Меню Рубрики

Установки для охлаждения нефти

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Охлаждение — нефтепродукт

Охлаждение нефтепродуктов и реагентов на технологических установках должно, как правило, производиться в аппаратах воздушного охлаждения. В случаях, когда по условиям технологического процесса для охлаждения требуется низкотемпературный хладагент, рекомендуется применять системы искусственного холода. Применение для охлаждения и доохлаждения нефтепродуктов воды допустимо, лишь когда это обусловлено специальными требованиями производства. Захолаживание конденсата водяного пара, сточных вод от электродегидраторов ЭЛОУ и от продувки котлов-утилизаторов путем смешения с водой не допускается. [1]

Процесс охлаждения нефтепродукта состоит из двух периодов — охлаждение до температуры застывания и застывание нефтепродукта. [2]

При охлаждении нефтепродуктов до температуры их застывания наблюдается структурообразование, приводящее к появлению аномальной вязкости, которая усиливается с понижением температуры. Структурообразованием объясняются специфические механические свойства системы, проявляющиеся в возникновении предельного напряжения сдвига, а также в тиксо-тропии. [3]

При охлаждении нефтепродуктов Часть эмульсионной воды испаряется в надтопливное пространство, конденсируется на стенках резервуара и замерзает в виде инея. [4]

Сложный процесс охлаждения нефтепродуктов в подземных трубопроводах зависит от другого, не менее сложного процесса — от охлаждения массы грунта, окружающего трубопровод. [5]

Расход воды на охлаждение нефтепродуктов должен быть минимальным; если этот расход меньше необходимого, может недопустимо повыситься температура воды. В результате интенсивно выпадают соли на поверхности труб, что резко ухудшает условия теплопередачи. Осаждение солей из водопроводной воды, как правило, начинается при 65 С. При слишком большом расходе воды резко возрастают энергетические затраты. Когда по условиям процесса необходим большой расход воды, отработанную воду желательно использовать в других холодильниках, где не требуется охлаждения до столь низкой температуры, как в конденсаторах-холодильниках для легких нефтепродуктов. [6]

Расход воды на охлаждение нефтепродуктов должен быть минимальным; если этот расход меньше необходимого, то может недопустимо повыситься температура воды. В результате происходит интенсивное выпадение солей на поверхности труб, что резко ухудшает условия теплопередачи. [7]

Расход воды на охлаждение нефтепродуктов уменьшается на 426 м3 / ч, или 3370 тыс. м3 / год; кроме того экономится около 10 т / ч пара, который потребовался бы для подогрева воздуха в калориферах, а также обогрева лотков и мерников. [9]

Для конденсации и охлаждения нефтепродуктов перед направлением их в приемники или резервуары применяют конденсаторы и холодильники. [11]

Расход воды на охлаждение нефтепродуктов должен быть минимальным; если этот расход меньше необходимого, может недопустимо повыситься температура воды. В результате интенсивно выпадают соли на поверхности труб, что резко ухудшает условия теплопередачи. Осаждение солей из водопроводной воды, как правило, начинается при 65 С. При слишком большом расходе воды резко возрастают энергетические затраты. Когда по условиям процесса необходим большой расход воды, отработанную воду желательно использовать в других холодильниках, где не требуется охлаждения до столь низкой температуры, как в конденсаторах-холодильниках для легких нефтепродуктов. [12]

При расчете скорости охлаждения нефтепродуктов в наземном металлич. [13]

Процесс рационализации систем охлаждения нефтепродуктов путем исключения промежуточного хладоагента — воды — является весьма перспективным. При этом отпадает надобность в строительстве капиталоемких объектов прямоточного и оборотного водоснабжения, исключается образование значительных количеств стоков загрязненных нефтепродуктами, а следовательно, и надобность в очистных сооружениях. [14]

Продолжительность второго периода охлаждения нефтепродуктов в емкостях определяется иначе. Так как толщина слоя намерзшего нефтепродукта по сравнению с главными размерами резервуара обычно невелика, тс намерзший слой нефтепродукта можно считать только как тештопередающук среду, не участвующую в изменении теплосодержания системы. [15]

источник

Применение холода в нефтяной промышленности

Оборудование для нефтегазовой промышленности

В нефтегазовой промышленности есть ряд специфических требований, как к самой системе, так и к оборудованию, ведь сфера применения очень широка. В первую очередь — это безопасность, ведь в некоторых системах используются пропановые испарители и чиллеры, что влечет за собой взрывоопасность. Во вторых температуры, паровоздушных смесей имеют достаточно высокие температуры и многие другие особенности.

Промышленный холод на нефтегазовых объектах

Аммиачная и пропановая холодильная установка используется при производстве масел для таких целей:

  • с целью их депарафинизации;
  • для получения различных присадок к ним;
  • при алкилировании;
  • при обезмасливании гачей и др.

Для этого используются специальные агрегаты, на поверхностях которых происходит непосредственное кипение хладагента. В данных системах используются в основном углеводородные и аммиачные хладагенты, благодаря которым на поверхности испарителя образуются кристаллы парафина, что способствует улучшению качества и снижению температуры застывания.

Депарафинизация масел в нефтяной промышленности

Процесс депарафинизации направлен на увеличение количества удаляемых из нефти парафиновых веществ, в этом смысле усовершенствование холодильных решений позволяет повысить рещзутаты очистки нефти от парфинов. Один из способов депарафинизации проводят в кожухотрубных теплообменниках-кристаллизаторах со скребковыми механизмами, которые при вращении удаляют с поверхности кристаллы парафина, благодаря чему есть возможность нарастать новым, и, таким образом, интенсифицируют процесс, позволяя избавиться от изоляционного парафинового слоя. Известен также способ депарафинизации, основанный на охлаждении масла (маслоохладители) при непосредственном контакте с самоохлаждаемой жидкостью, например, пропаном.

