ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙКАРКАС

	Каркас является основ-
	нымнесущимузлом,воспри-
	нимающим нагрузки от веса
	огнеупорной обмуровки,
	трубчатыхзмеевиков,гарни-
	туры,системыдлясжигания
	топлива (рис. 2.85). Во мно-
	гих типах печей на каркасе
	монтируют дымовые трубы
	и вспомогательные устрой-
Рис. 2.85. Металлический каркас	ства.

Каркас представляет собой сборную конструкцию из отдельных рам или ферм, изготовленных из углеродистого стального проката.

Конфигурация каркаса соответствует форме трубчатой печи. Опорные стойки каждой фермы или рамы при помощи шарнирных узлов

иплит крепятся к фундаменту анкерными болтами. Узлы рам крупных печей с большими пролетами ферм имеют шарнирные соединения для компенсации линейного удлинения балок, возникающего при нагреве. В малых печах шарнирные узлы рам отсутствуют, а удлинения балок компенсируются их упругой деформацией (рис. 2.86а).

Фермы каркаса соединены между собой горизонтальными балками

ипрогонами для кровли. По нижнему поясу балок закреплены трубные подвески для продуктовых змеевиков, подвески и кронштейны для обмуровочных кирпичей (рис. 2.86б).

Механическомурасчетуподлежитсредняяфермапечи,какнаиболее нагруженная.

Рис. 2.86. Каркас печи

174

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ОБОРУДОВАНИЕДЛЯСЖИГАНИЯТОПЛИВА

В качестве топлива для трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов используют жидкое нефтяное топливо (в основном мазут или другие продукты нефтепереработки) и нефтяной или природный газ.

Вид применяемого топлива определяет конструкцию и особенности оборудования для его сжигания.

Для сжигания топлива применяют горелки, работающие на жидком топливе, газообразном и комбинированные.

Конструкция горелок для трубчатых печей должна отвечать следующим требованиям:

—обеспечить стабильное равномерное распределение тепловой энергии по зонам печи и заданный температурный профиль по длине трубчатого змеевика;

—обеспечить полное сжигание топлива любого состава;

—горение должно быть устойчивым во всем диапазоне изменения расхода газа, т.е. происходить без отрыва пламени от выходной части горелки или проскока его в смеситель;

—иметь большую единичную теплопроизводительность, позволяющую размещать в топке ограниченное число горелок;

—отличаться простотой изготовления, сборки, монтажа в печь и возможностью ремонта без останова печи;

—обеспечивать эффективный и экономичный расход топлива, работать с минимальным избытком воздуха (ά = 1,05…1,1);

—быть конструктивно несложной и удобной для технического обслуживания;

—обеспечить безопасность эксплуатации и ремонта, а также сохранение чистоты окружающей среды, предотвращать загрязнение ее вредными выбросами с дымовыми газами;

—работать без значительного шумового давления с соблюдением установленных санитарных норм;

—обладать возможностью включения в систему автоматического управления тепловым процессом печи.

Комбинированные (газомазутные) горелки парового и воздушного распыливания

Комбинированными(газомазутными)горелкамиоборудованобольшинствосовременныхтрубчатыхпечей,применяемыхдлянагреважидких и газообразных сред. Эти горелки удобны в эксплуатации, так как переход от сжигания одного вида топлива к другому эксплуатационно несложен и осуществляется в короткий промежуток времени.

175

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Горелки типа ГП

Горелки типа ГП (рис. 2.87) парового распыливания предназначены для сжигания газообразного или жидкого топлива (или того и другого одновременно) в горизонтальном или вертикальном положении при распылении водяным паром или сжатым компрессорным воздухом.

Горелки (рис. 2.88) состоят из трех основных узлов:

— жидкостного;

— газового;

— воздушного.

Газовый узел представляет собой торообразный коллектор с рассредоточенными по окружности отверстиями большего и меньшего размеров — диаметром 10 и 4 мм.

Газопроводсоединенскол-

Рис. 2.87. Горелка типа ГП

лектором резьбовым соединением.

Жидкостной узел состоит из двух частей – узла подачи жидкого топлива с регулирующим вентилем и узла ввода пара для распыливания. Жидкостной узел расположен по оси горелки и на выходе его имеется распыливающее сопло.

