МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ Контрольная работа по дисциплине «Эксплуатация оборудования нефтепереработки» тема: «Установка атмосферной перегонки нефти. Блок нагрева сырья (трубчатая печь)» Выполнил: обучающийся группы: ХТбз-20-1_______ _____________________________ подпись Савельев И. Ю.__ инициалы, фамилия Проверил: доцент кафедры переработки нефти и газа, к.х.н. ____________________________________ Землянский Е.О. подпись должность, инициалы, фамилия 2023 Содержание Введение ......................................................................................................... 3 1 Технологическая схема установка атмосферной перегонки нефти ...... 4 2 Трубчатые печи и их назначение .............................................................. 6 3 Особенности эксплуатации трубчатых печей ........................................ 14 Заключение ................................................................................................... 17 Список использованных источников ......................................................... 18 2 Введение Перегонка нефти — процесс разделения ее на фракции по температурам кипения — лежит в основе переработки нефти и получения при этом моторного топлива, смазочных масел и различных других ценных химических продуктов. Для 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, утилизировать тепло выработанных продуктов, нагревая ими сырую нефть. С этой целью используются: трубчатые нагревательные печи, теплообменные аппараты и ректификационные колонны. Перегонку нефти на атмосферных установках АТ можно осуществлять несколькими способами: 1) Однократным испарением в трубчатой печи и разделением отгона в одной ректификационной колонне. Такая технологическая схема перегонки нефти, как правило, применима для нефтей с низким содержанием светлых нефтепродуктов и незначительным содержанием растворенного углеводородного газа, а также сероводорода. 2) Двухкратным испарением и разделением в двух ректификационных колоннах — в колонне предварительного испарения с отделением легких бензиновых фракций и в основной колонне. При этом понижается общее давление в системе и давление в основной ректификационной колонне, в результате чего происходит более полное отделение светлых нефтепродуктов из нефти и более четкое разделение их в колонне. При работе по этой схеме требуется более высокая температура нагрева в печи по сравнению со схемой однократного испарения вследствие раздельного испарения легкокипящих и более тяжелых фракций. Все современные установки АТ в основном работают по схеме двухкратного испарения. 3 1 Технологическая схема установка атмосферной перегонки нефти вода 8 9 газ 10 вода н.к.-85ºС 11 15 газ 85-140 ºС 16 17 вода вода 18 2 23 25 140 -240 ºС 19 5 пар 7 21 6 24 26 240 -350 ºС 20 пар 14 13 3 22 пар 4 28 29 > 350 ºС 12 27 нефть 1 Рисунок 1. Технологическая схема установки АТ: 1, 11, 18,21,22, 27- насос; 2, 3, 4, 5, 6- теплообменник; 7, 14- колонна; 8,15,23,24,28- аппарат воздушного охлаждения; 9, 16, 25, 26, 29- водяной холодильник; 10, 17- сепаратор; 13- печь; 19, 20- отпарная колонна. Установка работает по принципу двукратного испарения нефти и является наиболее универсальной и технологически гибкой. Обессоленная и обезвоженная нефть насосом 1 подаётся двумя параллельными потоками в теплообменники 2, 3, 4 для одного потока и теплообменники 5, 6 для второго потока. После теплообменников нефть объединённым потоком с температурой 200…230°С поступает в среднюю часть отбензинивающей колонны 7. Давление в колонне 7 составляет 0,4…0,5 МПа, температуры верха 120…140°С, низа 240…260°С. В качестве дистиллята в колонне 7 отбираются газы, пары воды и фракция лёгкого бензина н.к.-85оС, которая конденсируется в аппарате воздушного охлаждения (АВО) 8, охлаждается в водяном холодильнике 9 и разделяется в сепараторе 10. 