Оборудование для нефтегазовой промышленности часто предполагает создание специальной холодильной установки м аммиаком в качестве хладагента. Для предотвращения попадания паровоздушной смеси с капельками хладагента в компрессор, а также последующего гидроудара и его выхода из строя, применяется маслоотделитель холодильной установки. Маслоотделитель приводит к уменьшению энергозатрат на производство единицы холода, в том числе и на другие компоненты системы охлаждения, а также на емкостное оборудование.

Помимо основного направления, поставки и монтажа холодильного оборудования, наша компания предоставляет еще ряд различных услуг, таких как сервисное, гарантийное и послегарантийное обслуживание, мониторинг систем, а также ремонт и модернизация. Мы предлагаем ряд комплексных решений, для различных отраслей как пищевой промышленности, например, холодильное оборудование для фруктов и овощей и камеры для их хранения, так и более серьезное оборудование, для химических и металлургических промышленностей.

Компания «Холод» занимается проектированием, монтажом и поставкой оборудования для систем промышленного холодоснабжения, благодаря множеству выполненных объектов, мы накопили опыт в различных сферах промышленности, где требуется холод.

источник

Основные аппараты установок первичной перегонки

Для проведения разделения нефти на ряд компонентов требуется выполнить несколько основных условий: необходимо нефть нагреть до температуры, обеспечивающей не только нагрев, но и испарение части нефти, т.е. произвести ее однократное испарение в печи, утилизировать тепло выработанных продуктов, нагревая ими сырую нефть. С этой це­лью используются: трубчатые нагревательные печи, теплообменные ап­параты и ректификационные колонны. Рассмотрим устройство и прин­ципы работы каждого аппарата.

Ректификационные колонны. При проведении процесса однократ­ного испарения получают пар, обогащенный низкокипящим компонен­том, и жидкость, обогащенную высококипящим компонентом по срав­нению с исходным сырьём. Однако четкое разделение в однократных процессах не достигается. Для получения продуктов с любой желаемой концентрацией компонентов и высокими выходами служит процесс рек­тификации (см. раздел I). При многократном контактировании нерав­новесных паровой и жидкой фаз и их массо- и теплообмене паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом (НКК), а жидкость — высо­кокипящим компонентом (ВКК).

В конечном итоге четкость разделения НКК и ВКК (четкость ректи­фикации) зависит от числа ступеней контакта паровой и жидкой фаз и количества флегмы (орошения), стекающей навстречу парам.

Принципиальная схема работы ректификационной колонны. Схема ра­боты ректификационной колонны приведена на рис. 4.5. Как видно из рисунка, всреднюю часть колонны поступает подлежащее ректификации сырье F с температурой tF и составом хр. При входе в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образуются пары Gf, состава yF и жидкость gF, состава xF, находящиеся в равновесии, то есть имеющие одинаковую температуру и давление. На каждой n-й тарелке обеспечивается контакт между парами поступающими наданную та­релку, и жидкостью (флегмой), стекающей на эту тарелку.

В результате контакта этих встречных потоков изменяются составы па­ровой и жидкой фаз. При этом пары обогащаются НКК, а жидкость — ВКК. Пары Gn, уходящие с n-й тарелки, будут богаче НКК, чем пары Gn а жидкость qn будет богаче ВКК по сравнению с жидкостью qn+l. Уходящие с тарелки п потоки паров Gn и жидкости qn будут находиться в равновесии. При этом пары Gn, поступающие на вышележащую тарелку n+1, вновь всту­пают в контакт с соответствующим потоком жидкости, поступающим с тарелки пк, а жидкость qa уходит на тарелку n-1, где вновь происходит кон­такт фаз. Подобное контактирование будет происходить до тех пор, пока пар наверху колонны не приобретет заданный состав по содержанию НКК У, а жидкость W внизу колонны не достигнет состава Xw.

Отбираемый с верха колонны продукт D, обогащенный НКК, назы­вается ректификатом или дистиллятом, а с низу колонны продукт W — остатком или нижним кубовым продуктом.

Подобный процесс происходит в том случае, если жидкость, находя­щаяся на одном горизонтальном уровне с паром, например дп+1 и Gn, содержит больше НКК, чем жидкость qn, равновесная с этим паром Gn. При постоянном давлении в колонне этот уровень будет обеспечиваться, если температура жидкости qn+t будет ниже, чем температура паров Gn, то есть если температура в колонне будет уменьшаться в направлении дви­жения потока паров (вверх) и возрастать в направлении потока жидкости (флегмы) вниз. Самая низкая температура tD будет в верху колонны, а самая высокая tw — внизу колонны. Часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания или эвапорационным пространством.

Часть колонны, находящаяся выше ввода сырья, называется кон­центрационной или укрепляющей, а ниже ввода — отпарной или от­гонной. В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс рек­тификации. Поскольку для ректификации необходимо два потока, со­стоящих из одних и тех же компонентов, но разного состава, из верхней части отводят тепло Qd, а в нижней части подводят тепло Qw. В результа­те при конденсации паров наверху колонны образуется поток жидкости (флегмы, орошения), а в отгонной части колонны образуется восходя­щий поток паров.

