Замедленное коксование

 

К третьему типу кожухотрубчатых аппаратов относятся испарители с паровым пространством, называемые также кипятильниками, или ребойлерами. Корпус этих аппаратов Имеет диаметр значительно больший, чем трубный пучок, и разделен подпорной пластиной 7 на две части. Справа от нее, где поддерживается высокий уровень жидкости, помещен трубный пучок 2 с плавающей головкой 3 (один или два), прикрепленный к корпусу трубной решеткой 6, закрытой распределительной камерой 4. В этой зоне рабочая жидкость кипит, образующиеся пары IV собираются над уровнем жидкости и покидают это паровое пространство через штуцер. Невыкипевшая часть жидкости через перегородку 7 переливается во вторую камеру корпуса и оттуда откачивается или уходит самотеком, Аппарат имеет штуцеры для установки предохранительного клапана в паровом пространстве, уровнемера в левой камере и дренажа жидкости из корпуса. По ГОСТ испарители такого типа выпускаются с плавающей головкой (ИП) и с пучком  У- образных труб (ИУ). Греющий агент – водяной пар или поток циркуляционного орошения. Вся группа кожухотрубчатых теплообменников используется для нагрева и охлаждения маловязких сред, не дающих отложений в межтрубном пространстве. Кожухотрубные теплообменники являются одними из наиболее распространенных рекуператоров. Они компактны, неметаллоемки, в них достигаются достаточно высокие значения коэффициентов теплообмена. Однако они имеют ряд недостатков: сложность очистки поверхностей нагрева, небольшие скорости теплоносителей в межтрубном пространстве. Кожухотрубные теплообменники бывают вертикальными и  горизонтальными, за исключением теплообменников пленочного типа и с плавающей головкой открытого типа. Эти аппараты всегда вертикальные. Вертикальные теплообменники занимают меньшую производственную площадь. Рассмотрим более подробно основные детали кожухотрубных аппаратов. Кожух (обечайка) теплообменного аппарата имеет цилиндрическую форму и изготовляется преимущественно из стальных листов толщиной 3...22 мм в зависимости от давления в корпусе и диаметра аппарата. Стыки листов свариваются. Для кожухотрубных нагревателей и холодильников базовыми внутренними диаметрами являются 200, 250, 300, 350, 400, 600, 800, 1000, 1200 мм; для испарителей и конденсаторов — 600, 800, 1000, 1200, 1400 мм. В многоходовых аппаратах количество труб уменьшается для размещения перегородок между ходами. Пучок труб крепится в трубной решётке различными способами. Самым распространённым способом является развальцовка. Если допускается жёсткое соединение труб, то трубы закрепляются сваркой. Медные и латунные трубы присоединяются к решётке с помощью пайки. Соединение труб и решётки посредством сальников позволяет трубам свободно перемещаться в продольном направлении и облегчает быструю замену труб, но является сложным и недостаточно надёжным способом крепления. Трубные решётки могут быть литыми или из листового проката. Минимальная толщина трубной решётки из стали 10 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Схемы крепления труб в  трубных решётках:

а. развальцовкой; б. развальцовкой  с канавками; в. Сваркой; г. пайкой; д. сальниковыми устройствами.

 

 

              Технические нагреватели, теплообменники и охладители 
Технические нагреватели и теплообменники предварительно нагревают исходное сырье в башнях перегонки и в процессах нефтепереработки до температур реакции. Основная часть тепла, поступающего в технические установки, идет от нагревателей, находящихся в установках подогрева сырой нефти и реформинг-установках, от установок коксования и кипятильников с большой колонной, которые подпитываются нефтезаводским или природным газом, дистиллятом и остаточной нефтью. Нагреватели обычно разрабатываются для определенных технологических операций, и большинство из них имеют либо цилиндрическую вертикальную конструкцию, либо конструкцию коробочного типа. Теплообменники используют пар или горячий углеводород, передаваемый из других секций процесса для подвода тепла. 
 Тепло также удаляется из некоторых процессов с помощью установок обмена воздуха и воды, вентиляторов, охладителей газа и жидкости и верхних конденсаторов или путем передачи тепла другим системам. Основная механическая паровая компрессорная система охлаждения разработана для обслуживания одной или более установок и включает испаритель, компрессор, конденсатор, контрольные приборы и трубопровод. Вода, смесь спирта/воды или различные растворы гликоля являются типичными хладагентами. 
Требуются средства обеспечения хорошей тяги или очистки паром для уменьшения возможностей взрывов, когда в печах нагревателя возникает молния. Требуются определенные процедуры запуска и на случай аварийной ситуации для каждого типа установки. Если искра попадает на вентиляторы, они могут выйти из строя вследствие перегрева. Если из-за утечки воспламеняющийся продукт покидает теплообменник или охладитель, может случиться пожар. 
Следует предпринять меры предосторожности для обеспечения, чтобы давление было удалено из труб нагревателя перед снятием любой крышки или заслонок крепежа. Следует предусмотреть сброс давления в системах труб теплообменника на случай, если они перекрываются, будучи заполненными жидкостью. Если контрольные приборы выходят из строя, может случиться колебание температуры и давления на любой стороне теплообменника. Если трубы теплообменника выходят из строя, а давление процесса становится больше давления нагревателя, продукт может войти в нагреватель, заставив поток жидкости процесса течь вниз. Если давление становится меньше, поток нагревателя может войти в технический поток жидкости. Если в жидких или газовых охладителях прекращается циркуляция, повышенная температура продукта может повлиять на операции нисходящего потока, требуя сброса давления. В зависимости от топлива, технической операции и конструкции установки, имеется потенциальная опасность воздействия сероводорода, угарного газа, углеводородов, отстоя питательной воды парового котла и химических веществ обработки воды. Нужно избегать контакта кожи с продувкой котла, которая может содержать фенольные соединения. Существует возможность воздействия излучаемого тепла, перегретых паровых и горячих углеводородов. 
      
                                             Техника безопасности

Технические контрольные приборы, включенные в процессы, предусматривают  уменьшение концентраций воспламеняющихся паров вентиляцией, разбавлением и  инерцией. Нагнетание давления используется для поддержания давления диспетчерских выше атмосферного с целью уменьшения возможности вхождения паров. Предусматриваются системы сброса давления для контроля над парами и жидкостями, которые выбрасываются, приборами сброса давления и продувками. Сброс давления является автоматическим, запланированным выбросом, когда рабочее давление достигает предварительно определенного уровня. Продувка обычно относится к преднамеренному выбросу материала, такому как продувки от запусков технической установки, продувки печей, выключения и аварии. Сброс давления пара - быстрое удаление паров из баков высокого давления в случае аварийной ситуации. Это может быть выполнено путем использования разрывной диафрагмы, обычно установленной при более высоком давлении, чем предохранительный клапан. Предохранительные клапаны, используемые для контроля давлений воздуха, пара, газа и углеводородного пара и жидкости, открываются соответственно увеличению давления по сравнению с нормальным рабочим давлением. Предохранительные клапаны, разработанные, прежде всего, для выпуска больших объемов пара, обычно открываются полностью. Избыточное давление, необходимое для открытия предохранительных клапанов для жидкостей, где не требуется большой крупный сброс, увеличивается, когда клапан поднимается вследствие повышенной упругости пружины. Контролируемые оператором предохранительные клапаны с увеличенной до шести раз пропускной способностью по сравнению с обычными предохранительными клапанами используются там, где требуются более герметичное уплотнение и большие сбросы. Нелетучие жидкости обычно откачиваются в системы разделения нефти/воды и восстановления, а летучие жидкости посылаются в установки, работающие при более низком давлении. 
 Вспышки (сжигание на факеле) Обычные закрытые системы сброса давления и вспышек включает предохранительные клапаны и линии от технических установок для сбора стоков, барабаны сепаратора для разделения паров и жидкостей, изолирующие пласты и/или продувочный газ для защиты от обратного зажигания и систему вспышки и воспламенителя, которая сжигает пары, если сброс прямо в атмосферу не разрешается. Пар может быть взбрызнут на факельный наконечник с целью уменьшения видимого дыма. 
Нельзя допускать сброс жидкостей в систему сброса пара. Барабаны сепаратора вспышки и вспышки должны быть достаточно большими для обработки сбросов на случай аварийной ситуации, и барабаны требуют сброса в случае избыточного давления. Обеспечьте клапаны сброса давления там, где существует потенциальная возможность избыточного давления в процессах нефтепереработки по следующим причинам: потеря охлаждающей воды, возможно приводящая к значительному повышению давления в конденсаторах, в свою очередь, увеличивая давление в технических установках 
· быстрое выпаривание и увеличение давления от впрыскивания жидкости с более низкой температурой кипения, включая воду, в резервуар, работающий при более высоких температурах расширение пара и результирующее избыточное давление вследствие перегретого пара, неправильного срабатывания нагревателей 
поломка автоматических контрольных приборов, закрытых выпускных отверстий, выход из строя теплообменников, и т.д., внутренний взрыв, химическая реакция, тепловое расширение, накопленные газы, и т.д.,потеря орошения, вызывающая повышение давления в колоннах перегонки. Так как количество орошения воздействует на объем паров, покидающих колонну перегонки, исчезновение объема вызывают падение давления в конденсаторах и подъем давления в колоннах перегонки.Важное значение имеет техническое обслуживание, потому что необходимо, чтобы клапаны хорошо работали. Общие проблемы работы клапанов следующие: невозможность открытия при установленном давлении вследствие закупорки входного или выходного отверстий клапана или из-за коррозии, не позволяющей хорошо функционировать держателю диска и направляющим устройствам невозможность обратной установки на место после открытия вследствие загрязнения, коррозии или отложений на месте или движущихся частях, или из-за наличия твердых веществ в газовом потоке, режущем диск клапана вибрация и преждевременное открытие из-за того, что рабочее давление находиться слишком близко к контрольной температуре клапана.Также, в зависимости от наличия общественных или других частных заводов обработки, нефтеперерабатывающие заводы могут быть вынуждены обеспечивать получение разрешений, сбор, обработку и сброс своих бытовых отходов. Нефтеперерабатывающие заводы или получают электричество из внешних источников или производят свое собственное, используя электрические генераторы, приводимые в действие паровыми турбинами или газовыми двигателями. Площади классифицируются согласно типу электрической защиты, требуемой для предотвращения искр от воспламеняющих паров или ограничения взрыва внутри электрооборудования. Электрические подстанции, которые обычно размещаются в неклассифицированных областях, далеко от источников воспламеняющегося углеводородного пара или пульверизатора воды башни охлаждения, содержат трансформаторы, сетевые рубильники и переключатели схем питания. Подстанции подают энергию к распределительным станциям в пределах площадей технических установок. Распределительные станции могут находиться в классифицированных областях, при условии, что электрические требования по классификации выполнены. Распределительные станции обычно используют заполненный жидкостью трансформатор, имеющий маслонаполненный разъединитель или воздушный разъединитель. Обычные меры электрической предосторожности, включая сухой пол, предупреждающие надписи “высокое напряжение” и защиту, должны иметь место с целью защиты от смерти от электрического удара. Наемные работники должны быть ознакомлены с процедурами безопасной работы с электричеством на нефтеперерабатывающем заводе. Блокировки/отключения и другие соответствующие безопасные действия должны быть осуществлены для предотвращения подачи питания во время выполнения работ на высоковольтном электрооборудовании. Могут иметь место опасные воздействия при работе около трансформаторов и переключателей, которые содержат диэлектрическую жидкость, требующую соблюдения специальных мер предосторожности при обращении с нею. Эти предметы обсуждаются более подробно в другом месте в этой Энциклопедии.

Непрерывная безопасная работа нефтеперерабатывающих  заводов зависит от разработки и  выполнения программ и процедур регулярного  технического обслуживания и профилактического обслуживания, и обеспечения замены, когда это необходимо. Операции цикла опорожнения-закачивания-отбора, которые на всем нефтеперерабатывающем заводе или на отдельных технических установках будут прекращены на время капитального ремонта и замены оборудования, являются разновидностью программы профилактического технического обслуживания, уникальной для отрасли процесса. Механические действия по поддержанию целостности системы, такие как осмотры, ремонт, испытания и сертификация клапанов и приборов сброса давления, которые являются частью программы управления безопасностью процесса, являются важными для непрерывной безопасной работы нефтеперерабатывающего завода, как и заказы на работу по техническому обслуживанию для непрерывной эффективности программы нефтеперерабатывающего завода “управление переменами”. Программы лицензирования работ контролируют горячие работы и работы по обеспечению безопасности, такие как изоляция и блокировка, вход в замкнутые пространства. Цеха технического обслуживания и контрольных измерений имеет цели, которые включают следующее: 
Безопасное обслуживание, ремонт и замена оборудования внутри технических установок часто требует изоляции резервуаров, сосудов и линий с целью предотвращения возможностей поступления воспламеняющихся жидкостей или паров в области, где выполняются горячие работы. Изоляция обычно достигается путем разъединения и огораживания всех трубопроводов, ведущих к или от резервуара; облицовка или перекрытие трубы при соединении около сосуда или резервуара; или закрытие двойных блокирующих клапанов на трубопроводе, если есть, и открытии выпускного клапана между двумя закрытыми клапанами. 
 Программы блокировки и закрытия предотвращает неадекватную активизацию электрического, механического, гидравлического или пневматического оборудования во время ремонта или технического обслуживания. Все электрическое оборудование должно иметь свой рубильник сети или главный выключатель, блокируемый или закрываемый и проверяемый для того, чтобы обеспечить выключение оборудования до начала работы. Механическое гидравлическое и пневматическое оборудование должно быть выключено и иметь свой источник питания, заблокированный до начала работы. Линии, закрываемые с помощью клапанов, на которых работают или которые изолируются, должны также быть заблокированы или выключены с целью предотвращения несанкционированного открытия.

