анықтау әдісі.
3) Ansys Fluent жүйесіндегі айқас-ағынды саптамалардың гидродинамикасын есептеу нәтижелері.
Жұмыстың теориялық және практикалық маңызы
1) Әр түрлі қондырғылар үшін келесі техникалық-экономикалық көрсеткіштерді қамтамасыз ететін мұнай өңдеу және мұнай-химия кәсіпорындары үшін энергияны үнемдейтін технологиялар жасалды:
- мұнайды бастапқы өңдеуді (АҚ) орнату үшін: өнімділіктің 12,5 % артуы (жылына 800-ден 900 мың тоннаға дейін), ашық мұнай өнімдерінің кірістілігін 96,0-дан 97,4 % дейін мұнайдағы үлесін жоғарылату; меншікті жылу кірісінің 4,5 % төмендеуімен 360 °C температураға дейін қайнайтын фракциялардың құрамы төмен (5 %) мазут өндірісі.
2) Айқас ағынды саптамамен жабдықталған бағанның диаметрін анықтайтын жаңа тәсіл жасалды.
3) Ansys Fluent ортасында есептеу гидродинамикасы құралдарын қолдана отырып, олардың гидравликалық кедергісін оңтайландыру мақсатында айқас-ағынды саптамалардың әр түрлі конструкцияларының есептеу бағалауы жүргізілді.
4) Жылу алмасу жабдықтарын, сорғыларды және бағаналардың байланыс құрылғыларын таңдау және тексеру есебі бойынша үш бағдарлама әзірленді. Бұл бағдарламаларды мұнай-химия және мұнай өңдеу зауыттарының қондырғыларын жобалау кезінде қолдануға болады.
Жұмысты апробациялау
Жүргізілген зерттеулердің нәтижелері бойынша екі мақала жарияланды. Диссертациялық жұмыстың нәтижелері жас ғалымдар, магистранттар, студенттер мен мектеп оқушыларының ХХ Сәтбаев оқулары (Павлодар, 2020 ж.), ХХІ Сәтбаев оқулары (Павлодар, 2021 ж.) атты халықаралық ғылыми конференцияларында баяндалды.

Кіріспеде жұмыстың өзектілігі негізделген, оның ғылыми және практикалық маңызы көрсетілген, зерттеудің негізгі мақсаттары мен міндеттері тұжырымдалған.
Бірінші тарауда зерттеу тақырыбы бойынша қазақстандық және шетелдік дереккөздерден алынған ғылыми әдебиеттерге талдау келтірілген. Байланыс құрылғыларының жіктелуі ұсынылған және есептеу гидродинамикасын қолдана отырып, байланыс құрылғыларының жұмысын есептеу негіздері талданған.
Екінші тарауда зерттеу әдістері қарастырылған. Көмірсутектерді фракциялау процестерінің технологиялық схемаларын әзірлеу кезінде зерттеу әдісі модельдеу жүйелерін (UniSim Design) пайдалану болып табылады. Жұмысты талдау және аппараттық оңтайландыру кезінде зерттеу әдісі CFD модельдеу (есептеу гидродинамикасы) болды. үздіксіз орта механикасының бөлімі, оның ішінде процестердің сипаттамаларын есептеуге арналған физикалық, математикалық және сандық әдістердің жиынтығы, ал Навье-Стокс теңдеулер жүйесі сандық әдістердің көмегімен шешіледі.
Ansys Fluent жүйесінде орындалатын есептеулердің дәлдігі мен барабарлығын бағалау үшін FLEXIPAC 3.5 Y типті құрғақ қарсы ағынды саптаманың қысым шығынын есептеу мысалында гидравликалық қарсылықты зерттеу алдын-ала жүргізілді және жеткізушінің ресми сайтындағы эксперименттік деректермен салыстырмалы талдау жасалды. 1-суретте ANSYS Fluent-те жасалған саптаманың элементі және саптаманың үш өлшемді моделі көрсетілген.

a) flexipac 3.5 y типті саптама
б) дизайн моделіндегі саптама моделі
Сурет 1-FLEXIPAC 3.5 Y саптамасының моделі

Бу жүктемесінің факторына (F-факторға) байланысты саптамадағы қысымның жоғалуын есептеу нәтижелері және эксперименттік деректер 2-суретте көрсетілген. 2-суреттен көріп отырғанымыздай, эксперименттік және есептелген деректер бірдей. Бұл орындалған есептеулердің дәлдігі және байланыс құрылғыларының жұмысын зерттеу үшін Ansys Fluent пайдалану мүмкіндігі туралы айтуға мүмкіндік береді. Фракциялаудың энергия үнемдейтін технологияларын зерттеу бойынша жұмыстарды орындау үшін бағдарламалар әзірленді: "стандартталған ауаны салқындату аппараттарын есептеу", "орталықтан тепкіш сорғыларды жобалау және тексеру есебі" және "трапеция тәрізді клапанды тарелкалардың тұрақты жұмыс ауқымын тексеру есебі", әзірленген бағдарламалар жабдықты есептеу кезінде жобалау жұмыстарында сәтті қолданылады.

