Повышение эффективности установки первичной переработки нефти путем совершенствования структуры оборудования (стр. 1 )

Для заказа доставки работы

воспользуйтесь поиском на сайте http://www. /search. html

Министерство образования и науки Украины

Одесский национальный политехнический университет

На правах рукописи

КРЫВДА Виктория Игоревна

УДК 665.63.03-93(043.3/.5)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВКИ

ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ ПУТЕМ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.14.14 — Тепловые и ядерные энергоустановки

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

,

доктор технических наук,

профессор

Одесса–2013

2

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень уловных сокращений ………………………………………….. 5

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………….….. 6

РАЗДЕЛ 1 Анализ состояния энергосбережения на установках

первичной переработки нефти …………………………………………..

12

1.1. Анализ схем тепловых энергоустановок …………………………… 12

1.1.1. Виды тепловых энергоустановки ………………………………. 15

1.1.2. Принцип действия и описание тепловой энергоустановки

первичной переработки нефти.………………………………………......

25

1.1.3. Регенерация теплоты в тепловых энергоустановках первичной

переработки нефти ......................................................................................

31

1.1.4. Недостатки современных тепловых энергоустановок первичной

переработки нефти ………………………………………..………………

31

1.2. Методы анализа тепловых энерготехнологических установок..… 32

1.2.1. Методы пинч-анализа..…………………………………….……….. 32

1.2.2. Эксергетические методы анализа ……………................................. 36

1.2.3. Методы энергии-нетто и эксергии-нетто …………………….…. 44

1.2.4. Технико-экономические методы …………………………………... 46

1.2.5. Термоэкономический метод анализа ….…………………………... 51

1.2.6. Недостатки рассмотренных методов и пути их решения ………... 53

1.3. Постановка задачи диссертационного исследования ……………… 54

1.4. Выводы ………………………………………………………………... 61

РАЗДЕЛ 2 Имитационная модель теплофизических свойств продуктов

нефтепереработки.…………………………………………………………

62

3

2.1. Общие положения и методы определения теплофизических

характеристик.……………….……………………………………………

63

2.2. Жидкостная фаза.…………………………………………………… 64

2.2.1 Теплоемкость.……………………………………………………….. 64

2.2.2. Энтальпия …………………………………………………………… 71

2.2.3. Плотность ………………………………………………….………... 76

2.3. Газообразная фаза ………………………………...…………………... 80

2.3.1. Теплоемкость яQU5я_………………………………………..……………… 80

2.3.2. Энтальпия ………………………………………………..………….. 83

2.3.3. Плотность ………………………………………………...…………. 85

2.4. Вспомогательные параметры, определяющие теплофизические

свойства продуктов нефтепереработки.………………………………..

87

2.5. Проверка адекватности свойств табличных и реальных значений

продуктов нефтепереработки.…………………………………………..

88

2.5.1. Общие подходы к проверке адекватности ………..……………… 88

2.5.2.Принятая методика оценки адекватности и проверка.…………… 88

2.6. Выводы …………………….………………………………………...... 92

РАЗДЕЛ 3 Проведение анализа эффективности установки первичной

переработки нефти методом пинч-анализа. ……………………………..

94

3.1. Пинч-анализ действующего прототипа тепловой энергоустановки

первичной переработки нефти ………………………………………..…..

94

3.2. Учет эксергии во время проведения пинч-анализа на тепловой

энергоустановке первичной переработки нефти ……………….……....

113

3.3. Проведение параметрической чувствительности исходных данных

к результатам исследования ………………………………………………

115

3.4 Формулирование и решение оптимизационной задачи для

тепловой схемы установки первичной переработки нефти ……………

118

3.5 Выводы ……………………...…………………………………………. 124

4

РАЗДЕЛ 4 Разработка и усовершенствование структуры установки

первичной переработки нефти …………………………………………

125

4.1. Пути усовершенствования структуры тепловой энергоустановки

первичной переработки нефти ……………………………….…………..

125

4.2. Внедрение компрессоров в тепловую энергоустановку первичной

переработки нефти ……………………………………………….……….

