Оптимизация конструкции адсорбера с внутренней огнеупорной изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту
|
Введение 17
Глава 1 - Литературный обзор 19
1.1 Общее описание проблемы 19
1.2 Конструкция адсорбера 19
1.2.1 Технические сведения о конструкции адсорберов 19
1.2.2 Материалы адсорбера 21
1.2.2 Типы изоляционных покрытий адсорберов 25
1.3 Методика расчета адсорбера 26
1.3.1 Метод расчета динамической вязкости природного газа 26
1.3.2 Теплоотдача при вынужденном движении текучей среды 29
1. 3.3 Тепловой поток через цилиндрическую стенку и расчет температуры
многослойной стенки 32
1. 3.4 Расчет толщины стенки адсорберов 34
1.4 Варианты использования адсорберов на примере проектов ПАО «Газпром» 38
1.4.1 Общие сведения о подготовке газа к транспорту 38
1.4.2 Требования к качеству подготовки природного газа на УПГТ 41
1.4.3 Общая схема установки подготовки газа к транспорту 41
1.4.4 Общие принципы расчета процесса адсорбции 43
1.4.5 Процесс компании basf Catalyst Germany 43
1.4.6 Процесс компании «Advantica Technologies Ltd» 44
1.5 Выводы по Главе 1 и возможные пути оптимизации конструкции адсорбера 45
Глава 2 Объект и методы исследования 47
2.1 Исходные данные для проведения расчетов 47
2.2 Алгоритм проведения расчетов 48
2.3 Методы исследования 49
Глава 3 Расчетно-аналитическая часть 50
3.1 Обработка экспериментальных данных 50
3.2 Газодинамический расчет 51
3.3 Тепловой расчет адсорбера 51
3.3.1 Расчет коэффициента теплоотдачи "газ-стенка” 51
3.3.2 Вычисление зависимости температуры металла стенки от толщины изоляции .52
3.4 Прочностной расчет 54
3.4.1 Анализ и подбор аппроксимирующих функций для физических характеристик
сталей адсорберов 55
3.4.2 Зависимость толщины стенки адсорбера от толщины изоляции и типа стали ...59
3.4.3 Зависимость толщины стенки адсорбера от давления с учетом температуры и
типа стали 60
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 62
4.1 Теоретическая справка 62
4.2 Исходные данные для экономического расчета 63
4.3 Алгоритм экономического расчета 64
4.4 Расчет адсорбера с Dвн=4.4 м и P=9,7 МПа 66
4.5 Расчет адсорбера с Dвн=3.6 м и P=9,7 МПа 66
4.6 Выводы по Главе 4 и Обсуждение некоторых результатов 67
Глава 5 Результаты и их обсуждение 69
5.1 Зависимость изменения температуры вдоль толщины стенки обечайки 69
5.2 Зависимость изменения температуры внутренней стальной стеки адсорбера от
толщины внутренней изоляции 69
5.3 Зависимость толщины стенки адсорбера от давления с учетом температуры и типа
стали 70
5.4 Зависимость толщины металлической стенки от типа стали и толщины изоляции ..78
5.5 Зависимости массы адсорбера от типа стали и толщины изоляции 80
5.6 Зависимость рассчитанной стоимости адсорбера от типа стали и толщины
изоляции 81
Глава 6 Социальная ответственность 83
6.1 Производственная безопасность 85
6.1.1 Анализ вредных факторов при эксплуатации УПГТ 85
6.1.2 Анализ опасных производственных факторов при эксплуатации УПГТ 88
6.1.3 Обоснование мероприятий по защите персонала УПГТ от действия опасных и
вредных факторов 91
6.2 Региональная безопасность 96
6.2.1 Анализ воздействия УПГТ на атмосферу и защитные меры 96
6.2.2 Анализ воздействия УПГТ на гидросферу и защитные меры 97
6.2.3 Анализ воздействия УПГТ на литосферу и защитные меры 99
6.2.4 Анализ воздействия УПГТ на селитебную зону и защитные меры 100
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 100
6.4 Организационные мероприятия обеспечения безопасности на упгт 103
6.4.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 103
6.4.1 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 104
Заключение 106
Список публикаций 109
Список использованных источников 112
Приложение А - Схема адсорбера 115
Приложение Б - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали 09Г2С 116
Приложение В - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали 15Х5М 117
Приложение Г - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали SA-533M .... 118 Приложение Д - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали AISI 304SS 119
Приложение Е - Расчет динамической вязкости в iPython 3.6 120
Приложение Ж - Газодинамический и теплотехнический расчет 122
Приложение З - Прочностной расчет адсорбера с Dвн=4.4 м и P=9.7 МПа 126
Приложение К - Прочностной расчет адсорбера с Dвн=3.6 м и P=9.7 МПа 129
