Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

201

Настильная стена делит камеру

радиации на две с независимым тем

пературным режимом: камера конвек

ции находится над камерой радиации.

Из наклонных горелок

1 факел на-

правляется на расположенную по

средине печи вертикальную стенку 2

из жароупорного материала. По этой

стенке факел как бы стелется, что спо

собствует равномерному излучению

тепловой энергии на трубы боковых

и потолочных

4 экранов. Двигаясь

вверх, топочные газы отдают тепло тру

бам конвекционной камеры

5 и направ-

ляются далее в дымовую трубу.

Существует два варианта футеров

ки печей типа ГН: легкий огнеупорный

вермикулитокерамзитобетон на гли

ноземистом цементе (объемная масса

950 кг/м

) и шамотный кирпич.

Преимущества вертикальных плос-

ких печей:

— благодаря равномерной тепловой нагрузке по всей длине печи можно

нагревать продукты до высоких температур, не опасаясь прогара труб;

— хорошее регулирование температуры во всех секциях (это особенно

важно для нагрева при эндотермических реакциях);

— компактная конструкция при малых капитальных затратах и малая тре-

буемая площадь для их сооружения по сравнению с кубовыми печами

Вертикальные плоские печи используются для мощности от 15 до

МВт, например при каталитическом риформинге бензинов, при кре-

кинге углеводородов, для нагрева продуктов с высокой точкой засты

вания (асфальтов, тяжелых масел, неорганических солей и т. п.) и для

нагрева жидких металлов до 930 °С.

МНОГОКАМЕРНЫЕ ПЕЧИ

Тип Р

Многокамерные печи типа Р (рис. 2.122

) применяют для нагрева

газосырьевой смеси в процессах каталитического риформинга и гидро

очистки.

Рис. 2.121. Схема печи

с объемно-настильным пламенем:

1 — горелку; 2 — вертикальная стенка;

3 — боковой экран; 4 — потолочный

экран; 5 — конвекционная камера

202

Такая печь состоит из камеры конвекции и нескольких камер ра-

диации. Трубчатые змеевики в камерах расположены вертикально

и могут быть двухпоточными и многопоточными. Соседние камеры

радиации разделены боковыми экранами из двухрядных змеевиков

В некоторых случаях между трубами соседних экранов могут быть уста

новлены огнеупорные разделительные стены

. Во фронтальных стенах

камер смонтированы комбинированные горелки типа ФГМ, факелы от

которых направлены горизонтально к противоположным стенам, где

имеется канал для отвода продуктов сгорания топлива в камеру конвек

ции. 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 — из огнеупорного кирпича или сборных панелей легко

го огнеупорного перлитобетона (рис. 2.123).

При среднедопускаемом теплонапряжении радиантных труб 40 кВт/м

тепловая мощность печей достигает 46 МВт.

В США применяют многокамерные печи двухстороннего облучения

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.

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

203

Печи беспламенного горения

Более совершенными и экономич

ными являются трубчатые печи с из

лучающими стенками из беспламен

ных панельных горелок и двухсторон

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

стоянии 600…1000 мм от плиток.

Монтируя панельные горелки на

противоположных сторонах печи

можно облучать трубы с двух сторон

. Поэтому такие печи названы пе-

чами двухстороннего облучения.

В отличие от ранее описанных печей, работающих на жидком топ-

ливе, печи с излучающими стенками помимо высоких теплотехни

ческих показателей обладают меньшими габаритами, для их произ

водства требуется меньше металла и огнеупорного кирпича. Их вы

пускают тепловой мощностью

7…24 МВт. Змеевики собирают из труб

диаметром 102

…152 мм, длиной 6…24 м. Печи оборудуют горелками,

отличающимися размерами эжектора, сопла, а также числом туннелей

(100 и 169 соответственно). Количество металла на

1 МВт для печей

с излучающими стенками колеблется от 11,6 до 8,1

т против 16,8 т для

двухскатных печей

Для монтажа блоков беспламенных горелок в боковых стенках пре-

дусмотрены проемы

. Устойчивость перевальных стен обеспечивается

трубными решетками. Нагревательный змеевик длиной 10,3

м, диамет-

ром 152 мм и толщиной стенки 8 мм занимает под, перевальные стены,

свод и конвекционную камеру.

