Содержание к диссертации
Введение
1 Объект исследования - системы и аппараты подготовки попутного нефтяного газа на промыслах 5
1.1 Классификация контактных устройств тарельчатого типа 6
1.2 Конструктивные особенности и основные гидродинамические характеристики провальных тарелок 11
1.2.1. Гидродинамические режимы работы провальных тарелок, предельные и рабочие нагрузки 17
1.2.2 Гидравлическое сопротивление сухих и орошаемых тарелок 26
1.2.3 Высота и плотность газожидкостного слоя 30
1.3 Трехслойные тарелки провального типа 33
2 Исследование диапазона эффективной работы трехслойных провальных тарелок 37
2.1. Выбор факторов, влияющих на моделируемый процесс 37
2.2 Стенд для исследования массообменных контактных устройств 39
2.2.1 Принцип работы гидродинамического стенда 41
2.3. Условия проведения эксперимента 41
2.4 Методика проведения эксперимента 46
2.5 Планирование эксперимента 47
2.5.1. Выбор метода реализации плана эксперимента 48
2.6.2 Результаты проведенных экспериментов 52
3 Обработка результатов экспериментальных исследований 63
3.1 Методика расчета скорости захлебывания трехслойных тарелок провального типа 63
3.2 Методика расчета гидродинамических характеристик трехслойных тарелок провального типа 73
3.3 Методика определения оптимального межтарельчатого расстояния 80
4 Промышленное внедрение результатов исследования на установке сероочистки попутного нефтяного газа 84
4.1 Технологическая схема установки сероочистки 84
4.1.1 Описание принципиальной технологической схемы установки сероочистки 86
4.2 Опыт промышленного применения трехслойных провальных тарелок в регенераторе К-202 установки сероочистки 89
Выводы 95
Библиографический перечень 96
Приложение А Режимные листы 111
Приложение Б. Акт внедрения 147
- Конструктивные особенности и основные гидродинамические характеристики провальных тарелок
- Выбор метода реализации плана эксперимента
- Методика определения оптимального межтарельчатого расстояния
- Опыт промышленного применения трехслойных провальных тарелок в регенераторе К-202 установки сероочистки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Эффективность разработки нефтяных и газовых месторождений во многом зависит от снижения потерь углеводородного сырья и качества подготовки его к транспорту. Особенно это актуально для нефтяного газа, большая часть которого до недавнего времени сжигалась на факелах. Процессы подготовки попутного нефтяного газа в значительной степени обуславливается применением современного высокоэффективного технологического оборудования. Доля колонного оборудования на установках подготовки попутного нефтяного газа составляет не менее 20% общего количества. Эффективность его работы определяется эффективностью работы его внутренних элементов, так называемых, массообменных контактных устройств, наиболее распространенными из которых являются массообменные тарелки.
Существующие сегодня массообменные тарелки обладают рядом существенных недостатков: узкий диапазон эффективной работы, недостаточная развиваемая массообменная поверхность и как следствие низкая эффективность, высокое гидравлическое сопротивление, высокая металлоемкость.
Разработка высокоэффективной и высокопроизводительной массообменной тарелки является крайне актуальной задачей для нефтяной и газовой промышленности. Реконструкция существующих колонных аппаратов с заменой установленных в них контактных устройств на более производительные и эффективные позволит существенно повысить производительность колонн в частности и технологических установок в целом, повысить качество вырабатываемой в колоннах продукции, снизить энергопотребление технологического узла колонного аппарата за счет снижения количества циркулирующей жидкости. Установка более эффективных и производительных контактных устройств в новых колонных аппаратах, позволит снизить их массово-габаритные характеристики, за счет снижения диаметра, высоты и толщины стенки колонн.
Цель работы и основные задачи исследования
Снижение потерь добываемого углеводородного сырья путем совершенствования колонного оборудования промысловых установок комплексной подготовки попутного газа.
Задачи исследования:
-
На основании анализа существующих принципов функционирования массообменных контактных устройств выявить оптимальную компоновку и конструктивные размеры элементов провальных тарелок, предназначенных для использования в колонных аппаратах непосредственно на промыслах в составе малогабаритных, блочных и комплексных установок подготовки газа;
-
Теоретически обосновать зависимости скорости газа в колонном аппарате, которой соответствует начало и конец работы контактных устройств, а также эффективности его работы от диметра проходных отверстий в полотнах тарелок и площади их свободного сечения;
-
Разработать экспериментальную лабораторную установку, моделирующую гидродинамические условия в колонных аппаратах;
-
Провести экспериментальные исследования эффективности работы выбранного ряда массообменных контактных устройств с целью подтверждения теоретически обоснованных зависимостей;
-
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработать конструкцию провальной трехслойной тарелки, обеспечивающую повышенную производительность и эффективность по сравнению с существующими аналогами.
Научная новизна
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена и научно обоснована новая методика анализа работы массообменных контактных устройств учитывающая их работу при малых газожидкостных нагрузках;
-
Разработана универсальная комплексная методика расчета провальных трехслойных тарелок с расчетом всех влияющих на эффективность и производительность гидродинамических параметров;
-
Разработан и запатентован способ массообмена с помощью контактных устройств провального типа, в котором реализованы полученные экспериментальным путем данные по взаимодействию на контактных ступенях жидкости и газа, подаваемых противотоком, с организованными чередующимися областями преимущественного прохода газа и преимущественного стока жидкости.
Методы исследований
В исследованиях использовались методы планирования экспериментов, практические методы экспериментального исследовании, методы системного анализа эксплуатации технологического оборудования, методы математического моделирования идентификационных параметров контактных устройств, адекватно отражающих процессы гидродинамики и массообмена на исследуемых элементов в рамках поставленной задачи, методы математической статистики.
Практическая ценность работы
1. Внедрение в производство, разработанного автором контактного устройства провального типа позволит:
– решить задачу увеличения производительности установок нефте- и газоподготовки путем замены контактных устройств, уже установленных в колоннах;
– повысить степень энергосбережения на производстве, за счет снижения количества циркуляции технологических потоков на установках с колонными аппаратами;
– снизить металлоемкости при производстве новых колонных аппаратов с установленными провальными трехслойными тарелками, а именно уменьшения их диаметра и высоты, за счет более высоких эксплуатационных показателей данных контактных устройств;
2. Разработанная комплексная методика расчета провальных тарелок с расчетом всех влияющих гидродинамических параметров может быть использована для проведения поверочных расчетов уже эксплуатируемых промышленных колонных аппаратов;
3. Эффективность разработок подтверждается соответствующим заключением о внедрении разработанных контактных устройств на установке подготовки попутного нефтяного газа Туймазинского ГПП (ОАО АНК «Башнефть») в колонне регенераторе раствора метилдиэтаноламина К-202. Эксплуатация регенератора показала, что установленные в колонне трехслойные провальные тарелки обеспечивают требуемое значение остаточного содержания сероводорода в регенерированном растворе метилдиэтаноламина в 0,7 г/дм3 т.е. эффективность трехслойных провальных тарелок в регенераторе достигает 90 %.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на IV Ежегодной региональной отраслевой научно-технической конференции «Проблемы развития автоматизации и механизации процессов добычи, переработки и транспорта газа и газового конденсата» 27-28 марта 2008 года, г. Краснодар, ОАО «НПО Промавтоматика»; XXIV Всероссийском межотраслевом совещании «Проблемы утилизации попутного нефтяного газа и его оптимальные направления использования» 6-7 октября 2010 года, г. Сочи, ОАО «НИПИгазпереработка»; XXV Всероссийском межотраслевом совещании «Проблемы утилизации попутного нефтяного газа и его оптимальные направления использования» 27-30 сентября 2011 года, г. Геленджик, ОАО «НИПИгазпереработка»; VII Ежегодной научно-технической конференции «Инновационные решения актуальных проблем для предприятий нефтегазовой промышленности» 5-6 октября 2011 года, г. Краснодар, ОАО «НПО Промавтоматика».
Публикации результатов работы
По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе: 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 10 патентов РФ.
Структура и объём диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников (107 наименований). Работа изложена на 147 стр. машинописного текста, содержит 45 таблиц и 34 рисунка.