Приложение Л - Экономический расчет адсорберов 132
Приложение М - Раздел ВКР, выполненный на иностранном языке 136
5.1 T emperature analysis of tank wall 137
5.2 ‘Temperature vs insulation thickness’ analysis 137
5.3 Thickness of steel wall as a function of pressure, temperature and types of steel .... 138
5.4 Dependencies of wall thickness on steel types and insulation thickness 146
5.5 Dependency of tank mass on steel type and insulation thickness 148
5.6 Estimated cost vs insulation thickness, mass and steel type 149
Глава 1 - Литературный обзор 19
1.1 Общее описание проблемы 19
1.2 Конструкция адсорбера 19
1.2.1 Технические сведения о конструкции адсорберов 19
1.2.2 Материалы адсорбера 21
1.2.2 Типы изоляционных покрытий адсорберов 25
1.3 Методика расчета адсорбера 26
1.3.1 Метод расчета динамической вязкости природного газа 26
1.3.2 Теплоотдача при вынужденном движении текучей среды 29
1. 3.3 Тепловой поток через цилиндрическую стенку и расчет температуры
многослойной стенки 32
1. 3.4 Расчет толщины стенки адсорберов 34
1.4 Варианты использования адсорберов на примере проектов ПАО «Газпром» 38
1.4.1 Общие сведения о подготовке газа к транспорту 38
1.4.2 Требования к качеству подготовки природного газа на УПГТ 41
1.4.3 Общая схема установки подготовки газа к транспорту 41
1.4.4 Общие принципы расчета процесса адсорбции 43
1.4.5 Процесс компании basf Catalyst Germany 43
1.4.6 Процесс компании «Advantica Technologies Ltd» 44
1.5 Выводы по Главе 1 и возможные пути оптимизации конструкции адсорбера 45
Глава 2 Объект и методы исследования 47
2.1 Исходные данные для проведения расчетов 47
2.2 Алгоритм проведения расчетов 48
2.3 Методы исследования 49
Глава 3 Расчетно-аналитическая часть 50
3.1 Обработка экспериментальных данных 50
3.2 Газодинамический расчет 51
3.3 Тепловой расчет адсорбера 51
3.3.1 Расчет коэффициента теплоотдачи "газ-стенка” 51
3.3.2 Вычисление зависимости температуры металла стенки от толщины изоляции .52
3.4 Прочностной расчет 54
3.4.1 Анализ и подбор аппроксимирующих функций для физических характеристик
сталей адсорберов 55
3.4.2 Зависимость толщины стенки адсорбера от толщины изоляции и типа стали ...59
3.4.3 Зависимость толщины стенки адсорбера от давления с учетом температуры и
типа стали 60
Глава 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 62
4.1 Теоретическая справка 62
4.2 Исходные данные для экономического расчета 63
4.3 Алгоритм экономического расчета 64
4.4 Расчет адсорбера с Dвн=4.4 м и P=9,7 МПа 66
4.5 Расчет адсорбера с Dвн=3.6 м и P=9,7 МПа 66
4.6 Выводы по Главе 4 и Обсуждение некоторых результатов 67
Глава 5 Результаты и их обсуждение 69
5.1 Зависимость изменения температуры вдоль толщины стенки обечайки 69
5.2 Зависимость изменения температуры внутренней стальной стеки адсорбера от
толщины внутренней изоляции 69
5.3 Зависимость толщины стенки адсорбера от давления с учетом температуры и типа
стали 70
5.4 Зависимость толщины металлической стенки от типа стали и толщины изоляции ..78
5.5 Зависимости массы адсорбера от типа стали и толщины изоляции 80
5.6 Зависимость рассчитанной стоимости адсорбера от типа стали и толщины
изоляции 81
Глава 6 Социальная ответственность 83
6.1 Производственная безопасность 85
6.1.1 Анализ вредных факторов при эксплуатации УПГТ 85
6.1.2 Анализ опасных производственных факторов при эксплуатации УПГТ 88
6.1.3 Обоснование мероприятий по защите персонала УПГТ от действия опасных и
вредных факторов 91
6.2 Региональная безопасность 96
6.2.1 Анализ воздействия УПГТ на атмосферу и защитные меры 96
6.2.2 Анализ воздействия УПГТ на гидросферу и защитные меры 97
6.2.3 Анализ воздействия УПГТ на литосферу и защитные меры 99
6.2.4 Анализ воздействия УПГТ на селитебную зону и защитные меры 100
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 100
6.4 Организационные мероприятия обеспечения безопасности на упгт 103
6.4.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 103
6.4.1 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 104
Заключение 106
Список публикаций 109
Список использованных источников 112
Приложение А - Схема адсорбера 115
Приложение Б - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали 09Г2С 116
Приложение В - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали 15Х5М 117