Тепловая мощность печи

17,5 МВт, теплонапряженность радиант-

ных труб до 60 кВт/м

Подвески потолочных труб крепят непосредственно к ребрам, ре

шетки радиантных труб закреплены на фундаменте.

Рис. 2.123. Схема многокамерной печи

двухстороннего облучения:

1 — радиантная камера; 2 — конвекционная

камера; 3 — горелки; 4 — дымовые трубы

204

Под печи охлаждается воздухом, проходящим по воздушным кана-

лам в бетонных блоках. Применение жароупорного бетона исключает

необходимость сооружения каркаса, кладки и кронштейнов для под

вески кирпичей свода.

Стоимость печи значительно ниже, чем обычной печи беспламен

ного горения.

КУБОВЫЕ ПЕЧИ

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 м

печи, высокие затраты на их сооружение, а также не-

равномерную 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 неиспользо

ванными.

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, представленная на рисунке, предназначена для сжи

гания очень тяжелых остаточных мазутов (с удельным весом свыше

1,03 г/см

) 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

секции выложен огне-

упорным и не поддадим

ся коррозии кирпичом.

Рис. 2.124. Кубовая печь:

1 — горелки; 2 — радиационная секция; 3 — под с отвер-

стием;

4 — осадительная камера; 5 —конвективная сек-

ция; 6 — выход дымовых газов

205

Кирпичи укладываются на балках таким образом, чтобы через щели

между ними могли проходить продукты сгорания. Выбором определен

ной ширины щелей между кирпичами можно направить потоки про

дуктов 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 по

верхность, 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 практи-

чески не соприкасаются с трубами.

После прохождения через щели пода продукты сгорания попадают

в осадительную камеру, где вследствие изменения направления движе

ния и скорости осаждается зола (около 0,1 % от веса топлива). Величина

этой осадительной камеры подбирается с таким расчетом, чтобы обес-

печить эксплуатацию печи в течение минимум 6 месяцев.

В конвективную секцию, где продукты сгорания соприкасаются

с металлическими частями, они приходят уже с более низкой темпера

турой, так что оставшиеся корродирующие элементы, содержащиеся

в них, имеют пониженную активность, и большинство твердых частиц

из них уже осаждено.

В конвективной секции обычно размещается оборудование для

обрызгивания труб водой, которое при остановке печи используется

для удаления части осадка, растворимого в воде. Большинство осад

ков 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…48 кВт/м

Тепловая нагрузка труб в конвективной секции 7…12 кВт/м

206

Тепловая нагрузка топочного пространства печи 24…52 кВт/м

Температура продуктов сгорания при выходе из радиационной сек

ции 700…800 °С.

Отношение эффективной поглощающей; поверхности к общей по

верхности печи 0,2…0,5.

2.5. Резервуары и емкостное оборудование

Резервуарами называются стационарные или передвижные сосуды

разнообразной формы и размеров. Резервуары являются наиболее от

ветственными сооружениями, в них хранятся в больших количествах

жидкие углеводороды.

В зависимости от материала, из которого они изготавливаются, ре

зервуары делятся на металлические и неметаллические. Металлические

сооружают преимущественно из стали, иногда из алюминия. К неметал-

лическим относятся железобетонные и пластмассовые резервуары.

Резервуары бывают по форме: вертикальные цилиндрические, гори

зонтальные цилиндрические, прямоугольные, каплевидные и др.