                                      

                                        Технологические расчеты 
Определяем расчетную длину трубопровода:

Lp = L + n1 ∙ 11d + n2 ∙ 20d = 6000 + 2 ∙ 11∙ 0,2 + 10 ∙ 20 ∙ 0,2 = 6055 м

Падение давления нефти в трубопроводе (в м нефтяного столба)

           ∆p = λ ∙ γ = 0,037 = ∙ = 913 = 18800 кГ/м2 = 4,88 кГ/см2

  Пример: Определить потерю давления  в погружном холодильнике, где   керосин в количестве 30 т/ч охлаждается  от 120 до 40°С. Плотность керосина  Q20 = 850 кг/м3.  В погружном холодильнике чугунные трубы длинной 3 м  и диаметром 100 мм расположены по горизонтали в 6 рядов и по вертикали 11 рядов. Змеевик холодильника однопоточный.

Решение : а) Определяем среднюю температуру  керосина в холодильнике.

Tср = (tвысш.+2tнизш/3) = (120 + 2 ∙ 40/3) = 67°С.

 б) Плотность керосина при  67°С.

Q67 = 815 кг/м3 ; γ67 = 815 кГ/м3.

 в) Секундный объем керосина.

V = (G/3600Q67) = (30000/3600∙815) = 0,0102 м3/сек.

г) Площадь поперечного сечения  трубы.

F = (Пd2/4) = (3,14∙ 0,1) = 0,00785 м2.

д) Средняя скорость керосина в  трубах холодильника .

w = (V/F) = (0,0102/0,00785) = 1,30 м/сек. = 130 см/сек.

е) Кинематическая вязкость керосина при 67°С.

 v67 = 0,016 см2/сек.

ж) Число Рейнольдса.

Re = (wd/v) = (130 ∙ 10/0,016) = 8140.

Следовательно, движение керосина в  трубах холодильника имеет переходный характер. Коэффициент трения при  движении керосина по кривой.

                                            λ  = 0,036

з) В холодильнике имеется 6 ∙ 11 = 66 двойников и две задвижки (один двойник принимается за два колена).

Расчетная длина холодильника:

Lp = L + n1 ∙ 11 d + n2 ∙ 20 d ∙ 2 = 6 ∙ 11 ∙ 3 + 2 ∙ 11 ∙ 0,1 + 66 ∙ 20 ∙ 0,1 x

X2 = 464,2 м.

Определяем потерю давления в холодильнике:

∆p = λ (l/d) ∙ (w2/2g) γ = 0,036 (464,2/0,1) ∙ (1,30/2∙9,81) 815 = 11700 кГ/м2 = 1,17 кГ/см2.

 

 

 

 

 

                     

                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 Список использованной литературы

 

1. В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов  «Принципы технологии основного  органического и нефтехимического  синтеза», М.: Высшая школа, 2003 г, 536 с.

2. И.И. Юкельсон «Технология основного органического синтеза», М: Химия, 1968 г.

3. С.А. Ахметов, М.Х. Ишмияров, А.П. Веревкин, Е.С. Докучаев, Ю.М.  Малышев «Технология, экономика  и автоматизация процессов переработки  нефти и газа», М.: Химия, 2005 г, 736 с.