Перспективы развития и изменения конструкций аппаратов переработки нефти и газа

Перспективы развития и изменения конструкций аппаратов переработки нефти и газа
Константин Владимирович Ефанов

Руководителям компаний, занимающихся выпуском оборудования, главным конструкторам по аппаратам переработки нефти и газа и для нефтехимии из проектных институтов и заводов-изготовителей.

Для того, чтобы ответить на вопрос как будут развиваться конструкции аппаратов, нужно проанализировать развитие технологий, то есть процессов, под которые аппараты проектируются, и посмотреть развитие методик прочностного и технологического расчетов и технологий нефтяного аппаратостроения.

Константин Ефанов

Перспективы развития и изменения конструкций аппаратов переработки нефти и газа

Введение

Проектировщикам по аппаратам переработки нефти и газа и для нефтехимии из проектных институтов и конструкторам заводов-изготовителей может быть интересно прочитать тенденции развития конструкций аппаратов.

Руководителям компаний, занимающихся выпуском оборудования, представляет интерес прочтение с целью развития своей продукции.

Для того, чтобы ответить на вопрос как будут развиваться конструкции аппаратов, нужно проанализировать развитие технологий, то есть процессов, под которые аппараты проектируются, и посмотреть развитие методик прочностного и технологического расчетов и технологий нефтяного аппаратостроения.

Представляет интерес вопрос о том, как будут развиваться конструкции аппаратов переработки нефти и газа, аппараты нефтехимии. У автора настоящей работы есть публикации, касающиеся современных методик проектирования и их совершенствования, включающие анализ и изучение проектирования аппаратов в прошлом и настоящим. А настоящая монография является работой, рассматривающей тенденции развития аппаратов на годы вперед. Для учебных целей содержание работы останется востребованным и через 30 и больше лет после даты публикации, так как развитие конструкций определяется тремя перечисленными проблемами.

ПОСВЯЩАЕТСЯ БОГУ ТВОРЦУ СВЯТОЙ ТРОИЦЕ !

Благодарность моей матери, инженеру нефтяного машиностроения.

Развитие конструкций аппаратов

Проектирование аппарата состоит из определения внутренней геометрии корпуса и внутренних устройств и конструирования оболочки корпуса. Разработка выполняется на основании опросных листов, подготовленных в проектных организациях по проектирования объектов переработки нефти и газа. Как правило в три стадии: сначала технологический расчет, затем технический проект конструкторской документации (по ЕСКД) и после этого рабочая конструкторская документация (по ЕСКД). Аппараты разрабатываются под конкретные технологические решения по проектируемой проектной документации в проектной организации и заказчиком по сути являются технологические решения, в которых привязывается аппарат. Поэтому на развитие конструкций аппаратов влияние оказывают развитие технологий переработки в виде заказчика (определяют технические требования к конструкциям), а также методики расчета аппаратов.

Технология переработки нефти и газа влияют на назначение аппарата и на геометрические размеры внутреннего пространства аппарата. Методика расчета и конструирования определяет толщину стенки корпуса аппарата. Технология влияет на конструкцию корпуса изменением требований к ней по размерам и давлениям, например, рост объема одного аппарата с толстой стенкой. В этом случае конструирование будет изменяться под подбор наименее металлоемкого решения, что будет рассмотрено ниже. Методика конструирования изменится для детальной оценки распределения напряжений по толщине стенки и применению наиболее обоснованного решения без лишних затрат на материалы.

Выделим тенденцию влияния изменения технологии на изменения в методиках проектирования. Влияние переработки на конструирование корпусов аппаратов и действие является односторонне. Противоположенное влияние может быть от конфигурации аппаратов по внутренним устройствам – при закладывании определенных процессов и аппаратов в технологию. Вместе с тем, на конструкции может оказывать влияние изменения в технологии аппаратостроения (изготовления) путем снятия технологических ограничений методов обработки на разрабатываемые конструкции.

В работе [2,с.270] приводится, что прогнозы развития технологий переработки нефти делаются на основе анализа пиковых направлений патентов и по анализу динамики и развития технологий. Распространим этот подход и на аппараты для переработки. Кратко приведем анализ патентов и диссертаций одним абзацем и затем подробно рассмотрим влияние на изменения в конструкциях аппаратов от изменения динамики развития технологии переработки, от развития методики расчетов и проектирования технологического оборудования и от развития технологии аппаратостроения.

Обзор диссертаций и патентов

В перечне научных специальностей, аппараты переработки нефти и газа рассматриваются в специальностях: 2.5.21 «Машины, агрегаты и технологические процессы (нефтегазовая отрасль)» и 2.6.13 «Процессы и аппараты химических технологий». Специальность МАП относится к машиностроению и направлена на конструирование аппаратов, а ПАХТ относится к химической технологии и направлена на расчет процессов. Рассмотрит диссертации по теме статического оборудования нефтепереработки, то есть аппаратов, а не машин.

По обзору ряда диссертаций по МАП можно сделать вывод о том, что исследования направлены на:

– изучение процесса в аппарате численным моделированием;

– оптимизации конфигурации конструкции по результатам моделирования, то есть уточнение уже существующих конструкций аппаратов.

Это можно объяснить тем, что по сравнению с 1950-ми годами, когда схемы аппаратов были уже разработаны и известны, появилась возможность выполнять расчет течения методом конечных элементов и видеть точную картину течения, но схемы аппаратов останутся без изменений. Например, схема аппарата колонны с установленными тарелками или реактора со слоями катализатора будет постоянной, а конфигурация элементов и внутренних устройств будет улучшаться по результатам моделирования. Пример изменения схемы аппарата можно привести из колонны окисления гудрона в битум. Схема с охлаждением впрыском струи воды и течением между концентрическими обечайками внутри корпуса заменяется на схему вертикального аппарата с мешалкой и сеткой. Или замена теплообменников с прямыми трубами на трубы спиральновитые для повышения поверхности теплообмена.

Диссертации по теме прочностных расчетов сосудов под давлением относятся к специальности «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры» и в основном рассматривают проблемы применения метода конечных элементов к расчету и разработки оптимальных решений по узлам, например, по узлу врезки штуцеров.

Обзор патентов показывает, что развитие аппаратов происходит в двух направлениях:

– улучшения условий процесса при оптимизации конфигурации внутренних устройств;

– отдельные улучшения в механических элементах аппаратов, например, в затворах (такое изменение относится к дисциплине расчета и конструирования оборудования отрасли).

Сделаем вывод по главе:

– тенденция идет к разработке конструкций аппаратов с максимальной эффективностью реализации процессов, что возможно после выполнения численного моделирования не доступного в 1990-х годах и реализуется отдельными изменениями в конфигурации внутренних устройств;

– в конструкцию корпуса аппарата вносятся отдельные изменения, направленные на улучшение прочности и жесткости, полученные по результатам уточненных прочностных расчетов;