книги из ГПНТБ / Багиров, И. Т. Современные установки первичной переработки нефти

Т а б л и ц а 31. Характеристика теплообменных аппаратов, эксплуатируемых на современных установках АВТ (по проектным данным)

Теплообменники, конденсаторы и холодильники

На индивидуальных и комбинированных установках АТ, АВТ и ЭЛОУ — АВТ нагрев, испарение, конденсация и охлаждение осу­ ществляют в теплообменниках, подогревателях, кипятильниках или теплообменниках с паровым пространством, конденсаторах и холодильниках. В табл. 31 приведена характеристика теплообмен­ ных аппаратов, эксплуатируемых на современных установках АВТ.

Из общего расхода металла на долю теплообменных аппара­ тов падает в среднем 40—50%, поэтому очень важно выбрать наи­ более рациональную и эффективную конструкцию теплообменни­ ков. Ниже дается краткая характеристика широко применяемых кожухотрубчатых теплообменников.

Теплообменники кожухотрубчатые с плавающей головкой

(ГОСТ 14246—69). Аппараты выпускают различного размера, го­ ризонтальными, вертикальными, диаметром кожуха 325, 426, 500, 600, 800, 1000, 1200 и 1400 мм. Условное давление аппаратов в трубчатом и межтрубном пространстве 16, 25, 40 и 64 кгс/см2, пределы рабочей температуры от —30 до 456 °С. В табл. 32 даются пределы применения теплообменников по температуре пере­ качиваемых через них веществ. По мере повышения температуры среды должно увеличиваться рабочее давление.

Т а б л и ц а 32. Пределы применения теплообменников из углеродных сталей и биметаллов по температуре перекачиваемых через них веществ

*А—для нагрева н охлаждения невзрывоопасных и пожаробезопасных сред, не обладающих токсичностью.

**Б—для нагрева и охлаждения взрывоопасных, пожароопасных н токсичных сред.

Трубы в теплообменниках изготовляют гладкими или накатан­ ными, внутренним диаметром 20 и 25 мм. Внутри корпуса теп­ лообменников устанавливают от 8 до 38 поперечных перегородок, в зависимости от размеров аппарата, внутреннего давления и технологического режима работы. Длина труб 6 и 9 м. Число

173

ходов продукта по трубам теплообменников принимается равным 2—4. В зависимости от диаметра корпуса поверхность нагрева кожухотрубных теплообменников (F) составляет:

При /т= 6000 мм, rfT —20 мм число ходов /гх= 2

При /т= 9000 мм, dT — 25 мм число ходов пх—4

При размещении труб по вершинам треугольника число труб несколько увеличивается, что приводит к увеличению поверхности теплообмена примерно на 10—15%. Материал для теплообменни­ ков выбирают в зависимости от технологического режима, харак­ тера среды, что отражается в графе исполнения аппарата буквен­ ными обозначениями: Ml, М2, М3, М4, Б1, Б2, БЗ. Трубы тепло­ обменников изготовляют из стали, латуни, алюминиевого сплава, корпус аппарата и распределительные камеры — из двухслойной стали разных марок и сплавов. В случае латунных труб, их длине 9 м, четырех ходов по трубам, давлении 25 кгс/см2 и при размеще­ нии труб по вершине квадрата аппараты характеризуются следую­ щими данными по весу:

Для заказа и изготовления теплообменников по ГОСТ 14246—69 принято условное обозначение. Пример такого обозначения:

1000ТП— 16 — Ml

ГОСТ 14246—69

25Г6К2

Это означает следующее: теплообменник кожухотрубчатый с плавающей голов­ кой и диаметром кожуха 1 0 0 0 мм, рассчитанный на условное давление 16 кгс/см2, исполнение Ml с гладкими трубами диаметром 25 мм, длиной 6 м,

расположенными по вершинам квадрата, двух ходов по трубам.

Теплообменники кожухотрубчатые с U-образными трубами

{ГОСТ 14245—69). Диаметр кожуха теплообменника — от 325 до 1400 мм, условное давление 16, 25, 40, 64 кгс/см2, температура от

— 30 до 450 °С. Применяются для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред на нефтеперерабатывающих и нефтехимиче­ ских заводах. Теплообменники могут изготовляться из гладких труб или из труб с накатанными ребрами. Основные размеры и конструкции этих аппаратов мало отличаются от аппаратов, опи­ санных выше. Особенность их — отсутствие плавающей головки. Вместо нее один конец труб имеет U-образиую форму, что позво­ ляет свободно перемещаться им при температурных напряжениях. Концы закругленных труб закреплены в неподвижной решетке теп­ лообменника. Аналогичные подогреватели применяются в кипя­ тильниках, устанавливаемых в блоках стабилизации, абсорбции или вторичной перегонки бензина. Все конструктивные элементы

174

аппарата такие же, как в теплообменниках с плавающей го­ ловкой.

