Разработка основного теплообменного оборудования малогабаритной нефтеперерабатывающей установки компании АО "Спектр-Химтэк", теплообменник кожухотрубчатый диаметром 500мм материал корпуса 09Г2С-14, материал труб 20С одноходовой типа труба в трубе с темпер

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты проектирования теплообменных систем в химической технологии

1.1. Эволюция конструкторских школ нефтяного аппаратостроения и отечественный опыт применения систем «труба в трубе»

1.2. Физико-химические основы рекуперации тепла в процессах первичной переработки нефти

1.3. Требования ФЗ № 116-ФЗ и специфические нормы промышленной безопасности для теплообменного оборудования

Глава 2. Аналитическая оценка производственных мощностей и технологических потоков АО «Спектр-Химтэк»

2.1. Общая характеристика процесса

2.2. Технологическая схема и её описание компании АО “Спектр-Химтэк”

2.3. Системный анализ материальных балансов малогабаритной установки в условиях переменного состава сырья

2.4. Технический аудит состояния основного технологического оборудования предприятия

2.5. Характеристика коррозионной активности среды нефть-нефть и обоснование выбора сталей 09Г2С-14 и 20С

Глава 3. Разработка модернизированного теплообменного аппарата с температурной компенсацией

3.1. Технологический расчет и моделирование гидродинамических процессов в одноходовом аппарате

3.2. Гидравлический расчет

3.3. Тепловой баланс

3.4. расчёт толщины тепловой изоляции

3.5. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

3.6. Расчет цилиндрической обечайки камеры, нагруженной внутренним избыточным давлением

3.7. Расчёт плоской крышки, нагруженной внутренним избыточным давлением

3.8. Расчет укрепления отверстия

3.9. Расчет корпусного фланцевого соединения

3.10. Расчет корпусного фланцевого соединения

3.11. Проектирование узла компенсации температурных расширений для обеспечения герметичности и долговечности

3.12. Оценка экологической безопасности и ресурсосберегающего эффекта предложенных проектных решений

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка основного теплообменного оборудования малогабаритной нефтеперерабатывающей установки компании АО “Спектр-Химтэк”, теплообменник кожухотрубчатый диаметром 500мм материал корпуса 09Г2С-14, материал труб 20С одноходовой типа труба в трубе с температурным компенсатором (фазы в трубном и межтрубном пространстве нефть-нефть)

Направление: 18.03.01 Химическая технология

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена стратегическими приоритетами развития российской нефтеперерабатывающей промышленности, направленными на модернизацию производственных мощностей, повышение энергоэффективности технологических процессов и создание компактных высокорентабельных комплексов переработки углеводородного сырья. В условиях реализации программы импортозамещения и укрепления технологической независимости Российской Федерации особое значение приобретает проектирование отечественного теплообменного оборудования для малогабаритных нефтеперерабатывающих установок, ориентированных на работу в удаленных регионах, на месторождениях с ограниченной инфраструктурой и в условиях малотоннажного производства нефтепродуктов. Рекуперация тепла в системах «нефть-нефть» позволяет снизить энергопотребление установки на 25-40%, уменьшить выбросы парниковых газов и достичь экономического эффекта за счет сокращения расхода топливного газа в трубчатых печах. Разработка кожухотрубчатого теплообменного аппарата типа «труба в трубе» с применением современных конструкционных сталей 09Г2С-14 и 20С, оснащенного температурным компенсатором для обеспечения долговечности и герметичности в условиях циклических температурных нагрузок, представляет собой актуальную задачу химического машиностроения.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной и технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области теплопередачи и гидродинамики в кожухотрубчатых аппаратах, выполненных в РХТУ им. Д.И. Менделеева, Казанском национальном исследовательском технологическом университете, Санкт-Петербургском государственном технологическом институте. Вопросы проектирования теплообменного оборудования для процессов первичной переработки нефти рассмотрены в работах специалистов АО «ВНИИ НП», ИНХС РАН, а также в нормативно-технической документации АО «ГИПРОНЕФТЕМАШ». Вместе с тем, вопросы конструирования малогабаритных одноходовых теплообменников типа «труба в трубе» с температурными компенсаторами для мобильных и модульных установок переработки нефти остаются недостаточно освещенными в технической литературе и требуют детальной проработки с учетом требований промышленной безопасности и специфики эксплуатации в условиях АО «Спектр-Химтэк».

Целью настоящей выпускной квалификационной работы является разработка конструкции кожухотрубчатого теплообменного аппарата диаметром 500 мм типа «труба в трубе» с температурным компенсатором для малогабаритной нефтеперерабатывающей установки АО «Спектр-Химтэк», обеспечивающего эффективную рекуперацию тепла в системе «нефть-нефть» с соблюдением требований промышленной безопасности и ресурсосбережения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить эволюцию конструкторских школ нефтяного аппаратостроения и отечественный опыт применения систем «труба в трубе» в процессах первичной переработки нефти;
• исследовать физико-химические основы рекуперации тепла в процессах первичной переработки нефти и требования промышленной безопасности для теплообменного оборудования;
• провести системный анализ материальных балансов малогабаритной установки АО «Спектр-Химтэк» и технический аудит состояния основного технологического оборудования предприятия;
• выполнить технологический, гидравлический и тепловой расчет одноходового теплообменного аппарата с моделированием гидродинамических процессов;
• осуществить конструктивно-механический расчет элементов кожухотрубчатого аппарата, включая цилиндрическую обечайку, крышки, укрепление отверстий и фланцевые соединения;
• разработать конструкцию узла компенсации температурных расширений и оценить экологическую безопасность и ресурсосберегающий эффект предложенных проектных решений.

Объектом исследования является технологическая схема малогабаритной нефтеперерабатывающей установки АО «Спектр-Химтэк» и существующее теплообменное оборудование, обеспечивающее предварительный нагрев сырой нефти перед поступлением в ректификационную колонну.

Предметом исследования выступают процессы теплопередачи и гидродинамики в кожухотрубчатом теплообменном аппарате типа «труба в трубе» при взаимодействии потоков нефти в трубном и межтрубном пространстве, а также конструктивные параметры и механические характеристики элементов аппарата, изготовленного из сталей 09Г2С-14 и 20С.

Методологическая база исследования включает теоретические основы процессов теплопередачи и гидродинамики в химических аппаратах, аналитические методы расчета коэффициентов теплоотдачи и гидравлических сопротивлений, конструктивно-механические расчеты элементов сосудов, работающих под давлением, в соответствии с ГОСТ 34233.1-2017, ГОСТ 34233.2-2017, методики расчета теплообменных аппаратов по ГОСТ 27590-2005, требования ФЗ № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением», а также федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности, утвержденные приказами Ростехнадзора.

Научная новизна работы заключается в разработке инженерных решений по проектированию компактного одноходового теплообменного аппарата типа «труба в трубе» диаметром 500 мм с температурным компенсатором, адаптированного к условиям эксплуатации малогабаритной нефтеперерабатывающей установки, и в обосновании применения сталей 09Г2С-14 для корпуса и 20С для теплообменных труб с учетом коррозионной активности среды «нефть-нефть» и температурных режимов работы

…