14 Справочные примеры

Колонна атмосферной перегонки нефти

Описание технологической схемы

Сырая нефть (относительная плотность 0.8816) после системы теплообмена поступает в предварительный испаритель в количестве 650 м3/ч. Условия в испарителе: 250 °С и 5.3 кг/см2. Пары бензина из испарителя направляются мимо печи нагрева жидкой части сырья на смешение с нагретым в этой печи до 400 °С нижним продуктом сепаратора. Объединенный поток затем поступает в колонну атмосферной перегонки. Колонна работает с полной конденсацией головного продукта, имеет три объединенных в одном корпусе боковых стриппинга и три циркуляционных орошения. Бензин отбирают с верха колонны, керосин выводят из первого бокового стриппинга, имеющего ребойлер, дизельную фракцию и атмосферный газойль получают соответственно во втором и третьем боковых стриппингах, в которые подается водяной пар.

Характеристики исходной нефти:
									Разгонка,			Температура
									объемные %			кипения
		Свойства			Плотность
												(С)
		образца
									0.0		-10.0
					881.6 kg/m3
									4.5		35.0
									9.0		75.0
									14.5		115.0
		Газовая часть			Объемные %
									20.0		155.0
		Methane		0.0065
									30.0		225.0
		Ethane		0.0225
									40.0		275.0
		Propane		0.3200
									50.0		325.0
		i-Butane		0.2400
									60.0		395.0
		n-Butane		0.8200
									70.0		475.0
		H2O		0.0000					76.0		520.0
									80.0		600.0
									85.0		625.0

Решение этой задачи можно разбить на два этапа:

1.Начальный - Создание списка компонентов и выбор термодинамического пакета. Список компонентов содержит индивидуальные компоненты (от С1 до С4 и воду) и псевдокомпоненты, представляющие жидкие углеводороды в нефтяной смеси (от С5 и выше). Процедура характеризации нефти преобразует лабораторные данные разгонки в псевдокомпоненты.

2.Моделирование схемы - в схему входит узел предварительного разделения, включающий сепаратор и печь. Подогретый поток поступает в атмосферную колонну.

Справочные примеры 15

Пакет свойств

Из списка компонентов выберите газовые компоненты (С1, С2, С3, iC4, nC4) и воду (H2O). Выберите уравнение состояния Пенга-Робинсона.

Характеризация нефтяной смеси

В линейке кнопок нажмите кнопку Нефяной пакет , чтобы попасть в процедуру характеризации нефтяных смесей. Процедура характеризации состоит из трех шагов:

1.Задание экспериментальных данных.

2.Создание нефтяной смеси - разбивка введенной разгонки образца на ряд псевдокомпонентов или смешение нескольких образцов с разными разгонками.

3.Инсталляция подготовленной смеси в схему.

Задание экспериментальных данных

На закладке Набор данных в окне Характеризация нефти нажмите кнопку Добавить. Таким образом создается новый набор данных. Укажите, что свойства образца будут использоваться в расчетах (в падающем меню выберите вариант Used), и в появившейся таблице задайте плотность нефти - 881.6 кг/м3.

В падающем меню поля Вид данных выберите TBP (ИТК). Нажмите кнопку Правка и задайте данные о разгонке.

Теперь укажите, что состав газовой части будет задаваться. Для этого в поле Газовая часть выберите Input Composition. В правой части окна нажмите селективную кнопку Газ.часть и задайте состав газовой части (убедитесь, что состав задается в об.% жидкости).

Нажмите кнопку Рассчитать, и ХАЙСИС рассчитает рабочие кривые, которые можно посмотреть на закладке Рабочие кривые:

16 Справочные примеры

Создание нефтяной смеси (разбиение на псевдокомпоненты)

Закройте окно Исходная смесь. Вы вернетесь в специализированное окно процедуры характеризации нефтяной смеси. Перейдите на закладку Смеси и нажмите кнопку Добавить. Будет создана новая смесь. На экране появится специализированное окно этой смеси.

Находясь на закладке Данные, отметьте курсором имеющийся набор данных и нажмите кнопку Добавить. ХАЙСИС перенесет отмеченный набор в соседнюю таблицу Расходы.

Рекомендуется, чтобы любой продуктовый поток содержал не менее 5 псевдокомпонентов с концентрацией более 1%. Поэтому порежем кривую кипения на 30 псевдокомпонентов. Из падающего списка Варианты нарезки выберите вариант Задать точки, а затем задайте число точек - 30.

ХАЙСИС рассчитает псевдокомпоненты, которые можно увидеть на закладке Таблицы. Из падающего списка Вид таблицы выберите Мольные составы, и Вы получите таблицу, показанную рядом.

Инсталляция подготовленной смеси

В специализированном окне процедуры характеризации перейдите на закладку Инсталляция и задайте имя потока Сырая нефть, которому будет присвоен состав рассчитанной смеси.

