冷凝法油气回收装置的研究及优化运行优秀毕业论文.pdf

分类号：分类号：密密级：级： 公公开开 u d cu d c ：tk01tk018 8单位代码：单位代码： 1042410424 学学 位位 论论 文文 冷凝法油气回收装置的研究及优化运行冷凝法油气回收装置的研究及优化运行冷凝法油气回收装置的研究及优化运行冷凝法油气回收装置的研究及优化运行 曹东辉曹东辉 申请学位级别申请学位级别：硕士学位硕士学位专业专业名名称：称：流体机械及工程流体机械及工程 指导教师姓名指导教师姓名：孔孔 祥祥 强强职职称：称：副副 教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二九年五月二九年五月 论文题目：论文题目：论文题目：论文题目： 冷凝法油气回收装置的研究及优化运行冷凝法油气回收装置的研究及优化运行冷凝法油气回收装置的研究及优化运行冷凝法油气回收装置的研究及优化运行 作者姓名：作者姓名：作者姓名：作者姓名： 曹东辉曹东辉入学时间：入学时间：入学时间：入学时间： 2006200620062006 年年 9 9 9 9 月月 专业名称：专业名称：专业名称：专业名称： 流体机械及工程流体机械及工程 研究方向：研究方向：研究方向：研究方向：制冷及节能技术制冷及节能技术 指导教师：指导教师：指导教师：指导教师： 孔祥强孔祥强职职职职称：称：称：称： 副副 教教 授授 论文提交日期：论文提交日期：论文提交日期：论文提交日期：2009200920092009 年年 5 5 5 5 月月 论文答辩日期：论文答辩日期：论文答辩日期：论文答辩日期：2009200920092009 年年 6 6 6 6 月月 14141414 日日 授予学位日期：授予学位日期：授予学位日期：授予学位日期： studystudystudystudyandandandando o o optimalptimalptimalptimalo o o operationperationperationperationofofofof g g g gasolineasolineasolineasoline v v v vaporaporaporaporr r r recoveryecoveryecoveryecovery unitunitunitunit bybybyby c c c condensationondensationondensationondensation a a a adissertationdissertationdissertationdissertation submittedsubmittedsubmittedsubmitted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirementsofofofof thethethethe degreedegreedegreedegreeofofofof mastermastermastermasterofofofof philosophyphilosophyphilosophyphilosophy fromfromfromfrom shandongshandongshandongshandong universityuniversityuniversityuniversity ofofofof sciencesciencesciencescience andandandand technologytechnologytechnologytechnology b b b by y y y caocaocaocao donghuidonghuidonghuidonghui collegecollegecollegecollege ofofofof mechanicalmechanicalmechanicalmechanical andandandand e e e electroniclectroniclectroniclectronic engineeringengineeringengineeringengineering maymaymaymay 2009200920092009 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名：硕士生签名： 日日期：期： affirmationaffirmationaffirmationaffirmation i i i i declaredeclaredeclaredeclare thatthatthatthat thisthisthisthis dissertation,dissertation,dissertation,dissertation, submittedsubmittedsubmittedsubmitted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements forforforfor thethethethe awardawardawardaward ofofofof mastermastermastermaster ofofofof philosophyphilosophyphilosophyphilosophy inininin shandongshandongshandongshandong universityuniversityuniversityuniversity ofofofof sciencesciencesciencescience andandandand technology,technology,technology,technology, is is is is whollywhollywhollywholly mymymymy ownownownown workworkworkwork unlessunlessunlessunless referencedreferencedreferencedreferenced ofofofof acknowledge.acknowledge.acknowledge.acknowledge. thethethethe documentdocumentdocumentdocument hashashashas notnotnotnot beenbeenbeenbeen submittedsubmittedsubmittedsubmitted forforforfor qualificationqualificationqualificationqualification atatatat anyanyanyany otherotherotherother academicacademicacademicacademic institute.institute.institute.institute. signature:signature:signature:signature: date:date:date:date: 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘摘摘要要要要 目前，国内石化行业应用的油气回收装置比较少，主要是通过对储运设备的改造， 减少油气排放，无法实现油气的真正回收，造成了能源浪费。国外油气回收装置的研究 起步比较早，而且石化行业使用专用的油气回收装置比较普遍。经过长期的应用实践表 明：油气回收装置真正实现了油气的回收再利用，既节约了能源，又减少了污染，其经 济效益和社会效益明显。在实际应用中，由于技术原因，大部分油气回收装置都需要从 国外进口，从而在一定程度上限制了在国内的推广应用。基于上述情况，本文对冷凝法 油气回收装置实验平台进行了设计并对系统进行优化。冷凝法油气回收装置具有橇装化 程度高、变排量控制方便、能耗相对较低等优点，其在油气回收领域的应用前景具有比 较大的潜力。 本文首先对几种常用的油气回收装置的结构组成及其工作原理进行了介绍，并对四 种油气回收装置从初投资、运行经济性等方面进行了详细对比分析，指出了各种油气回 收装置的优缺点。通过对比，得出“冷凝法油气回收装置”具有较好的应用前景。其次， 本文应用 hysys 软件建立了冷凝法油气回收装置的数学模型，并应用软件对冷凝法油 气回收流程的各个阶段进行了仿真分析，得出冷凝法油气回收流程预冷和中冷阶段的最 佳运行工况，为冷凝法油气回收装置的设计和运行提供了一定的理论基础。 