Читайте также:  Установка подогрев сидений королла

Различают колонны простые, для разделения сырья на два компо­нента (дистиллят и остаток), и сложные, для получения из того же сырья трех и более компонентов. В этом случае продукты выводятся в виде бо­ковых погонов через отпарные секции.

К группе ректификационных колонн относятся следующие аппара­ты современных установок AT и АВТ: предварительный испаритель или отбензинивающаяся колонна, основная ректификационная колонна, отпарные колонны, стабилизаторы, колонны вторичной перегонки, абсорберы, десорберы, вакуумные колонны и т.д.

Колонна представляет собой вертикальный стальной цилиндричес­кий аппарат с внутренними устройствами для осуществления процесса ректификации — тарелками. Количество тарелок в каждой колонне рас­считывается в зависимости от ряда факторов: необходимого количества продуктов разделения, четкости разделения их (четкости ректификации), кратности орошения, допустимой скорости паров в колонне.

Размеры колонны зависят от заданной производительности, фрак­ционного состава нефти, количества тарелок, давления, температуры, системы и количества орошения и других факторов.

Одним из основным размеров колонны является ее поперечное сече­ние S, определяемое по формуле:

где V — максимальный объем паров, поднимающихся по колонне, м 3 /с;

W — допустимая линейная скорость паров в свободном сечении колонны, м/с.

Объем паров определяется по формуле:

где t — температура паров, °С;

G — расход нефтяных паров, кг/с;

Z — расход водяных паров, кг/с;

М — молекулярная масса нефтяных паров;

П — абсолютное давление в колонне, кПа.

Р — атмосферное давление, кПа.

Основными элементами ректификационных колонн являются тарел­ки. Применяют тарелки разных конструкций: колпачковые тарелки, желобчатого типа, тарелки с S-образными элементами, клапанные, струй­ные, провального типа и др.

В последнее время получают все большее распространение ректифи­кационные колонны с насадкой вместо тарелок.

Колпачковые тарелки и желобчатого типа обладают рядом недостатков:

а) большой удельный расход металла на один квадратный метр се­чения колонны;

б) малое живое сечение (полезное сечение в м 2 для прохода паров и жидкости), которое составляет не более 13% обшего сечения ко­лонны;

в) повышенное сопротивление (потеря напора на одну тарелку со­ставляет 120-150 мм вод.ст.);

г) недостаточно равномерное распределение потока паров;

д) частое загрязнение тарелок и сливных карманов при переработке сернистого и смолистого сырья, склонного к отложению продук­тов коррозии и смолистых осадков.

Тарелки с S-образными элементами имеют значительно лучшие пока­затели. Расход металла на один кв. м сечения колонны в 3-4 раза меньше, потеря напора на одну тарелку в 5-10 раз меньше, живое сечение составляет 25%, по сравнению с желобчатыми тарелками четкость разделения у них выше. Поэтому S-образные тарелки получили большее распространение.

Основой та­кой тарелки является штампованный из листовой стали S-образный эле­мент с прорезями на одной из продольных кромок.

При сборке тарелки образуется ряд продольно расположенных и чере­дующихся желобов и колпачков. На тарелке поддерживается определенный уровень флегмы, регулируемый переливной перегородкой, избыток флегмы перетекает в сливной карман, а далее на нижележащую тарелку. Прорези колпачков погружены в слой жидкости на тарелках, образуя гидравличес­кий затвор. Пары нефтепродуктов, двигаясь вверх по колонне, попадают в пространство колпачков, барботируют через прорези колпачков в гидрозат­вор, образованный жидкостью на желобе, преодолевают его, отдавая при этом свое тепло флегме, в результате чего происходит тепло- и массообмен, и уходят, обогащенные НКК, на верхнюю тарелку. Конструкция таких таре­лок позволяет демонтировать любую часть ее, не разбирая остальные. Сто­имость этих тарелок на 30% ниже, чем с круглыми колпачками.

Дальнейшее развитие конструкции тарелок шло в направлении со­кращения их металлоемкости, простоты монтажа и демонтажа, повыше­ния производительности и четкости погоно разделения. Этими качества­ми обладают клапанные тарелки. Основными элементами тарелки являются клапаны, расположенные по плошали тарелки. Клапан имеет уст­ройство, ограничивающее его подъем. При прохождении паров клапан приподнимается, пары проходят через слой флегмы, уровень которой регулируется специальными перегородками. Избыток флегмы перетекает через сливные перегородки на нижележащую тарелку. В последнее вре­мя такие тарелки получили широкое распространение в нефтеперера­ботке. Элементы тарелок изготавливают из пластин, размеры которых позволяют монтировать их через люки колонны.

Клапанные тарелки обеспечивают более гибкую работу колонн на разной производительности. Устойчивая работа ректификационных колонн с этими тарелками возможна с перегрузками по парам до 60%. Устройство тарелок такого типа приведено на рис. 4.7.

Основные факторы, влияющие на работу ректификационных колонн, и качество получаемой продукции. Для строгого соблюдения режима и условий, обеспечивающих нормальный процесс ректификации, необхо­димо правильно эксплуатировать колонны. Важнейшими факторами ре­жима являются температура, давление, количество орошения и расход водяного пара в отгонной и в отпарных секциях.

Температуру в колонне контролируют в нескольких точках: в зоне ввода нефти, в нижней части на выходе мазута или гудрона, в верхней части на выходе паров и в линиях отбора боковых фракций.

