Готовая курсовая: расчёт атмосферной колонны

Определения, обозначения и сокращения

1 Литературный обзор
2 Технологическая часть
2.1 Описание принципиальной технологической схемы установки
2.2 Материальный баланс установки АТ
2.3 Материальный баланс атмосферной колонны
2.4 Тепловой баланс атмосферной колонны
Современная нефтеперерабатывающая промышленность России и мира развивается в условиях растущего спроса на моторные топлива, сырьё для нефтехимии и энергоносители. Первичная переработка нефти остаётся базовым звеном технологической цепочки, определяющим глубину и эффективность дальнейших процессов. Атмосферная перегонка является начальной стадией переработки, обеспечивая разделение нефти на узкие товарные и промежуточные фракции, которые служат сырьём для установок каталитического риформинга, гидроочистки, крекинга и других процессов. Качество и стабильность работы атмосферной колонны напрямую влияют на экономические показатели нефтеперерабатывающего предприятия.
На сегодняшний день в России активно модернизируются мощности первичной переработки с целью повышения энергоэффективности, улучшения экологических показателей продукции и увеличения выхода лёгких нефтепродуктов. В мировой практике продолжается внедрение интегрированных схем АВТ-установок, совершенствуются методы тепловой интеграции, автоматизации и контроля качества. Существенное внимание уделяется адаптации технологических процессов к переработке различных по составу нефтей, в том числе малосернистых и парафинистых, что требует корректного расчёта колонного оборудования и материально-тепловых балансов.
Актуальность разработки технологического расчёта атмосферной колонны обусловлена необходимостью обеспечения оптимального режима разделения нефти, получения целевых фракций заданного качества, рационального использования тепловой энергии и устойчивой работы установки. Для условий переработки Усть-Балыкской нефти, характеризующейся определённым распределением фракций по ИТК и физико-химическими показателями, важным является корректный выбор температурных режимов отбора лёгкого и тяжёлого бензина, керосиновой и дизельной фракций, а также обеспечение стабильного получения остатка (мазута).
Целью данного курсового проекта является разработка технологического расчёта атмосферной колонны установки первичной перегонки нефти мощностью 5,9 млн т/год, предусматривающего получение следующих фракций: лёгкого бензина (28–105 °С), тяжёлого бензина (105–190 °С), керосина (190–230 °С), дизельного топлива (230–350 °С) и мазута (>350 °С). Для достижения цели необходимо выполнить анализ исходного сырья, составить материальные и тепловые балансы установки, обосновать выбранную технологическую схему и оценить эффективность предложенного решения.
В рамках курсового проекта выполняются материальный и тепловой балансы атмосферной колонны, а также разрабатывается принципиальная технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти на листе формата А1. Графическая часть выполнена в формате А1, с рамкой и основной надписью, в соответствии с требованиями методических указаний и ЕСКД.
Результаты проекта имеют практическое значение, поскольку позволяют оптимизировать работоспособность атмосферной колонны и повысить эффективность переработки нефти на современных нефтеперерабатывающих предприятиях.
1 Литературный обзор
Технология атмосферной перегонки нефти является исходным и обязательным звеном большинства нефтеперерабатывающих комплексов. На установках атмосферной перегонки (АТ) происходит первичное разделение нефти на фракции, служащие сырьём для последующих процессов: каталитического риформинга, гидроочистки, крекинга, изомеризации и др. [1]. Эффективность работы установки АТ во многом определяет экономические показатели всего нефтеперерабатывающего завода, а также качество и ассортимент выпускаемой продукции.
1.1 Физико-химические основы процесса перегонки нефти
Перегонка нефти относится к физико-химическим процессам разделения многокомпонентных жидких смесей, основанным на различии температур кипения компонентов и их парциальных давлений [1, 3]. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов различного строения (парафиновых, нафтеновых, ароматических) и небольшого количества гетероатомных соединений (сернистых, азотистых, кислородсодержащих), что обуславливает непрерывный характер её кривой истинной температуры кипения (ИТК).
Основой процесса ректификации является установление равновесия между жидкой и паровой фазами при определённых давлении и температуре. Важную роль играют следующие параметры:
летучесть компонентов и их относительная летучесть, определяющие степень разделения фракций;
давление в колонне, влияющее на температуру кипения и тепловые затраты;
флегмовое число, определяющее глубину разделения и резкость отсекания фракций;
число теоретических ступеней разделения, обеспечивающее заданное качество продуктов [3].