最后，本文通过建立油气挥发数学模型，可以实现利用数值计算的方式确定一定外 界工况下的油气挥发量，从而为各部件的选型奠定基础。自主设计了两款不同类型的蒸 发器，选用了合适的空气压缩机、制冷用压缩机、冷凝器和膨胀阀，初步完成了装置的 硬件构造，为冷凝法油气回收装置实验平台的搭建及改进提供了一定的参考。 关键词：关键词：油气回收装置，冷凝法，数学模型，仿真分析，优化运行，实验平台 山东科技大学硕士学位论文摘要 a a a abstractbstractbstractbstract currently, application of gasoline vapor recovery unit is less in domestic petrochemical industry. the main way to reduce gasoline vapor emission is the transformation of transportation equipment. this way cant achieve true recovery of gasoline vapor, resulting the waste of energy. the research of gasoline vapor recovery units is early abroad, and application of gasoline vapor recovery unit is commen. long time practice shows that: gasoline vapor recovery unit can achieve true recovery of gasoline vapor, not only saving energy, also reducing pollution. its ecnomic and social benefits are obvious. in practical application, most gasoline vapor recovery units need to be imported dut to technical reasons.toa certain extent, this limits the application in the country. based on these things, experinment platform of gasoline vapor recovery unit is designed and optimizated according to my professional features. gasoline vapor recovery unit by condensation has many advantages, such as high skid- mounted, convenient variable displacement control and low energy consumption. its application in gasoline vapor recovery field is great. first, structure and working principle of several common gasoline vapor recovery units are introduced. relative merits of gasoline vapor recovery units are pointed through the relative analysis of four kind gasoline vapor recovery units in detail from initial cost, econimical efficiency and other aspects. throughing relative analysis, gasoline vapor recovery unit by condensation has great application prospect. secondly, mathematical model of gasoline vapor recovery unit by condensation is established with hysys software. stages of gasoline vapor recovery units are simulated. the opmital operation condition of pre-cool and stageopration stages are obtained. it can provides a theoretical basis for the design and operation of gasoline vapor recovery unit by condensation. in the end, the design proposal of experiment platform is put forward. gasoline vapor emission in a set work condition can be sure by numerical calculation throughing the establish of the model of gasoline vapor emission. all equipments selection are laided in this way. two kinds evaporators are designed on my own. appropriate air compressor, cold compressor, condenser and expansion valve are selected. hardware constructions of uint are completed. it provides help to set up and improve gasoline vapor recovery unit by condensation. keywords:keywords:keywords:keywords: gasoline vapor recovery unit, condensation, mathematical model, simulation analysis, optimaloperation, experimentalplatform. 山东科技大学硕士学位论文目录 目录 1 1 1 1绪绪绪绪论论论论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 1 1 1.1油气回收回收的背景及意义.1 1.2国内外的研究动态.7 1.3课题研究主要内容及方法.10 2 2 2 2冷凝法油气回收装置冷凝法油气回收装置冷凝法油气回收装置冷凝法油气回收装置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12121212 2.1概述.12 2.2冷凝法油气回收的工作原理及特点.13 2.3其他油气回收技术.16 2.4油气回收装置的经济性对比分析.21 2.5小结.24 3 3 3 3冷凝法油气回收流程软件模拟分析冷凝法油气回收流程软件模拟分析冷凝法油气回收流程软件模拟分析冷凝法油气回收流程软件模拟分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26262626 3.1hysys 软件介绍. 26 3.2冷凝法油气回收系统模型的建立.27 3.3冷凝法油气回收过程模拟分析.31 3.4小结.40 4 4 4 4冷凝法油气回收装置的设计及性能评价冷凝法油气回收装置的设计及性能评价冷凝法油气回收装置的设计及性能评价冷凝法油气回收装置的设计及性能评价. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41414141 4.1概述.41 4.2冷凝法油气回收装置实验平台的研究.42 4.3实验样机系统性能指标评价.52 4.4小结.53 5 5 5 5结论与展望结论与展望结论与展望结论与展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54545454 5.1总结.54 5.2课题展望.54 致致致致谢谢谢谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56565656 研究生期间主要发表的论文研究生期间主要发表的论文研究生期间主要发表的论文研究生期间主要发表的论文. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57575757 山东科技大学硕士学位论文目录 参考文献参考文献参考文献参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58585858 山东科技大学硕士学位论文目录 contentscontentscontentscontents 1 1 1 1 introductionintroductionintroductionintroduction1 1 1 1 1.1 backgroud and significance of gasoline vapor recovery1 1.2 reaserch trends of home and abroad7 1.3 study contents and method of issue10 2 2 2 2 gasolinegasolinegasolinegasoline vaporvaporvaporvapor recoveryrecoveryrecoveryrecovery unitunitunitunit bybybyby condensationcondensationcondensationcondensation1 1 1 12 2 2 2 2.1 summary12 2.2 work principle and feature of gasoline vapor recovery unit by condensation13 2.3 instruction of other gasoline vapor recovery units16 2.4 economicalcontrast of gasoline vapor recovery units21 2.5 summary24 3 3 3 3 simulationsimulationsimulationsimulation analysisanalysisanalysisanalysis ofofofof gasolinegasolinegasolinegasoline vaporvaporvaporvapor recoveryrecoveryrecoveryrecoveryunitunitunitunit bybybybycondensationcondensationcondensationcondensation2 2 2 26 6 6 6 3.1 introduce of hysys software 26 3.2 model building of gasoline vapor recovery process27 3.3 simulation analysis of gasoline vapor recovery unit by condensation31 3.4 summary40 4 4 4 4 designdesigndesigndesign andandandand meritmeritmeritmerit ratingratingratingrating ofofofof gasolinegasolinegasolinegasoline vaporvaporvaporvapor recoveryrecoveryrecoveryrecoveryunitunitunitunit41414141 4.1 summary41 4.2 reaserch of gasoline vapor recovery unit by condensation42 4.3 system performance evaluating of the experimental prototype52 4.4 summary53 5 5 5 5 conclutionconclutionconclutionconclution andandandand prospectprospectprospectprospect54545454 5.1 summary54 5.2 prospect of the subject54 thanksthanksthanksthanks5 5 5 56 6 6 6 mainmainmainmain workworkworkworkachievementachievementachievementachievement ofofofof thethethetheauthorauthorauthorauthor duringduringduringduring workingworkingworkingworking onononon mastermastermastermaster paperpaperpaperpaper5 5 5 57 7 7 7 referencereferencereferencereference documentsdocumentsdocumentsdocuments5 5 5 58 8 8 8 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 1 1 1 1绪绪绪绪论论论论 1.11.11.11.1油气回收的背景及意义油气回收的背景及意义油气回收的背景及意义油气回收的背景及意义 石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物，其中的氢组分具有很强的挥发性。在石 油的开采、炼制、储运、销售及应用过程中，由于受到工艺、技术及设备的限制，不可 避免的会有一部分液态氢汽化进入大气，造成油品的蒸发损耗。油品的蒸发损耗带来的 危害是多种多样的，如油品数量减少、质量降低、污染环境、危害安全等。目前，油品 蒸发问题已经成为世界急需解决的安全、节能、环保难题之一。要从根本上解决油品蒸 发损耗问题，最经济有效的办法就是采取油气回收措施。冷凝法油气回收技术具备了低 投入、低能耗、高回收率和工艺简单等突出特点，相比其他集中油气回收技术，工艺更 加成熟，操作更加简单，在油品储运和石油化工行业得到了广泛应用。 1.1.11.1.11.1.11.1.1油品蒸发损耗的现状油品蒸发损耗的现状油品蒸发损耗的现状油品蒸发损耗的现状 据 1995 年第四届国际石油会议报道， 在英国， 油品从井场经炼制加工到成品销售的 全过程中，油品损耗的数量约占原油总产量的 3。1980 年，我国对 11 家主要油田进行 的测试结果表明，从井口开始到矿场原油库，矿场油品损耗量约占采油量的 2，其中， 井站库的蒸发损耗量约占总耗量的 32；从炼油厂生产装置到装车外运过程的损耗为 0.5；再加上石油公司经营储运过程中的蒸发损耗，我国的总损耗量约为 3。就连石 油紧缺的日本，其油品蒸发损耗率也超过 21。若以总耗率 3估算，每年全球散失在 大气中的油品数量约为 108t，几乎相当于中国的原油年产量。 随着浮顶罐在国内推广应用，大大降低了油品收发、储存过程中的损耗。实践也证 明，用浮顶罐储存油品，是先进、安全经济和切实可行的办法。实测数据表明：1104m3 拱顶罐储存汽油时的小呼吸排放油气体积分数为 425gm-3；汽车油罐车装油到一半时罐 口排放油气体积分数高达 1226gm-3；汽车油箱口排放油气体积分数达 1052gm-3；加油 站附近空间油气体积分数为 2.9gm-3；油料库房内油气油气体积分数为 0.8gm-32。由于 至今尚无理想的方法解决上卸汽油气阻方法，我国目前仍普遍采用真空泵辅助抽气客服 气阻来实现油罐车上卸作业，这种工艺油气排放和油品损耗特别大。 山东科技大学硕士学位论文绪论 2 1.1.21.1.21.1.21.1.2油品蒸发排放危害性油品蒸发排放危害性油品蒸发排放危害性油品蒸发排放危害性 汽油的爆炸极限为 0.010.06（体积分数） ，汽油蒸气的密度为 3.03.1kgm-3（stp）， 空气密度约为 1.1 kgm-3（stp） 。因此，油品在储运、收发和销售过程中出现油气挥发， 密度