Теперь можно закрыть окно процедуры характеризации, вернуться в диспетчер базиса и с помощью соответствующей кнопки войти в расчетную среду.

Справочные примеры 17

Моделирование предварительного испарителя

Поток питания

Задайте поток питания, как показано в таблице. Температура потока 250°С, давление - 5.3 кг/час, расход - 650 м3/час. Поскольку состав потока уже был определен процедурой характеризации нефти, система автоматически рассчитает фазовое равновесие этого потока.

Имя	Сырая
Температура [С]	250.0000
Давление [kg/cm2]	5.3000
Станд.расход ид.жидк	650.0000

Узел предварительной отпарки

Установите сепаратор, печь и смеситель как показано ниже:

СЕПАРАТОР - Е-1

	Закладка, Страница	Поле	Значение
	Данные, Соединения	Питания	Сырая нефть
		Пар	Пар-Е1
		Жидкост	Жидкость-Е1
		ь
	Данные, Параметры	∆P	0 kg/cm2
	СМЕСИТЕЛЬ
	Закладка, Страница	Поле	Значение
	Данные, Соединения	Вход	Пар-Е1
			Нагр.сырье
		Выход	Питание кол.
	Данные, Параметры	Давлени	Выходному-
		я потоков	минимальное
			входное

НАГРЕВАТЕЛЬ - Печь

	Закладка, Страница	Поле	Значение
	Данные, Соединения	Вход	Жидкость-Е1
		Выход	Нагр.сырье
		Тепловой поток	Нагрузка печи
	Данные, Параметры	∆P	0.7 кг/см2
	Рабочая таблица,	Температура в	400 С
	Условия	потоке Нагр.сырье

Схема узла предварительной отпарки приведена ниже.

18 Справочные примеры

Инсталляция атмосферной колонны

Перед тем как моделировать атмосферную колонну, должны быть заданы потоки водяного пара и тепловой поток Доп.нагрузка, соответствующий вспомогательному "условному" теплообменнику, установленному на тарелке 28. В колонну в разных сечениях вводятся три потока водяного пара. Задайте потоки, как показано в таблице (доля H2O = 1.0).

Имя	Осн.пар	Пар-дизель	Пар-газойль
Доля пара	1.0000	1.0000	1.0000
Температура [C]	390.0000	300.0000	300.0000
Давление [kg/cm2]	10.5000	3.5000	3.5000
Мольн.расход	194.3	55.51	55.51
Масс.расход (kg/h)	3500.0000	1000.0000	1000.0000
Об.расх.жидк. [m3/h]	3.507	1.002	1.002
Теплосодерж.	-1.061e+07	-3.072e+06	-3.072e+06

Тепловой (энергетический) поток можно задать, выбрав соответствующую кнопку из кассы объектов, или задав новый поток на закладке энергетических потоков Рабочей тетради. Тепловому потоку Доп.нагрузка параметры не задаются, они будут позднее рассчитаны программой.

Колонна

Основная колонна Атм.колонна содержит 29 теоретических тарелок, не считая конденсатора. Давление в конденсаторе - 1.4 кг/см2, давление в низу колонны - 2.3 кг/см2. Сопротивление конденсатора - 0.6 кг/см2. В качестве оценок температур в конденсаторе, на верхней и нижней тарелках задайте 40, 125 и 350 С соответственно. Сконденсировавшаяся вода отводится боковым потоком из трехфазного конденсатора.

В системе ХАЙСИС имеется "шаблон" колонны атмосферной перегонки с тремя стриппингами, с помощью которого такая колонна задается и рассчитывается как единый оператор. Здесь мы пойдем более сложным путем, мы будем "строить" колонну из отдельных элементов, что позволит проиллюстрировать задание боковых стриппингов, циркуляционных орошений, преобразование двухфазного конденсатора в трехфазный и т.д. Полученную таким образом колонну можно сохранить в качестве собственного шаблона для последующего использования.

Вызовите шаблон колонны "Абсорбер с конденсатором". Введите информацию, приведенную в таблице, на страницы инспектора ввода. Напоминим, что Эксперт ввода колонны может быть отключен. Тогда конфигурирование колонны осуществляется непосредственно из ее специализированного окна.

Абсорбер с конденсатором - Атм.колонна

	Страница		Поле		Значение
	Соединения		Число тарелок		29
			Питания (тарелка)		Питание кол. (тар. 28)
					Доп. нагрузка(тар. 28)
			Пар сверху		Осн.пар(тар. 29)
					Газ (Конденсатор)
			Жидкость сверху		Бензин (Конденсатор)
			Доп. боковой отбор (Тип - W		Вода (Конденсатор)
			(вода))		Мазут (тарелка 29)
			Кубовый продукт		Нагр.конд (Конденсатор)
			Эн.поток конденсатора
	Профиль давления		В конденсаторе		1.4 кг/см2
			∆P конденсатора		0.6 кг/см2
			На 29 тарелке		2.3 кг/см2
	Оценки		В конденсаторе		40 С
	температур		На верхней тарелке		125 С
			На нижней тарелке		350 С

Боковые стриппинги

Перейдите на закладку Дополнительное оборудование специализированного окна колонны. Здесь можно установить, просмотреть, отредактировать или удалить дополнительное оборудование, тип которого соответствует выбранной странице. Первым установим керосиновый стриппинг. Находясь на странице Боковые отпарные секции, и нажмите кнопку Добавить.