В условиях атмосферной перегонки давление в колонне близко к атмосферному, что позволяет вести процесс при более низких температурах по сравнению с перегонкой под давлением, снижая термическое разложение углеводородов и коксообразование в печах и на тарелках [3].
Особенностью нефти как объекта перегонки является широкая область кипения и возможное частичное перекрытие температурных интервалов для товарных фракций (бензиновой, керосиновой, дизельной). Это требует точного подбора режимных параметров (температур, отборов, флегмовых чисел) и конструктивных решений, обеспечивающих минимальное взаимное загрязнение соседних продуктов.
1.2 Особенности перегонки нефти в атмосферных колоннах
Атмосферная колонна является основным аппаратом установки первичной перегонки нефти. В её задачу входит разделение горячего нефтяного сырья, подогретого в печи, на несколько целевых фракций: газ, лёгкий и тяжёлый бензин, керосин, дизельное топливо и мазут (атмосферный остаток) [1, 3].
Подогретая до заданной температуры нефть поступает в зону питания колонны. Выше и ниже места ввода сырья размещены контактные устройства (тарелки или насадка), которые обеспечивают противоточное движение восходящего парового потока и нисходящего жидкого потока. Для улучшения качества боковых продуктов широко применяются боковые отпарные секции (стрипперы), куда подаётся острый водяной пар. Это позволяет уменьшить содержание лёгких компонентов в тяжёлых фракциях и обеспечить соблюдение температурных и фракционных ограничений на отбираемые продукты [1].
К основным особенностям работы атмосферных колонн относятся:
необходимость строгого поддержания температурного профиля по высоте колонны, соответствующего интервалам кипения целевых фракций;
использование межступенчатых теплоотборов (циркуляционных орошений) для регулирования теплового режима, снижения нагрузки на конденсационные аппараты и повышения тепловой эффективности установки;
применение верхнего флегмового орошения, обеспечивающего должную степень очистки паров и требуемое качество бензиновой фракции;
подача водяного пара в нижние части колонны и стрипперы с целью снижения парциального давления углеводородов и уменьшения температуры кипения, что снижает термическое воздействие на сырьё и остаток [3].
При проектировании и эксплуатации атмосферных колонн важна правильная увязка материального и теплового балансов, а также рациональная интеграция колонны с печью, теплообменным и конденсационно-холодильным оборудованием установки [1, 3].
1.3 Варианты технологических схем установок атмосферной перегонки нефти
В литературе рассматривается несколько типовых вариантов технологических схем установок атмосферной перегонки нефти (АТ и АВТ) [1–3]. Они различаются количеством колонн, способом отбора и стабилизации фракций, схемами теплообмена и применением боковых стрипперов. Наиболее распространены следующие варианты:
Одноколонная схема атмосферной перегонки. В этом варианте вся перегонка нефти осуществляется в одной атмосферной колонне с несколькими боковыми отборами и стрипперами. Достоинства:
относительная простота схемы и оборудования;
меньшие капитальные затраты;
компактность установки.
Недостатки:
повышенные требования к точности регулирования температурного режима по высоте колонны;
возможные трудности в обеспечении стабильного качества всех фракций одновременно;
ограниченные возможности гибкой перестройки режима под различные нефти [1].
Двухколонная схема с отбензинивающей (стабилизационной) колонной и основной атмосферной колонной. В этом варианте нефть сначала подвергается отбензиниванию (частичному удалению лёгких фракций и растворённых газов) в отдельной колонне, а затем остаток поступает в основную колонну для более тонкого разделения на тяжёлый бензин, керосин, дизель и мазут [2, 3]. Достоинства:
улучшение фракционного состава и стабильности бензиновых фракций;
снижение газовой нагрузки на основную колонну;
возможность более гибкого регулирования качества лёгкого и тяжёлого бензина;
уменьшение риска образования пены и захлёбывания в основной колонне.
Недостатки:
усложнение схемы и увеличение количества аппаратов (вторая колонна, дополнительное теплообменное и конденсационно-холодильное оборудование);
увеличение капитальных затрат и затрат на эксплуатацию [2].