Рис. 2.88. Горелка типа ГП:

1 — газовый коллектор; 2 — корпус; 3 — реактор; 4 — воздушный завихритель; 6 — форсунка; 7 — шибер; 8 — сектор; 9 — газоподводящая труба

176

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Воздушный узел состоит из двух частей корпуса с окнами, перекрываемыми регистром, через который проходит атмосферный воздух, и патрубка с фланцами для подачи воздуха от вентилятора.

Горелка работает следующим образом.

На жидком топливе — по наружной трубе вводится мазут, а водяной пар подается по внутренней, их расход регулируют запорной арматурой.Подогретаяпарожидкостнаяэмульсиянаправляетсяксоплу.Затем мелкодисперсная паромазутная эмульсия, образованная внутри узла, направляется двумя потоками к завихрителю горелки: один (внешний) направляется через отверстие распределителя, а другой (внутренний) – через рефлектор. Из горелки эмульсия распыляется в воздушные потоки, инжектируемые через воздушный узел. Образование то- пливо-воздушной смеси и ее воспламенение начинается в амбразуре камеры сгорания.

На газообразном топливе горелка работает следующим образом. Топливный газ через отверстие газового коллектора распределяется

вцентральныйзакрученныйипериферийныйпрямоточныйвоздушные потоки, инжектируемые в горелку через воздуховод и окна корпуса. Газовоздушная смесь воспламеняется и сгорает в амбразуре.Расход атмосферного воздуха регулируют шибером и регистром.

Конструкцией горелки предусмотрена возможность подачи в нее воздуха от вентилятора через воздуховод. Необходимость подачи воздуха в горелку может быть вызвана двумя причинами: недостаточным разряжением в топке, при котором не обеспечивается подсос необходимого количества воздуха, и использованием подогретого воздуха для сжигания топлива.

Техническая характеристика ГП-1

Тепловая мощность, Гкал/ч

1,7…2,1

Производительность:

при работе на жидком топливе (Q = 39800 кДж/кг), кг/ч 180…216

при работе на газе (Q = 34500 кДж/м3), кг/ч	210…250
Давление перед горелкой:
мазута и пара, кгс/см2 (МПа)	4,7 (0,47); 3,8 (0,38)
газа, кгс/м2 (кПа)	510 (5,1); 150 (1,5)
Давление в камере сгорания, кгс/м2 (Па)	3 (30)
Температура перед горелкой,°С:	120…120
мазута
газа	до 250
Удельный расход пара на распыливание топлива,
кг пара/кг топлива	0,17…0,2

177

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Коэффициент избытка воздуха:
при работе на мазуте	1,1
при работе на газе	1,07…1,08
Диапазон рабочего регулирования:	52…208 , 52…250
по расходу газа, м3/ч
по расходу мазута, кг/ч	44…180, 45…216
Коэффициент рабочего регулирования	4,1…4,8
Длина факела, м	5,5
Общий уровень звукового давления, дБ	83…83
Масса, кг	73

Горелки типа ГП работают устойчиво при совместном сжигании жидкого и газообразного топлива (в любых соотношениях). При этом обеспечивается номинальная тепловая мощность горелки. На графиках приведены характеристики работы горелок.

Горелки типа ФГМ

Применяемые на нефтехимических заводах форсунки не полностью удовлетворяют требованиям изложенным выше. Получившие ранее широкое распространение паровые комбинированные форсунки типа ГНФ, хотя и надежны в работе, поскольку имеют большие отверстия для выхода парожидкостной смеси, но малоэкономичны.

ГНФ ВНИИнефтемашем взамен комбинированных форсунок созданы комбинированные газомазутные факельные горелки ФГМ (рис. 2.89). Они имеют высокие технико-эконо- мические показатели работы, т.к. для распыления топлива можно использовать подогретый в воздухоподо-

гревателях воздух невысо-

Рис. 2.89. Горелки типа ФГМ кого давления – до 0,3МПа.

Горелки типа ФГМ работают бесшумно и, в отличие от форсунок ГНФ с паровым распыливанием, дают более короткое пламя.

Горелки предназначены для сжигания жидкого или газообразного топлива и могут работать на обоих топливах одновременно.

На рис. 2.90 показана универсальная газомазутная форсунка ФГМ- 4 конструкции ВНИИнефтемаша. Она приспособлена для работы на низконапорном воздухе (200…300мм вод.ст.).

178

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Форсунка снабжена специальным завихрителем 1 (кожух с лопатками), сообщающим потоку воздуха вращательное движение. Воздушный распыл топлива регулируется заслонкой 3, которая открывается рукояткой4,создавая кольцевой зазор между завихрителем и корпусом форсунки. Подача жидкого топлива регулируется вентилем 6 в парожидкостной камере 5. Часть форсунки для сжигания газа состоит из газового кольцевого коллектора9,в который ввернуты наконечники10. Воздух для горения газа поступает через расположенные на корпусе форсунки окна 7, прикрытые регистром 8.

Рис. 2.90. Горелки типа ФГМ: 1— завихритель; 2— креплениезавихрителя; 3—воздуш- ная заслонка; 4 — рукоятка заслонки; 5 — парожидкостная камера; 6 — топливный вентиль; 7 — воздушные окна; 9 — кольцевой газовый коллектор; 10 — наконечники газового коллектора

Для обеспечения бесперебойной работы горелок требуется соблюдение определенных условий. В топливной схеме должна быть предусмотрена фильтрация мазута, поступающего на горение, а также фильтрация газа, если в нем имеются механические примеси.

Схема обвязки горелок по мазуту должна быть рециркуляционной, позволяющей перепускать мазут через паромазутную головку или помимо нее в обратную линию печи.

Газовые горелки

В старых конструкциях трубчатых печей при больших обьемах топочных камер топливо сжигалось в длинном факеле, которому свойственно хаотическое распределение тепла, что приводит к местным перегревам трубчатого змеевика. Поэтому пришедшим им на смену узкокамерным печам понадобилась иная система сжигания топлива. С целью выравнивания теплонапряженности поверхности трубчатого

179

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

змеевика во ВНИИнефтемаше разработанны панельные горелки беспламенного сжигания топлива типа ГБПш.

Беспламенные панельные горелки типа ГБПш

Предназначены для сжигания в трубчатых печах газообразного топлива, не содержащего конденсата и механических примесей (рис. 2.91).

Рис. 2.91. Беспламенная панельная горелка типа ГБПш: 1 — стальная труба; 2 — эжектор; 3 — сопло; 4 — регулятор воздуха; 5 — изоляционная прослойка; 6 — корпус; 7 — керамические

призмы

На рис. 2.92 приведена конструкция одной из беспламенных панельных горелок, составляющих излучающие стенки топок соответствующих печей. В сварную распределительную камеру 1 вмонтированы трубки 5, свободные концы которых входят в керамические призмы 6. Между призмами и стенкой камеры имеется изоляционный слой из диатомовой крошки.

Газовоздушная смесь подается в камеру по трубке инжектора 2. Газ поступает к соплу 3 из газопровода 8. Подача воздуха регулируется заслонкой 4 путем увеличения зазора между ее торцом и трубкой инжектора.

Выйдя из сопла со скоростью 200…400 м/с, струя газа подсасывает необходимое количество атмосферного воздуха. Газовоздушная смесь через инжектор поступает в распределительную камеру, а оттуда по трубкам 5 в керамические туннели.

Панель горелки собирается из керамических призм 6, зазор между призмами составляет 1…3 мм. В каждой призме имеется один, два, четыре или девять туннелей; длина туннеля зависит от его диаметра. В туннелях происходит нагрев газовоздушной смеси до температуры воспламенения и ее горение. Этому способствует высокая температура стенок туннелей, которая зависит от условий эксплуатации печи (производительности горелок и температуры стен трубных экранов).

180

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 2.92. Беспламенная панельная горелка типа ГБПш:

1— сварная распределительная камера;2— инжекторная труба;3— газовое сопло;4— воздушная регулирующаязаслонка; 5— трубки панельные; 6— керамическаяпризма; 7—изоляционный слой; 8 — газопроводная труба; 9 — крепление инжекторной трубы

Нормальная работа беспламенных панельных горелок с ровным фронтом горения и излучения обеспечивается при равенстве скоростей распространения пламени и истечения газовоздушной смеси. В трубках скорость смеси больше, чем в туннелях, а в туннелях скорость не должна быть меньше скорости распространения пламени. Следовательно, по существу смесь начинает гореть только после выхода ее из трубок в туннели. Однако практически возможно резкое снижение скорости смеси

втрубках вследствие засорения сопел, инжекторов, самих трубок или значительного падения давления топливного газа. Исходя из этих соображений, следует избегать больших объемов распределительных камер, чтобы при проскоке пламени в них не происходили сильные хлопки.

Конструкцияпанельныхгорелокпозволяетобеспечитьравномерные нагрев и лучеиспускание на большой площади, что в конечном счете приводит к малым размерам печей при их высокой эффективности за счет значительной средней теплонапряженности поверхности нагрева (до 80 тыс. ккал/м2ч).

