1 Анализ существующих конструкций объекта проектирования

1.1 Функциональное назначение и конструктивное исполнение

Установка стабилизации конденсата № 1 (УСК-1) и установка стабилизации конденсата № 2 (УСК-2) предназначены для стабилизации нестабильного газового конденсата нефтегазоконденсатных месторождений с целью получения товарной продукции - стабильного конденсата и сжиженного газа. Установки аналогичны по технологическому процессу переработки газового конденсата и входят в состав цеха № 1 Сосногорского газоперерабатывающего завода. Схема установки представлена на рисунке 1.1.

Переработка конденсата осуществляется на одной из установок. Другая установка находится в резерве для недопущения остановки конденсатопровода «ВГПУ - СГПЗ» и промыслов в случае отказов действующей установки.

Мощность каждой установки стабилизации конденсата - 2,5 млн. т/год, однако, исходя из современных требований к качеству выпускаемой продукции, вопросам экологии и охраны труда после реконструкции установок на двухколонную схему, исключены сепарационная и одноколонная технологические схемы стабилизации конденсата, и в настоящее время мощность каждой установки составляет до 150 т/час или до 1,25 млн. т/год по перерабатываемому сырью. Сырьем для переработки на УСК-1 (УСК-2) является нестабильный газовый конденсат, состоящий из смеси Вуктыльского, Западно-Соплесского и Югидского месторождений.

Технологический процесс стабилизации нестабильного газового конденсата осуществля­ется на УСК-1 (УСК-2) в ректификационных колоннах с клапанными

АВГ, АВЗ - аппараты воздушного охлаждения горизонтального и зигзагообразного типов; ГНС - станция газонаполнительная; Е-3 – емкость проморошения; Е-6 – аварийная емкость; К-1,К-2 – колонна деэтанизатор; МАУ – маслоабсорбционная установка; П-1,2 – нагревательные печи; СК, СГК, НК – стабильный, стабильный газовый и нестабильный конденсат; С-1/2,С-7/1,С-5 – сепараторы газов 1-ой ступени, деэтанизации и низкого давления; СД – приемный сепаратор; С-7/2 – емкость острого орошения; С-11 – водоотделитель; С-12,13 – промежуточные емкости; СПБТ – смесь пропана и бутана технических Рисунок -1.1 Схема установки стабилизации конденсата

тарелками путем противоточного многократного контактирования неравновесных фаз - более нагретой паровой фазы и жидкой фазы с меньшей температурой. При контактировании фаз протекает процесс массового тепло­обмена. По мере движения потоков в колонне происходят многократные частичные процессы конденсации паров и испарения жидкости. При этом низкокипящие компоненты переходят из жидкости в пар, а высококипящие - из пара в жидкость, т.е. паровая фаза обогащается низкокипящими компонентами, а жидкая - высококипящими.

Процесс стабилизации предусматривает последовательную работу колонн по схеме: деэтанизатор → стабилизатор (дебутанизатор).

Нестабильный газовый конденсат (НК) поступает с головных сооружений Вуктыльского газопромыслового управления по 2-м ниткам конденсатопровода Д_у=500 мм под давлением до 4 МПа с температурой от минус 5° С до плюс 15° С. С 174 км трассы конденсатопровода до 185 км НК подается по трубопроводу Д_у=200 мм (нитка Д_у=500 мм находится в резерве). С 185 км НК посту­пает по 2-м ниткам Д_у=150 мм в цех №1 на замерный узел. На замерном узле параллельно установле­ны 2 массовых расходомера «Promass», предназначенные для измерения массы, температуры, удельного веса поступающего на переработку конденсата, датчик контроля газовой фазы, прибо­ры по измерению давления в конденсатопроводе и регулятор для поддержания заданного давле­ния в трубопроводе. Весь конденсатопровод и замерный узел обслуживает Северное ЛПУ МГ.

После замерного узла НК поступает в сепаратор СД УСК-1 (УСК-2) для подготовки сырья к дальнейшей переработке. Кроме частичного разгазирования в СД при давлении 1,0÷1,7 МПа происходит отделение минерализованной воды, поступающей с промысла вместе с сырьем. Отделившаяся в СД вода дренируется в сепаратор С-15 для отстоя и далее сбрасывается в подфакельный амбар для термического обезвреживания (сжигания).

Регулирующим клапаном, установленным перед СД, поддерживается заданное давление в конденсатопроводе. Постоянный уровень жидкости в сепараторе 30%-70% (1/2 диаметра по шка­ле прибора) поддерживается за счет регулирования

расхода на линии нагнетания сырьевых насо­сов. Давление в сепараторе 1÷1,7 МПа поддерживается регулятором давления, установленным на линии выхода газа из СД. Газ из СД используется как сырье для производства технического углерода и как топливный газ.

На переработку в колонну-деэтанизатор НК может поступать под собственным давлением минуя сепаратор СД. В этом случае давление в конденсатопроводе должно быть не менее 2,1 МПа.

На УСК-1 рассматриваемый в дипломном проекте сырьевой насос НКВ, наряду с аналогичным и резервным (Н-17÷19), подает НК из СД в питательную секцию колонны К-1 (деэтанизатор) на 13 тарелку, проходя через межтрубное пространство двух сдвоенных теплообменников Т-5/1,2, где нагрева­ется до температуры 30÷80° С за счет тепла проходящего по трубной части потока СГК из колон­ны-стабилизатора К-2.

СГК из куба колонны К-2 проходит последовательно трубную часть всех теплообменни­ков Т-5, где охлаждается нестабильным и деэтанизированным конденсатом до 60÷90°С, воздуш­ный конденсатор-холодильник АВЗ № 60, где охлаждается до температуры 20÷40° С далее посту­пает под собственным давлением в цех № 7. На трубопроводе СГК перед выходом с УСК-1 уста­новлен регулирующий клапан, поддерживающий давление СГК в системе УСК-1. Поддержание давления в этой системе необходимо для стабильной работы насосов орошения К-1 УСК-1.