4 Несконденсировавшийся газ отводится с верха сепаратора, конденсат разделяется на два слоя - нижний водный - отводится с установки и верхний – бензиновая фракция – насосом 11 частично идёт в качестве орошение в колонну 7, остальное количество уходит с установки (на стабилизацию и вторичную перегонку). Частично отбензиненная нефть с низа колонны 7 насосом 12 подаётся в змеевик печи 13, где она нагревается до 330…360°С и в парожидкостном состоянии поступает в основную атмосферную колонну 14. Часть нефти из печи подаётся в низ колонны 7 для обогрева куба колонны (горячая струя). Давление в колонне 14 составляет 0,15…0,2 МПа, температура верха 120…130°С, низа 340…355°С. Дистиллят колонны 14 - фракция бензина 85140°С вместе с парами воды - охлаждается и конденсируется в АВО 15, водяном холодильнике 16 и разделяется в сепараторе 17 на газ, водный и углеводородный конденсат. Бензиновая фракция насосом 18 частично идёт на орошение колонны 14, остальное количество отводится с установки. Керосиновая фракция 140-240°С и фракция дизельного топлива 240350°С отводятся как боковые погоны из отпарных колонн 19 и 20 насосами 21 и 22 через теплообменники 2, 3, аппараты воздушного охлаждения 23, 24 и водяные холодильники 25, 26. Остаток атмосферной перегонки - мазут (>350°С) - с низа колонны 14 насосом 27 через теплообменник 4, АВО 26, водяной холодильник 29 отводится с установки. Подвод тепла в низ колонн 14, 19 и 20 осуществляется острым водяным паром. В колонне 14 имеются два циркуляционных орошения, тепло которых отдаётся сырой нефти в теплообменниках 5 и 6. Циркуляционные орошения организованы под тарелками вывода боковых фракций керосина и дизельного топлива. 5 2 Трубчатые печи и их назначение Трубчатая печь является аппаратом для нагрева нефти и нефтепродуктов, использующим высокую температуру продуктов сгорания, образующихся при сгорании топлива в камере печи. В трубчатой печи нагреваемое сырье движется в трубах змеевика, а горячие продукты сгорания омывают трубы снаружи. Принципиальная схема вертикальной трубчатой печи представлена на рисунок 1. Рисунок 1. Вертикальная трубчатая печь: 1 – каркас печи; 2 – змеевик камеры конвекции; 3 – змеевик камеры радиации; 4 – форсунки; 5 – гляделки; I – вход продукта; II – выход продукта. Трубчатая печь имеет обычно две камеры: 1) радиантную, в которой сгорает топливо и тепло передается трубам в основном излучением от нагретых продуктов сгорания и кладки стен; 2) конвекционную, в которой тепло трубам передается главным образом при соприкосновении горячих продуктов сгорания с трубами, т.е. конвекцией. 6 В целях постепенного и более равномерного нагрева сырье последовательно проходит трубы конвекционной и радиантной камер печи. Температура продуктов сгорания на выходе из радиантной камеры достаточно высока (600—900 °С). Компактность конструкции, большая тепловая мощность в сравнении с рекуперативными теплообменниками, малая задержка продукта и связанная с этим меньшая пожарная опасность, простота обслуживания и другие показатели обусловили широкое применение трубчатых пе- чей на предприятиях нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленнсти. При сравнительно незначительных конструктивных модификациях трубчатые печи могут обеспечить требования самых различных технологических процессов. Классификация трубчатых печей. По технологическому назначению различают нагревательные и реакционные трубчатые печи. Нагревательные печи служат для нагрева и испарения сырья, при этом состав смеси не изменяется. В реакционных трубчатых печах сырье не только нагревается до определенной температуры, но и подвергается коренным превращениям, приводящим к изменению состава исходного сырья (печи пиролиза, дегидрирования, замедленного коксования и др.). По конструктивным признакам различают печи коробчатые и цилиндрические, с наклонным сводом и вертикальные. По числу камер радиации печи могут быть одно-, двух- и многокамерными. Змеевики могут быть расположены вертикально и горизонтально. По виду отведения дымовых газов могут быть печи с естественным и принудительным отводом. При этом во втором случая применяется дымоотсос и тепло дымовых газов может быть отправлено на дополнительную регенерацию для нагрева топливного газа и т.д. 7 Рисунок 2. Трубчатая цилиндрическая однокамерная печь: 1 – форсунки; 2 – футеровка; 3 – несущие конструкции; 4 – экранные трубы; 5 – конвекционная часть змеевика; 6, 7 – выхлопные и смотровые окна; 8 – дымоход; I и II – вход и выход нагретого продукта. По виду сгорания топлива различают печи с объёмным горением пламени и печи беспламенного горения. Устройство трубчатых печей Трубчатая печь – это строительно-технологическое сооружение, состоящее из следующих основных функциональных узлов: фундамента, каркаса, футеровки, змеевика, горелок, дымовой трубы и гарнитуры. Фундамент печи сооружают из монолитного или сборного железобетона и конструктивно изолируют от воздействия высоких температур. На фундамент через несущие стойки каркаса печи опирается вся масса печи. 8 Каркас печи – основная несущая металлическая конструкция, воспринимающая нагрузки от веса огнеупорной футеровки, трубчатого змеевика, вспомогательных узлов дымовой трубы и т.