Справочные примеры 19

Задайте имя стриппинга. Обратите внимание, что имя бокового стриппинга (или другого дополнительного оборудования) будет использоваться системой в именах внутренних потоков. И если Вы переименуете какое-либо оборудование после его установки, имена внутренних потоков изменены не будут. Как только Вы закончите вводить исходные данные, нажмите кнопку Установить. В соответствии с введенными данными будут созданы спецификации (для стриппинга с ребойлером - это отбор продукта и величина отпарки). Вы можете использовать эти спецификации или заменить их другими, более подходящими для Вашей задачи.

Параметры стриппингов приведены ниже. В групповой рамке Вид отпарки для керосинового стриппинга КС выберите кнопку Ребойлер, а для дизельного и газойлевого (ДС и ГС) - Водяной пар.

СТРИППИНГ - КС			СТРИППИНГ - ДС			СТРИППИНГ - ГС
Тарелка отбора	9		Тарелка отбора	17		Тарелка отбора	22
Тарелка возврата	8		Тарелка возврата	16		Тарелка возврата	21
# тарелок	3		# тарелок	3		# тарелок	3
Вид отпарки	Ребойлер		Вид отпарки	Водяной пар		Вид отпарки	Водяной пар
Имя продукта	Керосин		Имя продукта	Диз.топливо		Имя продукта	Атм.газойль
Расход	65 м3/час		Расход	130 м3/час		Расход	35 м3/час
			Водяной пар	Пар-дизель		Водяной пар	Пар-газойль

Циркуляционные орошения

Для установки циркуляционных орошений перейдите на страницу Цирк.орошения, а затем нажмите кнопку Добавить. Задайте имя циркуляционного орошения ЦО-1, тарелки отбора и возврата и нажмите кнопку Установить. Окно будет выглядеть так, как показано на рисунке. Каждое циркуляционное орошение с холодильником влечет появление двух спецификаций. По умолчанию это мольный расход орошения и изменение температуры жидкости. Если Вы хотите использовать эти спецификации, задайте значения спецификаций в этом окне.

В нашем случае спецификациями являются расход орошения 350 м3/час и нагрузка –3.5е6 ккал/час. Чтобы задать эти спецификации, перейдите на страницу Монитор закладки Данные. Найдите две новые спецификации, относящиеся к ЦО-1. В первой спецификации измените тип единиц измерения на Объемные и задайте значение расхода циркуляционного орошения равным 350 м3/час. Тип второй спецификации измените на Нагрузка. Задайте значение нагрузки -3.5е6 ккал/час.

Аналогичным образом задайте еще два орошения со следующими параметрами:

20 Справочные примеры

ОРОШЕНИЕ - ЦО-2

Тарелка отбора	17
Тарелка возврата	16
Расход орошения	200 м3/час
Нагрузка	-2.5е+06 ккал/час

ОРОШЕНИЕ - ЦО-3

Тарелка отбора	22
Тарелка возврата	21
Расход орошения	200 м3/час
Нагрузка	-2.5е+06 ккал/час

Список спецификаций, относящихся к циркуляционным орошениям, будет выглядеть следующим образом:

Завершение моделирования колонны

Чтобы завершить моделирование колонны, следует проанализировать список спецификаций и выбрать/назначить активными те, которые действительно важны для Вашего расчета. Перейдите на страницу Монитор закладки Данные специализированного окна колонны. Необходимо выполнить следующее:

1.Удалите или сделайте неактивной спецификацию КС Паровое число. Вместо нее задайте новую спецификацию – Нагрузка керосинового стриппинга 0.5е6 ккал/час.

2.Для спецификации Флегмовое число задайте значение равным 1.0. Для этого выберите спецификацию и нажмите кнопку Просмотр. Сделайте спецификацию неактивной.

3.Для спецификации Расход дистилята, измените тип единиц на Объемные и задайте значение 150 м3/час. Спецификация должна быть активной.

4.Для спецификации Отбор пара сверху задайте значение 0 кмоль/час. Спецификация должна быть активной.

5.Добавьте новую спецификацию. Для этого нажмите кнопку Добавить и в предложенном списке выберите Расход жидкости. Задайте, что расход жидкости с 27 тарелки на тарелку питания (оверфлеш) составляет 23 м3/час.

Окончательный список спецификаций приведен ниже:

Закончив задание спецификаций, нажмите кнопку Пуск(Run). Когда расчет завершится, результаты можно просмотреть на страницах закладки Результаты.