- Ректификационная колонна «Заготовщик Футурист»
- Работы по монтажу ректификационных колонн
- Транспортировка и перемещение ректификационных колонн
- Ректификационные колонны
- Корпус колонны.
- Особенности конструкции вакуумных колонн.
- Монтаж и испытания
- Виды и устройство ректификационных колонн
- Типы ректификационных колонн и их устройство
- Выбор любителей и профессионалов
Ректификационная колонна «Заготовщик Футурист»
предлагает своим клиентам такие услуги как:
- транспортировка и перемещение ректификационных колонн;
- такелаж ректификационных колонн;
- монтаж ректификационных колонн;
- демонтаж ректификационных колонн;
В широком смысле слова ректификационная колонна – это вертикальный цилиндрический тонкостенный сосуд переменного или постоянного сечения, имеющий внутри определенный набор массо- и теплообменных устройств, предназначенных для разделения жидких смесей на фракции. В промышленности различают тарельчатые и насадочные ректификационные колонны. По типу технологического процесса колонны делятся на атмосферные (когда давление в верхней ее части близко к атмосферному) и вакуумные (давление заметно ниже атмосферного). Компактные ректификационные колонны активно используются в лабораториях и на опытных производствах, однако основное свое применение они нашли в промышленности: нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и пищевой (пивоварение и изготовление спиртов из органического сырья). Промышленные ректификационные колонны в подавляющем большинстве случаев изготавливаются из сталей высоких марок и могут превышать 90 метров в высоту и 9 – 10 метров в диаметре. Вес таких агрегатов исчисляется сотнями тонн.
Работы по монтажу ректификационных колонн
Специфика и габариты промышленных ректификационных колонн накладывают повышенную ответственность на подготовительный этап работ по монтажу, демонтажу и такелажу ректификационных колонн. Для того чтобы избежать нежелательных проблем и непредвиденных расходов в будущем, необходимо еще на начальном этапе детально изучить паспорт изделия, убедиться в качестве изготовления агрегата, отсутствии повреждений в процессе перевозки, а так же во время хранения и непосредственно перед установкой. Не меньшее внимание уделяется изучению архитектурной планировки промышленного здания, в котором предполагается проводить работы по монтажу или демонтажу ректификационной колонны, сбору информации о доступных мощностях и необходимых для проведения работ мероприятиях, а также составлению исполнительной документации для монтажа колонн или ППР на монтаж колонн. Только после подписания сторонами исчерпывающего пакета документов можно приступать к монтажу, демонтажу или перемещению ректификационных колонн.
Транспортировка и перемещение ректификационных колонн
Ввиду значительного веса и габаритов ректификационные колонны при любых манипуляциях требуют к себе деликатного отношения. Монтаж и демонтаж колонн следует проводить в строгом соответствии с положениями, указанными в технической документации завода изготовителя, проектом размещения оборудования, ППР и ряда нормативных документов.
Ректификационные колонны могут прибыть на строительную площадку как в полной заводской готовности, законсервированными, так и отдельными элементами (сборочными элементами – царгами). Особое внимание специалисты нашей компании уделяют этапу транспортировки колонн или их частей с территории завода изготовителя до площадки монтажа. Этот процесс делится на несколько технологических этапов: сдача оборудования заводом, погрузка на транспорт, разгрузка и временное хранение до окончательного монтажа колонн в стаканы фундаментов. В ходе каждого этапа ведется контроль состояния оборудования на предмет отсутствия повреждений, окончание работ фиксируется актами с обязательным наличием подписей специалистов как сдающей, так и принимающей оборудование стороны. Хранение ректификационных колонн непосредственно перед их монтажом производится исключительно на бетонной или любой другой ровной площадке, исключающей возможность провисания (и как следствие – повреждения) корпуса колонны.
Ректификационные колонны
Они должны обладать высокой производительностью по пару и жидкости, высокой эффективностью разделения, низким гидравлическим сопротивлением, широким диапазоном устойчивой работы, высокой надежностью и долговечностью в условиях загрязненных сред, сред с повышенной вспениваемостью и др. Они бывают тарельчатые и насадочными. В практике НПЗ наиболее часто используют тарельчатые колонны. Конструкции колонн отличается большим многообразием, но имеются и общие черты.