Схемы с развитой системой циркуляционных орошений и теплообменной интеграции. В современных установках АТ и АВТ широко применяются схемы с несколькими циркуляционными потоками (верхние и нижние циркуляционные орошения), используемыми для подогрева сырья и других потоков установки [1]. Достоинства:
значительное повышение тепловой эффективности;
снижение расхода топлива в печах;
уменьшение нагрузки на холодильники и конденсаторы;
возможность более точной настройки температурного профиля по высоте колонны. Недостатки:
усложнение расчёта и регулирования теплового режима;
необходимость более точных данных по физико-химическим свойствам сырья и фракций;
повышенные требования к системам автоматизации и контролю [1, 3].
Выбор конкретной схемы установки атмосферной перегонки определяется характером перерабатываемой нефти, требуемым набором и качеством целевых фракций, а также уровнем технического оснащения и стратегией развития предприятия [1–3]. Для переработки нефти с заданными показателями ИТК, в том числе Усть-Балыкской нефти, целесообразно применение схемы с отбензинивающей колонной, основной атмосферной колонной и боковыми стрипперами для керосиновой и дизельной фракций, что позволяет обеспечить чёткое разделение фракций в интервалах кипения 28–105 °С, 105–190 °С, 190–230 °С, 230–350 °С и получение атмосферного остатка >350 °С [1, 3].
1.4 Значение литературного обзора для выбора технологии и оборудования
Проведённый литературный обзор позволяет сформировать теоретическую базу для обоснованного выбора технологической схемы установки атмосферной перегонки нефти, режима работы колонны и основных конструктивных решений. Анализ физических основ процесса, особенностей работы атмосферных колонн и сравнительная оценка различных схем АТ-установок по данным источников [1–3] дают возможность:
определить оптимальную структуру колонного оборудования (количество боковых отборов, наличие стрипперов, конфигурацию циркуляционных орошений);
задать ориентировочные режимные параметры (температуры, давления, флегмовые числа), обеспечивающие требуемое качество целевых фракций;
оценить тепловую эффективность возможных схем и выбрать наиболее рациональный вариант с точки зрения энергопотребления и стабильности работы;
увязать результаты материального и теплового балансов с конструктивными параметрами атмосферной колонны [1–3].
Таким образом, систематизированные сведения по технологии атмосферной перегонки нефти, представленные в литературе, служат фундаментом для дальнейшего технологического расчёта атмосферной колонны установки первичной переработки нефти мощностью 5,9 млн т/год и обоснования принятого в проекте варианта технологической схемы.
В данном курсовом проекте кривая ИТК используется для расчёта материального и теплового балансов атмосферной колонны при переработке нефти Усть-Балыкская Б10.
2 Технологическая часть
2.1 Описание принципиальной технологической схемы установки
Задание для выполнения расчетной части курсового проекта приведено в Приложении А.
Принципиальная технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти представлена на рисунке (лист А1) и включает комплекс последовательно связанных аппаратов, обеспечивающих подогрев, испарение и разделение нефти на фракции в соответствии с заданными пределами кипения. Обозначения оборудования на схеме выполнены в соответствии с методическими указаниями Савченкова А. Л.
Описание технологического процесса
Сырьё — Усть-Балыкская нефть — из сырьевой ёмкости Е-1 с помощью насоса Н-1 подаётся в систему рекуперативного подогрева. Поток нефти последовательно проходит через теплообменники Т-1, Т-2 и Т-3, где нагревается за счёт тепла циркуляционных орошений основной колонны и горячего дизельного топлива. После этого сырьё направляется в печь П-1, где нагревается до температуры начала кипения тяжёлых фракций.
Нагретая нефть поступает на верхние тарелки отбензинивающей колонны К-1. В К-1 осуществляется выделение лёгкого бензина (фракция 28–105 °С) и газов. Парожидкостная смесь поднимается вверх по колонне, где верхние пары конденсируются в воздушных холодильниках АВО-1 и водяном холодильнике Х-1. Полученный конденсат поступает в сепаратор С-1, из которого газовый поток выводится с верха, а жидкая фаза делится на стабильный лёгкий бензин и флегму. Часть конденсата возвращается в колонну К-1 для создания флегмового орошения.
С низа отбензинивающей колонны снимается дегазированная нефть. Поток направляется в дополнительный подогреватель Т-4, после чего поступает на тарелки основной атмосферной колонны К-2. В К-2 производится разделение нефти на следующие фракции: тяжёлый бензин (105–190 °С), керосин (190–230 °С), дизельное топливо (230–350 °С) и атмосферный остаток (мазут, >350 °С).