127

4.3. Анализ и сравнение полученных результатов.…………………… 136

4.4. Выводы …………………………………..……………………………. 136

ВЫВОДЫ ………………………..…………................................................ 138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………... 141

ПРИЛОЖЕНИ о внедрении …………………….……… 153

5

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АВТ Атмосферно-вакуумная трубчатка

АСУТП Автоматизированная система управления

технологическим процессом

БФ Бензиновая фракция

ВГ Вакуумный газойль

ВХ Воздушный холодильник

ВЦО Верхнее циркуляционное орошение

ДТ Дизельное топливо

ДФ Дизельная фракция

КПД Коэффициент полезного действия

КФ Керосиновая фракция

НПЗ Нефтеперерабатывающий завод

НЦО Нижнее циркуляционное орошение

ОЗХ Общезаводское хранилище

ПППН Продукты первичной переработки нефти

ПЭ Первичные энергоресурсы

ТА Теплообменный аппарат

ТО Теплообменное оборудование

УГ Углеводородный газ

УДФ Утяжеленная дизельная фракция

УППН Установка первичной переработки нефти

ЭЛОУ Электрообессоливающая установка

6

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Мировые тренды подорожания первичных

энергоресурсов (ПЭ) и тенденции по минимизации температурного напора

в теплообменных аппаратах (ТА), а также увеличение поверхностей

теплообмена вызывают интерес к задаче усовершенствования и создания

энергосберегающей структуры установки первичной переработки нефти

(УППН). С годами разведанные запасы первичных ресурсов

исчерпываются, нефть и природный газ с каждым годом дорожают.

Поэтому экономия и рациональное использование ПЭ являются

достаточно актуальной и важной задачами современной экономики и

промышленного производства, и в первую очередь

нефтеперерабатывающей отрасли.

От современных УППН требуется эффективность и экономичность

на протяжении всего цикла работы. Современный уровень развития

методов анализа и оптимизации позволяют решить задание, связанное с

построением новых энерготехнологических структур теплообменного

оборудования (ТО), воздушных холодильников (ВХ), печей и

технологических трубопроводов, отличающееся своей эффективностью и

стоимостью в УППН. Целью построения новой структуры является

получение оптимального соотношения в системе при максимальной

эффективности работы используемой УППН, и минимуме стоимости

потраченных ПЭ и утилизации сбросного тепла.

На сегодня существующие схемы УППН, спроектированные более

40-50 лет назад при разных соотношениях затрат на ПЭ и ТО, работают

недостаточно эффективно.

Необходимость повышения эффективности работы УППН за счет

усовершенствования её структуры и определяет актуальность данной

работы.

7

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа

выполнена в соответствии с планами, утвержденными Министерством

образования Украины и является составной частью госбюджетных НИР

№ДР 0109U008450 по теме «Исследование динамических характеристик

системы управления КЭУ в условиях влияния внешних и внутренних

факторов», НИР № ДР 011U006723 по теме «Разработка комплексных

систем теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии», НИР

№ ДР 0113U001457 по теме «Разработка энергосберегающих технологий

использования возобновляемых источников энергии». В этих работах

аспирант принимала участие как исполнитель.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение

эффективности процесса первичной переработки нефти путем уменьшения

температурного напору между горячими и холодными технологическими

потоками за счет оптимизации поверхностей теплообмена между ними и

изменения структуры энергетического оборудования установки.

Достижение цели осуществляется решением сформулированной

последовательности таких исследовательских задач:

— анализ существующих расчетных методов усовершенствования

структуры энерготехнологических установок;

— разработка имитационной модели теплофизических свойств сырья

и продуктов первичной переработки нефти (ПППН);

— проведение анализа установки первичной переработки нефти

методом пинч-анализа и определение оптимальной структуры;

— исследование различных структур установки первичной

переработки нефти;

— проведение анализа установки первичной переработки нефти

модифицированным методом пинч-анализа и определение оптимальной

структуры;

8

— разработка энергосберегающей структуры установки первичной

переработки нефти;

— внедрение полученных результатов в промышленное

производство.

Объект исследования — тепловые энергоустановки для первичной

переработки нефти.

Предмет исследования — энерготехнологическая структура

установки первичной переработки нефти.

Методы исследования. Математический анализ позволил

определить свойства исследуемых продуктов нефтепереработки; метод

пинч-анализа позволил построить оптимальную схему технологических

потоков УППН; метод энергии-нетто позволили учесть затраты энергии на

строительство и сооружение УППН; имитационное моделирование

подтвердило полученные теоретические результаты; дисперсионный

анализ позволил выполнить проверку адекватности свойств табличных и