д. Конфигурация каркаса соответствует форме трубчатой печи. Опорные стойки каждой рамы каркаса анкерными болтами крепятся к фундаменту. Рамы каркаса или их узлы шарнирными соединениями крепятся между собой и допускают компенсацию линейных расширений каркаса при изменениях температуры. Сверху боковые рамы каркаса соединяются фермами, несущими кровлю печи. Футеровка предназначена для защиты каркаса печи от воздействия высоких температур и создания вторичного теплового излучения, повышающего тепловую эффективность (к.п.д.) печи. Для снижения тепло потерь через футеровку и создания безопасных условий эксплуатации печи с внешней стороны футеровка покрывается слоем теплоизоляции. Футеровка выполняется из фасонных огнеупорных кирпичей и специальных изолирующих материалов. Технологический змеевик печи – это наиболее ответственная часть печи, изготовляемая из горячекатаных бесшовных труб и работающая в наиболее тяжелых температурных и коррозионных условиях. Диаметр труб, из которых монтируется змеевик технологических печей, обычно составляет 108x6, 158x8 и 219x10 мм. Длина труб – 12-18 м, а для наиболее мощных печей – 24 м. Змеевик монтируется из таких отрезков труб с помощью сварных поворотных калачей или съемных ретурбендов (устройство для соединения прямых участков труб змеевика). Цельносварной змеевик проще по устройству, надежен и герметичен, а главное – он целиком помещается в топку печи или камеру конвекции, что позволяет лучше герметизировать топку и в целом печь и исключить вредные подсосы воздуха извне. При горизонтальном расположении труб змеевика в печи они либо опираются на кронштейны, либо помещены на подвесках, прикрепленных 9 к каркасу печи. В конвекционных камерах, где трубы змеевика собраны в вертикальный многорядный пучок, они опираются на трубные решетки, через которые пропущены трубы. Змеевик с вертикальными трубами подвешивают к каркасу печи специальными подвесками. В топках печей топливо сжигается с помощью специальных устройств – форсунок и горелок. Форсунки предназначены для сжигания жидкого топлива (мазута, солярового масла и т.д.). Конструкция форсунки должна обеспечить хорошее распыление топлива и смешение его с воздухом, так как только при этих условиях можно достигнуть полного сгорания топлива. По способу распыления жидкого топлива форсунки могут быть: а) с паровым распылением; б) с воздушным распылением; в) с механическим распылением. Горелки предназначены для сжигания газообразного топлива (природного газа, газа нефтепереработки). По способу подвода воздуха для горения горелки подразделяются на следующие типы: диффузионные; инжекционные; с принудительной подачей воздуха. В диффузионных горелках весь необходимый для горения воздух притекает к пламени из окружающей атмосферы. Эти горелки мало чувствительны к колебаниям давления газа, но требуют больших размеров топки, так как они образуют длинный факел. 10 Рисунок 3. конструкция диффузионной горелки с жиклерами. На кольцевой раме 1 этой горелки жестко закрепляется неподвижный конический шибер 2, на конической поверхности которого имеется несколько окон. На неподвижный шибер надевается подвижной шибер 3, имеющий столько же окон. Подвижной шибер с помощью рукоятки 4 может вращаться вокруг своей оси. На центральной трубе 5 крепят коллектор 6, имеющий отверстие А для подсоединения подводящей газовой трубы. В коллектор ввинчиваются жиклеры 7, изготовленных из жаропрочной стали. Остальные детали горелки – из чугуна и стали. Работает эта горелка следующим образом. Подведенный к коллектору газ вытекает в топочное пространство через жиклеры и тут же сжигается. Необходимый для сжигания газа воздух поступает в горелку из окружающей атмосферы через окна в неподвижном и подвижном шиберах. Ширину этих окон, а, следовательно, и количество поступающего в горелку воздуха можно менять с помощью вращения подвижного шибера. В инжекционных горелках (рис. 4) образование газовоздушной смеси частично или полностью происходит внутри горелки. Благодаря хорошему смешению воздуха и катализирующему влиянию керамических 11 элементов горелки процесс горения почти заканчивается в туннелях. Поэтому и нет видимого факела. За это их называют беспламенными. Расположение и число горелок (форсунок) в печи зависит от типа и общей теплопроизводительности печи. Горелки могут располагаться снизу печи, на ее боковых стенках или сверху радиантной камеры. Рисунок 4. Конструкция беспламенной