Приложение Г - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали SA-533M .... 118 Приложение Д - Функция для расчета допускаемых напряжений для стали AISI 304SS 119
Приложение Е - Расчет динамической вязкости в iPython 3.6 120
Приложение Ж - Газодинамический и теплотехнический расчет 122
Приложение З - Прочностной расчет адсорбера с Dвн=4.4 м и P=9.7 МПа 126
Приложение К - Прочностной расчет адсорбера с Dвн=3.6 м и P=9.7 МПа 129
Приложение Л - Экономический расчет адсорберов 132
Приложение М - Раздел ВКР, выполненный на иностранном языке 136
5.1 T emperature analysis of tank wall 137
5.2 ‘Temperature vs insulation thickness’ analysis 137
5.3 Thickness of steel wall as a function of pressure, temperature and types of steel .... 138
5.4 Dependencies of wall thickness on steel types and insulation thickness 146
5.5 Dependency of tank mass on steel type and insulation thickness 148
5.6 Estimated cost vs insulation thickness, mass and steel type 149
Выпускная квалификационная работа 150 с., 32 рис., 24 табл., 42 источника.
Ключевые слова: адсорбер, конструкция адсорбера, установка подготовки газа к транспорту, осушка газа, природный газ.
Объектом исследования в настоящей работе являются адсорберы установок подготовки газа к транспорту.
Предмет исследования - пути оптимизации конструкции адсорберов. Для проведения расчетов используются следующие исходные данные.
Цель работы - разработка рекомендации по конструкции адсорбера с внутренней изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту.
В процессе исследования проводились гидравлические расчеты, теплотехнический расчет зависимости температуры стенки от толщины изоляции, прочностные расчеты с целью построения зависимостей толщины стенки обечайки, днища и крышки адсорбера в зависимости от температуры, толщины изоляции и конструкционного материала. Рассмотрены возможные способы оптимизации конструкции адсорбера на ранних стадиях проектирования. Показано, каким образом можно оптимизировать конструкцию адсорбера с точки зрения итоговой массы и стоимости изготовления адсорбера. Приведены опасные и вредные производственные факторы, которые могут возникнуть при эксплуатации адсорберов в установках подготовки газа к транспорту, а также перечислены мероприятия по охране труда и промышленной безопасности при их эксплуатации.
В результате исследования были составлены рекомендации по проектированию адсорберов в установках подготовки газа. Выявлено, что при использовании внутренней изоляции допускается оптимизировать конструкцию адсорбера за счет снижения температуры эксплуатации конструкционной стали.
Степень внедрения: настоящие рекомендации на текущий момент не использовались для проектирования адсорберов установок подготовки газа.
Область применения: адсорберы узла осушки установок подготовки природного газа к транспорту.
Экономическая эффективность/значимость работы заключается в возможности экономии в финансовом эквиваленте за счет выбора конструкционного материала и более точного теплотехнического и прочностного расчета.
В будущем планируется проведение нестационарного теплотехнического расчета для учета влияния твердого сорбирующего материала на температуру конструкционного материала. Кроме того, существует необходимость в точном расчете интервалов переключения адсорберов в режиме регенерации.
ВВЕДЕНИЕ
Прежде чем дойти до потребителя, природный газ проходит сложный и продолжительный путь - от месторождения до газораспределительной станции. В результате перед подачей газа на экспорт в нём скапливаются нежелательные примеси - вода и тяжелые углеводороды. Перед подачей природного газа потребителю их содержание необходимо снизить, чтобы предотвратить образование опасных кристаллогидратов. С этой целью применяются установки подготовки газа к транспорту.
На установках подготовки газа к транспорту с помощью циклического процесса осуществляется осушка природного газа. Осушка происходит в сосудах под давлением - адсорберах. Из-за больших объёмов перекачки газа и значительного объема загружаемого адсорбента масса адсорберов может достигать несколько сотен тонн. В виду того, что на установках подготовки газа к транспорту ПАО «Газпром» обычно комплектуется имеется несколько линий осушки по 5^6 адсорберов в каждой, то общая масса оборудования увеличивается на порядок.
Современные технологические тренды требуют от новых проектов ресурсоэффективности и ресурсосбережения, и установки подготовки газа к транспорту не являются исключением. Даже небольшое снижение толщины стенки или расхода топливного газа ведёт к значительному сбережению ресурсов. Это придаёт актуальности вопросу оптимизации конструкции адсорбера.
Известно, что определяющими факторами в конструировании адсорберов являются давление и конструкционный материал, но важную роль играют также и попутные факторы - тип изоляционного покрытия и расчетная температура. В настоящей работе авторы задались вопросом - как же все эти факторы влияют на итоговую конструкцию адсорбера, и какие рекомендации можно дать по конструкции адсорбера для учета в будущих проектах. Поэтому цель исследования была сформулирована следующим образом.
Цель: разработка рекомендаций по конструкции адсорбера с внутренней изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Провести аналитический обзор возможностей оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту;
2. Описать методику и программу расчета теплопередачи через стенку адсорбера с внутренней изоляцией
3. Экспериментально определить порозность слоя сорбента в адсорбере;
4. Определить зависимость расчетной температуры стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции;
5. Определить зависимость толщины стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции и марок стали для сталей 09Г2С, SA-533M, 15Х5М и AISI 304SS;
6. Рассчитать стоимость адсорберов с различной толщиной внутренней изоляции и марок стали;
7. Определить оптимальную стоимость адсорбера в зависимости от толщины стенки, толщины изоляции и вида стали.
8. Разработать рекомендации по оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту.
Объектом исследования в настоящей работе являются адсорберы установок подготовки газа к транспорту.
Предмет исследования - пути оптимизации конструкции адсорберов.
Научная новизна заключается в анализе влияния широкого интервала толщины изоляции и давления на толщину стенки обечайки, крышки и днища адсорбера.
Практическая значимость выпускной квалификационной работы заключается в возможности использования рекомендаций по конструкции адсорберов в проектирующих организациях газовой промышленности (ПАО «Газпром» - «Газпром Проектирование»), инженерно-научными коллективами, проектно-конструкторскими бюро и т.д.
Апробация работы производилась на Всероссийском конкурсе научных работ студентов выпускного курса, проводимого Санкт-Петербургским Минерально-Сырьевым Горным Университетом, где была удостоена дипломом II степен
Ключевые слова: адсорбер, конструкция адсорбера, установка подготовки газа к транспорту, осушка газа, природный газ.
Объектом исследования в настоящей работе являются адсорберы установок подготовки газа к транспорту.
Предмет исследования - пути оптимизации конструкции адсорберов. Для проведения расчетов используются следующие исходные данные.
Цель работы - разработка рекомендации по конструкции адсорбера с внутренней изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту.
В процессе исследования проводились гидравлические расчеты, теплотехнический расчет зависимости температуры стенки от толщины изоляции, прочностные расчеты с целью построения зависимостей толщины стенки обечайки, днища и крышки адсорбера в зависимости от температуры, толщины изоляции и конструкционного материала. Рассмотрены возможные способы оптимизации конструкции адсорбера на ранних стадиях проектирования. Показано, каким образом можно оптимизировать конструкцию адсорбера с точки зрения итоговой массы и стоимости изготовления адсорбера. Приведены опасные и вредные производственные факторы, которые могут возникнуть при эксплуатации адсорберов в установках подготовки газа к транспорту, а также перечислены мероприятия по охране труда и промышленной безопасности при их эксплуатации.
В результате исследования были составлены рекомендации по проектированию адсорберов в установках подготовки газа. Выявлено, что при использовании внутренней изоляции допускается оптимизировать конструкцию адсорбера за счет снижения температуры эксплуатации конструкционной стали.
Степень внедрения: настоящие рекомендации на текущий момент не использовались для проектирования адсорберов установок подготовки газа.
Область применения: адсорберы узла осушки установок подготовки природного газа к транспорту.
Экономическая эффективность/значимость работы заключается в возможности экономии в финансовом эквиваленте за счет выбора конструкционного материала и более точного теплотехнического и прочностного расчета.
В будущем планируется проведение нестационарного теплотехнического расчета для учета влияния твердого сорбирующего материала на температуру конструкционного материала. Кроме того, существует необходимость в точном расчете интервалов переключения адсорберов в режиме регенерации.
ВВЕДЕНИЕ
Прежде чем дойти до потребителя, природный газ проходит сложный и продолжительный путь - от месторождения до газораспределительной станции. В результате перед подачей газа на экспорт в нём скапливаются нежелательные примеси - вода и тяжелые углеводороды. Перед подачей природного газа потребителю их содержание необходимо снизить, чтобы предотвратить образование опасных кристаллогидратов. С этой целью применяются установки подготовки газа к транспорту.
На установках подготовки газа к транспорту с помощью циклического процесса осуществляется осушка природного газа. Осушка происходит в сосудах под давлением - адсорберах. Из-за больших объёмов перекачки газа и значительного объема загружаемого адсорбента масса адсорберов может достигать несколько сотен тонн. В виду того, что на установках подготовки газа к транспорту ПАО «Газпром» обычно комплектуется имеется несколько линий осушки по 5^6 адсорберов в каждой, то общая масса оборудования увеличивается на порядок.
Современные технологические тренды требуют от новых проектов ресурсоэффективности и ресурсосбережения, и установки подготовки газа к транспорту не являются исключением. Даже небольшое снижение толщины стенки или расхода топливного газа ведёт к значительному сбережению ресурсов. Это придаёт актуальности вопросу оптимизации конструкции адсорбера.
Известно, что определяющими факторами в конструировании адсорберов являются давление и конструкционный материал, но важную роль играют также и попутные факторы - тип изоляционного покрытия и расчетная температура. В настоящей работе авторы задались вопросом - как же все эти факторы влияют на итоговую конструкцию адсорбера, и какие рекомендации можно дать по конструкции адсорбера для учета в будущих проектах. Поэтому цель исследования была сформулирована следующим образом.
Цель: разработка рекомендаций по конструкции адсорбера с внутренней изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Провести аналитический обзор возможностей оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту;
2. Описать методику и программу расчета теплопередачи через стенку адсорбера с внутренней изоляцией
3. Экспериментально определить порозность слоя сорбента в адсорбере;
4. Определить зависимость расчетной температуры стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции;
5. Определить зависимость толщины стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции и марок стали для сталей 09Г2С, SA-533M, 15Х5М и AISI 304SS;
6. Рассчитать стоимость адсорберов с различной толщиной внутренней изоляции и марок стали;
7. Определить оптимальную стоимость адсорбера в зависимости от толщины стенки, толщины изоляции и вида стали.
8. Разработать рекомендации по оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту.
Объектом исследования в настоящей работе являются адсорберы установок подготовки газа к транспорту.
Предмет исследования - пути оптимизации конструкции адсорберов.
Научная новизна заключается в анализе влияния широкого интервала толщины изоляции и давления на толщину стенки обечайки, крышки и днища адсорбера.
Практическая значимость выпускной квалификационной работы заключается в возможности использования рекомендаций по конструкции адсорберов в проектирующих организациях газовой промышленности (ПАО «Газпром» - «Газпром Проектирование»), инженерно-научными коллективами, проектно-конструкторскими бюро и т.д.
Апробация работы производилась на Всероссийском конкурсе научных работ студентов выпускного курса, проводимого Санкт-Петербургским Минерально-Сырьевым Горным Университетом, где была удостоена дипломом II степен
На основании литературных источников, патентного поиска и сведений от компаний можно судить, что оптимизация процесса осушки газа сводится к совершенствованию сорбирующего материала. В большинстве своём совершенствования касаются повышения сорбционной активности адсорбента. В перспективе это может привести к снижению металлоёмкости путём уменьшения требуемого внутреннего диаметра, либо непосредственно за счет меньшего количества адсорберов в нитке.
В то же время есть и другие способы оптимизации технологического процесса, например, путём совершенствования конструкции адсорберов. При проектировании адсорберов возможно уменьшить толщину стенки цилиндрической обечайки, крышки и днища за счет ряда факторов, среди которых:
- Давление;
- Тип материала.
Кроме того, попутно на толщину адсорбера также оказывают влияние:
- Толщина изоляции;
- Расчетная температура допускаемого напряжения стали.
Анализ проектной документации, научно-технической литературы позволил выявить возможные пути оптимизации конструкции адсорбера установки подготовки газа к транспорту:
- Снижение рабочего давления;
- Подбор оптимальной толщины изоляции;
- Подбор конструкционного материала (стали) исходя из дополнительных проектных данных - степени развития транспортной инфраструктуры, необходимости дополнительных затрат на транспортировки адсорбера, и прочее.
Анализ влияния изоляции на температуру стали показал, что оптимальная толщина изоляции определяется требованиями к температуре внешеней стенки адсорбера. Согласно трекомендациям изложенным в СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003», наружная температура стенки не должна превышать значение 75 °С. Для соответствия требованиям норм и правил оптимальная толщина изоляции должна составлять порядка 100^120 мм для обеспечения наружной температуры стенки меньше 75 °С.