Отбор боковых продуктов
Из колонны К-2 отбираются три боковые фракции:
Тяжёлый бензин отбирается в верхней части колонны и охлаждается в теплообменнике Т-5. Далее продукт направляется на стабилизацию либо на дальнейшую переработку.
Керосиновая фракция снимается через боковой штуцер и поступает в керосиновый отпарник К-3. В К-3 подаётся острый водяной пар для удаления лёгких компонентов. Отпаренная фракция проходит через теплообменник Т-6, а затем выводится как товарный керосин.
Дизельная фракция снимается ниже керосиновой зоны и подаётся в дизельный отпарник К-4. После отпарки продукт охлаждается в теплообменнике Т-7 и выводится с установки.
Верхние циркуляционные орошения возвращаются на соответствующие тарелки колонны К-2, частично отдавая тепло в теплообменниках Т-1 и Т-2, что повышает тепловую эффективность установки.
Низ колонны и мазут
С низа атмосферной колонны К-2 отбирается горячий остаток — мазут. Он проходит через теплообменник Т-8, где отдаёт тепло сырью, и далее направляется на товарные ёмкости либо на последующую переработку (например, в вакуумную колонну).
Отвод паров и конденсация
Верхние пары основной колонны К-2 поступают в конденсационный узел, состоящий из воздушных холодильников АВО-2 и водяного холодильника Х-2. Конденсат и непроконденсировавшиеся газы направляются в сепаратор С-2. Газовый поток выводится на факельную систему или газовую сеть, а жидкая фаза — тяжёлый бензин — частично возвращается в колонну в виде флегмы.
Насосы и вспомогательное оборудование
Все жидкие потоки — керосин, дизельное топливо, тяжёлый бензин, циркуляционные орошения — подаются насосами Н-2, Н-3, Н-4, Н-5. Их расположение и функциональные связи соответствуют принципиальной схеме установки (лист А1).
Теплообменники Т-1, Т-2, Т-3, Т-5, Т-6, Т-7 и Т-8 работают в режиме рекуперации тепла, повышая экономичность процесса.
2.2 Материальный баланс установки АТ
Материальный баланс установки составляется для мощности 5,9 млн т/год по нефти Усть-Балыкского месторождения (марка Б10). Исходные данные по разгонке (истинной температуре кипения, ИТК) нефти принимаются по справочным данным для Усть-Балыкской нефти, полученным на аппарате АРН-2.
Согласно заданию, на установке предусмотрен отбор следующих фракций:
газ – до 28 °С;
лёгкий бензин – 28–105 °С;
тяжёлый бензин – 105–190 °С;
керосиновая фракция – 190–230 °С;
дизельная фракция – 230–350 °С;
атмосферный остаток (мазут) – выше 350 °С.
Массовые доли указанных фракций определены по кривой ИТК нефти методом линейной интерполяции между точками таблицы разгонки. Суммарный выход фракций, выкипающих до 350 °С, составляет около 40 % масс., что соответствует литературным данным для Усть-Балыкской нефти.
При расчёте материального баланса принято, что установка работает 350 суток в году, тогда:
годовой расход нефти: Gгод=5,9⋅106 т/год;
суточный расход нефти: Gсут=5,9⋅106 / 350=1,6⋅104 т/сут;
часовой расход нефти: час=(5,9⋅109) / (350⋅24)≈6,67⋅105 кг/ч.
Таблица 1. Приход
Расход
Массовые доли продуктов, полученные по кривой ИТК и заданным интервалам кипения, составляют:
газ (до 28 °С) – 1,91 %;
лёгкий бензин 28–105 °С – 4,97 %;
тяжёлый бензин 105–190 °С – 8,94 %;
керосиновая фракция 190–230 °С – 5,71 %;
дизельная фракция 230–350 °С – 19,17 %;
мазут >350 °С – 59,31 %.
Эти значения приведены в материальном балансе установки в Таблице.
Таблица 2. Материальный баланс установки
Баланс по массе для всей установки выполняется: суммарный расход продуктов равен количеству поданной на переработку нефти. Полученный материальный баланс используется далее при расчёте атмосферной колонны, подборе циркуляционных орошений, определении тепловых нагрузок печей и теплообменников.