Құрғақ сұйытылмайтын саптамадағы қысым шығынының бу жүктемесіне тәуелділігі (F-фактор)

Үшінші тарау АТ-800 мұнайды атмосфералық айдау қондырғысы мысалында көп компонентті қоспаларды фракциялаудың ресурс-энергия үнемдейтін технологияларын әзірлеуге арналған. Ресурс-энергия үнемдейтін технологиялардың мәні ұтымды технологиялық схеманы анықтау, тиімді байланыс құрылғыларын таңдау, оңтайлы түзету параметрлерін таңдау және тұтастай алғанда қондырғының жылу алмасу схемасын тиісті өзгерту болып табылады. Осы бөлімде қарастырылған мұнайды атмосфералық айдау қондырғысы 800 мың тонна шикі мұнай өңдейді. Одан келесі өнімдер алынады: тұрақсыз бензин, жеңіл және ауыр атмосфералық газойлдар, мазут және көмірсутекті газ. Орнатудың негізгі схемасы 3А суретте көрсетілген.
Мұнайды бастапқы өңдеудің энергия үнемдеу технологиясын әзірлеу міндеті нақты өнімділікпен салыстырғанда (жылына 800 мың тоннадан 900 мың тоннаға дейін) мұнайды бастапқы өңдеу қондырғысы қуатының 12,5% - ға ұлғаюына байланысты қондырғы жұмысын қарқындату міндетімен қатар шешілді. Бірінші кезеңде мұнайды бастапқы өңдеу қондырғысының нақты жұмыс режимін модельдеу жүргізілді, бұл ретте оның мынадай негізгі кемшіліктері анықталды: к-1 және К-2 ректификациялық бағандарының нығайтушы секцияларындағы трапеция тәрізді-клапанды тәрелкелердің негізгі бөлігінің меншікті бу-сұйық жүктемелері олардың тұрақты жұмыс істеу аумағының шекарасында немесе шегінен тыс орналасқан; мазут пен атмосфералық газойль ағындарының жоғары әлеуетті жылуының елеулі үлесі мұнай ағындарын жылыту үшін пайдаланылмайды және оларды АСА-да (ауамен салқындану аппараты) салқындату кезінде; к-2 колоннасын бірінші циркуляциялық суару арқылы жылу бұру тек бір жылу алмастырғыш аппаратта жүзеге асырылады, сондықтан оның істен шығуы бүкіл қондырғыны тоқтату қажеттілігіне әкеледі,

I - К-1 бензин алу бағаны; II - К-2 ректификациялық баған; III - жеңіл атмосфералық газойлды шығарудың стриппинг-секциясы. IV - стриппинг-ауыр атмосфералық газойлды шығару секциясы; V - құбырлы пеш; VI - электродегидратор; VII - флегмалық ыдыс; 1 - шикі мұнай; 2 - мазут; 3 - ауыр атмосфералық газойль; 4 - жеңіл атмосфералық газойль; 5 - бензин фракциясы; 6 - көмірсутекті газ; 7 - К-1 бағанының бензині; 8 - К-2 бағанының бензині; 9 - АЦС-1 аралық циркуляциялық сұйытылым; 10 - АЦС-2 аралық циркуляциялық сұйытылым; 11 - бензин алынған мұнай; 12 - су буы

Модернизацияға дейін (а) және кейін (б) АҚ қондырғысының схемасы

Екінші кезеңде қондырғыда мұнай өңдеуді жылына 900 мың тоннаға дейін ұлғайту, жеңіл мұнай өнімдерін іріктеуді арттыру үшін мынадай техникалық шешімдер ұсынылды: к-1 ректификациялық колоннасына жылу алмастырғыштарда қыздырылған мұнай ағындарын екі деңгейлі енгізуді ұйымдастыру; к-1 колоннасын айдау секциясында қосымша трапеция тәрізді-клапанды тәрелкелермен жарақтандыру; к-2 ректификациялық колоннасының нығайтушы секциясында тұрақты айқас ағынды саптама модульдеріне к - 2 трапецевидті-клапанды тәрелкелерді (20 дана) ауыстыру; тұзсыздандырылған мұнайды қыздыру үшін жаңа ағынды ұйымдастыру;. Қондырғыны жаңғырту бойынша ұсыныстарды іске асыра отырып, оның жұмысының қағидаттық схемасы 3Б суретте көрсетілген.
Жаңғыртылатын қондырғыда жылына 800 және 900 мың тонна шикі мұнайды қайта өңдеудің материалдық балансы 1-кестеде келтірілген.

АҚ-800 қондырғысының материалдық балансы

1-кестеден көріп отырғанымыздай, жылына 800 мың тонна мұнай өңдеу кезінде жеңіл мұнайды іріктеу 55,48% - ды құрайды, бұл шикі мұнайдағы жеңіл әлеуеттің шамамен 96,0% - ын құрайды. Жылына 900 мың тонна өңдеу кезінде жеңіл мұнай өнімдерін жиынтық іріктеу 56,3% - ға дейін артады. мұнайға 360 °с дейінгі температурада қайнайтын фракциялар сомасының 97,4% деңгейінде іріктеуге сәйкес келеді, нақты жұмыс нұсқасымен салыстырғанда шикізаттың тоннасына меншікті жылу беру 4,5% - дан астам төмендеді.
4-суретте графикалық түрде K-1 және K-2 бағандарының трапеция тәрізді клапан плиталарының тұрақты жұмыс аймағы көрсетілген, оған нақты жұмыс кезінде плиталардың жұмыс жүктемелерінің есептелген мәндері қолданылады. Есептеулер көрсеткендей, К-1 бағанының фракциялық қабілеті төмен, өйткені барлық трапеция тәрізді клапан плиталары орташа бу жүктемесі кезінде ағызу периметріне сұйықтықтың өте төмен жүктемесіне ие (4А-сурет), К-2 бағанасында үлкен бу жүктемелері 1-15 тақтайшаларға әсер етеді, бұл плиталарда сұйықтықтың кетуі байқалады, нәтижесінде трапеция ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.