В то же время, использование внутренней изоляции позволяет уменьшить расчетную температуру по стали. Например, при толщине изоляции в 100 мм наблюдается значительное уменьшение температуры на стыке «футеровка- сталь» - температура падает с 280°С до 94°С. Согласно ГОСТ Р 51274-99 это позволяет использовать для прочностного расчета значение температуры, полученное в результате теплотехнических расчетов - 94°С.
Расчет адсорбера по давлению показал, что изменение толщины в зависимости от давления выражено сильнее, чем изменение толщины в зависимости от температуры стали. Однако при увеличении давления возрастает влияние температуры - например, разброс толщин по температуре при давлении 6 МПа значительно уже, чем интервал толщин при давлении 10 МПа.
Можно предположить, что при снижении рабочего давления на 3 МПа толщина стенки упадёт существенно - на 30-40 мм. Однако существуют проектные ограничения, которые обязывают принять за расчетное давление 9,8 МПа - а именно, давление на линии всаса компрессорной станции, что не позволяет таким образом оптимизировать конструкцию адсорбера.
Анализ влияния конструкционного материала показал, что для всех сталей заметен сдвиг, который объясняется разными сопротивлениями сталей. В случае 09Г2С, наблюдается большая чувствительность к изменению температуры чем у остальных сталей. Для сталей SA-533M и 15Х5М зависимость от температуры также имеет место, однако выражена не столь интенсивно.
Кроме того, с ростом толщины изоляции во всех случаях наблюдается снижения интервала между толщинами адсорберов из разных сталей. Очевидно, что это происходит 1) из-за снижения температуры стыка «футеровка-сталь»; 2) из-за разной температурной "чувствительности” сталей.
Для сталей SA-533M и 15Х5М в интервале толщины футеровки от 100 до 400 мм наблюдается достаточно пологое снижение толщины стенки обечайки. В случае выбора стали SA-533M следует ограничиться оптимальной толщиной футеровки в 100-120 мм, что также соответствует выводам по разделу 5.2.
Для сталей 09Г2С и AISI 304SS достаточно крутое падение толщины наблюдается в интервале толщины футеровки от 10 до 180 мм. Далее падение становится более пологим. Следовательно, одним из возможных способов снижения металлоёмкости будет утолщение футеровки - в интервале от 120 до 140 мм для стали 09Г2С. Использование стали AISI 304SS следует принять нецелесообразным.
Влияние толщины изоляции на толщину стенки ведёт к снижению массы адсорбера на интервале толщины изоляции с 10 до 150 мм. Однако при дальнейшем росте изоляции масса адсорбера растет, что может быть результатом ошибки в аппроксимационных формулах для допустимого напряжения. Так как при росте изоляции температура стали падает, то при толщине изоляции от 150 мм и выше температура выходит за рамки той, для которой рассчитывались аппроксимационные зависимости допустимого напряжения от температуры. Этот факт требует уточнения экспериментальных данных по пределу прочности и временному сопротивлению в интервале температур от 0 до 60°С.
Стоимостный анализ показал, что для разных типов стали заметна линейная зависимость стоимости от массы, что соответствует теоретической базе. Стоит заметить, что адсорбер на основе сталей 09Г2С или 15Х5М тяжелее (на 60-70 т.), чем адсорбер на основе SA-544M, который, очевидно, является самым немассивным из четырёх вариантов. В ценовом диапазоне хорошо заметно разделение на три категории - адсорбер из стали 09Г2С в диапазоне 160-170 млн.руб, адсорберы из сталей SA-533M и 15Х5М в диапазоне 400-460 млн.руб., и адсорбер из стали AISI 304 SS - от 790 до 900 млн.руб.
Аналогичная ситуация наблюдается и для другого исполнения адсорбера - с DBH= 3.6 м (см. Рисунок 5.16) - адсорбер из стали 09Г2С находится в диапазоне 150-160 млн.руб, адсорберы из сталей SA-533M и 15Х5М в диапазоне 470-400 млн.руб., и адсорбер из стали AISI 304 SS - от 610 до 710 млн.руб.
В общем выводе необходимо отметить, что при выборе пути оптимизации конструкции адсорбера существуют как минимум два ключевых аспекта - стоимость и масса. Если стоимость адсорбера - ключевой фактор в проекте, необходимо за конструкционный материал выбрать сталь 09Г2С с оптимальной толщиной изоляции 120-140 мм. При сравнительно низкой цене конструкционного материала такая толщина изоляции позволит снизить металлоёмкость и тепловые потери в режиме регенерации и обеспечит безопасность производственного процесса.