Кроме НК на УСК-1 перерабатываются некондиционные жидкие продукты и стабильный конденсат из цеха № 8, а также СГК после Н-3,4, которые подаются в СД на смешение с основным сырьем - нестабильным конденсатом. Все аппараты УСК-1 связаны дренажным трубопроводом (Д_у=100 мм), изолированным совместно с пароспутником. Для опорожнения УСК-1 по дренажной системе используется свободная емкость неработающих блоков сепарации (С-1, С-2, Е-1). Для аварийного сброса жидкости из ко­лонн и змеевиков печей служит аварийная емкость Е-6.

На УСК-2 НК из СД сырьевыми насосами Н-17,18, либо по безнасосной схеме под давле­нием магистрали, подается в питательную секцию колонны К-2 (деэтанизатор) на 13 тарелку, проходя через межтрубное пространство двух сдвоенных теплообменников Т-5/4,3, где нагрева­ется до температуры 30÷80° С за счет тепла проходящего по трубной части потока СГК из колонны-стабилизатора К-1.

СГК из куба колонны К-1 проходит последовательно трубную часть всех теплообменни­ков Т-5, где охлаждается нестабильным и деэтанизированным конденсатом до 60÷90° С, воздуш­ный конденсатор-холодильник АВЗ № 60, где охлаждается до температуры 20÷40° С, далее поступает под собственным давлением в цех № 7. На трубопроводе СГК перед выходом с УСК-2 установлен регулирующий клапан, поддерживающий давление СГК в системе УСК-2. Поддержание давления в этой системе необходимо для стабильной работы насосов орошения К-2 УСК-2.

Центробежные насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое число разнообразных типов центробежных насосов, изготовляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов. Принципиальная схема центробежного насоса представлена на рисунке 1.2.

На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.

Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энерге

тическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.

В центральной части насоса, т. е. на входе жидкости в рабочее колесо насоса, возникает разрежение, и жидкая среда под действием давления в расходной емкости направляется от источников водоснабжения по всасывающему трубопроводу в насос.

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество различных типов центробежных насосов. Примеры показаны на рисунках 1.3.

Разработка конструкции насоса обычно выполняется при мно­гократном чередовании расчетов, графического исполнения и ис­пытания отдельных элементов или насоса в целом.

Функции, выполняемые насосом, определяют некоторые осо­бенности его конструкций, материалы деталей, систему его об­вязки трубопроводами, привод насоса. Насос передвижных автоцистерн обычно слу­жит для заполнения цистерн, отбора жидкости из них, обслужи­вания других цистерн или агрегатов. Эти функции обусловливают систему обвязки насоса и его привод от ходового двигателя. [ ]

Конструкции насосов весьма разнообразны. Прежде всего, они разделяются по принципу действия: центробежные, осевые и вихре­вые. Некоторые конструкции построены на совмещении различных принципов (например, центробежно-осевые, центробежно-вихревые и другие).

Кроме того, лопастные насосы классифицируются:

- по расположению оси вала - горизонтальные и вертикальные;

- по числу рабочих колес - одноколесные и многоколесные. Последние могут иметь колеса, действующие последовательно (много­ступенчатые насосы)

1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал; 5 - лопатка рабочего колеса; 6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок; 8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 10 – гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 11 – всасывающий патрубок.

Рисунок 1.2 – Принципиальная схема одноступенчатого центробежного

насоса.

а) б)

в)

а) многоступенчатый; б) двухпоточный; в) с двустороннем входом

Рисунок 1.3 – Схемы центробежных насосов.

или параллельно (многопоточные насосы);

- по способу соединения с двигателем - моноблокнасосы, со­единенные при помощи муфты и приводные (со шкивом или редук­тором);

- по назначению - насосы общего назначения (для воды с тем­пературой до 105° С, а также для жидкостей, имеющих сходные с водой свойства в отношении вязкости и химической активности) и насосы, приспособленные к специальным жидкостям или условиям работы.

Горизонтальными насосами называют такие агрегаты, в которых ось с рабочими элементами ориентирована горизонтально. При этом привод насоса может располагаться иначе, а передача движения осуществляться посредством других механизмов или узлов (редукторы, ременные или зубчатые передачи и т.п.) Если ось насоса расположена вертикально, то такой насос принято называть вертикальным. Такие насосы часто применяются в системах артезианских скважин водоснабжения.

В консольных насосах рабочие элементы насоса (крыльчатка, зубчатые колеса, и т.д.) располагаются на консольной части вала. Примером консольного насоса является объект проектирования, представленный на рисунке 1.4.

Моноблочные насосы имеют общий с приводом вал, например, ротор электродвигателя, является валом насоса.

По способу крепления подшипников насосы делят на агрегаты с выносными и внутренними опорами (вала). В последних подшипники расположены внутри корпуса и непосредственно контактируют с перемещаемой средой, выполняющей функции смазочного материала и охладителя одновременно. Такие насосы применяются при перекачке нефтепродуктов. В насосах с выносными опорами рабочий вал выступает за пределы корпуса, и подшипники располагаются на концах ("пятках") вала вне корпуса.

Классификационным признаком служит и направление подачи перекачиваемой среды в насос. По этому признаку насосы делят на насосы с осевым входом (среда подается в направлении оси входа рабочего элементов), с боковым входом (вход - «запитка" перпендикулярна направлению вала), и на насосы с двусторонним входом (подача с двух противоположных сторон).

Зачастую возникает необходимость многократной трансформации характеристик (например, давления) перекачиваемого материала. Для решения такой