панельной горелки Дымовая труба выполняет две основные функции – создает необходимую тягу в топке печи и отводит вредные дымовые газы (содержащие оксиды углерода, азота и серы и углеводороды) на большую высоту для лучшего их рассеяния в атмосфере. Шибер дымовой трубы – это заслонка, с помощью которой регулируется сечение дымохода и соответственно тяга в топке печи. Гарнитура трубчатой печи включает ее вспомогательные конструкционные и эксплуатационные узлы – подвески и трубные решетки для змеевика, предохранительные окна и люки-лазы, гляделки, шиберы дымоходов и др. В радиантной камере печи имеется несколько рядов (по длине труб) подвесок, предохраняющих трубы от провисания. Они подвергаются воздействию высоких (до 1100°С) температур и агрессивных дымовых газов и поэтому изготовляются из высоколегированной 12 стали. Вертикальный змеевик в печах подвешивается за проушины верхних калачей змеевика с помощью штанг к верхним несущим балкам печи. Каждый тип подвески предусматривает возможность компенсации термического расширения труб змеевика в диапазоне температур от окружающей до рабочей. Предохранительные окна располагают по боковым стенкам печи в один или несколько рядов (в зависимости от объема топки и высоты печи), они служат для ослабления силы взрыва при аварии в топке и предохранения печи от разрушения. Предохранительные окна рассчитаны на то, чтобы при повышении давления в топке выше атмосферного они открывались, выпуская избыток газов сгорания в атмосферу. Число предохранительных окон рассчитывается при проектировании печи. Люки-лазы служат для того, чтобы обслуживающий персонал мог попасть в топку в период проведения там ремонтных работ или ревизии состояния стен топки и змеевика. Гляделки – небольшие (50-100 мм) отверстия в крышках люков, в подовой (нижней) части печи или предохранительных окнах, закрываемые откидными или поворотными крышками. Они предназначены для систематического визуального контроля за горением форсунок, характером горения факела, для осмотра состояния топки печи в рабочих условиях и т.д. 13 3 Особенности эксплуатации трубчатых печей Эксплуатация трубчатых печей включает четыре элемента: пуск; наладка и поддержание нормального режима работы; остановка печей, проведение ремонтных работ. Пуск печи осуществляют после тщательной проверки готовности к эксплуатации. Печь считается готовой, если: полностью завершены монтажные (ремонтные) работы; проведены гидравлические испытания технологических трубопро- водов и змеевика на прочность и герметичность; просушена футеровка печи и все элементы печи находятся в ис- правном состоянии; проверена исправность системы автоматизации и блокировок печи. Операцию пуска печи проводят в такой последовательности: проверяют исправность и готовность всего оборудования и кон- трольно-измерительных приборов (КИП), обслуживающих печь, а также наличие соответствующих регламенту топлива, пара, воздуха; проверяют положение шибера (должен быть открыт) и измеряют разрежение (тягу) в топке; закрывают все люки-лазы и топку тщательно продувают водяным паром (15-20 мин) до появления пара из дымовой трубы или инертным газом, после чего отбирается проба воздуха из топки печи и делается анализ на отсутствие углеводородов; готовят топливную систему печи к работе (в случае необходимо- сти из системы отводят конденсат); включают насосы для равномерной отладки расхода потоков выше минимальных значений, при этом холодное сырье циркулирует через печь в аппараты (колонны) и из них снова в печь; зажигают пламя форсунок, осуществляя подачу топлива и одно- временно без промедления поднося запальник или горящий факел (толстая 14 проволока с паклей, смоченной жидким топливом) через люк горелки к устью форсунки. Горелки зажигают в последовательности, обеспечивающей равномерность обогрева змеевика по длине труб; следят за устойчивостью горения включенных горелок и при их затухании операции включения повторяют. Число одновременно горящих горелок зависит от требуемой скорости повышения температуры сырья. Наладка и поддержание нормального режима эксплуатации печи достигается путём постепенного повышения температуры нагреваемого сырья со скоростью не более 30-50°С/час. Одновременно следят за равномерностью распределения потоков, циркулирующих через печь, производительностью по сырью, давлением на входе и температурой на выходе из печи. В процессе наладки постепенно увеличивают число работающих горелок при необходимости увеличения тепловой нагрузки. Особо следят в этот период за работой горелок, с тем, чтобы обеспечить одинаковую интенсивность пламени и равномерный обогрев змеевика. После установления регламентных параметров работы печи (производительности, давления на входе в каждый из потоков змеевика, температуры на выходе из каждого потока змеевика, температуры и расхода топлива, температуры дымовых газов и тяги в топке) начинается нормальный эксплуатационный период работы печи. В этот период с помощью систем контроля и регулирования поддерживают стабильными параметры работы печи и ведут систематическое визуальное наблюдение за ее работой. В частности, через гляделки технологический персонал следит за формой и равномерностью распределения факелов по длине топки, за провисанием или деформацией труб змеевика, за образованием пятен перегрева отдельных участков труб, обрывом или деформацией подвесок или футеровки и др. Остановка печи может быть аварийной (в случае прогара труб, прекращения подачи сырья и др.), когда отрабатывает система блокировок и работа 15 печи переходит в аварийный режим, и нормальной. При нормальной остановке последовательность операций обычно следующая: понижают постепенно температуру сырья на выходе из печи уменьшением подачи топлива и отключением отдельных горелок до тех пор, пока температура нагретого сырья снизится на 60-100°С, продолжая прокачивать сырье через змеевик (по линии циркуляции через аппараты, связанные с печью); по достижении необходимой температуры сырья на выходе из печи останавливают сырьевой насос, закрывают задвижки на входе сырья в печь и открывают задвижку на линии вывода сырья из змеевика в дренажную ёмкость; когда давление в змеевике печи снизится ниже давления водяного пара, последний подают в змеевик и продувают его в течение нескольких часов до тех пор, пока в нём не установится нужная концентрация углеводородной смеси, при которой можно вести газоопасные работы, предварительно установив заглушки на подводящих и отводящих трубопроводах. Ремонт трубчатых печей призван обеспечивать нормальную их эксплуатацию в течение длительного времени. 16 Заключение Современная тенденция совершенствования различных трубчатых печей характеризуется созданием компактных агрегатов большой единичной мощности целевого назначения для осуществления технологического процесса. Эти агрегаты отличаются высокой эффективностью использования тепла сжигаемого топлива, надежностью эксплуатации, оснащены средствами автоматического контроля и управления режимом работы. Для сооружения и ввода в эксплуатацию новых печей и улучшения работы действующих необходимо знать конструктивные особенности печных агрегатов, их рабочие параметры, а также передовой производственный опыт технического обслуживания печей родственных предприятий. Анализ и обобщение практических и теоретических сведений о работе печей позволяют квалифицированно выполнять пуско-наладочные операции и стабильно управлять рабочими параметрами, а также получать максимальный выход целевых продуктов при минимальных затратах сырьевых и энергетических ресурсов. Для достижения высоких технико-экономических показателей работы трубчатых печей первостепенное значение имеет решение проблем оптимизации режима их работы, обеспечения эксплуатационной надежности и долговечности, организации и качественного выполнения ремонта. Не менее важной задачей при эксплуатации печных комплексов является обеспечение их работоспособности в экстремальных условиях установленной продолжительности рабочего цикла (рабочего пробега печей), так как при внезапном выходе хотя бы одного узла возможны остановки агрегата и нарушения технологического режима всей установки. Поэтому для выяснения причин повреждений деталей и узлов и разработки мероприятий по их предотвращению особое значение приобретают обобщение практического опыта работы, анализ процессов, протекающих в печах, и характер воздействия сред на материальную часть конструкции. 17 Список использованных источников 1. Савченков А.Л. Технологический расчет установки атмосферной перегонки нефти: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. - 98 с. 2. Багиров И. Т. Современные установки первичной переработки нефти. Москва: Химия, 1974, 240 с. 3. Александров И. А. Ректификационные и адсорбционные аппараты. Москва: Химия, 1981. 280 с. 4. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа: Гилем, 2002. 672 с. 5. Л. В. Таранова, Е. О. Землянский. Эксплуатация оборудования переработки нефти и газа: учебное пособие – Тюмень: ТИУ, 2017. – 113 18