Кроме того, при необходимости горение можно регулировать так, чтобы каждый участок трубного экрана получал тепловое излучение

втребуемом количестве; в печах с обычными горелками и форсунками это труднодостижимо.

181

Рис. 2.93. Дымовая труба

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ДЫМОВЫЕТРУБЫИГАЗОХОДЫ

Дымовая труба

Дымовая труба (рис. 2.93) — это устройство, предназначенное для:

—создания необходимого разрежения в рабочей и топочной камерах печей;

—привода газовой печной среды в движение;

—последующего отвода газовой печной среды в атмосферу.

Дымовые трубы обеспечивают тягу, необходимую для работы трубчатых печей.

Дымовая труба является ответственным инженерным сооружением, работающим в чрезвычайно тяжелых условиях высоких ветровых нагрузок, температуры и агрессивного воздействия дымовых газов.

Трубы имеют основные конструктивные элементы: фундамент, цоколь, ствол, оголовок, зольное перекрытие, бункер, вводы боровов, антикоррозионную защиту, теплоизоляцию, футеровку, ходовую лестницу, молниезащиту, светофорные площадки.

Диаметр дымовой трубы должен быть таким, чтобы скорость движения газов в ней не превышала допустимого значения (4…6м/с). Требуемая тяга вгазовомтрактепечиобусловленаразностьюплотностейатмосферноговоздуха и дымовых газов. Естественная тяга, создаваемая дымовой трубой, зависит от высоты трубы, температуры дымовых газов и температуры атмосферного воздуха. Разрежение в топке печи, создаваемое дымовой трубой, обычно составляет 15…20ммвод.ст.

Современные печные комплексы оснащаются следующими трубами:

— кирпичными с максимальной высотой 150 м и допустимой температуройпроходящейпечнойсреды до 800°С;

— железобетонными трубами с максимальной высотой 200м и допустимой температурой газовой среды до 200°С;

182

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

—металлическими футерованными трубами с максимальной высотой 60м и допустимой температурой газовой среды до 800°С.

Железобетонные трубы из обычного бетона при наличии футеровки и тепловой изоляции не должны нагреваться более 500°С. Проектирование кирпичных и железобетонных труб осуществляется институтом ВНИПИТеплопроект.

Для выброса агрессивной печной среды из печей чаще всего применяются металлические трубы (нержавеющая сталь), собранные из отдельныхцаргвысотойдо 150м,установленныхнаспециальныхопорных конструкциях, позволяющих заменить любую часть ствола трубы в случае выхода ее из строя.

Большая часть эксплуатируемых в настоящее время дымовых труб изготовлена из стали Ст3. Металлические трубы конической формы

всоответствии с нормалями имеют высоту 30, 35 и 40м при диаметре на выходе до 2000мм и у основания — до 3200мм. К фундаменту они крепятся фундаментными болтами (до 16 штук).

Частота колебаний дымовых труб в ветровом потоке совпадает с частотой их собственных колебаний. При определенных скоростях ветра трубы попадают в резонанс, что увеличивает амплитуды их колебаний и приводит к значительным динамическим напряжениям.

Нижнюю часть дымовых труб изнутри футеруют огнеупорным кирпичом. Высота футеровки зависит от температуры дымовых газов и обычно составляет не менее 10…15м. Футеровка способствует затуханию колебаний стальных труб, поэтому ее нужно производить тщательно, с заполнением зазоров между ней и кожухом шлаком или инфузорнойземлей. Прихорошопрофутерованныхпо всейвысотетрубах необходимость в расчалках отпадает; их следует ставить только на период монтажных работ.

Условияэксплуатациидымовыхтруб определяются возможнойкоррозией их тонких стенок дымовыми газами, а в случае прогаров печных труб или воспламенения сажи — перегревами до высоких температур. Внастоящеевремяповсеместновводятсявэксплуатациютеплостойкие железобетонные трубы. Во избежание возможного загорания сажи, накапливающейся на стенках труб, их периодически продувают острым паром.

Агрессивныедымовыегазы,например,образуютсяприсжиганиитоплив, содержащих серу (мазут, угли и т. д.). При этом сера, содержащаяся

втопливе, окисляется до сернистого ангидрида и частично переходит

всерныйандигидрид,присоединениикоторогосводянымпаром,содержащимсявотводимыхгазах,образуютсяпарысернойкислоты,которые,

183