Конструктивные особенности и основные гидродинамические характеристики провальных тарелок
Тарелки провального типа: решетчатые, трубчатые, волнистые, дырчатые плоские, колосниковые, с направленным движением жидкости, из S-образных элементов и др. находят применение в различных производствах [32-36]. Это объясняется рядом преимуществ данных контактных устройств перед другими типами барботажных тарелок. В таблице 1.1. представлены основные технические, технологические и экономические показатели эффективности работы тарелок.
Анализируя таблицу 1.1 можно отметить, по относительной производительности провальная тарелка превосходит большинство тарелок других конструкций. Следует отметить, что провальные тарелки из углеродистой стали в два раза, а из легированной в 1,5 раза дешевле остальных. Выделим также, что величина гидравлического сопротивления провальных тарелок одна из самых низких, а в сравнении с колпачковыми тарелками и тарелками из S-образных элементов ниже в 2 раза. Все перечисленные особенности провальных тарелок можно, несомненно, отнести к их достоинствам.
Рассмотрим все вышеперечисленные особенности тарелок данного типа более подробно.
К достоинствам провальных тарелок можно отнести следующие: простота устройства, легкость монтажа, осмотра и ремонта, низкое гидравлическое сопротивление, из-за отсутствия сливных устройств полезная площадь тарелок увеличивается на 15-30% [20]. Поэтому производительность колонн с провальными тарелками несколько выше.
Немаловажным достоинством провальных тарелок является возможность эффективной их эксплуатации на загрязненных средах. Последнее обстоятельство имеет важное значение для нормальной работы установок масляной абсорбции, при эксплуатации которых происходит окисление абсорбента с образованием твердых продуктов. Полотна и карманы переливных тарелок забиваются этими продуктами, и аппараты приходится часто отключать и подвергать трудоемкой очистке. Применение провальных тарелок с большим свободным сечением позволяет значительно продлить срок эксплуатации абсорберов и облегчает их очистку.
Наиболее простой и распространенной конструкцией тарелки без переливных устройств является дырчатая или решетчатая, изготавливаемая из листа, перфорированного круглыми или щелевидными отверстиями. В иностранной литературе эта тарелка получила название «Турбогрид».
Провальные тарелки в сравнении с колпачковыми имеют гораздо большую производительность. Например, замена тарелок колпачкового типа на провальные, позволяет увеличить нагрузку колонн в 1,5 и даже 3 раза [20].
Тарелки не имеют гидравлического уклона, в них осуществляется принцип противотока газа и жидкости. Принцип работы провальных тарелок был впервые изложен в работах [37-38]. Автором было изучено явление провала на ситчатых тарелках и указана возможность устройства тарелок без сливных устройств.
Дырчатые и решетчатые провальные тарелки отличаются простотой конструкции, более низкой стоимостью изготовления и монтажа, меньшим гидравлическим сопротивлением, чем тарелки других конструкций, относящиеся к данному типу контактных устройств.
Интерес представляют также трубчатые провальные тарелки основным достоинством и отличием которых является легкость отвода тепла от барботажного слоя на тарелке путем пропускания охлаждающего агента по трубам, из которых состоит тарелка. Однако, эти тарелки в сравнении с дырчатыми и решетчатыми значительно сложнее по устройству и монтажу.
Необходимо отметить недостаток колонн с дырчатыми, решетчатыми и трубчатыми тарелками, который заключается в небольшом интервале изменения скоростей газа и жидкости в пределах которого поддерживается устойчивая и эффективная их работа, как следствие неравномерности распределения потоков газа и жидкости по сечению аппарата.
Данный недостаток был значительно минимизирован в волнистых провальных тарелках, которые работают в более широком диапазоне. Изготавливаются они штамповкой из металлических листов толщиной 2,5-Змм. Эти тарелки имеют большую жесткость. Живое сечение которых составляет 15-30%, что практически совпадает с дырчатыми провальными. Также, вследствие большей жесткости тарелки не требуют промежуточных балок и опор даже в колоннах большого диаметра [20], но они уступают провальным дырчатым по той же причине, что и трубчатые - простоте изготовления и монтажа [9].