Постоянство температуры в зоне ввода сырья обеспечивается регули­рованием его нагрева в трубчатой печи. Наряду с другими точками конт­роля, это один из важнейших факторов, влияющих на полноту испаре­ния и обеспечение необходимого теплового баланса всей колонны для отбора требуемых целевых продуктов.

Температура в нижней части колонны влияет на полноту отбора це­левых фракций из мазута или гудрона. Ее поддерживают за счет допол­нительного подвода тепла либо через термосифонные теплообменники (на газофракционируюших установках), рибойлеры (на установках вто­ричной ректификации бензина), либо за счет тепла «горячей струи» (в колонне атмосферной перегонки). Для снижения температуры низа ко­лонн и одновременного обеспечения необходимой отпарки светлых или масляных компонентов из остаточного продукта в низ атмосферных и вакуумных колонн вводят перегретый водяной пар.

Заданная температура в верхней части колонн обеспечивает получе­ние дистиллята, например, бензина определенного фракционного со­става по температуре его конца кипения. Постоянство ее соблюдается за счет подачи острого орошения. Изменяя его расход или температуру, можно регулировать и температуру верхней части колонны, а следова­тельно, и качество дистиллята. Температуры на тарелках отбора боковых продуктов обеспечивают заданное качество боковых продуктов: авиаке­росина и дизельных фракций в атмосферных или масляных фракций в вакуумных колоннах. Поддержание необходимых температур на тарел­ках отбора боковых продуктов достигают за счет организации циркуля­ционных орошений. Изменяя их расход или температуру, можно регули­ровать температуры отбора боковых фракций в заданных пределах. Каче­ство боковых погонов регулируют также использованием стриппингов.

Повышенное давление в ректификационных колоннах используют для ректификации газообразных углеводородов (пропан, бутан) при тем­пературе верха колонн 45-55°С, чтобы конденсацию этих продуктов мож­но было осуществлять водой, а не специальными хладоагентами, что по­требовалось бы при атмосферном давлении.

При этом в колоннах для ректификации газообразных углеводородов поддерживается давление от 0,3-0,4 до 2,45 МПа. Давление в колоннах позволяет повысить их удельную производительность по парам, а следо­вательно, уменьшить их диаметры. Таким образом, выбор давления в ко­лоннах для проведения процесса ректификации требует обоснованного расчета. Давление в различных сечениях колонны зависит от гидравли­ческого сопротивления, возникающего при прохождении паров через тарелки, то есть от конструкции тарелок. В атмосферных колоннах, оборудованных тарелками колпачкового типа или с S-образными элемента­ми, перепад давления составляет 2-5 мм рт. ст. на каждую тарелку. Кла­панные тарелки дают меньшее сопротивление. Значительное уменьше­ние (в 5-7 раз) сопротивления в колонне обеспечивается применением насадок. Для наблюдения за температурой, давлением, расходами оро­шения, отбираемых продуктов и водяного пара служат контрольно-из­мерительные приборы, автоматические анализаторы качества. Показа­ния этих приборов позволяют следить за ходом процесса ректификации, качеством продуктов и своевременно устранять возможные отклонения от заданного режима.

В последнее время на отечественных заводах для этих целей стали более широко применять электронно-вычислительные машины — мик­ропроцессоры.

Теплообменники, конденсаторы, холодильники. Теплообменные аппа­раты — это устройства, широко используемые в нефтепереработке для эффективного использования тепла горячих продуктов для нагрева сы­рья, либо для конденсации паров и охлаждения нефтепродуктов до тре­буемых температур.

К таким аппаратам относятся: теплообменники для нагрева сырья; испарители или рибойлеры, термосифонные кипятильники, служащие для внесения тепла в низ ректификационных колонн; конденсаторы сме­шения или кожухотрубчатые водяные конденсаторы-холодильники для конденсации паров и охлаждения легких фракций; конденсаторы для глубокого охлаждения углеводородных газов; водяные холодильники, конденсаторы-холодильники воздушного охлаждения. Наиболее распро­страненными теплообменными аппаратами в нефтеперерабатывающей промышленности являются: кожухотрубчатые теплообменные аппара­ты, теплообменники «труба в трубе», рибойлеры, конденсаторы- холодильники воздушного охлаждения.

На долю теплообменных аппаратов приходится до 40% металла от всего оборудования технологических установок. Поэтому правильный выбор применения того или иного теплообменного аппарата имеет боль­шое значение при строительстве или реконструкции установок в общей сводке затрат и оказывает большое влияние на технико-экономические показатели работы установки.

Основной характеристикой теплообменного аппарата является его поверхность теплообмена; чем она больше при одном и том же расходе металла, тем эффективнее теплообменный аппарат. В промышленной практике применяют теплообменники с разной поверхностью: от 10 до 1012 м 2 при длине от 3 до 9 м и диаметре от 30 до 1400 мм. Эффектив­ность работы аппарата зависит от разности температур горячей и холод­ной среды (теплоносителей), скорости потоков, чистоты поверхности теплообмена, коэффициента теплопередачи.

Среды, используемые в процессе теплообмена, для подвода или отво­да тепла называются соответственно теплоносителями и хладоагентами. В качестве теплоносителей используют нагретые жидкие и газообразные ве­щества, а также в некоторых случаях расплавы твердых веществ (солей, ме­таллических сплавов и др.). Горячие дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива, используют для нагрева воздуха, идущего в трубчатые печи. Нагрев воздуха дымовыми газами производится в специальных теп- лообменных аппаратах — воздухонагревателях или рекуператорах. Суще­ственным недостатком таких аппаратов является их большая громоздкость вследствие низкого коэффициента теплопередачи, большая металлоем­кость, частый выход их из строя в связи с коррозионным воздействием сернистых соединений дымового газа в условиях близких к «точке росы». Водяной насыщенный пар чаще всего применяют для внесения тепла в нижнюю часть ректификационных колонн тех технологических устано­вок, где не требуется подогрев до высоких температур.