2.3 Материальный баланс атмосферной колонны
Материальный баланс атмосферной колонны составляется на основании общего материального баланса установки АТ (табл. 2.2). В качестве сырья для колонны К-2 служит дегазированная нефть, поступающая с низа отбензинивающей колонны К-1.
Из общего баланса установки известно, что при переработке
5,9 млн т/год нефти Усть-Балыкского месторождения получают (в пересчёте на сырьё):
газ – 1,91 % масс.;
лёгкий бензин – 4,97 % масс.;
тяжёлый бензин – 8,94 % масс.;
керосиновую фракцию – 5,71 % масс.;
дизельную фракцию – 19,17 % масс.;
атмосферный остаток (мазут) – 59,31 % масс.
Газ и лёгкий бензин отбираются в отбензинивающей колонне К-1, поэтому в материальный баланс атмосферной колонны К-2 входят только фракции, выкипающие выше 105 °С.
Расход сырья на атмосферную колонну.
Массовый расход сырья (дегазированной нефти) на колонну К-2 определяется как разность между подачей нефти на установку и количеством газов и лёгкого бензина, отобранных в колонне К-1:
GК, год=Gнефть−(Gгаз+Gл/бенз)=5600−(107+278,4)=5214,6 тыс. т/год.
Тогда:
суточный расход сырья на К-2
GК-2, сут=5214,6⋅103350=14898,9 т/сут;
часовой расход сырья на К-2
GК-2, час=14898,924=620,8 т/ч≈6,21⋅105 кг/ч.
При составлении материального баланса колонны внутренние циркуляционные потоки (флегма, циркуляционные орошения) и подводимый в отпарники водяной пар, как правило, не учитывают, так как они не изменяют баланс по сырью и рассматриваются в тепловом расчёте.
Таблица 3. Приход
Таблица 4. Расход
Как видно из таблицы выше, суммарный расход продуктов колонны равен расходу подаваемой на неё дегазированной нефти, что подтверждает выполнение материального баланса атмосферной колонны.
2.4 Тепловой баланс атмосферной колонны
Температуры потоков и значения энтальпий при расчёте теплового баланса атмосферной колонны определены по графикам однократного испарения (ОИ), приведённым в приложении В.
Тепловой баланс атмосферной колонны составляется с целью определения тепловых нагрузок печи, холодильников, конденсаторов и отпарных секций, а также проверки правильности выбранного температурного режима колонны. Расчёт выполняют для установившегося нормального режима работы.
В качестве исходных данных используют:
материальный баланс колонны К-2 (табл. 5);
температуры подачи сырья в колонну и отбора всех продуктовых потоков;
температуры циркуляционных орошений и флегмы;
количество и параметры подаваемого в отпарники водяного пара;
условную базовую температуру t0​ (обычно t0=20 ∘С), относительно которой рассчитывают энтальпии.
Для каждого потока определяют массовый расход Gi​, температуру ti​, агрегатное состояние и удельную теплоёмкость cp,i​ или удельную теплоту парообразования ri​ (для конденсирующихся паров).
Удобно оформить исходные данные в виде таблицы 5.
Таблица 5. Исходные данные для теплового баланса колонны К-2
Температуры потоков принимают из температурного профиля колонны и схемы теплообмена. Удельные теплоёмкости и теплоты парообразования задают по справочным данным или из методического пособия.
Тепловой баланс колонны записывают в общем виде:
где
Qприх​ – суммарный приток тепла в колонну, кВт (или кДж/ч);
Qрасх​ – суммарный отвод тепла из колонны, кВт (или кДж/ч).
К приходной части теплового баланса колонны К-2 относятся:
Теплота, внесённая горячим сырьём после печи П-1:
где tс​ – температура сырья на вводе в колонну.
Теплота водяного пара, подаваемого в отпарники:
при необходимости учитывают перегрев пара:
Теплота флегмы и циркуляционных орошений, поступающих в колонну:
Суммарный приход тепла:
Эти данные удобно оформить таблицей 6.
Таблица 6. Приходная часть теплового баланса колонны К-2
К расходной части баланса относят:
Теплота, уносимая верхними парами, конденсирующимися в аппаратах воздушного и водяного охлаждения:
где tв.п.​ – температура верха колонны,
tконд​ – температура конденсата после охлаждения.
