Министерство образования Республики ТатарстанАльметьевскийнефтяной институтКафедра Автоматизации и информационных технологийКУРСОВАЯ РАБОТА
на тему
«Моделированиематематического процесса теплообмена
в теплообменнике типа “трубав трубе”»Выполнил:студент гр.38-61
Шакиров Р.И.
Проверил:преподаватель кафедры
ТугашоваЛ.Г.
Альметьевск2002 год.
Описание технологическогопроцесса КУПВСН.
Сырая нефть (газожидкостная смесь) с бригад №1,2,3нефтепромысла №3 НГДУ, разделенные потоками поступает в горизонтальныесепараторы холодной ступени сепарации (отбор газа от нефти). В сепаратореотбирается основной объем газа. Отрегулированный газ из сепараторов первойступени сепарации через газоосушитель откачивается компрессором на МиннибаевскийГПЗ. В случае отказа и не принятия газа на МГПЗ предусмотрена подача газа нафакельный стояк, где сжигается. Дегазированная эмульсия на КУПВН и ДНС-3 ЦДНиГ№3, ДНС-2 и ЦДНиГ №2 и ДНС-1539 ЦДНиГ №1, ДНС-10 ЦДНиГ №6 направляется черезузел учета в блок предварительного холодного сброса. Узел учета служит дляопределения количества поступающей жидкости отдельно по каждому ЦДНиГ в бригаде. Для улучшения процессов обезвоживания иобессоливания в нефть перед узлом учета подается на деэмульгатор. После узла учетасырая нефть общим потоком направляется в блок предварительного холодного сбросаводы (отстойники 1,2,3).
Всяжидкость с промыслов после предварительного холодного сброса общим потокомпоступает в каплеобразователь. Каплеобразователь– труба диаметром 500мм, длиной 80м, предназначен для разрушения бронирующихоболочек на глобулах пластовой воды, укрупнение глобул и расслаивания потока нанефть и воду перед отстаиванием эмульсии. Укрупнение капель происходитнепосредственно в потоке нефти на стенках каплеообразователя за счеттурбулентности потока. На вход в каплеообразователь подается дренажная вода изотстойников первой и второй ступени горячего отстоя. Температура дренажной воды40-500С. Тепло дренажной воды и остаточный регент в нейспособствует уменьшению глобул и расслоению на нефтьи воду. Подготовленная в каплеобразователе эмульсияпоступает в отстойники предварительного сброса воды №1-3. Ввод эмульсии вотстойники осуществляется через специальное распределительное устройство,способствующее быстрому отделению воды от нефти под водяную подушку(гидрофильного фильтра), капельки воды сливаются с каплями фильтра, а нефтьвсплывает на поверхность водной подушки. Для получения нефти с наименьшимсодержанием воды в отстойниках предварительного холодного сброса необходимоподдерживать водяную подушку толщиной 90-150 см.
Контрольза межфазным уровнем осуществляется с помощью прибора “Элита” на отстойниках1,2,3,6,7,8 и визуальна через контрольные краники. Сброс воды из отстойниковпроизводится автоматически клапанами-регуляторами исполнения ВЗ (воздухзакрывает). При увеличении уровня выше допустимого сигнала прибора ”Элита”поступает через вторичный прибор и КПС (электромагнитный клапан) наклапан-регулятор. Клапан открывается и происходит сброс воды. При уменьшенииуровня клапан закрывается.
Нефтьиз отстойников предварительного сброса через буферную емкость Е-4 поступает наприем сырьевых насосов, куда подается деэмульгатор вколичестве 15-25 г/т.
Сырьевыминасосами типа ЦНС-180/120 нефть прокачивают через трубные пространстватеплообменников 1, 1+6 две гурьевские печи, третья врезерве, отстойниках первого горячего отстоя. В трубах теплообменников сыраянефть подогревается теплом уходящей с установки готовой нефти до 20-300С,после чего поступает в гурьевские печи. В гурьевских печах происходит нагрев до 50-600С засчет тепла сжигаемого девонского газа. Нефть в печах движется двумя потоками.Нагретая нефть из печей общим потоком через отстойники первой группы №6-9 ивторой группы №13 горячего отстоя, горизонтальные электродегидраторыIЭГ-160 № I+3 затрубное пространствотеплообменников Т- I+3поступает в буферные емкости Е-7 V=200 м3, №5+IOи РВС – 5000.
Технологическаяобвязка отстойников предварительного холодного сброса воды, первая группагорячего отстоя осуществлена так, что они могут работать параллельно,последовательно и взаимозаменять друг друга. Вотстойниках первой и второй группе горячего отстоя происходит обессоливаниенефти в электрическом поле. Обессоливание производится за счет вымывания солей из нефти пресной водой подаваемой в потокнефти перед электродегидраторами (периодически приухудшении качества). Пресная вода перемешивается с нефтью, образует нестойкуюэмульсию, которая разрушается в электрическом поле электродегидраторов.Электроды также включаются периодически при ухудшении качества подготовкинефти.
Внутренняяначинка отстойников первой группы горячего отстоя аналогична начинкеотстойников предварительного сброса. Ввод нефти в отстойнике можетосуществляться через верхние или боковые патрубки.
Толщинаводяной подушки в отстойниках первой группы горячего отстоя поддерживаетсяоколо 40 см. Контроль уровня и сброс дренажных вод осуществляется так же как наотстойниках предварительного холодного сброса воды. В отстойниках второй группыподушка отсутствует. Вода, отстоявшаяся в этих отстойниках направляется в каплеобразователь для повторной обработки и использованиютепла. Контроль раздела фаз нефть-вода в электродегидраторахосуществляется по контрольным краникам, а поддержание уровня производитсяавтоматикой. Очистка сточных вод осуществляется на очистных сооружениях при Куакбашской установке.