В последнее время разработан рад конструкций, позволяющих улучшить равномерность распределения потоков на провальной тарелке и тем самым повысить ее эффективность и расширить диапазон устойчивой работы.
Например, разновидностью волнистых тарелок являются тарелки с концентрическими волнами. Слив происходит через отверстия во впадинах волн. Пар проходит через отверстия в верхних гребнях волн. Смежные тарелки с параллельным расположением волн располагаются так, чтобы оси волн были взаимно перпендикулярны. Шаг волн равен 40-60мм, глубина волн 15-40мм. Тарелки этого типа обладают свойством самоочищения и могут применяться как для чистых, так и для загрязненных твердыми взвесями систем.
Для достижения большей эффективности данного типа тарелок, за счет увеличения контакта фаз, были предложены варианты, в которых верхние кромки переливных устройств размещены во впадинах каждого пакета и соединены с нижней плоскостью каждой впадины, средние части переливных устройств расположены в выступах нижележащего пакета, а нижние установлены на тарелке, размещенной над нижележащим пакетом [25].
Отметим также провальные тарелки с направленным движением пара и жидкости. Они отличаются тем, что в них вследствие специальной перфорации создается определенное направление движения пара и жидкости. К этому типу относится тарелка Киттеля (рисунок 1.4), которая состоит из двух дисков, расположенных друг от друга на расстоянии 200мм. Каждый из дисков, составляющих тарелку, имеет перфорацию, направляющую поток газа в том направлении, как это показано на рисунке. На нижнем элементе движение пара и жидкости соответствует изображенному на диску 1, на верхнем - соответственно изображенному на диске 2. Тарелки данного типа эффективны, но их КПД уменьшается с увеличением диаметра колонн [9].
Существуют тарелки с просечкой и отгибкой кромок в разные стороны [18] и с различным размером перфораций по сечению тарелки или от центра к периферии [1,2,9]. В последних тарелках при малых нагрузках по газу работают отверстия малого сечения, с увеличением нагрузки в работу вступают остальные отверстия. Жидкость стекает в основном через отверстия большого сечения. Данная конструкция снижает пульсации газа при прохождении через слой жидкости, что также способствует повышению эффективности тарелки. По такому же принципу сконструированы тарелки с круглыми и овальными отверстиями.
Значительное изменение нагрузки допускают различные конструкции клапанных провальных тарелок, свободное сечение которых изменяется автоматически под воздействием газового потока. В ряде случаев целесообразно применение провальных тарелок только с механическим изменением свободного сечения [9,21], обеспечивающих эффективную работу колонных аппаратов в широком диапазоне изменения нагрузки.
Для стандартных тарелок без переливных устройств обычно принимается, что контакт газа и жидкости на тарелке осуществляется по схеме полного перемешивания по жидкой и полного вытеснения по газовой фазе [8,9,18].
В работах [18,20] дается следующее объяснение этому факту. Для плохо растворимых газов полное перемешивание на провальной тарелке действительно приводит к снижению ее эффективности по сравнению с переливными тарелками.
Но для хорошо растворимых газов, когда сопротивление массопередаче сосредоточено в газовой фазе (к таким процессам относится и ректификация), отрицательное влияние перемешивания не сказывается на эффективности провальной тарелки. В этой связи их целесообразно использовать для процессов ректификации и абсорбции хорошо растворимых газов.
Выбор метода реализации плана эксперимента
Для реализации плана эксперимента принималась схема случайного выбора без возвращения, так как вся генеральная совокупность выборки была разбита на к неперекрещивающихся слоев и і слой содержит Nj элементов. Однако, проведенные пробные серии исследования зависимости L =f (С) показали, что этот путь, в данном случае, не дает адекватной модели, поэтому было решено отказаться от традиционных схем многофакторного эксперимента и использовать метод топографического моделирования [52]. Он более трудоемок и громоздок, но позволяет с достаточно большой степенью достоверности установить область выбора рациональных параметров гидравлического сопротивления трехслойных провальных тарелок в зависимости от скорости газа в колонне, не связывая эти параметры жесткой математической моделью. Это даст возможность конструктору принимать решения в зависимости от конкретных технологических условий.