По схеме установки резервуары делятся на наземные, у которых

днище находится на уровне или выше планировочной отметки приле-

гающей площадки и подземные, когда наивысший уровень жидкости

в резервуаре находится ниже наинизшей планировочной отметки при-

легающей площадки (в пределах 3 м) не менее чем на 0,2 м.

В зависимости от назначения хранимого продукта различают сы

рьевые, промежуточные и товарные резервуарные парки. Сырьевые

и товарные парки сооружают обособленно, вдали от технологических

установок, промышленных и бытовых зданий. Парк резервуаров для

промежуточных продуктов размещают вблизи тех установок, в которых

эти продукты используются. Сырую нефть хранят в крупных подзем

ных или полуподземных железобетонных резервуарах с внутренней

металлической облицовкой и без нее. В таких же резервуарах хранят

готовые светлые нефтепродукты. Применение подземных железобетон

ных резервуаров позволяет экономить металл, сокращать потери сырья

вследствие испарения легких фракций под действием солнечных лучей,

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 нефтепродук

тов, а также нормы продолжительности хранения сырья и нефтепро

дуктов. Необходимый объем сырьевых резервуаров устанавливают из

207

расчета пяти-семисуточного запаса сырья; резервуаров промежуточных

продуктов — из расчета 16…48-часового запаса; резервуаров товарного

парка — из расчета 15…20-суточного запаса готовой продукции.

Конструкция емкостей определяется множеством факторов, одна

ко основными являются химические и физические свойства, а также

давление и температура находящихся в них жидкостей и газов. Сжи

женные газы (пропан, бутан и др.) и легкие фракции бензина хранят

в горизонтальных или вертикальных цилиндрических пустотелых ем

костях, устанавливаемых на фундаментах или постаментах (рис. 2.125).

В таких же емкостях, часто называемых монжусами, хранят химически

активные вещества; в этом случае поверхности покрывают антикорро

зионным облицовочным слоем.

Горизонтальные емкости диаметром более 1,4 м снабжают стремян

кой для обслуживания

, устанавливаемой внутри у люка. Они должны

быть оборудованы также измерительными

, регулирующими и предо-

хранительными устройствами

, предотвращающими превышение дав-

ления, температуры и высоты заполнения выше допустимых значений

Соответствующие лестницы и площадки обеспечивают свободный

доступ обслуживающего персонала к арматуре, контрольно

-измеритель-

ным приборам, предохранительным устройствам от нагрева, в случае не

обходимости создают теневую защиту

�

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

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

208

Газонефтехранилища, включающие резервуары различных кон-

струкций, позволяют компенсировать неравномерность добычи, про

изводства и потребления углеводородного сырья, повышают надеж

ность 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

и наливных пунктах магистральных трубопроводов, нефтепродукто

проводов, нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих заводах, сель

ском хозяйстве и промышленных предприятиях различных отраслей

народного хозяйства. В отдельных случаях на их сооружение прихо

дится до 60 % суммарных капитальных затрат объекта.

Ежегодный прирост вместимости резервуаров, при которой обес-

печивается бесперебойное функционирование системы обеспечения

нефтью и нефтепродуктами, должен составлять 0,3…0,4 м

на тонну

годового прироста добычи нефти.

Рациональные методы хранения и типы резервуаров позволяют

сохранить качество нефти и нефтепродуктов и предотвратить потери

и порчу при их хранении. Резервуары для хранения нефти и нефте

продуктов классифицируются в зависимости от условий установки

резервуаров по отношению к планировочной отметке площадки их

расположения (подземные и наземные), от видов материала из кото

рого изготавливаются резервуары, от формы конструктивного решения

резервуаров и их технологических параметров.

Различают две большие группы резервуаров: металлические и не

металлические. К первым относятся как наземные, так и подземные

резервуары. По форме металлические резервуары могут быть цилин

дрическими вертикальными и горизонтальными, сфероидальными

и специальных форм. В свою очередь вертикальные цилиндрические

резервуары различаются в зависимости от внутреннего давления и ва

куума в газовом пространстве, от формы крыши — конической и сфе

рической, от конструкции крыши — плавающие крыши, подъемные

крыши, дышащие крыши, безмоментные.

Горизонтальные, цилиндрические резервуары могут иметь сфери

ческие, конические и плоские днища.

Сфероидальные резервуары изготавливаются в виде шаровидных

и каплевидных резервуаров, а также резервуаров полусфероидального

типа.

Наиболее распространенными являются резервуары от 3 до 10 000 м

которые строятся по типовым проектам.

209

Область применения резервуаров в зависимости от сорта хранимой

нефти или нефтепродуктов устанавливается главным образом в зави

симости от условий взаимодействия хранимой жидкости с материалом

из которой сооружается хранилище. При этом учитывается необходи

мость минимального расхода металла на их сооружение.

Выбор оптимальных типов резервуаров по технологическим и кон

структивным характеристикам был и остается основным вопросом, от

правильного разрешения которого зависит уменьшение расхода ма

териалов, снижение трудоемкости и стоимости их изготовления, со

кращение 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 ко

личественные 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 авто

мобильных цистерн;

— переливов резервуаров, цистерн и др.;

— аварий.

Всех указанных потерь можно избежать, осуществляя профилак

тические ремонты, внимательно относясь к работе и систематически

повышая квалификацию персонала нефтебазы.

Количественно-качественные потери происходят от испарения неф

ти и нефтепродуктов от малых и больших «дыханий», смешения и др.

Потери от больших «дыханий» происходят в результате вытесне

ния паровоздушной смеси при заполнении и сливе резервуара. Потери

от больших «дыханий» при заполнении резервуара бензином в летнее

время примерно составляют 0,55 кг/м

, а в зимнее время — 0,35 кг/м

Потери от больших «дыханий» при сливе из резервуара нефтепродук

тов составляют 0,1 кг/м

выкачиваемого продукта.

Потери от малых «дыханий» происходят в результате вытеснения

паровоздушной смеси при повышении давления в газовом пространстве

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

210

онного состава, повышения температуры начала кипения, понижения

октанового числа, пусковых свойств и др.

Потери от малых «дыханий» в резервуарах зависят от объема газового

пространства и расчетного избыточного давления. Чем меньше объем

газового пространства и больше расчетное избыточное давление резер

вуара, тем будут меньше потери от малых «дыханий». Потери от малых

«дыханий» могут быть значительно уменьшены, если отводить вытес

няемую из резервуара паровоздушную смесь по трубопроводу в специ

альный газосборник — резервуар с дышащей крышей или газгольдер.

Для уменьшения потерь от малых и больших «дыханий» необходи

мо: хранить легкоиспаряющиеся нефтепродукты в резервуарах с пла

вающей крышей или понтоном; повысить расчетное газовое давление

в газовом пространстве; иметь рабочий объем дышащей крыши или

газгольдера в долях суммарного объема газового пространства всех при

соединенных резервуаров для средней климатической зоны — от 0,24

до 0,27; северной зоны — от 0,18 до 0,22; доводить заполнение в резер

вуарах 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; устано

вить диск отражатель под дыхательным клапаном внутри резервуа

ра, 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 поверх

ностью жидких или твердых сорбентов); окрашивать резервуары

в светлые тона, что дает хороший эффект и не требует больших за

трат. 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 1951 г. был введен Госу

дарственный стандарт, по которому разработали конструкции верти

кальных стальных резервуаров объемом от 100 до 5000 м

. Госстрой

СССР утвердил эти конструкции как типовые проекты. В настоящее

время действуют типовые проекты на стальные вертикальные цилин

дрические резервуары для нефти и нефтепродуктов объемом 100, 200,

300, 400, 700, 1 000, 2 000, 3 000, 5 000, 10 000, 15 000, 20 000 и 30 000 м

следующего назначения: вертикальные цилиндрические резервуары со