9.3 Теплообменные аппараты

В процессах нефте - и газопереработки требуется подводить или отводить тепло, чтобы обеспечить требуемые температуры в соответствующих аппаратах. Для этих целей служат теплообменные аппараты, называемые теплообменными или теплообменниками ( рисунок 3). В теплообменниках один поток отдает тепло, а другой его воспринимает, т.е. один поток нагревается, а другой охлаждается.

В зависимости от назначения теплообменные аппараты можно разделить на следующие основные группы: нагреватели, испарители и кипятильники, холодильники и конденсаторы, кристаллизаторы, регенеративные теплообменники.

Регенеративные теплообменники используются для утилизации тепла одного потока, подлежащего охлаждению, для нагревания другого потока. Это теплообменники позволяют сократить подвод тепла при помощи специальных теплоносителей и улучшить экономические показатели работы технологических установок.

1 – Корпус; 2 – Трубчатый пучок; 3 – Плавающая головка; 4 – распределительная камера; 5– крышка; 6 – Днище; 7 – Опора.

Рисунок 3 – Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой

На нефте - и газоперерабатывающих заводах в основном применяют поверхностные теплообменные аппараты, так как смешение теплообменивающихся потоков, как правило, должно быть исключено.

Теплообменники с плавающей головкой нашли наиболее широкое применение. В этих аппаратах один конец трубного пучка закреплен в трубной решетки, связанной с корпусом, а второй может свободно перемещаться относительно корпуса при температурных изменениях длины трубок. Это устраняет температурные напряжения в конструкции и позволяет работать с большими разностями температур теплообменивающих сред. Кроме того, возможно отчистка трубного пучка и корпуса аппарата, облегчается замена труб пучка. Однако конструкция теплообменников с плавающей головкой более сложна, а плавающая головка недоступна для осмотра при работе аппарата.

Перегородки, устанавливаемые в распределительной камере и в плавающей головке, увеличивают число ходов в трубном пучке. Это дает возможность увеличить скорость движения потока и коэффициент теплоотдачи к внутренней стенке трубы.

Межтрубное пространство аппаратов с плавающей головкой обычно выполняют одноходовым. При двух ходах в корпусе устанавливают продольную перегородку. Однако в этом случае требуется специальное уплотнение между перегородкой и корпусом. Поверхность теплообмена кожухотрубчатых теплообменников может составлять 120м при длине труб от 3до 9 м; условное давление достигает 6,4 МПа.

9.4 Печи

Трубчатые печи (рисунок 4) 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.

1 — 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

Рисунок 4 - Типовая двухкамерная трубчатая печь

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.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря следующим особенностям: их работа основывается на принципе однократного испарения, что обеспечивает либо глубокий отгон приданной 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.