Топографическое моделирование так же базируется на основополагающих принципах многофакторного планирования эксперимента. Однако, способы решения задачи несколько отличаются от традиционных. В данном случае для топографической модели общий план эксперимента имеет вид:
- собственно проведение экспериментальных исследований;
- выполнение операции «сглаживания» полученных результатов -определение степени полинома, построение аналитических зависимостей по фиксированным уровням однофакторных испытаний при заданном числе охватываемых точек;
- построение поверхности отклика в виде топографической модели;
- рассечение полученной поверхности плоскостями уровня в заданном положении ( задание положений секущих плоскостей осуществляется на основе определенной изначально системы ограничений);
- получение «изолиний» на одной из основных плоскостей проекций;
- анализ полученных результатов, определение области выбора рациональных соотношений изучаемых параметров с целью достижения наилучшего результата.
Такой подход не влечет за собой никакого логического противоречия. В наши дни простота вычислений и эксперимента не так важны как раньше и в определенных ситуациях упрощений следует избегать, так как это может привести к получению недостоверных выводов из результатов испытаний. Предлагаемая графическая модель имеет перед математическим описанием процесса преимущество в том ,что пользователю нет необходимости производить какие-либо расчеты, он может просто воспользоваться ею как диаграммой.
Планирование эксперимента исключает слепой поиск, значительно сокращает число опытов, следовательно, затраты и сроки проведения эксперимента, дает возможность получить количественные оценки влияния факторов.
С этой целью был составлен план проведения эксперимента, который включает следующие стадии:
1. Выбор параметра оптимизации.
2. Выбор факторов и уровней их варьирования.
3. Составление матрицы эксперимента.
4. Получение экспериментальных данных и их обработка.
5. Разработка методики расчета.
В качестве параметра оптимизации было выбрано гидравлическое сопротивление орошаемых трехслойных провальных тарелок.
В качестве основных факторов, определяющих оптимальность конструкции трехслойной провальной тарелки, были выбраны следующие:
- диаметр отверстий в полотне тарелки d, мм - (xl);
- свободное сечение тарелки F0, % - (х2);
- скорость газа в колонне W, м/с - (хЗ);
- плотность орошения Lv, м /м -ч - (х4)
Для анализа количественного влияния указанных факторов на гидравлическое сопротивление разрабатываемых провальных трехслойных тарелок необходимо использовать методологию многофакторкого эксперимента - планы 2к для анализа чувствительности объектов и процедура отсеивающего эксперимента на их основе для выделения существенных факторов.
Эти планы, в которых каждый из к варьирует только на двух уровнях и реализуют N = 2к опытов или часть этого числа, наиболее распространены на практике. Их применяют на первом этапе исследования многофакторных объектов для изучения чувствительности выходных показателей к изменению указанных факторов с целью количественной оценки их влияния и взаимного влияния.
При определения области варьирования первого фактора исходили из промышленного опыта: наиболее эффективный массообмен происходит при диаметрах отверстий в полотнах провальных тарелок от 10 до 20 мм, поэтому xl = (10) - (20). Аналогичным образом были выбраны области варьирования оставшихся трех факторов: свободное сечение х2=(12) + (22), скорость газа в колонне х3=(0) + (2), плотность орошения х4=(20) + (80).
Исходя из значений факторов и интервалов варьирования, для упрощения дальнейших вычислений факторы переводятся в нормализованный масштаб (1): xi=Xi-Xw/AXi, (2.2) где Х-, - первоначально назначаются факторы, зависящие от условий конкретной задачи; А ХІ -интервал варьирования факторов; ХІО - основные уровни каждого из факторов.
Значения выбранных уровней варьируемых факторов (нижний уровень -минимальное значение фактора, обозначен -1; верхний уровень - максимальное значение фактора, обозначен +1) даны в таблице 1.
Получаемые безразмерные кодированные факторы хі принимают только два значения -1 и 1. Это значительно сокращает запись условий эксперимента и упрощает его последующий анализ. Матрица плана такого эксперимента для к = 4 факторов из N= 2к = 24 = 16 опытов представлена в таблице 2.2.
Эксперименты проводятся при варьировании факторов х1, х2, х3; остальные значения получаются расчетным путем после проведения экспериментов. Каждый опыт проводится трижды.
Методика определения оптимального межтарельчатого расстояния
В установках промысловой подготовки природного и нефтяного газа применяют абсорбционные и ректификационные процессы. В них используются среды, значительно отличающиеся друг от друга по своим физическим свойствам, а сами процессы проводятся при существенно различных давлениях. Поэтому при проектировании установок комплексной подготовки газа на промыслах важным является определение оптимальных размеров колонного оборудования. Известны различные подходы к методике решения этой задачи, которые подробно рассмотрены в работе [85-102].
В данной главе автором анализируется вариант, в котором в качестве функции цели используется масса колонны, минимум которой необходимо обеспечить при поиске оптимума. Эта задача весьма актуальна в настоящее время в связи с тем, что для привлечения инвестиций в нефтяную и газовую отрасли требуется резко сократить сроки окупаемости капитальных вложений.
Масса колонны складывается из массы тарелок, которая пропорциональна диаметру колонны, числу тарелок и массы корпуса. В большинстве случаев диаметр колонны известен, так как определен предварительными расчетами или, при реконструкции, равен диаметру действующей колонны. При этом задача оптимизации сводится к поиску минимума требуемой высоты колонны. В качестве параметра принята величина межтарельчатого расстояния. С уменьшением межтарельчатого расстояния возрастает унос жидкости и, следовательно, снижается эффективность тарелок и увеличивается и их число при заданном качестве продуктов. Произведение же числа тарелок на межтарельчатое расстояние (высота рабочей части колонны) имеет минимум при определённом межтарельчатом расстоянии. Это расстояние и является оптимальным и его требуется определить.
Изложенная задача решена нами методами математического моделирования с использованием зависимостей, приведённых в [1, 2, 3].
1. Установлено, что диапазон эффективной работы (отношение максимальной скорости в колонне к минимальной) провальных трехслойных тарелок составляет 1,5-2,1, что на 23% выше, чем у стандартных провальных тарелок составляет с диапазоном - 1,5-1,7.
2. Автором на основании проведенных экспериментов выведена зависимость максимальной скорости газа в колонне с установленными трехслойными провальными тарелками от свободного сечения тарелок, вязкости жидкости, плотностей и нагрузок по газу и жидкости
3. Автором на основании дополнительных экспериментов выведены уточняющие коэффициенты для расчета скорости газа в колонне при минималь-ных плотностях орошения - от 5 до 20 20 м /м ч.
4. Автором выведена зависимость перепада давления Др на провальных трехслойных тарелках от плотности орошения, скорости газа в колонне, свободного сечения тарелок и величины уноса.
5. Автором разработан алгоритм определения оптимального межтарельчатого расстояния в колонне
Опыт промышленного применения трехслойных провальных тарелок в регенераторе К-202 установки сероочистки
В процессе начальной эксплуатации установки сероочистки Туймазин-ского ГПП было установлено, что при работе установки на проектном режиме, содержание сероводорода в регенерированном растворе МДЭА находи-лось в пределах 1,5...2 г/дм , а для проведения качественной чистки нефтя-ного газа необходимо более глубокая регенерация - 0,7. 1,0 г/дм .
Улучшить глубину регенерации насыщенного раствора МДЭА, путем увеличения расхода греющего водяного пара, подаваемого в термосифонный кипятильник кубовой части регенератора, не удавалось. Это приводило к накоплению жидкости на тарелках, росту перепада давления в регенераторе и забросу насыщенного раствора МДЭА в сепаратор кислых газов.
В связи с этим, был выполнен поверочный расчет процесса регенерации по известным в литературе зависимостям [122-143].
Была использована диаграмма [3] зависимости парциального давления паров сероводорода над 40% раствором МДЭА в зависимости от температуры и концентрации сероводорода в растворе (рисунок 4.3) и путем ее аппроксимации получено уравнение (4.1).
На основе уравнения (4.1) была построена упрощенная модель десорбции, в которой не учитывается изменение температуры в ходе химической реакции и т.д. Равновесная линия строилась по уравнению (4.1), а рабочая -по результатам лабораторных анализов заводской лаборатории, кроме того, при десорбции учитывали изменение газо-жидкостных нагрузок по высоте колонны за счет теплоты десорбции кислых компонентов, а также наличие количество СОг в растворе МДЭА.
На рисунке 4.4 представлен график, на котором нанесена линия равновесия, рассчитанная формуле (4.1) при 120С и рабочая линия с определением необходимого число теоретических тарелок для фактических условий работы регенератора.
Согласно такой модели расчета, чтобы получить необходимую регенерацию МДЭА, при данных условиях необходимо около 15 теоретических тарелок. При этом необходимое количество греющего пара подаваемого в термосифонный кипятильник должно составлять 300...350 кг/ч вместо проектных 140... 160 кг/ч.
Проведенные поверочные гидравлические расчеты для установленных в регенераторе провальных тарелок на новые расчетные условия работы показали, что их пропускной способности недостаточно и для эффективной работы регенератора необходима замена существующих контактных устройств на более производительные и эффективные. Было принято решение о замене существующих контактных устройств на разработанные автором высокопроизводительные трехслойные провальные тарелки.
Используя экспериментальные данные, полученные при гидравлических испытаниях моделей трехслойной провальной тарелки на гидродинамическом стенде, автором были рассчитаны конструктивные параметры тарелок, обеспечивающие ведение технологического режима установки на новых технологических режимах.
Для подтверждения проведенных расчетов был изготовлен опытный пакет из трех трехслойных тарелок со свободным сечением 32%, диаметром отверстий на полотнах 10 мм и проведены пробные стендовые испытания на гидродинамическом лабораторном стенде.
В результате проведенных стендовых испытаний были получены зависимости перепада давления на тарелке от скорости воздуха в свободном сечении колонны, при различных нагрузках по жидкости. На рисунке 4.5 приведена зависимость перепада давления АР (Па) на тарелке от фактора скоро-сти Fs (Па1 ) отнесенного к свободному сечению колонны, при нагрузке по жидкости на единицу площади Lv =20 м /(ч м ).
Проведенные испытания ТПТ с новым свободным сечением показали, что рабочая скорость газа тарелок при нагрузке по жидкости Lv = 20 м3/(ч м ), находится в широком диапазоне эффективной работы W = от 0,6 до 1,6 м/с и соответствует фактическим условиям работы регенератора: скорость пара в свободном сечении аппарата -1,1 м/с, нагрузка по жидкости на единицу площади - 26 м /(ч м ), при этом подача пара в термосифонный кипятильник составляет - 330 кг/ч, циркуляция раствора МДЭА - 1900 кг/ч.
После подтверждения рассчитанных характеристик экспериментальными данными были изготовлены 20 трехслойных провальных тарелок со свободным сечением 32% и диаметром отверстий на полотне 10 мм. Новые трехслойные провальные тарелки были смонтированы в регенераторе на опоры старых тарелок.
После пуска установки были получены следующие фактические показатели работы, приведенные в таблице 4.1.
Эксплуатация регенератора в составе установки селективной метилдиэтаноламин-очистки нефтяного газа от сероводорода и диоксида углерода в течение 14 дней показала, что установленные практические трехслойные провальные тарелки обеспечивают требуемое остаточное содержание серо-водорода в регенерированном растворе МДЭА на уровне 0,7 г/дм , таким образом, эффективность трехслойных провальных тарелок в регенераторе достигает 90 %.
Экономический эффект от использования разработанных автором трехслойных провальных тарелок в регенераторе К-202 установки селективной метилдиэтаноламин-очистки нефтяного газа от сероводорода и диоксида углерода в составе установки подготовки газа Туймазинского ГПП (ОАО АНК «Башнефть») по экспертным данным составляет 10 млн. руб. в год.
Этот экономический расчет в диссертационной работе не приводится, так как эти данные являются коммерческой тайной собственника