Читайте также:  Установка грунта в аквариуме

В широком масштабе это — установки газофракционирования (ГФУ), экстракции, отдельно стоящие установки ЭЛОУ и др. Передача тепла от насыщенного водяного пара происходит в специальных аппаратах — испарителях-рибойлерах или термосифонных кипятильниках. Принципи­альное устройство такого аппарата приведено на рис. 4.10.

Как видно из рисунка, испаритель состоит из корпуса 4, в котором находится трубный пучок 7 с «плавающей головкой» 6. Внутри корпуса установлена сливная пластина 5. Трубный пучок одной стороной со­единен с распределительной камерой 8, имеющей внутри сплошную горизонтальную перегородку. Камера имеет два штуцера для входа и выхода теплоносителя (пар или горячий нефтепродукт). Корпус имеет три штуцера: один —для входа нагреваемого углеводородного продук­та, второй — для выхода отпаренного нефтепродукта после сливной перегородки и третий — для выхода паров и направления их в ректифи­кационную колонну. Уровень продукта в испарителе поддерживается за счет сливной перегородки 5, так что при нормальной работе пучок 7 полностью покрыт отпариваемым нефтепродуктом. По трубному пучку направляют теплоноситель (насыщенный пар или горячий нефтепро­дукт). Отдав свое тепло нагреваемой среде, теплоноситель выходит из пучка через другой штуцер.

Рис. 4.10. Теплообменник с паровым пространством (испаритель):

1 — штуцер для вытаскивания трубного пучка: 2 — днище; 3 — люк-лаз; 4 — корпус; 5 — сливная пластина; 6 — «плавающая головка»; 7 — трубный пучок; 8 — распределительная камера

Кожухотрубчатые теплообменники. Наибольшее распространение для теплообмена получили кожухотрубчатые аппараты с «плавающей голов­кой», принципиальное устройство которых приведено на рис. 4.11 и 4.12.

Теплообменник, представленный на рис. 4.11, двухходовой. Число ходов устанавливается числом перегородок в распределительной каме­ре 1. Особенностью данной конструкции является возможность свобод­ного осевого перемещения трубного пучка или «плавания» одной изтруб- ных решеток в корпусе аппарата. Этим обеспечивается компенсация тем­пературных изменений длины трубного пучка и корпуса. Разъемная кон­струкция аппарата позволяет вынимать трубный пучок из корпуса и чи­стить трубное и межтрубное пространства от отложений и грязи. Уста­новленные в распределительной камере перегородки (а их может быть две, три и больше) позволяют многократно изменять направление пото­ка теплоносителя, который в этом случае более эффективно отдает теп­ло. Поперечные перегородки, установленные на пучке, с вырезами и поворотами их по спирали по всей длине пучка, повышают скорость нагре­ваемого потока в межтрубном пространстве, увеличивая коэффициент теплопередачи, а следовательно, более эффективно получая тепло от теп­лоносителя.

Рис. 4.11. Двухходовой теплообменник с «плавающей головкой»:

1 — распределительная камера; 2 — трубная решетка; 3 — «плавающая головка»

Рис. 4.12. Кожухотрубчатый водяной конденсатор для конденсации бензиновых паров:

1 — патрубки для подачи и вывода продуктов; 2 — трубки; 3 — «плавающая головка»; 4-5 — лапы

Теплообменники типа «труба в трубе». Такие теплообменники имеют меньшее распространение в нефтепереработке и применяются главным образом для передачи тепла от высоковязких гудронов и крекинг-остат­ков, т.е. продуктов с большой вязкостью и температурой застывания. Для их транспортировки требуются повышенные скорости, обеспечивающие как хорошую теплоотдачу нагреваемому продукту, так и сокращающие возможность образования отложений (кокса) и повышения вязкости. Принципиальное устройство такого теплообменника приводится на рис. 4. 14 а,б. Теплообменник представляет собой «змеевик», в котором одна труба коаксиально расположена в другой трубе. Горячий теплоно­ситель прокачивается по внутренней трубе, более доступной для очист­ки ее от отложений или пробок застывшего продукта. Приведенный на рис. 4.14 а теплообменник «труба в трубе» жесткого типа очень металло­емок, громоздок для создания большой поверхности нагрева и сравни­тельно дорог. Такие теплообменники были усовершенствованы: сохране­но концентрическое расположение труб, но эти трубы собраны в пучок с камерами для перетока теплоносителя. Такие аппараты более компакт­ны, их изготавливают отдельными секциями по 45 м 2 , которые монтиру­ют далее друг наддругом. На рис. 4.14 б приведена секция модернизиро­ванного аппарата «труба в трубе» разборного типа.

Рис. 4.14. Схемы теплооблменных аппаратов:

а — теплообменный аппарат типа «труба в трубе» жесткого типа; б — разбор­ный теплообменный аппарат типа«труба в трубе»

Конденсаторы-холодильники воздушного охлаждения. По конструкции водяные конденсаторы-холодильники кожухотрубчатого типа ничем не отличаются от теплообменников. Несмотря на свою эффективность, они, тем не менее, обладают серьезным недостатком: требуют значительного количества воды. С 70-х годов XX-го столетия началось массовое исполь­зование конденсаторов-холодильников воздушного охлаждения. Их при­менение позволило решить указанные проблемы, кроме того, резко сни­зить затраты, связанные с очисткой поверхностей трубок. Аппараты воз­душного охлаждения (АВО) оборудованы плоскими трубными пучками, по которым проходит конденсируемый и охлаждаемый поток нефтепро­дукта. Через этот пучок перпендикулярно направляют поток воздуха, на­гнетаемый вентилятором. Для компенсации низкого коэффициента теп­лопередачи со стороны воздуха применяют оребрение труб алюминие­выми (или из его сплавов) пластинами, трубки с которыми насаживают на стальную трубу методом горячей посадки. В результате увеличивается поверхность охлаждения и, несмотря на низкий коэффициент теплопе­редачи (42-210 кДж/м 2 • ч • «С, в зависимости от скорости потока возду­ха), за счет оребрения достигается хороший теплосъем и охлаждение про­дуктов. Иногда с этой целью применяютувлажнение подаваемого возду­ха (в летний период) распылением воды в пространство диффузора через специальные распылители. В зимний период, во избежание сильного переохлаждения продукта, вентиляторы могут быть выключены из рабо­ты. В последнее время, в целях рационального расхода электроэнергии, процесс охлаждения производят с использованием вентиляторов с регу­лируемым числом оборотов двигателя, изменением угла наклона лопас­тей и регулированием распределения количества пропускаемого через секции воздуха автоматическим перекрытием или открытием жалюзей. Особое внимание следует обращать на то, чтобы в процессе монтажа сек­ций они были бы плотно состыкованы друге другом, без каких-либо ще­лей и зазоров между ними и опорной рамой. В противном случае часть воздуха будет идти мимо, и эффективность применения АВО снизится. АВО изготавливают по стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны величины поверхности, степени оребрения и конструкцион­ного материала, используемого для их изготовления (сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметаллы). АВО подразделяют на следующие типы:

горизонтальные — АВГ зигзагообразные — АВЗ для вязких продуктов — АВГ-В для высоковязких продуктов — АВГ-ВВ. АВО типов АВГ и АВЗ приведены на рис. 4.15 и 4.16. Размещение пучков оребренных труб зигзагообразно позволяет иметь большую поверхность теплообмена, чем при горизонтальном располо­жении секций трубного пучка на одной площади.

Рис. 4.15. Схема аппарата воздушного охлаждения с горизонтальным располо­жением секций (АВГ)

Рис. 4.16. Схема аппаратов воздушного охлаждения: шатрового (а) и зигзаго­образного (б) типов

Трубчатые печи. Трубчатые печи являются огневыми аппаратами, предназначенными для передачи тепла, выделяющегося при сжигании топлива, нагреваемому продукту.

В начальный период развития нефтепереработки нагрев сырья производился в металлических кубах, обогреваемых теплом сжигае­мого топлива в топке, расположенной под ними. При этом нагрева­ли большие количества нефти, длительно находящей в зоне нагрева, что приводило к термическому ее разложению. Также имела место повышенная пожароопасность при прогаре стенки куба. Наконец, при большом расходе металла поверхность нагрева оставалась незна­чительной. В связи с этим в таких аппаратах тепло сжигаемого топ­лива неэффективно передавалось сырью, что требовало повышенных затрат на нагрев.

Поэтому трубчатые печи явились своего рода техническим новше­ством, позволившим кардинальным образом решить вопросы теплопе­редачи во многих процессах, использующих тепло сжигаемого топлива для нагрева продукта. В настоящее время имеется большая разновид­ность трубчатых печей, используемых на установках первичной перера­ботки, каталитического крекинга, каталитического риформинга, гидро­очистки других процессов.

На рис. 4.17 и 4.18 приведены некоторые характерные типы печей, применяемые на установках нефтеперерабатывающих заводов.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря сле­дующим особенностям: их работа основывается на принципе однократ­ного испарения, что обеспечивает либо глубокий отгон при данной ко­нечной температуре нагрева сырья, либо заданный отгон при более низ­кой температуре нагрева.

Они обладают высокой тепловой эффективностью, достаточно ком­пактны, у них высокий коэффициент полезного действия, они могут обес­печивать большую тепловую мощность.

Нагрев сырья или какого-либо продукта в трубчатых печах происхо­дит практически без заметного термического разложения вследствие малого времени пребывания нагреваемого продукта в зоне повышенных температур.

Печи удобны в эксплуатации и позволяют применить автоматиза­цию для управления режимом горения топлива.

Теплообмен в трубчатой печи. На рис. 4.17 изображен поперечный разрез печи шатрового типа. Она имеет две топочные камеры (радиантные камеры, отделенные друг от друга перевальными стенками). В радиантных камерах сжигается топливо. По стенкам камер размещены трубы в виде потолочных (1) и подовых (10) экранов. Здесь тепло сжигаемого топлива передается трубам за счет радиации от факела, образующегося при сжигании топлива. Между перевальными стенками находится каме­ра конвекции, в которой тепло передается продукту, находящемуся в трубах, непосредственным соприкосновением дымовых газов (конвекцией). Передача тепла в камере конвекции тем эффективней, чем выше ско­рость дымовых газов в ней и чем больше поверхность труб конвекцион­ного пучка. Сырье в печи вначале направляется в конвекционную камеру, а затем — камеру радиации. Основная доля тепла нагреваемому сырью или продукту передается в камере радиации (70-80%), на долю конвек­ционной камеры приходится 20-25%.