В случае, если масса адсорбера играет важную роль при выборе конструкционного материала (например, при плохой транспортной инфраструктуре в районе проектирования УПГТ), то следует выбрать сталь SA- 533M. Этот выбор позволит значительно снизить итоговую массу, а изоляция в диапазоне толщин 100-120 мм обеспечит температуру внешней стенки ниже 75°С в соответствии с СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003»
Адсорбер на основе стали 15Х5М необходимо выбирать в случае наличия в газе большого количества CO2. Адсорбер на основе стали AISI 304SS нецелесообразен для проектирования.
Вышесказанное свидетельствует, что в настоящей выпускной работе были выполнены следующие задачи:
1. Проведён аналитический обзор возможностей оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту;
2. Описана методика и программа расчета теплопередачи через стенку адсорбера с внутренней изоляцией
3. Экспериментально определена порозность слоя сорбента в адсорбере;
4. Определена зависимость расчетной температуры стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции;
5. Определена зависимость толщины стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции и марок стали для сталей 09Г2С и SA-533M;
6. Рассчитана стоимость адсорберов с различной толщиной внутренней изоляции и марок стали;
7. Определена оптимальную стоимость адсорбера в зависимости от толщины стенки, толщины изоляции и вида стали.
8. Разработаны рекомендации по оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту
В связи с этим, цель магистерской диссертации - разработка рекомендаций по конструкции адсорбера с внутренней изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту - считается достигнутой.
В то же время есть и другие способы оптимизации технологического процесса, например, путём совершенствования конструкции адсорберов. При проектировании адсорберов возможно уменьшить толщину стенки цилиндрической обечайки, крышки и днища за счет ряда факторов, среди которых:
- Давление;
- Тип материала.
Кроме того, попутно на толщину адсорбера также оказывают влияние:
- Толщина изоляции;
- Расчетная температура допускаемого напряжения стали.
Анализ проектной документации, научно-технической литературы позволил выявить возможные пути оптимизации конструкции адсорбера установки подготовки газа к транспорту:
- Снижение рабочего давления;
- Подбор оптимальной толщины изоляции;
- Подбор конструкционного материала (стали) исходя из дополнительных проектных данных - степени развития транспортной инфраструктуры, необходимости дополнительных затрат на транспортировки адсорбера, и прочее.
Анализ влияния изоляции на температуру стали показал, что оптимальная толщина изоляции определяется требованиями к температуре внешеней стенки адсорбера. Согласно трекомендациям изложенным в СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003», наружная температура стенки не должна превышать значение 75 °С. Для соответствия требованиям норм и правил оптимальная толщина изоляции должна составлять порядка 100^120 мм для обеспечения наружной температуры стенки меньше 75 °С.
В то же время, использование внутренней изоляции позволяет уменьшить расчетную температуру по стали. Например, при толщине изоляции в 100 мм наблюдается значительное уменьшение температуры на стыке «футеровка- сталь» - температура падает с 280°С до 94°С. Согласно ГОСТ Р 51274-99 это позволяет использовать для прочностного расчета значение температуры, полученное в результате теплотехнических расчетов - 94°С.
Расчет адсорбера по давлению показал, что изменение толщины в зависимости от давления выражено сильнее, чем изменение толщины в зависимости от температуры стали. Однако при увеличении давления возрастает влияние температуры - например, разброс толщин по температуре при давлении 6 МПа значительно уже, чем интервал толщин при давлении 10 МПа.
Можно предположить, что при снижении рабочего давления на 3 МПа толщина стенки упадёт существенно - на 30-40 мм. Однако существуют проектные ограничения, которые обязывают принять за расчетное давление 9,8 МПа - а именно, давление на линии всаса компрессорной станции, что не позволяет таким образом оптимизировать конструкцию адсорбера.
Анализ влияния конструкционного материала показал, что для всех сталей заметен сдвиг, который объясняется разными сопротивлениями сталей. В случае 09Г2С, наблюдается большая чувствительность к изменению температуры чем у остальных сталей. Для сталей SA-533M и 15Х5М зависимость от температуры также имеет место, однако выражена не столь интенсивно.
Кроме того, с ростом толщины изоляции во всех случаях наблюдается снижения интервала между толщинами адсорберов из разных сталей. Очевидно, что это происходит 1) из-за снижения температуры стыка «футеровка-сталь»; 2) из-за разной температурной "чувствительности” сталей.
Для сталей SA-533M и 15Х5М в интервале толщины футеровки от 100 до 400 мм наблюдается достаточно пологое снижение толщины стенки обечайки. В случае выбора стали SA-533M следует ограничиться оптимальной толщиной футеровки в 100-120 мм, что также соответствует выводам по разделу 5.2.
Для сталей 09Г2С и AISI 304SS достаточно крутое падение толщины наблюдается в интервале толщины футеровки от 10 до 180 мм. Далее падение становится более пологим. Следовательно, одним из возможных способов снижения металлоёмкости будет утолщение футеровки - в интервале от 120 до 140 мм для стали 09Г2С. Использование стали AISI 304SS следует принять нецелесообразным.
Влияние толщины изоляции на толщину стенки ведёт к снижению массы адсорбера на интервале толщины изоляции с 10 до 150 мм. Однако при дальнейшем росте изоляции масса адсорбера растет, что может быть результатом ошибки в аппроксимационных формулах для допустимого напряжения. Так как при росте изоляции температура стали падает, то при толщине изоляции от 150 мм и выше температура выходит за рамки той, для которой рассчитывались аппроксимационные зависимости допустимого напряжения от температуры. Этот факт требует уточнения экспериментальных данных по пределу прочности и временному сопротивлению в интервале температур от 0 до 60°С.
Стоимостный анализ показал, что для разных типов стали заметна линейная зависимость стоимости от массы, что соответствует теоретической базе. Стоит заметить, что адсорбер на основе сталей 09Г2С или 15Х5М тяжелее (на 60-70 т.), чем адсорбер на основе SA-544M, который, очевидно, является самым немассивным из четырёх вариантов. В ценовом диапазоне хорошо заметно разделение на три категории - адсорбер из стали 09Г2С в диапазоне 160-170 млн.руб, адсорберы из сталей SA-533M и 15Х5М в диапазоне 400-460 млн.руб., и адсорбер из стали AISI 304 SS - от 790 до 900 млн.руб.
Аналогичная ситуация наблюдается и для другого исполнения адсорбера - с DBH= 3.6 м (см. Рисунок 5.16) - адсорбер из стали 09Г2С находится в диапазоне 150-160 млн.руб, адсорберы из сталей SA-533M и 15Х5М в диапазоне 470-400 млн.руб., и адсорбер из стали AISI 304 SS - от 610 до 710 млн.руб.
В общем выводе необходимо отметить, что при выборе пути оптимизации конструкции адсорбера существуют как минимум два ключевых аспекта - стоимость и масса. Если стоимость адсорбера - ключевой фактор в проекте, необходимо за конструкционный материал выбрать сталь 09Г2С с оптимальной толщиной изоляции 120-140 мм. При сравнительно низкой цене конструкционного материала такая толщина изоляции позволит снизить металлоёмкость и тепловые потери в режиме регенерации и обеспечит безопасность производственного процесса.
В случае, если масса адсорбера играет важную роль при выборе конструкционного материала (например, при плохой транспортной инфраструктуре в районе проектирования УПГТ), то следует выбрать сталь SA- 533M. Этот выбор позволит значительно снизить итоговую массу, а изоляция в диапазоне толщин 100-120 мм обеспечит температуру внешней стенки ниже 75°С в соответствии с СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003»
Адсорбер на основе стали 15Х5М необходимо выбирать в случае наличия в газе большого количества CO2. Адсорбер на основе стали AISI 304SS нецелесообразен для проектирования.
Вышесказанное свидетельствует, что в настоящей выпускной работе были выполнены следующие задачи:
1. Проведён аналитический обзор возможностей оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту;
2. Описана методика и программа расчета теплопередачи через стенку адсорбера с внутренней изоляцией
3. Экспериментально определена порозность слоя сорбента в адсорбере;
4. Определена зависимость расчетной температуры стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции;
5. Определена зависимость толщины стенки адсорбера от толщины внутренней изоляции и марок стали для сталей 09Г2С и SA-533M;
6. Рассчитана стоимость адсорберов с различной толщиной внутренней изоляции и марок стали;
7. Определена оптимальную стоимость адсорбера в зависимости от толщины стенки, толщины изоляции и вида стали.
8. Разработаны рекомендации по оптимизации адсорберов в технологиях подготовки газа к транспорту
В связи с этим, цель магистерской диссертации - разработка рекомендаций по конструкции адсорбера с внутренней изоляцией в технологиях подготовки газа к транспорту - считается достигнутой.
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (149577)
- Бакалаврская работа (38342)
- Диссертация (978)
- Магистерская диссертация (22138)
- Дипломные работы, ВКР (60355)
- Главы к дипломным работам (2138)
- Курсовые работы (10522)
- Контрольные работы (6265)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1481)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