В составочистных сооружений входят 4 шт отстойника V=200 м3, РВС – 5000 7 шт. Очищенная сточнаявода с РВС – 5000 самотеком подается на кустовую насосную станцию КНС-123 иподпорными насосами ЦНС-300 на КНС-121 для закачки в пласт в целях поддержанияпластового давления. Уловленная в отстойниках и РВС-5000 нефть сбрасывается всистему канализации.
Краткаятеория по теплообменникам.
В химической промышленности широко распространены тепловые процессы — нагревание и охлаждениежидкостей и газов и конденсация паров, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).
Теплообменными аппаратаминазываются устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя кдругому для осуществления различных тепловых процессов, например, нагревания,охлаждения, кипения, конденсации или более сложных физико-химических процессов– выпарки, ректификации, абсорбции.
Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратамтребований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самыхразличных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработанширокий размерный ряд поверхноститеплообмена.
Широкая номенклатура теплообменниковпо типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретныхусловий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам.
В качестве прямых источников тепла в химической технологии используют главнымобразом топочные газы, представляющие собой газообразные продукты сгораниятоплива, и электрическую энергию. Вещества, получающие тепло от этих источникови отдающие его через стенку теплообменника нагреваемой среде, носят название промежуточныхтеплоносителей. К числу распространенныхпромежуточных теплоносителей относятся водяной пар и горячая вода, а также такназываемые высокотемпературные теплоносители — перегретая вода, минеральныемасла, органические жидкости (и их пары), расплавленные соли, жидкие металлы иих сплавы.
В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенныхтемператур (10-300С) применяют в основном воду и воздух.
Все теплообменные аппараты поспособу передачи тепла разделяются на две большие группы: поверхностные теплообменные аппараты иаппараты смешения. Вповерхностных аппаратах передача тепла от одного теплоносителя к другомуосуществляется с участием твердой стенки. Процесс теплопередачи в смесительныхтеплообменных аппаратах осуществляется путем непосредственного контакта исмешения жидких и газообразных теплоносителей.
Поверхностные теплообменныеаппараты в свою очередь подразделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативныхаппаратах тепло от одного теплоносителя к другому передается через разделяющуюих стенку из теплопроводного материала. В регенеративных теплообменных аппаратах теплоносители попеременносоприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая в один периоднагревается, аккумулируя тепло «горячего» теплоносителя, а во второй периодохлаждается, отдавая тепло «холодному» теплоносителю.
Рекуперативные теплообменныеаппараты классифицируются по следующим признакам:
· По роду теплоносителей в зависимости от их агрегатногосостояния:
паро-жидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; газо-газовые; паро-газовые.
· По конфигурации поверхности теплообмена:
трубчатыеаппараты с прямыми трубками; спиральные; пластинчатые; змеевиковые.
· По компоновке поверхности нагрева:
типа «трубав трубе»; кожухотрубчатые;оросительные аппараты.
Теплообменныеаппараты поверхностного типа, кроме того классифицируются по назначению (подогреватели, холодильникии т.д.); по взаимному направлениютеплоносителей (прямоток, противоток, смешанный ток и т.д.); по материалу поверхности теплообмена; по числуходов и т.д.
Описаниеработы объекта.
При истечении жидкостейв теплообменнике температура их изменяется: горячая жидкость охлаждается, ахолодная нагревается. Характер изменения температуры жидкости, движущейся вдольповерхности нагрева, зависит от схемы ее движения. В теплообменных аппаратахприменяются в основном три схемы движения жидкостей:
·
·
·
Тн
tн
tк
Тк
А.
Тн
tк
tн
Тк Рис. 1. Схема движенияжидкостей в теплообменнике типа «труба в трубе» при прямотоке (А) и противотоке (Б).
Рис.2. Односекционный теплообменник «труба в трубе».
1 – штуцер на Dy= 100 мм и py= 40 кгс/см2;2 – штуцер на Dy= 150 мм и py= 25 кгс/см2;3 – опора; 4 – наружная труба; 5 – решетка для наружных труб; 6 – колпак; 7 –калач; 8 – внутренняя труба; 9 – распределительная коробка; 10 – штуцер на Dy=150 мм и py= 25 кгс/см2;11- решетка для внутренних труб; 12 – крышка.
Расчетнаячасть.
Gx, tx1
tx2
tг2
Gг, tг1
tx1— входнаятемпература холодной нефти, 0С;
Gx.— расходхолодной нефти, кг/с;Tx2 — выходная температура нагретой нефти,0С;
Gг— расходгорячей нефти, кг/с;
tг1,tг2— соответственно температура горячей нефти навходе и выходе, 0С.
№
Gx
tx1
Tx2
1
389
12,0
28,4
2
250
12,8
29,3
3
359
11,9
28,7
4
355
12,0
28,6
5
348
12,1
28,5
6
340
12,0
29
7
300
12,6
29
8
350
12,5
28,9
9
365
12,3
28,8
10
330
12,3
28,7
11
290
12,0
28,9
12
308
12,2
28,8
13
240
12,4
29,2
14
250
12,5
29
15
250
12,6
29,2
16
320
12,4
28,8
17
382
12,4
28,8
18
300
12,4
29
19
182
12,9
29,4
20
230
12,9
29,5
21
150
12,8
29,5
22
250
12,3
29
23
182
12,5
29,6
24
360
11,8
28,4
25
320
11,8
28,8
26
260
12,6
29,1
27
260
12,8
29,3
28
200
12,7
29,4
29
260
12,6
29
30
379
12,1
28,5
31
280
12,2
29,2
32
222
12,5
29,3
33
150
13,4
29,8