Условное обозначение аппарата диаметром 1000 мм, рассчитанного на ус­ ловное давление 16 кгс/см2, с гладкими U-образными трубами диаметром 25 мм, длиной 6 м, расположенными по вершинам квадрата, следующее:

1000ТУ — 16 — Ml

ГОСТ 14245—69

25Г6К

Испарители (кипятильники) с паровым пространством (ГОСТ

14248—69). Изготавливают аппараты диаметром 800, 1000, 1200, 1600, 2400, 2600, 2800 мм, они рассчитаны на условное давление от 16 до 40 кгс/см2 при рабочих температурах от —30 до 450 °С. На установках АВТ эти аппараты устанавливают в блоках стаби­ лизации и вторичной перегонки для поддержания температуры внизу колонн. Испарители изготавливают двух типов: п — с пла­ вающей головкой; у — с U-образными трубами. Трубы в решетках и перегородках расположены по вершинам квадратов. Общий вид испарителя (кипятильника) приводится на рис. 64.

Рис. 64. Испаритель (кипятильник) с паровым пространством:

Условное обозначение аппарата (пример):

IV — 16— 16 — 800М1

Это означает следующее: испаритель типа IV, рассчитанный на условное давление в кожухе 16 кгс/см2 и в трубном пучке 16 кгс/см2, диаметр корпуса

800 мм; материальное исполнение по норме— Ml.

Поверхность испарения аппарата определяется суммарной по­ верхностью пучков-нагревателей, расположенных в аппарате. В ис­ парителях может быть один, два или три пучка подогревателей. Материал для изготовления испарителя выбирают в зависимости от характера среды, температуры и давления. Установлены пре­ делы применения испарителей по температуре, которых следует строго придерживаться при выборе аппарата. Максимально допу­ стимая температура в аппарате 400 °С.

Холодильники кожухотрубчатые с плавающей головкой (ГОСТ

14244—69). Изготавливают аппараты диаметром корпуса 325, 426, 500, 600, 800, 1000, 1200 и 1400 мм. Они рассчитаны на услов­

175

ное давление в кожухе от 16 до 64 кгс/см2 и давление охлаждаю­

для охлаждения газообразных и жидких потоков. Холодильники изготавливают горизонтальными и вертикальными с гладкими тру­ бами или с трубами с накатанными ребрами. При длине труб 9 м, числе ходов по трубам 2, диаметре труб 25 мм, размещении труб по вершинам треугольников поверхности теплообмена аппарата в зависимости от его диаметра характеризуются следующими дан­ ными:

Поверхности нагрева других разновидностей этих аппаратов от­ клоняются на 10—15%.

Условное обозначение аппарата (пример):

1000X11 — 16 — Ml

по ГОСТ 14244—69

25Г6К2

Это означает следующее: холодильник кожухотрубчатый горизонтальный, с плавающей головкой и диаметром кожуха 1 0 0 0 мм, рассчитанный на условное

давление 16 кгс/см3, исполнение Ml, с гладкими трубами диаметром 25 мм, дли­

Конденсаторы кожухотрубчатые с плавающей головкой (ГОСТ

14247—69). Аппараты изготавливают диаметром кожуха 600, 800, 1000, 1200, 1600 мм. Они рассчитаны на условное давление в ко­ жухе от 10 до 25 кгс/см2 и давление охлаждающей воды до 10 кгс/см2 при температуре конденсируемой среды до 400 °С.

При диаметре труб 20 мм, числе ходов 4 поверхности тепло­ обмена конденсаторов в зависимости от диаметра аппарата харак­ теризуются следующими данными:

Вес аппаратов, изготовленных из стали, при указанных усло­ виях и давлении 16 кгс/см2 составляет соответственно 4000, 6700, 10 350, 16 050 и 21 700 кгс.

Условное обозначение аппарата (пример):

1000КП— 16 — Ml

ГОСТ 14427—69

25Г2

Это означает следующее: конденсатор кожухотрубчатый с плавающей го­ ловкой, диаметром кожуха 1 0 0 0 мм, рассчитанный на условное давление

16 кгс/см2, исполнение Ml, с гладкими трубами диаметром 25 мм, числом ходов по трубам 2 .

Трубы в решетках и перегородках располагаются по вершинам треугольников. Выбор аппарата по давлению производится исходя из указания на пределы применения по температуре.

176

Конденсаторы и холодильники воздушного охлаждения. В по­ следние годы на установках АВТ начали широко применять аппа­ раты воздушного охлаждения (АВО). Применение воздушного охлаждения взамен водяного позволяет на 70—80% сократить расход воды и значительно уменьшить количество промышленных стоков, требующих очистки. Так, на установке АВТ производитель­ ность 2 млн. т/год при использовании АВО расход оборотной воды уменьшился с 2750 до 680 м3/ч. На АВТ производительностью 3 млн. т/год расход оборотной воды уменьшился на 2500 м3/ч. Повидимому, сокращение количества оборотной воды позволит умень­ шить капитальные затраты на сооружение объектов водоснабже­ ния, канализации и очистных сооружений и эксплуатационные расходы примерно на 40%• Объем сетей водопровода и канализа­ ции уменьшается в 2—3 раза.