Корпус колонны.
Он представляет собой вертикальный цилиндрический цельносварной или выполненный из отдельных царг сосуд. При малых диаметрах (400 – 1000 мм) и давлениях не более 1,6 МПа используют колонны в царговом исполнении.
Аппараты в царговом исполнении снабжают неразъемными тарелками (рис. 30), представляющими собой отбортованный металлический диск с устройствами (отвер- ствиями, клапанами, колпачками и др.) для ввода пара на тарелку и слива жидкости.
Для создания необходимого уровня жидкости на тарелке 4 установлены сливная 2 и переливная 3 перегородки. Высота переливной перегородки постоянна; она образует так называемый переливной карман, в который погружена сливная труба 1 расположенной выше тарелки. Высоту сливной перегородки можно регулировать для поддержания необходимого уровня жидкости на тарелке.
Нижняя тарелка в царге установлена на кронштейнах 6, а остальные – на стойках 5. Упорные кольца 7 предназначены для герметизации тарелок. В зазоре между тарелкой и корпусом колонны установлены прокладки 8 из асбестового шнура, закрепленные нажимным кольцом 11, скобами 9 и шпильками 10.
При больших диаметрах (1200 мм и более) и высоких давлениях (1,7 МПа и более) применяют цельносварные корпусы. Рассмотрим конструкцию этих аппаратов на примере наиболее распространенных колонн для атмосферно-вакуумной установки.
В нижней части установлены штуцеры для ввода горячей струи, для подачи водяного пара, для слива воды при промывке и гидравлических испытаниях.Установлены также муфты для термопар, термометров и т.д.
На рис. 31 показана конструкция атмосферной колонны диаметром 7000 мм. На корпусе имеются обязательные штуцеры для ввода сырья и вывода продуктов, вывода и возврата циркуляционных орошений, ввода паров из отпарных колонн (стриппинг-секций), предохранительного клапана на верху колонны, прохода воздуха и для запол нения колонны водой и спуска ее при гидравлических испытаниях.
Для монтажа и обслуживания тарелок в аппаратах с цельносварным корпусом имеются люк-лазы диаметром 450 – 600 мм. Они расположены через каждые 5 – 10 тарелок в зависимости от диаметра аппарата и типа тарелок. Расстояние между тарелками в месте установки люка делается больше (800 – 1000 мм).
При значительной высоте колонн, когда толщина стенки корпуса определяется весовыми и ветровыми нагрузками, целесообразно ступенчато уменьшать толщину стенки обечаек по высоте аппарата в направлении снизу вверх. Это позволяет уменьшить затраты металла на изготовление корпуса.
Часто нагрузки по пару и жидкости из-за наличия боковых отборов значительно меняется по высоте колонны. В этих случаях для поддержания оптимальной гидродинамики работы тарелок использую колонны переменного диаметра (рис. 32).
| Рис. 31. Атмосферная ректификационная колонна: 1, 2, 4, 5, 10, 13 – штуцеры (1 – для предохранительного клапана, 2 – для продуктов, 4 – для орошения, 5 – для ввода паров из отпарных колонн, 10 – для ввода сырья, 13 – для регулятора уровня), 3 – отбойник, 6 – люки, 7 – тарелка, 8 – сборник флегмы, 9 и 11 – муфты для термопар и манометра, 12 – опорная часть | Рис. 32. Атмосферная ректификационная колонна переменного диаметра |
К корпусу колонны снизу приварена опорная часть (рис. 33, 34).
В ней имеются один или два лаза и отверстия для вывода трубопровода остатка. В верхней части опоры обязательно выполняются вентиляционные отверстия для выхода паров, скапливающихся при недостаточной герметичности узла вывода остатка.
Опорные части бывают цилиндрические и конические. Конические используются при малых диаметрах и больших высотах колонны. Цилиндрические подразделяются на телескопические с приваркой в внахлест и равного диаметра опоры с корпусом (встык). Для крепления к фундаменту опора снабжена лапами. Диаметр отверстий под анкерные болты делают в 1,5 раза больше шпилек или делают в виде пазов. В опоре имеются один или два лаза и отверстия для трубопроводов. Обязательным является вентиляционные отверстия, которые располагаются в верхней части опоры.
Особенности конструкции вакуумных колонн.
Вакуумные колонны для перегонки мазута отличаются сравнительно большим диаметром корпуса. На рис. 35. показана такая колонна внутренним диаметром 8000 мм.
Корпус колонны укреплен снаружи кольцами жесткости, имеющими двутавровое сечение. Расстояние между ними 1,5 – 2,5 м. Диаметр нижней части корпуса обычно меньше. Это обеспечивает меньшее время пребывания гудрона и снижает вероятность его термического разложения. Кроме того, объем паров в нижней части колонны меньше, чем в верхней, поэтому нет необходимости выполнять нижнюю часть колонны большего диаметра. В верхней части колонны паров меньше, поэтому ее выполняют несколько меньшим диаметром (7000 мм).
Над вводом сырья и в верхней части вакуумных колонн устанавливают отбойные устройства, обеспечивающие достаточно эффективное отделение капель от паров при высокой скорости последних.
Рис. 35. Вакуумная колонна:
1 – корпус; 2, 4, 6, 11 – тарелки жалюзийные прямоточные, соответственно, трех-, двух- и четырехпоточные; 3 – монтажный штуцер; 4 – тарелка для сбора и вывода флегмы; 5, 8 – тарелки ситчатые с отбойными элементами; 7 – тарелка для сбора флегмы; 9 – отбойник сетчатый; 10 – улиты ввода сырья; 12 – коллектор распределения острого водяного пара
Опора вакуумной колонны для бесперебойного вывода гудрона из нижней части аппарата и обеспечения устойчиво работы откачивающего насоса делается высотой около 10 м.
Условия работы колонны следующие: температура верха 110 – 130 оС, эвапорационной части (место ввода исходного питания) 400 – 420 оС, низа 380 – 400 оС; остаточное давление в верхней части колонны составляет 40 – 80 мм рт. ст. Создание и поддержание необходимого вакуума является одним из основных условий успешной эксплуатации вакуумных колонн. Вакуум создается сочетанием двух способов: конденсацией паров, отводимых с верха колонны, и отсасыванием несконденсировавшихся газов при помощи вакуум-насосов.
Для конденсации паров используют барометрические конденсаторы смешения противоточного типа (рис. 36). Диаметр корпуса конденсатора – до 1,8 м, общая высота 2,1 м. Внутри аппарата смонтированы каскадные тарелки.
| Рис. 36. Барометрический конденсатор смешения: 1 – штуцер для ввода паров, 2 – люк, 3 – штуцер для барометрической трубы, 4 – каскадная тарелка, 5 – штуцер для ввода воды, 6 – штуцер для вывода несконденсировавшейся парогазовой смеси | Рис. 37. Двухступенчатый пароструйный эжектор: 1 – ввод паров и газов, 2 – паровая головка, 3 – ввод острого пара, 4 – паровое сопло, 5 – камера всасывания, 6 – конфузор, 7 – выхлоп 8 – штуцер для подсоединения спускного (барометрического) трубопровода, 9 – ввод воды, 10 – форсунка для воды, 11 – промежуточный конденсатор |
Парогазовая смесь, состоящая из воздуха, водяных паров, газообразных продуктов разложения мазута и небольшой части легких углеводородных фракций из верхней части ректификационной колонны подается через штуцер 1 под нижнюю каскадную тарелку 4. Каскадные тарелки представляют собой перфорированные полки с отбортовкой вверх около слива. По штуцеру 5 на верхнюю каскадную тарелку подается охлаждающая вода. В результате этого парогазовая смесь и вода контактируют в режиме противотока. Сконденсировавшиеся пары вместе с охлаждающей водой сливаются самотеком по барометрической трубе через гидрозатвор в канализацию.
Высота этой трубы во избежание возможности заполнения аппарата водой должна быть не менее 10 м. Несконденсировавшиеся пары и газы отсасываются из барометрического конденсатора через штуцер с помощью пароэжекционных насосов (ПЭН). Они бывают двух-, трех- и многоступенчатыми.
На рис. 37 показан двухступенчатый ПЭН, работающий совместно с барометрическим конденсатором. Парогазовая смесь по штуцеру 1 поступает на первую ступень всасывания 5. По центру конфузора 6 установлено паровое сопло 4, которое вмонтировано в паровую «головку» 2 со штуцером подачи острого водяного пара 3. Высокоскоростная струя водяного пара эжектирует содержимое камеры всасывания, создавая в ней вакуум, и проходит в промежуточный конденсатор 11, где конденсируется распыленной водой, подаваемой через штуцер 9 и форсунку 10. Вода вместе с паровым конденсатом стекает вниз через штуцер 8 и барометрическую трубу с гидрозатвором в канализацию.
Оставшаяся часть парогазовой смеси далее отсасывается второй ступенью насоса, которая отличается от первой только своими размерами. Из второй ступени газы и пары выбрасываются в атмосферу или в канализацию. Корпус ПЭНа изготавливают из чугуна, а сопла и распылители – из стали.
Такие насосы имеют низкий к.п.д., их работа связана с образованием значительных объемов загрязненных вод. Поэтому в настоящее время проводится постепенная замена на более современные насосы. Наиболее перспективными из них являются жидкостные струйные насосы, в которых в качестве рабочей жидкости используются светлые нефтепродукты, например, вакуумный газойль, соляровый дистиллят и др.
В аппаратах диаметром 1200 мм и более используют тарелки разборной конструкции. Различные варианты сборки таких тарелок представлены на рис. 38.
Рис. 38. Варианты крепления секций полотна тарелки:
1 – полотно, 2 – прокладка, 3 – планка, 4 – прижимной уголок, 5 – клин, 6 – скоба
На рис. 39 приведены различные варианты крепления тарелок к корпусу колонн.
Рис. 39. Варианты крепления полотна тарелки к корпусу колонны:
а – сваркой, б – на прокладке с прижимной планкой сверху,
в – на прокладке со струбциной, г – на сальнике с набивкой
Конструкция узла ввода сырья в колонну (рис. 40) зависит от фазового состояния поступающей смеси.
Жидкое питание, а также орошающая жидкость (флегма), вводятся непосредственно в переливной карман тарелок. Переливные карманы, в которые вводится жидкость, обычно углублены ниже тарелки примерно на 300 мм. Иногда для гашения энергии струи в переливном кармане устанавливают отра-жательную пластину 2 (рис. 40 а). Для защиты корпуса от эрозионного износа парожидкостное сырье подают через специальное устройство улиту. Форма улиты должна обеспечить равномерное распределение пара по сечению аппарата.
На рис. 40 б показана конструкция улиты с одним вводом сырья, на рис. 40 в – с двумя вводами. Улита 3 крепится к корпусу колонны 1. Штуцеры 4 для ввода сырья быстро изнашиваются, поэтому их защищают гильзой 5.
При подаче в колонну исходного сырья в парообразном состоянии используются коллекторные распределительные устройства.
В колонне с боковыми выводами, предназначенной для разделения многокомпонентных смесей, вывод жидкости из колонны осуществляется так же, как и ввод – из углубленных переливных карманов (рис. 40 г). Выводная труба при этом должна быть погружена в жидкость во избежание выхода через нее паров. При использовании двух- и четырехпоточных сливов жидкость, как правило, отбирают из центральных сливов.
Часто нагрузки по пару и жидкости из-за наличия боковых отборов значительно меняются по высоте колонны.
В этом случае для обеспечения устойчивой и эффективной работы тарелок используют следующие приемы:
1. Переменный диаметр колонны по высоте (в местах резкого уменьшения количества стекающей жидкости диаметр колонны уменьшают) (рис. 31).
2. Сочетание тарелок различных типов (для сохранения оптимальной гидродинамики по высоте).
3. Использование тарелок с различным свободным сечением для прохода паров и различным числом потоков для жидкости. При увеличении нагрузки по жидкости используют многопоточные тарелки (рис. 41).
Рис. 41. Схемы тарелок с различным количеством потоков жидкости:
а – однопоточная, б – двухпоточная, в – трехпоточная, г – четырехпоточная,
д – каскадного типа
Материал корпуса колонн: для неагрессивных сред – углеродистая сталь ВСт3сп5, 20К, 16ГС, для агрессивных сред – 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М3Т, или углеродистая сталь для основного корпуса с плакирующим внутренним слоем из нержавеющей стали.
В практике нефтепереработки для разделения многокомпонентных смесей, наряду с блоком простых колонн, часто используют так называемые сложные колонны. Схема сложной колонны для ректификации четырехкомпонентной смеси приведена на рис. 42.
Рис. 42. Схема сложной колонны для разделения четырехкомпонентной смеси: I – III – контуры, выделяющие отдельные части сложной колонны
Рис. 43. Схема съема тепла промежуточным циркуляционным орошением
Она представляет собой колонну I, на которуюустановлены концентрационные части следующих колонн II и III. Отгонные (исчерпывающие) части колонн II и III выполнены в виде отдельных аппаратов, называемых отпарными или стриппинг-секциями, которые объединены потоками жидкости и пара с основной колонной.
Орошение подают только на верх основной колонны, обеспепечивая необходимое флегмовое число во всех нижерасположенных секциях. Флегма с нижней тарелки каждой секции делится на две части: одна часть стекает в стриппинг-секцию, где от этой жидкости отделяются низкокипящие компоненты за счет подвода тепла или водяного пара в нижнюю часть стриппинг-секции. Оставшаяся часть жидкости служит орошением для нижерасположенной секции сложной колонны. Готовый продукт выводится из нижней части стриппинг-секции, а пары возвращаются обратно в основную колонну.
В сложной колонне вследствие отвода боковых погонов в стриппинг-секции количество паров ректификата увеличивается сверху вниз, а количество флегмы достигает максимума в верхней части. Чтобы более равномерно распределять потоки паров и флегмы по высоте сложной колонны, часть тепла для образования флегмы отбирают при помощи промежуточного циркуляционного орошения (рис. 43).
С этой целью с тарелки, расположенной ниже сечения отбора бокового погона, отбирают часть флегмы и прокачивают ее через теплообменник. Здесь она охлаждается, отдавая часть тепла, например, нефти. Охлажденная флегма возвращается в колонну, где контактирует с горячими парами. При этом часть паров конденсируется, увеличивая количество стекающей вниз флегмы.
К преимуществам сложных колонн относятся меньшая громоздкость и металоемкость по сравнению с блоком простых колонн, а также использование только одного насоса для подачи флегмы (рефлюкса) в верхнюю часть основной колонны. К недостаткам таких колонн относятся пониженная четкость ректификации многокомпонентных смесей и наличие так называемых температурных «налеганий» получаемых фракций продуктов.
Монтаж и испытания
Монтаж колонн и последующие испытания производятся в строгом соответствии с ГОСТ Р 54892-2012 «МОНТАЖ УСТАНОВОК РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА И ДРУГОГО КРИОГЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ». Отклонение корпуса колонн (для агрегатов диаметром не более 1 метра и высотой не более 8 метров) по вертикали не должно превышать 2 мм на каждый метр высоты, но суммарно не более 5 мм. Для колонн высотой более 8 метров совокупное отклонение от эталонного положения не должно превышать 10 мм. Обеспечить такие показатели можно проведением постоянного геодезического контроля.
Прочность, плотность и качество сочленений ректификационных колонн, а так же подводящих и отводящих трубопроводов проверяется путем пневматических и гидравлических испытаний с определенным алгоритмом, в ходе которых выявляются слабые места конструкции и выполняются мероприятия по их усилению. Завершение процедуры испытаний оформляется актами.
Учитывая массогабаритные параметры промышленных ректификационных колонн и специфику происходящих в них процессов, особое внимание еще до установки данных агрегатов уделяется монтажу фундамента для них, который изготавливается из армированного бетона высоких марок с обязательным контролем геометрии точек крепления ректификационных колонн. В случае если на объекте уже есть фундамент для промышленной ректификационной колонны, или если работы по его строительству выполнила другая организация, специалисты выполнят комплекс работ по его проверке, приемке при необходимости выполнят геодезический контроль планового и высотного положения, лабораторные исследования материала фундамента на соответствие заявленным прочностным характеристикам.
Монтаж и демонтаж ректификационных колонн выполняется как на свободных площадках, так и в условиях работающих производств, с использованием специальной техники средств механизации для монтажа колонн, стационарных мостовых кранов и ГМП, тяжелых строительных кранов с большим вылетом стрелы. Специалисты составят задание на монтаж, проведут обследования, выполнят проектирование, разработают ППР, перевезут, выполнят строительно-монтажные работы, проведут приемочные испытания, оформят исполнительную документацию и сдадут объект в эксплуатацию. При необходимости может быть выполнен монтаж подкрановых путей и ферм. Стоимость монтажа ректификационных колонн строго индивидуальна и складывается из целого комплекса работ, в котором расценки на монтаж колонны являются лишь одной из составных частей.
Специалисты нашей компании обладают необходимым уровнем квалификации и большим опытом работы, что гарантирует высокое качество оказываемых услуг.
Наша компания имеет уникальный опыт по проведению работ по монтажу и демонтажу ректификационных колонн в стесненных условиях на действующих производствах.
Заказывая монтаж, демонтаж или перемещение ректификационных колонн в нашей компании вы гарантированно получаете качественную услугу и избавляете себя от необходимости устранять последствия халатного или непрофессионального отношения к делу. А в случае с такими сложными и крупными агрегатами, как ректификационные колонны, эти последствия могут иметь фатальный характер.
Виды и устройство ректификационных колонн
Бытовая ректификационная колонна — это высокоэффективный аппарат, позволяющий получать спирт-ректификат прямо в домашних условиях. Имея под рукой рецепты браги для самогона, Вы можете получить и классический самогон, которому присущи аромат и привкус сырья, и абсолютной чистоты этиловый спирт без посторонних примесей. Какие же бывают виды ректификационных колонн?
Типы ректификационных колонн и их устройство
Ректификационные колонны отличаются от обычных бражных (пленочных) наличием контактных элементов, расположенных внутри колонны. Это могут быть тарелки или насадки. По типу контактных элементов и различают два типа ректификационных колонн: тарельчатые и насадочные.
Устройство ректификационной колонны тарельчатого типа:
Колонна (вертикальная труба) большого диаметра имеет внутри установленные на определенном расстоянии тарелки, на которых и происходит тепломассообмен (подробнее о принципе работы ректификационной колонны читайте в нашей статье). Тарельчатые колонны имеют внушительные габариты, а также стоят немалых денег, поэтому они применяются преимущественно в промышленности. Зато такая колонна позволяет отделить фракции еще более точно.
Конструкция ректификационной колонны насадочного типа:
Насадочная ректификационная колонна с регулярной проволочной насадкой из меди
Вертикальная трубка колонны может быть заполнена: 1. нерегулярной насадкой; 2. регулярной насадкой.
Первая представляет собой россыпь достаточно мелких элементов из инертного материала (чаще нержавеющая сталь), которые просто заполняют колонну, образуя неупорядоченный слой. Примером может служить спирально-призматическая насадка (СПН). Площадь поверхности для тепломассообмена такая насадка увеличивает, но вот из-за неравномерного ее размещения затрудняется проход паров и отток флегмы.
Регулярная же насадка представляет собой сетку или перфорированный лист, закрученный определенным образом. Пример такой насадки — регулярная проволочная насадка Панченкова (РПН). Такая насадка позволяет максимально эффективно использовать площадь контакта жидкости и пара, обеспечивая тепломассообмен без каких либо препятствий.
Выбор любителей и профессионалов
Купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl 6) для домашнего использования достаточно просто, рынок на сегодняшний день богат различными моделями. Отзывы о самогонных аппаратах свидетельствуют: тем, кто планирует регулярно готовить домашние спиртные напитки, лучше всего подойдет ректификационная колонна насадочного типа. С ней Вы сможете разнообразить домашний бар любыми крепкими напитками, как “классикой”, так и рецептами настоек из самогона в домашних условиях на различных ягодах, фруктах или травах.
Источник