Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

Настильная стена делит камеру радиации на две с независимым температурным режимом: камера конвекции находится над камерой радиации.

Из наклонных горелок 1 факел направляется на расположенную посредине печи вертикальную стенку 2 из жароупорного материала. По этой стенке факел как бы стелется, что способствует равномерному излучению тепловой энергии на трубы боковых 3 и потолочных 4 экранов. Двигаясь вверх, топочные газы отдают тепло трубам конвекционной камеры 5 и направляются далее в дымовую трубу.

Существует два варианта футеровки печей типа ГН: легкий огнеупорный вермикулитокерамзитобетон на глиноземистом цементе (объемная масса 950 кг/м2) и шамотный кирпич.

Преимущества вертикальных плоских печей:

Рис. 2.121. Схема печи с объемно-настильным пламенем:

1 — горелку; 2 — вертикальная стенка;

3 — боковой экран; 4 — потолочный экран; 5 — конвекционная камера

—благодаряравномернойтепловойнагрузкеповсейдлинепечиможно нагреватьпродуктыдовысокихтемператур,неопасаясьпрогаратруб;

—хорошее регулирование температуры во всех секциях (это особенно важно для нагрева при эндотермических реакциях);

—компактнаяконструкцияпрималыхкапитальныхзатратахималаятре-

буемая площадь для их сооружения по сравнению с кубовыми печами. Вертикальные плоские печи используются для мощности от 15 до 40МВт, например при каталитическом риформинге бензинов, при крекинге углеводородов, для нагрева продуктов с высокой точкой застывания (асфальтов, тяжелых масел, неорганических солей и т.п.) и для

нагрева жидких металлов до 930°С.

МНОГОКАМЕРНЫЕПЕЧИ

Тип Р

Многокамерные печи типа Р (рис. 2.122) применяют для нагрева газосырьевой смеси в процессах каталитического риформинга и гидроочистки.

201

Рис. 2.122. Многокамерная печь типа Р:

1— смотровое окно; 2— камера конвекции; 3— змеевики; 4— канал топочных газов; 5— окно для отвода продуктов сгорания; 6 — камера радиации

Такая печь состоит из камеры конвекции и нескольких камер радиации. Трубчатые змеевики в камерах расположены вертикально и могут быть двухпоточными и многопоточными. Соседние камеры радиации разделены боковыми экранами из двухрядных змеевиков. Внекоторыхслучаяхмеждутрубамисоседнихэкрановмогутбытьустановлены огнеупорные разделительные стены. Во фронтальных стенах камер смонтированы комбинированные горелки типа ФГМ, факелы от которых направлены горизонтально к противоположным стенам, где имеетсяканал для отводапродуктов сгорания топливав камеру конвекции. Последняя разделена промежуточными стенами на три хода для более эффективного удаления продуктов сгорания топлива. Змеевики камеры конвекции выполнены из гладких и оребренных труб.

Конструкция каркаса и футеровки многокамерных печей такая же, как и в вертикальных секционных печах. Каркас состоит из отдельных рам,футеровка—изогнеупорногокирпичаилисборныхпанелейлегко- го огнеупорного перлитобетона (рис. 2.123).

Присреднедопускаемомтеплонапряжениирадиантныхтруб40кВт/м2 тепловая мощность печей достигает 46 МВт.

ВСШАприменяютмногокамерныепечидвухстороннегооблучения. Эти печи из группы настильных, горелки в них расположены в поде или на потолке печи. Печи компактны и рассчитаны на температуру в топочной камере примерно 815°С.

202

Печи беспламенного горения
Более совершенными и экономич-
ными являются трубчатые печи с из-
лучающими стенками из беспламен-
ныхпанельныхгорелокидвухсторон-
ним облучением труб змеевика .
Они работают на газообразном
топливе, которое сжигается в горел-
ках, выполненных в виде керамиче-
ских призм (призмы являются одно-
временно сборными элементами стен
печи). При сжигании газа в туннелях
керамические плитки накаливаются
и интенсивно излучают тепло на по-
верхность радиантных труб, располо-
женных в шахматном порядке на рас-	Рис. 2.123. Схема многокамерной печи
стоянии 600…1000 мм от плиток.	двухстороннего облучения:
Монтируя панельные горелки на	1— радиантная камера; 2— конвекционная
	камера; 3 — горелки; 4 — дымовые трубы
противоположных сторонах печи,

можно облучать трубы с двух сторон. Поэтому такие печи названы печами двухстороннего облучения.