Установка АВО взамен водяных холодильников на АВ и АВТ не вызывает трудностей, а объем работы по подготовке площади невелик. Срок службы АВО намного больше, чем аппаратов во­ дяного охлаждения, и приводы вентиляторов в воздушной атмо­ сфере работают почти без повреждений. В аппаратах с водяным охлаждением трубы подвергаются коррозии со стороны техноло­ гического потока и со стороны воды. Из-за отложений накипи и загрязнений снижается коэффициент теплопередачи; поэтому аппа­ раты нужно часто останавливать для чистки и ремонта. Кроме того, при этом приходится создавать резервные поверхности теп­ лообмена. В АВО коррозия и загрязнения ребристой поверхно­ сти труб со стороны воздуха незначительны. Ориентировочно со­ отношение затрат на обслуживание и ремонт водяных и воздушных теплообменников составляет 4:1. Поскольку воздух почти не вы­ зывает коррозии, трубы для АВО можно изготавливать из более дешевых материалов, чем для кожухотрубчатых теплообменников. Наружная поверхность труб в АВО не нуждается в частой чистке. Недостатком АВО является сильный шум, создаваемый работаю­ щими вентиляторами.

Вопрос о применении АВО на технологических установках, осо­ бенно на АВТ, для конденсации и охлаждения газообразных, па­ рообразных и жидких нефтепродуктов считается вполне разрешен­ ным, и в настоящее время на действующих установках проводятся мероприятия по замене водяного охлаждения воздушным.

Рекомендуемые для массового изготовления аппараты предна­ значаются для маловязких и вязких нефтепродуктов. Основные параметры аппаратов для маловязких нефтепродуктов следующие:

В зависимости от числа рядов труб аппараты характеризуются следующими данными:

Трубы в решетке размещаются по треугольнику.

Условное обозначение аппаратов воздушного охлаждения (пример):

Это означает следующее: АВО горизонтального типа с коэффициентом оребрения труб 9, с жалюзямн, рассчитанный на условное давление 6 кгс/см2, с ис­ полнением по материалу Б 1 , с приводом во взрывозащищенном исполнении мощ­

ностью 22 кВт, четырехрядный, двухходовой с длиной труб 4 м.

Разработана отраслевая нормаль ОН 26—02—36—67 на аппа­ раты воздушного охлаждения зигзагообразного типа. Согласно нормали, поверхность теплообмена труб в зависимости от коэффи­ циента оребрения характеризуется следующими данными:

Для использования на установках АВТ рекомендуются АВО малопоточного типа, изготовляемые по отраслевой нормали ОН

26—02—35—67 (рис. 65).

Конденсаторы и холодильники погружного типа. До 1960 г. на всех установках АВТ для конденсации и охлаждения горячих по­ токов применяли исключительно аппараты погружного типа. Толь­ ко в начале 60-х годов взамен погружных аппаратов начали при­ менять более рациональные кожухотрубчатые аппараты. Кожухо­ трубчатые аппараты погружного типа состоят из прямоугольных металлических или железобетонных ящиков, куда погружают сек­ ции холодильных труб. Снизу в ящики поступает вода; отводится она с верха аппарата. По трубам пропускают газообразные, паро­ образные и жидкие продукты.

Холодильники (или конденсаторы) погружного типа (рис. 66) изготавливают различных видов и размеров. Высота ящиков обыч­ но 2—2,8 м, ширина 10,6 м. Пучки охлаждающих труб изготав­ ливают из стали или чугуна в виде беспрерывного змеевика, сек­ ции или в виде прямых труб. Чаще всего применяют чугунные трубы диаметром 76 и 100 мм. Конденсаторы и холодильники по­ гружного типа имеют следующие существенные недостатки: зна­ чительный расход металла; большая занимаемая площадь; малый

178

Рис. 65. Аппарат воздушного охлаждения малопоточного типа:

/ — электродвигатель и редуктор; 2 — защитная сетка; 3 — коллектор вентилятора; 4 — под­ водящий и отводящий трубопроводы; 5 — клапан управления жалюзи; 6 — трубный пучок; 7 — жалюзи; 8 — диффузор; 9 — увлажнитель.

12*

коэффициент теплопередачи вследствие небольшой скорости воды в ящике; необходимость частого ремонта и чистки. Поэтому на новых установках их не применяют.

Поверхность нагрева и охлаждения теплообменных аппаратов определяет­ ся по следующей формуле (в м2):

в процессе конденсации и охлаждения смеси паров из ректификационных ко­

Однако для более точного определения значения К необходимо производить полный расчет с учетом всех факторов. Значение К зависит от количества про­

дукта, скорости потока, температуры, вязкости, материалов аппаратуры и др.

180

Рис. 67. Печь шатрового типа: