【《原油稳定工艺的设备选型分析案例》7800字】

原油稳定工艺的设备选型分析案例1.1基本物性计算1.1.1规模设计（1）原油处理能力实际处理能力Q0为465.75t/d（19.41t/h）(年工作日：365d)。取不稳定系数1.2，则理论原油处理能力Q0L为558.90t/d（21.29t/h）。（2）轻烃处理能力已知轻烃回收量为7.92t/d（0.33t/h）,轻烃回收率为1.7%。（3）不凝气处理处理能力不凝气处理量为1450m3/d（60.42m3/h）。1.1.2油气物性计算（1）原油密度:ρ50=826kg/m3（2）原油粘度:γ50=5.76MPa·s（3）原油凝点:30.0℃1.2原油稳定塔此次设计选用的原油稳定的工艺方法是负压闪蒸工艺，最重要的设备是负压稳定塔、冷凝器和压缩机等。对比其他各油田，大部分都选用的是筛板塔，所以此次设计也选用筛板塔，筛板塔的优点就是结构比较简单，加工也很容易，并且工作效率还高。1.2.1基础数据已知：负压闪蒸稳定塔的参数为：加热炉来油26.03t/h，原油流量为30.61m3/h，压力为0.14MPa（绝），温度为68℃。运行温度原油密度为804.7kg/m3，粘度6.54MPa·s。不凝气体积流量V为131.33m3/h（362.75），不凝气密度ρV为7.698kg/m3，原油体积流量L为30.61m3/h，原油密度ρL为804.7kg/m3。1.2.2塔板尺寸的计算（1）计算塔径根据规定，原油稳定塔的喷淋密度最适宜的范围是40m3/(h·m2)～80m3/(h·m2)之间，在此次设计中，选用的L'值为50m3/(h·m2)；在原油稳定装置中打到的处理量的适宜的范围是80％～120％之间，在此次设计中选用的数值为120％。塔内径计算如（3-1）所示：（3-1）式中：D—原油稳定塔的直径，m；L—体积流量，m3/h；L’—喷淋密度，m3/(h·m2)。代入数值，得出D的取值为0.97m，要考虑取整，所以D取值为1.00m塔截面积计算公式如（3-2）所示：（3-2）代入数值，得出塔截面积为0.74m2。（2）进料分布盘稳定塔选择的分布板的形式是筛板，在对筛板进行选择时，要注意塔板上要留有通道，这样才能使气体上升，筛孔的直径最终选择12mm，因为分布盘直径是0.65倍塔径，所以分布盘直径为0.65m。计算盘上小孔数公式如（3-3）所示：（3-3）式中：do—为小孔直径，取12mm；H—为盘上液头高度，取H=0.15m；C—取0.65。n=68A=8.03×10-3m2小孔液流流速的计算公式如（3-4）所示：：（3-4）式中：w—小孔液流流速，m/s；A—小孔面积，m2；Q—原油体积流量，m3/s。所以得出液流流速为1.06m/s。（3）压降核算压降核算公式如（3-5）所示：（3-5）计算得压降核算∆p=1.26kPa,按照规定，小孔允许压降要<1.78kPa，经过比对，上述计算是满足要求的。（4）塔高计算H1200mmH22.0mH32.0mH44.0m，HD2.2m。稳定塔的塔径D>800mm，所以用分块式塔板结构，塔板分块数取3。为了便于安装和维修，对直径D≥1m的板式塔，，需设检修人孔。表3-1塔板间距与塔径的关系塔径/m0.6~0.70.8~11.2~1.41.6~1.01.2~4.2板间距/m0.3~0.450.35~0.60.35~0.80.45~0.80.6~0.8稳定塔的塔板间距与塔径的关系如表3-1，因为塔径为1m，故选板间距600mm，人孔处的板间距选择为800mm。在液体流入储油罐的时候，储油罐底部的高度一般是取决于储油罐能够储存的高度以及输送管道的摩擦力的大小的，摩擦力的多少就决定了底部的高度。在一般情况下，油品在塔底的停留时间大多都是3min～8min。此次设计选择5min的停留时间，上述论文已经计算过的，30.61m3/h的原油流量，以及1.061m3的塔底原油体积，经过计算，得出塔的高度为4.85m，圆整为5m进行计算。一般情况的液位都是4m，所以塔的底部的高度一般都是6m。塔高H的计算结果为11.7m。通过计算，原油稳定塔直径Φ为1000mm，H为13700mm。（5）裙座此次设计中裙座选用碳素钢材料，此处选用Q235-B作为裙座材料，选圆筒形裙座，制作也十分方便。内部设置梯子为了便于检修。（6）保温需要选用厚度为100mm的微孔硅酸钠和密度为300kg/m3的保温材料，最终选择微孔硅酸钠。1.3冷凝器冷凝器的进口流量195103m3/h，进口温度为60.0℃，出口温度40.0℃，冷物流循环水的进口温度为28.0℃，出口温度为38.0℃，冷却用水流量36t/h。选择列管式冷凝器并根据两种流体的温度变化来进行设计。（1）基本的冷却参数=1\*GB3①定性温度冷却水：入口温度为28.0℃，出口温度为38.0℃。循环冷却水的定性温度t1为31.0℃。混合烃：入口温度60.0℃，出口温度40.0℃。混合组分的定性温度t2为50.0℃。物质之间的温差t1-t2为17.0℃<50.0℃，所以选择固定管板式冷凝器。=2\*GB3②物性数据表3-2混合烃和水的参数名称温度℃密度kg/m³粘度mPa·s比热容J/(kg·℃)混合烃40．0608.4810.221水42.8991.9190.624.2×103（2）热负荷热负荷计算公式如（3-6）所示：（3-6）式中：Q—热负荷，kw；qm热—水的比热容，J/(kg·℃)；t—温度差，℃；C热—原油体积流量，m3/s。代入数值可得，热负荷的值为357.12kw。（3）计算有效平均温差公式如（3-7）所示：（3-7）式中：—逆流温差，℃。代数得出有效平均温差为16.55℃。（4）换热面积的计算根据管程走水的数量，以及壳程走混合烃的数量，总传热系数K应该在470~815W/(m2·℃)之间，此次设计暂时取K为600W/(m2·℃)。换热面积计算公式如（3-8）所示：：（3-8）计算得出换热面积A为35.96m2。（5）换热器规格立式固定管板式换热器的规格如表3-3所示。表3-3换热器规格公称直径D600mm公称换热面积A50.5m2管程数Np4管数n222管长L1.0m管子直径管子排列方式正三角形（6）换热器的实际换热面积计算公式如（3-9）所示：（3-9）计算得出换热器的实际换热面积为50.54m2。（7）总传热系数计算公式如（3-10）所示：（3-10）计算得出总传热系数为426.95W/(m2·℃)。1.4往复式压缩机1.4.1往复式压缩机往复压缩机是容积式压缩机其中的一种，在现有的石油化工的装置中，一般情况下都是用于气体的输送或者是用来给气体增压的。压缩机的实质就是利用曲轴带动连杆转动，使活塞能够做往复直线运动，让气缸能够吸收足够数量的气体。从机械结构上来看，压缩机的主要结构大体分为三个部分：(l)传动装置；(2)缸体活塞组件；(3)机体部件。1.4.2工作原理曲轴在电动机的带领下进行自发的转动，中间连接的连杆传动因为曲轴转动也会带动活塞转动，活塞作往复运动，由此，就会产生一系列的转动，这些转动是发生在缸体内壁、缸盖和活塞组成的密封容积上。所以气缸体内的容积也会因为活塞的转动二产生变化，容积会随之增大，在增大的过程中，外面的气体从进气口流入气缸内部，知道容积达到最大的时候，内部的气体达到饱和状态，外部的奇特就再也进不来的时候，就会关闭进气口；同样当活塞做反向运动的时候，气缸体内的容积会也会因为或萨斯转动而产生变化，但是与之相反的是，容积会减小，气体压力也会随之升高，当气缸内部的压力高于排气压力的时候，排气门就会自动打开，气缸内的气体会跟随活塞的移动而变化，气体会向特定位置进行移动，随后排气门就会关闭。上述所说，就是活塞一整套的循环动作，重复上述过程，工作会重新开始循环。1.4.3设计条件(1)符合工艺所需的排放、排气压力和对使用条件的要求；(2)具有很长的使用寿命，且使用可靠性较高；(3)运行经济性较高；(4)具有良好的平衡能力；(5)便于维修；(6)尽可能引进新的结构、技术和材料；(7)较好的制造过程；(8)尽可能使机器的尺寸小、重量轻。1.4.4选型选择压缩机时，应根据压缩机的用途、运行条件、排气量、排气压力、制造条件、传动方式及占地面积等条件，确定压缩机的型号及系列。(1)选择气缸排列方式压气机缸体类型多，根据气缸轴布置形式可分为：卧式、立式、L形、V形、W形、星形、对称形。卧式、对称型平衡的压气机动力平衡性能较好，运转平稳，适合大、中型压气机；立式压气机目前只在中、小型压气机上使用，使压气机在人体可操作范围内，而中型压气机主要在五档压气机上使用；L、V、W、星等角压气机适合中、小型压气机。L形、V形、W形、星形等存在的优点为：在曲轴上的重量不平衡时，可以用一阶惯性力的合力来进行平衡，因此，机器需要有很大的转数。各缸之间都错开了一定的角度，这样有利于气门可以安全的安装。气阀的流通面积也会因此而有所增大。位于中部的冷凝器与级间管道是可以直接安装于机组内，并且结构较紧凑。此次设计属于大型中压压缩机的常规设计，综合考虑了其它设计参数和市场情况，采用的是V型结构。(2)选择运动机构活塞式压缩机有两种运动结构：不带十字头和带十字头。不连接十字头的机台的结构特点就是结构比较简单而且紧凑，机台的指示高度较低，对应的机台重量也较轻。但没有十字头的压气机，只能做单动式，所以会大大降低气缸容积的利用率，漏气量也会较大，气缸工作面所受侧力也较大，会导致活塞容易磨损。除此之外，气缸里面的润滑油的量也会比较难控制。没有十字头的压气机，一般情况下只适合作垂直、V形、W形及扇形压缩机。在120-150KW的压气机功率条件下，无十字头压气机要比有十字头压气机重。小尺寸活动装置上使用的压缩机，需要轻量、紧凑，便于移动，一般大多会选择无十字头的运动机构。具有十字头的运动机构的特点就是一下几点：因为具有十字头，所以在气缸的工作面上不用受来自连杆上的侧向压力的影响，这样一来就可以减小气缸与活塞之间的摩擦和磨损，而且还可以充分利用气缸容积，润滑油也易于控制；填料密封也可以设定，这样的话，漏气量也会减小，尤其是对于易燃、易爆、有毒气体，就应该也只能采用这种结构。同时，带十字头的压缩机，其主要部件如十字头、柱塞杆、填料等，使得机器结构复杂，高度、重量及相应增大。在一般情况下，因为固定压缩机的功率都比较大，而且尤其是在工艺流程过程中使用的压缩机都需要机器长时间连续不停的运转，因此大多采用带有十字头的压缩机。国内固定动力压缩机一般都是采用排气量为10-100m3/min，功率为60-630KW的带有十字头的结构。因为此次设计采用的是大功率的V型压缩机的设计方案，加上上述条件，所以选择了带有十字头的运动机构。(3)级别选择和各级压力比分布情况在需要多层压缩时，工业用气体就需要更高的压力。多段压缩有以下优点：可以降低排气温度；又节能；还可以提高缸体容积系数；并且减小活塞活塞力最大值。当选择压气机系列时，需要按照下面介绍的几个原则：要尽可能的使压气机耗能最少，排气温度需要再使用条件许可范围内，整机重量尽量要轻，成本还低。要让机器有更高的热效率，级数越大就越好，但是，每一级的压力都要小于这个值。同样，级数越多，阻力损失就越大，机械总效率就越低，结构就越复杂，成本也就越高。所以，必须根据压缩机自身的容量和工作特性，来对级数和各等级压力比进行一下对比选择。因为本设计选用的是V型压缩机，借鉴市场上常用的压气机型号，所以此次设计选取的级数为三级。(4)选择列数一个连杆对应的活塞及称为一列活塞。压缩机列数又分为单列和多列两种。压缩机的选型主要取决于排气量、排出压力、机型和级数，这四个参数对压缩机的选型是十分重要的。垂直结构能用来支撑单列和多列压气机；水平结构能用来支撑单列和双列结构；对称平衡结构只能用来制造多列压气机，并且压缩机的列数又不能是奇数；对置结构的特点就很单一，只能制造成多列压气机。各等级汽缸的布置原则如下：对每列往返进行等效活塞力测试。这种情况下，可以充分利用去冰链机构，其重量较轻，惯性力较小，机械效率较高。另外，由于往返的功也是近似相等的，因此飞轮的重量也比较轻。通过设置气缸的排列方式，使漏气量降到最低。本次设计采用的是V型结构，综上所述，选择了多列压缩机，缸数为4。(5)工作压力(排气压力)选择进口压力-0.04MPa，出口压力0.30MPa，进口温度50.0℃，出口温度75.0℃。在选择压缩机时，要知道工作压力之后，还需要0.1~0.2MPa的余压，再选择压缩机。最终出口压力选择了0.40MPa。(6)选择体积流量当选择压缩机的体积流量的时候，最主要的是要了解其它设备的容积流量，之后再用1.2倍的总流量来计算确定出压缩机最终的体积流量。经过计算，压缩机有160.00m3/h(2.6m3/min)的容积流量。(7)功率的选择动力和工作压力、体积流量之间存在着很紧密的联系，在功率不变的情况下，当转速改变时，流量、压力也随之改变。选择功率时，要在保证工作压力、容量的前提下，供电系统的功率也能保持在足够使用的功率数值。通过对参数的计算和选择，以及对其他因素的考虑，最终选择的压缩机型号为2D5.5-24/0.4，具体参数见表3-4。表3-4压缩机参数表产品型号容积流量Nm3/min进气压力MPa(G)排气压力MPa(G)转r/min速水耗量t/h压缩机机组尺寸L×W×H（mm）重量t功率kw电压Y2D5.5-24/0.4240.041.1420243938×1725×21836.51603801.5油罐设计1.5.1设计选用对原油稳定工艺流程而言，对于各工序生产的产品气体输送都应该有与之相对应的储罐来存储，所以采用相应的储罐储存是必要的，因此在原油稳定流程中，储罐的设计和使用是关键。国内有关油罐的设计步骤和法律法规都要遵循。1.5.1.1凝液罐(一)参数选择（1）设计压力与计算压力设计压力0.3Mpa，元件所受的压力要小于5%的设计压力，因此取0.3Mpa作为计算压力。(2)设计温度测定我们知道的设计温度是50℃，取操作温度50℃。(3)焊接接头系数选用双面焊对接接头，系数选取0.85。因此，凝液罐所需的温度是50℃，压力是0.3MPa。1.5.1.2轻油罐从规范要求中可知：=1\*GB3①轻油罐的设计与制造应该符合国家和行业现有的标准规范；=2\*GB3②要重视工艺管理，禁止超温、超压运行；=3\*GB3③按照各个工艺的特性，做好防腐的工作；=4\*GB3④氮封设施是保证罐体重要手段。氮密封设计遵，实现了储罐的安全经济运行。1.5.1.3储油罐对多功能储油罐进行设计时，应注意整体式储油罐的设计成本应控制在合理设计储油罐时所用的材料、加工罐体及制造成本高的制造成本，则应考虑其得不偿失。所以，在进行多功能储油罐设计时，必须做好相应的成本预算工作，并且要根据相应的储罐设计的难度，进行简单的预算，选择出满足生产需求的方案。多功能储油罐在设计时，为了实现一罐多井的集，需要储油罐本身满足相应的接口设计。多用储油罐若要满足多用功能要求设计生产储油罐时，顶部要有油孔和透光孔储油罐接近工艺阀组的部位设置，还应安装一定数量的输油工艺管道储油罐实现设计目标。罐体温度60℃，压力0.03MPa，水分0.05%，密度791.90kg/m3。原油处理量为624.66d/t,体积流量为788.71m3/d，设计的储油罐为中转油罐，因此设计的容量为1000m3。1.5.2安全规程1.5.2.1防腐蚀设计(1)储罐防腐蚀设计应根据(GB50393)钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范(SH3022)和(GB50393)石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范(SH3022)等标准的规定进行，涂料应根据不同储罐介质的储存特性进行选择。(2)储罐底部的边板应采用有效的防水防腐措施，防水材料应具有良好的抗腐蚀性、抗老化和弹性。(3)盘梯踏步和平台整体均应采用镀锌碳钢格栅板的类型。(4)罐内防腐和新建罐体外防腐表面处理应采用磨料喷射法处理，内壁最小要求Sa2.5级，外壁最大要求Sa2.0级，当外壁腐蚀严重时，外壁宜采用磨料喷射法处理。1.5.2.2防雷防静电(1)雷电防护设施①当钢制储罐顶板的钢体厚度大于等于4mm的时候，罐顶是不能设置避雷针。②位于内浮顶储罐顶上的中央透气孔，上面应该安装阻火器。③罐体应作环状防雷接地，接地点不得少于两个，且接地点应沿罐体周向或对称布置，接地点的周距应小于30m。④导线应在离地0.3m到1.0m的地方敷设断头，断头宜为40mmx4mm，不锈钢材质，断头处应安装两根M12不锈钢螺栓和防松1.6冷却水泵1.6.1概念水泵是一种流体机械，是把机械能或其它能量从原动机输送到泵中的液体，是增加液体能量的机械。泵分四类：单级泵、多级泵、立式泵以及卧式泵。1.6.2冷却水泵的结构（1）叶轮叶轮是离心式泵的主要组成部分，它的实质是把原动机的能量传给液体。叶片的基本组成材料有铸铁，铸钢和合金钢。叶片分为单吸叶轮和双吸叶轮，所述的叶轮由带毂的轮盖组成。在通常情况下，叶片是6-12片，但是具体的数目还是要根据叶轮的使用情况而定。（2）压水室压水室是叶轮出口法兰盘过流至泵出口法兰盘的部分，它的主要作用就是将从叶轮中流出的液体集中，一起输送到下一级设备里，这样可以减少从叶轮排出的流体的流速，从而实现从动能转化成压能，从而减少下级叶轮或管道系统的液体流失，可以消除下级叶轮或管道系统中液体的旋转运动，同时也避免了水利损失。（3）吸水室吸水室是指泵进入到叶轮前的主要部份。与压水室相比，吸水室就相对没有那么重要了，因为其水动力损失要小于压水室。设置吸水室对泵的抗空化性能有很大影响，因此，如果损失达到最小的时候，吸水室的设置要尽可能的保证分布相对均匀，并且还要保证吸水室内的流速能够保持平稳，并且逐渐成为叶轮的入口速度。（4）轴轴用来传递力矩，带动叶轮转动。轴的受力很复杂，主要承受重力、叶轮旋转引起的离心力和叶轮外缘力不平衡而产生的附加力，并且还同时受到静、动支撑力的作用。轴一般选用碳素结构钢或高强度的合金钢制造。1.6.3参数计算（1）水泵扬程冷却水泵所需扬程计算公式如（3-11）所示：（3-11）式中：Hf，Hd—冷却系统总的沿程阻力和局部阻力，mH2O；Hm—冷凝器阻力，mH2O；Hs—冷却塔中水的提升高度，mH2O；Ho—冷却塔喷嘴喷雾压力，mH2O，约等于5mH2O。H通过代入数据，得出水泵的扬程为144.7m。（2）冷却水泵流量根据上述冷凝器的设计数据，可以准确的知道冷却水泵的流量，两个冷凝器的冷却水量相为54t/h。（3）冷却水泵选型根据工艺要求，对流量Q、扬程H进行了合理的计算，选择了泵台数量、型号、型式，以满足工艺要求的水量和水压。确定水泵台数和运行方式，在经济和管理上做到投资最小，维护费用最小，且正常运行能耗最小。最后选用了长沙三昌泵业有限公司的DF25-50×5型号，具体参数见表3-5。“DF”-表示单吸、多级、节段式耐腐蚀离心泵。“25”-表示泵的流量(m3/h)。“50”-表示泵单级扬程(m)。“5”-表示级数。表3-5水泵详细参数表型号流量扬程转速轴功率配带电动机效率气蚀量叶轮直径QHnPam3/hL/smr/minkw功率kw型号%mmmDF25-50×5287.78235298035.845Y225M-2502.8196（4）注意事项=1\*GB3①系统使用水泵时，选用相对应流体介质的水泵；=2\*GB3②注意补水泵的补水量，计算要准确；=3\*GB3③注意水泵使用环境，根据环境选择相应保护等级的水泵；=4\*GB3④注意水泵进出口管径，需要与水力计算的管径有所对应，一般管径比水泵管径大一号