В отличие от ранее описанных печей, работающих на жидком топливе, печи с излучающими стенками помимо высоких теплотехнических показателей обладают меньшими габаритами, для их производства требуется меньше металла и огнеупорного кирпича. Их выпускают тепловой мощностью 7…24МВт. Змеевики собирают из труб диаметром 102…152мм, длиной 6…24м. Печи оборудуют горелками, отличающимися размерами эжектора, сопла, а также числом туннелей (100 и 169 соответственно). Количество металла на 1МВт для печей с излучающими стенками колеблется от 11,6 до 8,1т против 16,8т для двухскатных печей.

Для монтажа блоков беспламенных горелок в боковых стенках предусмотрены проемы. Устойчивость перевальных стен обеспечивается трубными решетками. Нагревательный змеевик длиной 10,3м, диаметром 152 мм и толщиной стенки 8 мм занимает под, перевальные стены, свод и конвекционную камеру.

Тепловая мощность печи 17,5 МВт, теплонапряженность радиантных труб до 60 кВт/м2.

Подвески потолочных труб крепят непосредственно к ребрам, решетки радиантных труб закреплены на фундаменте.

203

Под печи охлаждается воздухом, проходящим по воздушным каналам в бетонных блоках. Применение жароупорного бетона исключает необходимость сооружения каркаса, кладки и кронштейнов для подвески кирпичей свода.

Стоимость печи значительно ниже, чем обычной печи беспламенного горения.

КУБОВЫЕПЕЧИ

Кубовые печи (рис. 2.124), еще сохранившиеся в первоначальном своем виде на многих наших заводах, являются старейшим типом ра- диационно-конвективных печей.

Они имеют некоторые недостатки: относительно малые тепловые нагрузки на 1 м3 печи, высокие затраты на их сооружение, а также неравномерную тепловую нагрузку отдельных труб, в результате чего происходит перегрев и прогорание труб, находящихся вблизи пламени, в то время как трубы более удаленные (в углах) остаются неиспользованными.

Эти недостатки практически устранены в современных типах ра- диационно-конвективных печей. Однако и в настоящее время строят кубовые печи для специальных технологических целей.

Например,печь,представленнаянарисунке,предназначенадлясжигания очень тяжелых остаточных мазутов (с удельным весом свыше 1,03 г/см3) и асфальтов с высокой температурой застывания (до 150°С), т.е. веществ с большим содержанием остатков.

		В радиационной сек-
		ции печей такого типа
		трубами покрыты только
		свод и стены, параллель-
		ные расположению пла-
		мени. На двух остальных
		стенах в верхней поло-
		вине размещены горел-
		ки. Под радиационной
	Рис. 2.124. Кубовая печь:	секции выложен огне-
		упорным и не поддадим-
	1 — горелки; 2 — радиационная секция; 3 — под с отвер-
	стием; 4 — осадительная камера; 5 —конвективная сек-	ся коррозии кирпичом.
	ция; 6 — выход дымовых газов

204

Кирпичи укладываются на балках таким образом, чтобы через щели между ними могли проходить продукты сгорания. Выбором определенной ширины щелей между кирпичами можно направить потоки продуктов сгорания так, чтобы они не соприкасались с нижними рядами труб на стене у осадительной камеры в борове, в результате чего не будет происходить их прогара.

Такое устройство печи имеет два преимущества:

—под и обе стены печи с горелками создают горячую излучающую поверхность, и в радиационной секции создается высокая температура, достаточная для полного испарения и сжигания капелек топлива;

—тяжелые остаточные масла и мазуты содержат до 8% вес. серы, а также соединения ванадия, которые при сжигании дают сильно корродирующие окислы. При высоких температурах эти окислы воздействуют на легированную хромированную сталь. Продукты сгорания выходят через всю площадь пода равномерно и практически не соприкасаются с трубами.

После прохождения через щели пода продукты сгорания попадают

восадительную камеру, где вследствие изменения направления движенияискоростиосаждаетсязола(около0,1%отвесатоплива).Величина этой осадительной камеры подбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить эксплуатацию печи в течение минимум 6 месяцев.

Вконвективную секцию, где продукты сгорания соприкасаются с металлическими частями, они приходят уже с более низкой температурой, так что оставшиеся корродирующие элементы, содержащиеся

вних, имеют пониженную активность, и большинство твердых частиц из них уже осаждено.

Вконвективной секции обычно размещается оборудование для обрызгивания труб водой, которое при остановке печи используется для удаления части осадка, растворимого в воде. Большинство осадков устраняется струей горячего слабощелочного раствора. Подача и отвод воды должны быть устроены так, чтобы вода не соприкасалась с огнеупорной футеровкой.

Кубовые печи самых различных мощностей применялись главным образом для нагрева продукта при дистилляции нефти.

Техническая характеристика кубовой печи.

Тепловая нагрузка труб в радиационной секции (в зависимости от типа нагреваемого вещества, технологического процесса, выходной температуры и отношения эффективной поглощающей поверхности ко всей поверхности), 21…48кВт/м2.

Тепловая нагрузка труб в конвективной секции 7…12 кВт/м2.

205

Тепловая нагрузка топочного пространства печи 24…52кВт/м3. Температура продуктов сгорания при выходе из радиационной сек-

ции 700…800°С.

Отношение эффективной поглощающей; поверхности к общей поверхности печи 0,2…0,5.

2.5. Резервуары и емкостное оборудование

Резервуарами называются стационарные или передвижные сосуды разнообразной формы и размеров. Резервуары являются наиболее ответственными сооружениями, в них хранятся в больших количествах жидкие углеводороды.

Взависимости от материала, из которого они изготавливаются, резервуарыделятсянаметаллическиеинеметаллические.Металлические сооружаютпреимущественноизстали,иногдаизалюминия.Кнеметаллическим относятся железобетонные и пластмассовые резервуары.

Резервуары бывают по форме: вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические, прямоугольные, каплевидные и др.

По схеме установки резервуары делятся на наземные, у которых днище находится на уровне или выше планировочной отметки прилегающей площадки и подземные, когда наивысший уровень жидкости

врезервуаре находится ниже наинизшей планировочной отметки прилегающей площадки (в пределах 3 м) не менее чем на 0,2 м.

Взависимости от назначения хранимого продукта различают сырьевые, промежуточные и товарные резервуарные парки. Сырьевые и товарные парки сооружают обособленно, вдали от технологических установок, промышленных и бытовых зданий. Парк резервуаров для промежуточныхпродуктовразмещаютвблизитехустановок,вкоторых эти продукты используются. Сырую нефть хранят в крупных подземных или полуподземных железобетонных резервуарах с внутренней металлической облицовкой и без нее. В таких же резервуарах хранят готовыесветлыенефтепродукты.Применениеподземныхжелезобетонных резервуаров позволяет экономить металл, сокращать потери сырья вследствиеиспарениялегкихфракцийподдействиемсолнечныхлучей, а также обеспечивает противопожарные и маскировочные свойства. Металлические емкости, как правило, расположены над землей, что упрощает их эксплуатацию. Число и объем устанавливаемых емкостей определяют с учетом суточной производительности завода по сырью и по каждому продукту, числа одновременно хранимых нефтепродуктов, а также нормы продолжительности хранения сырья и нефтепродуктов. Необходимый объем сырьевых резервуаров устанавливают из

206

расчетапяти-семисуточногозапасасырья;резервуаровпромежуточных продуктов — из расчета 16…48-часового запаса; резервуаров товарного парка — из расчета 15…20-суточного запаса готовой продукции.

Конструкция емкостей определяется множеством факторов, однако основными являются химические и физические свойства, а также давление и температура находящихся в них жидкостей и газов. Сжиженные газы (пропан, бутан и др.) и легкие фракции бензина хранят в горизонтальных или вертикальных цилиндрических пустотелых емкостях, устанавливаемых на фундаментах или постаментах (рис. 2.125). В таких же емкостях, часто называемых монжусами, хранят химически активные вещества; в этом случае поверхности покрывают антикоррозионным облицовочным слоем.

Рис. 2.125. Аппараты для хранения сжиженных газов легких фракций бензина:

а — вертикальный; б — горизонтальный; 1 — корпус; 2 — опора; 3 — люк; 4 — штуцера

Горизонтальные емкости диаметром более 1,4 м снабжают стремянкой для обслуживания, устанавливаемой внутри у люка. Они должны быть оборудованы также измерительными, регулирующими и предохранительными устройствами, предотвращающими превышение давления, температуры и высоты заполнения выше допустимых значений.

Соответствующие лестницы и площадки обеспечивают свободный доступобслуживающегоперсоналакарматуре,контрольно-измеритель- нымприборам,предохранительнымустройствамотнагрева,вслучаенеобходимости создают теневую защиту.

207

Газонефтехранилища, включающие резервуары различных конструкций, позволяют компенсировать неравномерность добычи, производства и потребления углеводородного сырья, повышают надежность и ритмичность их доставки потребителям различными видами транспорта, служат для создания гарантийных запасов и специальных резервов для удовлетворения потребностей во всех видах топлива. Резервуары широко применяют на нефтебазах, насосных станциях

иналивных пунктах магистральных трубопроводов, нефтепродуктопроводов, нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих заводах, сельском хозяйстве и промышленных предприятиях различных отраслей народного хозяйства. В отдельных случаях на их сооружение приходится до 60% суммарных капитальных затрат объекта.

Ежегодный прирост вместимости резервуаров, при которой обеспечивается бесперебойное функционирование системы обеспечения нефтью и нефтепродуктами, должен составлять 0,3…0,4 м3 на тонну годового прироста добычи нефти.

Рациональные методы хранения и типы резервуаров позволяют сохранить качество нефти и нефтепродуктов и предотвратить потери

ипорчу при их хранении. Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов классифицируются в зависимости от условий установки резервуаров по отношению к планировочной отметке площадки их расположения (подземные и наземные), от видов материала из которого изготавливаются резервуары, от формы конструктивного решения резервуаров и их технологических параметров.

Различают две большие группы резервуаров: металлические и неметаллические. К первым относятся как наземные, так и подземные резервуары. По форме металлические резервуары могут быть цилиндрическими вертикальными и горизонтальными, сфероидальными

испециальных форм. В свою очередь вертикальные цилиндрические резервуары различаются в зависимости от внутреннего давления и вакуума в газовом пространстве, от формы крыши — конической и сферической, от конструкции крыши — плавающие крыши, подъемные крыши, дышащие крыши, безмоментные.

Горизонтальные, цилиндрические резервуары могут иметь сферические, конические и плоские днища.

Сфероидальные резервуары изготавливаются в виде шаровидных

икаплевидных резервуаров, а также резервуаров полусфероидального типа.

Наиболеераспространеннымиявляютсярезервуарыот3до10000м3. которые строятся по типовым проектам.

208

Область применения резервуаров в зависимости от сорта хранимой нефти или нефтепродуктов устанавливается главным образом в зависимости от условий взаимодействия хранимой жидкости с материалом из которой сооружается хранилище. При этом учитывается необходимость минимального расхода металла на их сооружение.

Выбор оптимальных типов резервуаров по технологическим и конструктивным характеристикам был и остается основным вопросом, от правильного разрешения которого зависит уменьшение расхода материалов, снижение трудоемкости и стоимости их изготовления, сокращение потерь нефтепродуктов от испарения и повышение общей надежности и экономичности хранилищ.