В топочные камеры печи (см. рис. 4.17) с помощью форсунок пода­ют распыленное топливо, а также необходимый для горения нагретый или холодный воздух. Топливо интенсивно перемешивается с возду­хом, что обеспечивает его эффективное горение. Соприкосновение фа­кела горения с поверхностью перевальных стен обусловливает повыше­ние ее температуры, при этом излучение происходит не только от факе­ла, но и от этих раскаленных стен. Тепло, выделенное при сгорании топлива, расходуется на повышенные температуры дымовых газов и ча­стиц горящего топлива, последние раскаляются и образуют светящий­ся факел. Температура, размер и конфигурация факела зависят от мно­гих факторов, в частности, от температуры и количества воздуха, пода­ваемого для горения топлива, способа подвода воздуха, расхода форсу­ночного пара, теплотворной способности топлива, размеров топочных камер и степени их экранирования. Чем более нагрет воздух, подавае­мый для сжигания, тем выше температура факела, скорость горения и короче размеры факела.

Читайте также:  Установка по обезвоживанию битума

Рис. 4.17. Типовая двухкамерная трубчатая печь (шатрового типа): I — потолочный экран; 2 — конвективный пучок труб; 3 — трубная решетка конвективного пучка; 4 — взрывное окно; 5 — трубная подвеска; 6 — каркас печи; 7 — смотровой лючок: 8 — подвесная кладка; 9 — туннель для форсун­ки; 10 — подовый экран

Размеры факела зависят и от расхода воздуха, подаваемого для сжига­ния топлива. Чем больше воздуха (до известного предела), тем короче факел. При недостаточном количестве воздуха факел становится растя­нутым, топливо полностью не сгорает, что приводит к потере тепла. При чрезмерной подаче воздуха увеличиваются потери тепла с дымовыми га­зами и усиливается окисление (окалинообразование) поверхности на­грева (труб).

Радиантные трубы воспринимают тепло не только излучением, но и от соприкосновения дымовых газов с поверхностью труб, имеющих бо­лее низкую температуру (теплопередача свободной конвекцией). Из все­го количества тепла, воспринятого радиантными трубами, 85-90% пере­дается излучением, остальное конвекцией.

Охлажденные в топочной камере дымовые газы поступают в камеру конвекции, где происходит их прямое соприкосновение с более холод­ной поверхностью конвекционных труб.

Основным фактором, влияющим на эффективность передачи тепла кон­векцией, является скорость движения дымовых газов. Поэтому при проек­тировании печи стремятся обеспечить ее максимальное значение, однако, это увеличивает сопротивление потоку газов, что и ограничивает выбор ве­личины скорости. На теплопередачу в конвекционной камере влияет также расположение труб. При расположении труб в шахматном порядке эффек­тивность теплопередачи выше, чем при их коридорном расположении. На эффективность передачи тепла влияет и диаметр труб: чем он меньше, тем эффективнее теплопередача. Но при этом возникает дополнительное со­противление при движении сырья по змеевику, а следовательно, повышен­ному давлению подвергается и вся аппаратура и трубопроводы до печи. С целью исключения повышения давления при выборе труб меньшего диа­метра, движение сырья в печи осуществляют несколькими параллельными потоками. Для повышения эффективности теплопередачи применяют на­ружное оребрение труб, что увеличивает их поверхность. Передача тепла конвекцией зависит и от температурного напора, то есть от разности темпе­ратур между дымовыми газами и нагреваемым сырьем, которая убывает в направлении движения дымовых газов, так как температура дымовых газов снижается на большую величину, чем при этом повышается температура сырья. При повышении температуры сырья на один градус дымовые газы охлаждаются на 5-7°С.

Конвекционные трубы, расположенные в первых рядах конвекцион­ной камеры по ходу дымовых газов, получают больше тепла как за счет конвекции, так и излучения, поэтому их теплонапряженность иногда может быть выше теплонапряженности радиантных труб.

Основные показатели работы трубчатых печей. К этим показателям относятся :

1. Полезная тепловая нагрузка печи.

2. Теплонапряженность поверхности нагрева и топочного пространства.

3. Коэффициент полезного действия печи.

Полезная тепловая нагрузка печи используется на нагрев сырья и пе­регрев водяного пара. Измеряется она в кДж/ч или в кВт.

Наряде действующих Н ПЗ эксплуатируются печи с полезной тепло­вой нагрузкой от 10 до 50-80 МВт.

Теплонапряженность поверхности нагрева означает плотность тепло­вого потока, т.е. количество тепла, переданного через 1 м 2 поверхности нагрева в единицу времени (Вт/м 2 ).

Величина тепловой напряженности поверхности нагрева характеризует эффективность передачи тепла через поверхность нагрева всей печи или отдельных ее частей. Чем выше средняя теплонапряженность поверхности нагрева всей печи, тем меньше размеры печи и, следовательно, меньше зат­раты на ее сооружение. Различают теплонапряженность поверхности нагре­ва радиантных и конвекционных труб. Из практических данных известно, что для атмосферных печей шатрового типа она составляет от 105 до 190тыс.кДж/(м 2 *ч), для вакуумных печей 85-125тыс.кДж/(м 2 ‘ч). В более современных печах с экранами двухстороннего облучения, с развитой по­верхностью экранирования она может составлять до 210-250 тыс.кДж/(м 2 -ч).

Теплонапряженность поверхности нагрева конвекционных труб за­висит от характера труб (гладкие, оребренные или ошипованные) и ско­рости потока дымовых газов и составляет 43-63 тыс.кДж/(м г • ч). Работа печи с чрезмерно высокой теплонапряженностью может привести к на­рушению нормальной работы печи и прогару труб.

Теплонапряженность топочного пространства характеризует коли­чество тепла, выделяемого при сгорании топлива в единицу времени, в единице объема топки. Она характеризует эффективность использова­ния объема топки и зависит преимущественно от допустимой величины теплонапряженности поверхности нагрева радиантных труб и от конст­руктивных особенностей печи.

В трубчатых печах теплонапряженность топочного пространства со­ставляет 40-80 кВт/м 2 . Работа топки с чрезмерно повышенной тепло- напряженностью приводит к перегреву стен топки, оплавлению огне­упорной кладки и подвесок и несвоевременному выходу печи из эксплу­атации, аварийному ремонту кладки и трубной поверхности.

Коэффициент полезного действия (КПД) печи — величина, характери­зующая полезно используемую часть тепла, выделенного при сгорании топлива. При полном сгорании топлива эта величина зависит главным образом от коэффициента избытка воздуха и температуры дымовых га­зов, уходящих в дымовую трубу, а также от степени теплоизоляции труб­чатой печи.

Потери тепла в атмосферу через кладку печи зависят от поверхнос­ти печи, толщины и материала кладки и составляют для старых печей 6-10%. В значительной степени КПД печи зависит от температуры ухо­дящих дымовых газов. Поэтому для повышения КПД применяют ис­пользование тепла дымовых газов для подогрева воздуха или для выра­ботки пара в котлах-утилизаторах. КПД печей устаревших конструк­ций составляет 65-80%. Современные трубчатые печи установок АТ-6 и АВТ-6 имеют КПД от 83 до 90%. Для нагрева воздуха дымовыми газами на установке ЭЛОУ-АТ-6 вместо обычного трубчато­го воздухоподогревателя, который часто выходил из строя из-за корро­зии дымовыми газами, применен метод передачи тепла от специально­го теплоносителя, нагреваемого дымовыми газами в трубах, располо­женных в конвекционной камере. Это полностью исключает коррозию самого воздухоподогревателя, так как отсутствует его прямой контакте дымовыми газами.

Температурный контроль при работе трубчатых печей. Для полного сгорания топлива требуется подвести к нему определенное количество кислорода воздуха, называемое теоретическим. Обычно из расчетных данных это количество составляет 12 кг/кг сжигаемого топлива. Факти­чески, в связи с недостаточным перемешиванием воздуха с топливом, для его полного сгорания требуется насколько большее количество кис­лорода. Обычно коэффициент избытка воздуха составляет 1,2-1,3. При этом топливо сгорает практически полностью с образованием дымовых газов, содержащих в своем составе СО,, SO,, пары воды и минимальное количество окиси углерода.

Важнейшими точками контроля являются температуры: на входе и выходе сырья из змеевика печи, на входе и выходе водяного пара из паро­перегревателя, на входе дымовых газов в боров печи, у радиантных труб, над перевальной стенкой.

Температура на входе сырья в печь зависит от степени использова­ния тепла отходящих горячих продуктов из ректификационных ко­лонн и составляет обычно 180-230°С. Чем выше температура нефти, поступающей в печь, тем выше будет температура отходящих дымовых газов, следовательно, больше будет теряться тепла в дымовую трубу, тем меньше будет КПД печи. Сказанное иллюстрируется следующи­ми данными:

Температура отходящих дымовых газов, °С 205 215 245 270 300 330

Коэффициент полезного действия печи, % 80,0 79,3 77,7 76,0 74,4 72,8

Для повышения КПД печи в этом случае используют воздухоподог­реватели.

Температура выхода сырья из печи зависит от фракционного состава сырья, давления на выходе из печи и доли отгона. Постоянство этой тем­пературы обеспечивается терморегулятором, связанным с расходом топ­лива. При повышении этой температуры автоматически сокращается рас­ход топлива и наоборот. Обычно при атмосферной перегонке нефти эта температура поддерживается на уровне 330-360°С, а при вакуумной — 410-450°С. При заданной доле отгона температура сырья на выходе из печи тем выше, чем меньше в нем содержится легких фракций и выше давление.

Температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру и ухо­дящих в дымовую трубу, зависит от температуры поступающего в печь сырья и превышает ее на 100-150°С. Однако, когда температура сырья по технологическим причинам высока (печи для нагрева мазута, печи ката­литического риформинга и др.), дымовые газы охлаждают, используя их тепло в пароперегревателе, воздухоподогревателе или для подогрева конденсатной воды и получения водяного пара.

Температура дымовых газов над перевальной стенкой является одним из важнейших показателей. Высокая температура дымовых газов над пе­ревальной стенкой соответствует высокой теплонапряженности радиан­тных труб, высокой температуре их стенок и вероятности коксоотложения в трубах печи, а следовательно, возможности их прогара. Высокая скорость нагреваемого потока сырья позволяет осуществлять больший теплосъем, понижать температуру стенок труб и, таким образом, рабо­тать с более высокой температурой газов над перевалом и теплонапряженностью радиантных труб. Увеличение поверхности радиантных труб также способствует снижению их теплонапряженности и снижению тем­пературы дымовых газов над перевалом. Чистота внутренней поверхнос­ти труб змеевика также является важнейшим фактором, влияющим на температуру газов над перевальной стенкой. Температура газов над пере­валом тщательно контролируется и обычно не превышает 850-900°С.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник