CC BY
28
УДК 621.522.3
Р. И. Фахрутдинов, Э. В. Осипов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ СЖАТИЯ ПО СТУПЕНЯМ ПАРОЭЖЕКТОРНОГО НАСОСА
Ключевые слова: вакуумсоздающие системы, пароэжекторный вакуумный насос.
В статье описывается эксперимент по определению оптимального распределения степеней сжатия по ступеням пароэжекторной вакуумсоздающей системы (ВСС на базе ПЭН) вакуумной колонны установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-5. По результатам эксперимента была определена степень сжатия, при которой наблюдался минимальный расход рабочего пара.
Keywords: vacuum creating systems, steam jet vacuum pump.
The article describes an experiment to determine the optimal allocation of compression ratios on the steps of vacuum steam jet system vacuum tower of crude vacuum distillation unit. As a result of the experiment it was determined by the degree of compression at which a minimum flow rate of the working couple.
Введение
Вакуумных колоннах заданная глубина вакуума создаётся и поддерживается с помощью систем создания вакуума (ВСС), которые состоят их системы конденсации, вакуумного насоса, барометрической трубы, газосепаратора и сборника конденсата [1].
В качестве ВСС для технологических объектов наибольшее распространение получили
пароэжекторные вакуумные насосы, в которых в качестве рабочего агента используется высокопотенциальный водяной пар. Расход водяного пара зависит как от параметров водяного пара и оборотной воды, так и от компоновки отдельных компонентов ВСС, то есть распределения степеней сжатия. Поэтому определение оптимального распределения степеней сжатия по ступеням насоса является актуальной задачей, решение которых позволит снизить потребление энергоресурсов.
В качестве объекта исследования пароэжекторный вакуумный насос (ПЭН), предназначенный для создания и поддержания вакуума в вверху ректификационной колонны разделения мазута [2-8].
Основными элементами ВСС на базе ПЭНа являются паровые эжектора и промежуточные конденсаторы, которые соединены между собой коммуникационными трубопроводами.
Исследование сложной химико-технологической системы, к которой можно отнести схему вакуумной ректификации мазута, возможно только с использованием методов математического моделирования, так как отдельные элементы системы обладают индивидуальными
характеристиками, которые устанавливаются в рамках интегративной характеристики [9].
Описание расчетной схемы
Основными элементами ректификационной установки, работающей под вакуумом (рис. 1), является собственно ректификационная колонна, конденсационный блок и вакуумсоздающая система. Связь между указанными элементами
осуществляется по транспортным трубопроводам, характеристики которых заметно влияют на протекание технологического процесса. Таким образом, вакуумную ректификационную установку можно рассматривать как сложную химико-технологическую систему (СХТС) [8]. Для моделирования и оптимизации технологического оформления схемы вакуумной ректификации мазута нами использовался программный комплекс CHEMCAD версии 6.3.
В соответствии с технологической схемой ПЭНа [7], в программном комплексе CHEMCAD была синтезирована расчетная схема установки вакуумной ректификации мазута (рис. 1).
Рис. 1 - Модель блока вакуумной переработки мазута: 1 - вакуумная колонна; 2, 13 -смесители; 3 - трубчатая печь; 4, 6, 8 - паровые эжектора; 5, 7, 12 - вакуумные конденсаторы; 9,10 - разделители; 11 - сепаратор
Описание расчетной схемы, принцип ввода исходных данных и критерии оценки адекватности описываются в [8].
Результаты эксперимента
В качестве сырья используется мазут. Состав мазута принято характеризовать потенциальным содержанием фракций выкипающих в определенном температурном интервале, полученных разгонкой по истинным температурам кипения (ИТК) в специальной стандартной аппаратуре.
Расчёт паровых эжекторов производился в соответствии с теорией газовой динамики [6]. Общепринято работу эжектора рассматривать по
одномерной теории движения газа, в которой используются несколько безразмерных параметров: коэффициент эжекции п; степень расширения Е; степень сжатия е [10].
Задачей эксперимента являлось определение оптимальных рабочих параметров
функционирования ВСС, при которых достигались наименьшие затраты энергоресурсов (рабочего агента). В результате расчета основной колонны был определен состав откачиваемой смеси. Пары с верха колонны состоят на 84% из водяных паров и конденсируемых углеводородов, поэтому условия конденсации в промежуточных конденсаторах в конечном итоге будут определять количество потребляемых энергоресурсов. Эти условия определяют температура и давление в промежуточных конденсаторах, которые являются функцией, зависящей от степени сжатия в паровых эжекторах. В соответствии с данными [2-7] температура охлаждающей воды была принята равной 36°С. В зимнее время года можно значительно уменьшить температуру воды, а следовательно уменьшить потребление греющего пара.
В результате эксперимента были получены данные по расходу рабочего пара, представленные в таблице 1. Как видно из таблицы, наименьшее потребление рабочего пара наблюдается при давлении нагнетания второй ступени насоса 200 мм Н^. Графическая зависимость количества затрачиваемого водяного пара от достигаемого давления после эжектора представлена на рис. 2.
Таблица 1 - Расход рабочего пара в зависимости от степени сжатия
Давление на выходе I ступени Давление на выходе II супени
120 136 152 168 184 200
60 7908,42 7445,47 7172,94 7028,24 6974,81 6989,88
64 8114,95 7318,82 6991,64 6790,48 6678,96 6634,44
68 8046,00 7317,38 6955,24 6717,93 6569,16 6486,4
72 8082,23 7383,12 6996,32 6733,47 6558,38 6448,6
76 8176,71 7492,18 7087,13 6805,35 6610,76 6480,92
80 8307,11 7629,83 7210,56 6914,03 6704,20 6558,7
85 8667,14 7974,98 7499,31 7161,63 6919,03 6745,69
А:*. Расход паза на насос
£ ЗИЛ г Щ 750С| -*-- • Ь--
| 700С]
коп 1 1С
80 95 70 75 80 65
Рис. 2 - Количество затрачиваемого водяного пара от давления нагнетания
В таблице 1 и рис. 2 представлен расход пара в зависимости от давления нагнетания в I и II ступенях насоса. Наименьшее потребление пара достигается при давлении нагнетания I ступени равной 72 мм Н§, а, следовательно, это распределение давлений по ступеням является оптимальным.
Распределение степеней сжатия отображены в таблице 2 и на рисунке 3.
Таблица 2 - Распределение степеней сжатия по ступеням ПЭНа
I II
1,50 2,00 2,27 2,53 2,80 3,07 3,33
1,60 1,88 2,13 2,38 2,63 2,88 3,13
1,70 1,76 2,00 2,24 2,47 2,71 2,94
1,80 1,67 1,89 2,11 2,33 2,56 2,78
1,90 1,58 1,79 2,00 2,21 2,42 2,63
2,00 1,50 1,70 1,90 2,10 2,30 2,50
2,13 1,41 1,60 1,79 1,98 2,16 2,35
III 6,77 5,97 5,34 4,83 4,41 4,06
3.53
Ступень
Рис. 3 - Распределение степеней сжатия по ступеням насоса при 200 мм Н^
Данная работа была решена методом математического моделирования с использованием УМП СНЕМСЛБ 6.3. [11] Как видно из графика на рисунке 2 с увеличением степени сжатия, увеличивается потребление рабочего пара. В ходе эксперимента были определены оптимальные степени сжатия, при которых наблюдаются наименьшее потребление рабочего пара: I ступень -1,8; II ступень - 2,78; III ступень - 4,06. При давлении нагнетания I ступени 72 мм Н§ наблюдается наименьший расход пара, при дальнейшем увеличении давления нагнетания количество несконденсированной смеси не снижается, а расход рабочего агента увеличивается, поэтому дальнейшее увеличение степени сжатия нецелесообразно.
Литература
1. Осипов Э.В. Системное моделирование установок вакуумной ректификации/ Э.В. Осипов, Э.Ш. Теляков, С.И. Поникаров //Бутлеровские сообщения. 2011. Т. 28. №20., С. 81-88.
2. Осипов Э.В. Модернизация вакуумсоздающих систем установок ректификации мазута. / Э.В. Осипов, Э.Ш.
Теляков, С.И. Поникаров // Бутлеровские сообщения. 2011. Т.28. №20. С.109-115.
3. Осипов Э.В. Технологическое обследование вакуумной ректификационной колонны разделения мазута К-3 ТПП «Когалымнефтегаз» (ОАО «Лукойл-Западная Сибирь») / Э.В. Осипов, Э.Ш. Теляков, Х.С. Шоипов // Вестник Казанского технологического университета. №21; 2013. - С. 283-286.
4. Осипов Э.В.. Реконструкция системы создания вакуума ректификационной колонны К-3 ТПП «Когалымнефтегаз» (ОАО Лукойл - Западная Сибирь) / Э.В. Осипов, Э.Ш. Теляков, Х.С. Шоипов // Бутлеровские сообщения. 2013. Т.36. №11. С.50-57.
5. Пароэжекторные вакуум-насосы. Гипронефтемаш. М. 1965. 129с.
6. Е.Я. Соколов. Струйные аппараты. / Е.Я. Соколов, Зингер Н.М. - 3-е изд., перераб. - М.Энергоатомиздат, 1989. -352 с.
7. Осипов Э. В. Особенности теплового и гидравлического расчёта пароэжекторной вакуумсоздающей системы (всс) на примере всс
установки гидрокрекинга / Э.В. Осипов, Э. Ш. Теляков, К. С. Садыков и [др]. // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18, №3 - C. 157-160.
8. Осипов Э.В. Проектирование установок АТ и АВТ с использованием универсальных моделирующих программ (УМП) / Э.В Осипов., Э.Ш. Теляков, О.В. Капитонова и [др.] // Вестник Казанского технологического университета. №16; 2014. - С. 100105.
9. Ефремов Р.А. Оптимизация технологического оформления схемы вакуумной ректификации мазута / Р.А. Ефремов, Э.В. Осипов, Э.Ш. Теляков // Материалы международной конференции Математические методы в технике и технологиях ММТТ-27 - Тамбов - 2014;
10. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., «Наука», 1969. 824 - с.
11. CHEMCAD 6 Help and Reference - Chemstations Inc., 2010.
©Р. И. Фахрутдинов - магистрант каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; Э. В. Осипов - к.т.н., доцент той же кафедры, [email protected].
© R. I. Fachrutdinov - M.Sc. student of the department "Mechanical Engineering For Chemical Industry" of KKNRTU, [email protected]; E. V. Osipov - Ph. D., docent "Mechanical Engineering For Chemical Industry" of KNRTU, [email protected].