Классифицировать потери нефти и нефтепродуктов при хранении можно как количественные и количественно-качественные, когда количественные потери сопровождаются ухудшением качества нефти и нефтепродуктов.

Количественные потери происходят в результате:

—утечек через неплотности оборудования, сварных швов, фланцевых соединений и др.;

—разливов и разбрызгивания;

—неполного слива нефтеналивных судов, железнодорожных и автомобильных цистерн;

—переливов резервуаров, цистерн и др.;

—аварий.

Всех указанных потерь можно избежать, осуществляя профилактические ремонты, внимательно относясь к работе и систематически повышая квалификацию персонала нефтебазы.

Количественно-качественные потери происходят от испарения нефти и нефтепродуктов от малых и больших «дыханий», смешения и др.

Потери от больших «дыханий» происходят в результате вытеснения паровоздушной смеси при заполнении и сливе резервуара. Потери от больших «дыханий» при заполнении резервуара бензином в летнее время примерно составляют 0,55 кг/м3, а в зимнее время — 0,35 кг/м3. Потери от больших «дыханий» при сливе из резервуара нефтепродуктов составляют 0,1 кг/м3 выкачиваемого продукта.

Потери от малых «дыханий» происходят в результате вытеснения паровоздушнойсмесиприповышениидавлениявгазовомпространстве выше давления открытия дыхательного клапана в результате суточных изменений температуры и давления атмосферного воздуха.

Так как в процессе испарения теряются наиболее легкие фракции, то качество хранимого продукта ухудшается за счет изменения фракци-

209

онного состава, повышения температуры начала кипения, понижения октанового числа, пусковых свойств и др.

Потериотмалых«дыханий»врезервуарахзависятотобъемагазового пространства и расчетного избыточного давления. Чем меньше объем газового пространства и больше расчетное избыточное давление резервуара, тем будут меньше потери от малых «дыханий». Потери от малых «дыханий» могут быть значительно уменьшены, если отводить вытесняемую из резервуара паровоздушную смесь по трубопроводу в специальный газосборник — резервуар с дышащей крышей или газгольдер.

Для уменьшения потерь от малых и больших «дыханий» необходимо: хранить легкоиспаряющиеся нефтепродукты в резервуарах с плавающей крышей или понтоном; повысить расчетное газовое давление

вгазовом пространстве; иметь рабочий объем дышащей крыши или газгольдеравдоляхсуммарногообъемагазовогопространствавсехприсоединенных резервуаров для средней климатической зоны — от0,24 до 0,27; северной зоны — от 0,18 до 0,22; доводить заполнение в резервуарах со стационарной крышей до верхнего максимального предела; хранить нефтепродукты в резервуарах больших объемов, для которых удельные потери будут меньшими; использовать обвязку резервуаров с одинаковым нефтепродуктом в одной группе резервуаров; установить диск отражатель под дыхательным клапаном внутри резервуара, с помощью которого изменяется направление входящего воздуха с вертикального на горизонтальное; улавливать пары нефтепродуктов и конденсировать их при помощи искусственного холода и сорбции (процесс сорбции основан на поглощении паров или газов поверхностью жидких или твердых сорбентов); окрашивать резервуары

всветлые тона, что дает хороший эффект и не требует больших затрат. Одновременная покраска внешней и внутренней поверхности крыши резервуара уменьшает потери от испарения на 30…35%. Белая окраска обладает не только наибольшей отражающей способностью, но и длительной сохранностью, которая достигает 3…4 лет, а алюминиевая только 1,5…2 года.

На вертикальные сварные резервуары в 1951г. был введен Государственный стандарт, по которому разработали конструкции вертикальных стальных резервуаров объемом от 100 до 5000 м3. Госстрой

СССР утвердил эти конструкции как типовые проекты. В настоящее время действуют типовые проекты на стальные вертикальные цилиндрические резервуары для нефти и нефтепродуктов объемом 100, 200, 300, 400, 700, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000, 20000 и 30000 м3

следующего назначения: вертикальные цилиндрические резервуары со

210