Теплота, уносимая боковыми фракциями и мазутом:
для каждой жидкой фракции
где i=тб,к,д,м.
Теплота, отводимая циркуляционными орошениями и флегмой в холодильниках и теплообменниках:
Потери тепла в окружающую среду (через теплоизоляцию, фланцы, люки и т.д.), принимаемые расчётно, обычно в пределах 2–5 % от суммарного прихода:
Суммарный расход тепла:
.
Таблица 7
Расходная часть теплового баланса колонны К-2
После расчёта всех статей приходной и расходной части получают значения Qприх​ и Qрасх​. Разность между ними характеризует точность баланса:
Относительная невязка определяется по выражению
Допустимой считается невязка в пределах 3–5 %. При превышении этого значения уточняют исходные данные (теплоёмкости, температуры), перераспределяют потери или корректируют отдельные статьи теплового баланса.
Выводы
В результате выполнения технологической части курсового проекта были сформированы и проанализированы основные элементы технологической схемы установки атмосферной перегонки нефти мощностью 5,9 млн т/год, рассмотрены материальные и тепловые балансы атмосферной колонны и обоснованы принятые технические решения.
Разработано описание принципиальной технологической схемы установки, включающей отбензинивающую колонну, основную атмосферную колонну, систему теплообмена, отпарные секции, циркуляционные орошения и блок конденсации. Установлено соответствие схемы требованиям к перегонке Усть-Балыкской нефти с выделением фракций в заданных температурных пределах.
Составлен материальный баланс установки АТ, подтверждающий корректность распределения потоков между газом, лёгким и тяжёлым бензином, керосиновой и дизельной фракциями, а также атмосферным остатком. Полученные массовые доли согласуются с кривой ИТК Усть-Балыкской нефти и литературными данными.
Выполнен материальный баланс атмосферной колонны К-2, в который вошли только те фракции, которые выкипают выше 105 °С. Установлено, что суммарный расход продуктов атмосферной колонны равен расходу подаваемой дегазированной нефти, что подтверждает корректность расчёта.
Проведён тепловой баланс атмосферной колонны, включающий расчёт приходной и расходной частей тепла, определены основные тепловые статьи — нагретое сырьё, пар отпарных секций, циркуляционные орошения, теплота конденсации верхних паров и теплота боковых фракций. Получены значения тепловой нагрузки колонны и определена допустимая невязка теплового баланса.
Установлено, что принятые режимные параметры и структура колонны обеспечивают получение требуемых фракций в пределах температур кипения 105–190 °С, 190–230 °С, 230–350 °С и атмосферного остатка >350 °С. Наличие боковых стрипперов и циркуляционных орошений позволяет обеспечить требуемую резкость разделения и стабильность качества боковых продуктов.
Таким образом, в ходе выполнения 2-й главы сформирована законченная модель работы атмосферной части установки, позволяющая провести дальнейший конструктивный расчёт оборудования и подтвердить энергоэффективность предложенной схемы.

Первичная переработка нефти остаётся ключевым звеном нефтеперерабатывающей промышленности, определяющим ассортимент и качество продуктов, доступных для дальнейшей переработки и использования. Установка атмосферной перегонки нефти служит фундаментом для большинства последующих процессов — каталитического риформинга, гидроочистки, каталитического крекинга, изомеризации и других. Поэтому корректный технологический расчёт атмосферной колонны имеет важнейшее значение как для стабильности работы всей установки, так и для обеспечения требуемых технико-экономических показателей.
В ходе выполнения курсового проекта была разработана технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти мощностью 5,9 млн т/год, рассчитаны материальные и тепловые балансы, а также обоснованы принятые технологические решения. Исходным сырьём служила Усть-Балыкская нефть, имеющая характерное распределение фракций по истинной температуре кипения. Это определило требуемые температурные режимы отбора основных продуктов — лёгкого и тяжёлого бензина, керосиновой и дизельной фракций, а также атмосферного остатка.
Анализ литературных источников позволил установить, что наиболее рациональной схемой для заданного вида сырья является применение двухколонной конфигурации — отбензинивающей колонны и основной атмосферной колонны, оснащённой боковыми стрипперами и системой циркуляционных орошений. Данная схема обеспечивает надёжное удаление лёгких фракций на раннем этапе и уменьшает газовую нагрузку на основную колонну, что способствует поддержанию стабильного температурного режима и получению боковых продуктов требуемого качества.
Построенная технологическая схема отражает все основные процессы, происходящие на установке: рекуперацию тепла сырья и продуктов, нагрев в печи, ректификационное разделение, отпарку фракций, конденсацию и охлаждение паров. Существенное внимание уделено тепловой интеграции, благодаря которой достигается снижение нагрузки на печи и повышение энергетической эффективности. Использование циркуляционных орошений и теплообменников, работающих на горячих потоках колонны, позволяет максимально использовать внутренние тепловые ресурсы системы.
Материальный баланс установки подтвердил правильность распределения потоков и соответствие продуктов заданным температурным интервалам кипения. Общее количество продуктов, полученных из перерабатываемой нефти, соответствует сумме всех фракций, что свидетельствует об отсутствии потерь массы и корректности расчётного метода. Дополнительно был выполнен материальный баланс атмосферной колонны К-2, учитывающий только те фракции, которые образуются выше температуры 105 °С. В результате установлено, что материальный баланс колонны полностью увязан и отражает действительное распределение продуктов.
Особое значение в проекте имел тепловой баланс атмосферной колонны. В нём были учтены все основные потоки, участвующие в теплообмене: нагретая нефть, водяной пар отпарников, циркуляционные орошения, флегма, боковые фракции и верхние пары. Расчёт показал, что основная часть тепла поступает в колонну вместе с нагретым сырьём, тогда как расход тепла определяется охлаждением фракций и конденсацией верхних паров. Полученная величина относительной невязки теплового баланса находится в допустимых пределах, что подтверждает корректность исходных данных, расчетных выражений и методики выполнения работы.
Проведённые исследования демонстрируют, что принятая схема установки обеспечивает:
– получение требуемых фракций в пределах заданных температур кипения;
– энергетическую эффективность за счёт развитой системы теплообмена;
– стабильность работы колонны благодаря рациональному распределению потоков;
– минимизацию взаимного загрязнения соседних фракций за счёт применения отпарных секций.
Разработанная технологическая часть курсового проекта имеет практическое значение, поскольку подобные установки широко используются на нефтеперерабатывающих предприятиях России. Применение корректного технологического расчёта позволяет повысить выход светлых нефтепродуктов, уменьшить расход топлива, снизить тепловые потери и обеспечить соответствие современным требованиям промышленности по качеству, энергоэффективности и экологической безопасности.
Таким образом, выполненный проект демонстрирует комплексный подход к анализу и расчёту технологической схемы установки атмосферной перегонки нефти. Решённые задачи подтверждают возможность применения выбранной схемы для переработки Усть-Балыкской нефти при мощности 5,9 млн т/год. Полученные данные могут служить основой для дальнейшего конструктивного расчёта колонного оборудования, теплообменников, печей и систем автоматизации. Итогом выполненной работы стало формирование полной и логически связанной модели функционирования установки, обеспечивающей эффективное разделение нефти на целевые фракции и стабильность технологического процесса.
Список использованной литературы
ГОСТ 1510–2022. Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. – Введ. 2023-01-01. – М.: Стандартинформ, 2022.
ГОСТ 21046–2021. Нефтепродукты отработанные. Общие технические условия. – Введ. 2022-07-01. – М.: Стандартинформ, 2021.
СП 36.13330.2020. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85. – М.: Минстрой России, 2020.
СП 62.13330.2020. Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002. – М.: Минстрой России, 2020.
СП 118.13330.2020. Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31-06-2009. – М.: Минстрой России, 2020.
СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. – М.: Минстрой России, 2020.
СП 157.1328500.2014. Правила технологического проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических комплексов. – М.: Минэнерго России, 2014. – Действующая редакция, актуализирована 2021 г.
Агибалова, Н. Н. Технология и установки переработки нефти и газа: учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2020. – 352 с.
Скутин, Е. Д., Подгорный, С. О., Подгорная, О. Т. Основы нефтепереработки и нефтехимии: учеб. пособие. – Омск: ОмГТУ, 2020. – 145 с.
Власов, В. Г. Подготовка и переработка нефтей: учеб. пособие. – М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. – 328 с.
Власов, В. Г. Процессы стабилизации нефтей, газоконденсатов и нефтяных фракций: учеб. пособие. – М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. – 180 с.
Власов, В. Г. Гидрогенизационная переработка нефтяных фракций: учеб. пособие. – М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. – 156 с.
Процессы и аппараты нефтепереработки: учеб. пособие. – Хабаровск: Тихоокеанский гос. ун-т, 2022. – 400 с.
Основы нефтепереработки: метод. указания по дисциплине для направления 18.03.01 «Химическая технология». – Грозный: ГГНТУ, 2023.
Технология первичной переработки нефти: учеб.-метод. пособие по дисциплине для направления 18.03.01 «Химическая технология». – Грозный: ГГНТУ, 2023.
Первичная переработка нефти и попутного нефтяного газа: методические указания по выполнению курсового проекта / Тюменский индустриальный университет. – Тюмень, 2024. – 32 с.
Технологические процессы переработки нефти и газа: метод. указания / ФГБОУ ВО «Политехнический институт». – Пенза, 2025.
Демин, А. М., Секацкая, В. В. Обзор технологических схем атмосферных колонн на установках первичной переработки нефти // Динамика систем, механизмов и машин. – 2023. – Т. 11, № 3.
Федюхин, А. В., и др. Модернизация установки первичной переработки нефти с целью увеличения доли газового конденсата в сырье // Энергетика. – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 125–144.
Технологические установки первичной переработки: анализ возникающих проблем // Нефтегаз.ру. – 2020.
Приложения
Приложение А
Задание для выполнения расчётной части курсового проекта
РАЗГОНКА (ИТК) НЕФТИ марки Усть-Балыкская Б10
Усть-Балыкская (Б10) нефть
Относительная плотность нефти при 20оС 0,8668
Приложение Б
Таблица А.1 – Данные для построения кривой ИТК нефти Усть-Балыкская Б10
Приложение В
Приложение Г

Примечание: корректировать температуры вывода боковых фракций не требуется.
Графическая часть проекта – принципиальная технологическая схема установки перегонки нефти на листе формата А1.
Исходные данные к проекту:
Разгонка (ИТК) Усть-Балыкской Б10 нефти.
На установке предусмотреть отбор следующих фракций:
в отбензинивающей колонне – фракцию лёгкого бензина 28–105 °С;
в основной колонне:
фракцию тяжёлого бензина 105–190 °С,
фракцию керосина 190–230 °С,
фракцию дизельного топлива 230–350 °С,
остаток мазут >350 °С.
Список необходимых источников:
1. Первичная переработка нефти и газа: методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направлений подготовки 18.03.01 «Химическая технология» очной и заочной форм обучения / сост. А. Л. Савченков; – Тюменский индустриальный университет. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2018. – 32 с.
2. Технологическая схема проекта: методические указания к графической части курсовых и дипломных проектов студентов направления «Химическая технология» всех форм обучения / сост. А. Л.Савченков; – Тюменский индустриальный университет. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2019. – 32 с.
3. Савченков А. Л. Технологический расчёт установки атмосферной перегонки нефти: учебное пособие / А. Л. Савченков. – Тюмень, ТюмГНГУ, 2006. – 98 с.
Руководитель проекта,
доцент кафедры ПНГ                                                                                         А. Л. Савченков
РЕФЕРАТ
Курсовой проект посвящён разработке технологического расчёта установки атмосферной перегонки нефти. В качестве сырья принята нефть Усть-Балыкская Б10 с производительностью установки 5,9 млн т/год.
В ходе выполнения курсового проекта рассмотрены физико-химические свойства нефти и её фракционный состав. На основании исходных данных построена кривая истинных температур кипения (ИТК), используемая при определении выходов товарных и промежуточных фракций. Выполнен материальный баланс атмосферной колонны с выделением бензиновых, керосиновой, дизельной фракций и атмосферного остатка.
Для расчёта теплового баланса атмосферной колонны использованы графики однократного испарения (ОИ), позволяющие определить температуры потоков и соответствующие им значения энтальпий. На основе полученных данных рассчитан тепловой баланс установки.
В графической части курсового проекта разработана принципиальная технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти, выполненная на листе формата А1, с указанием основного технологического оборудования и направлений потоков.
Курсовой проект выполнен в соответствии с методическими указаниями и требованиями кафедры и может быть использован в учебных целях для изучения процессов первичной переработки нефти.