книги из ГПНТБ / Суханов, В. П. Переработка нефти учебник

головку 3, делает поворот и вновь возвращается, причем наиболее вязкая и загрязненная жидкость пропускается по трубному пучку. На рис. 53 по трубному пучку направлен продукт, подлежащий на­ греву, а в межтрубном пространстве движется теплоноситель, т. е. продукт, отдающий часть своего тепла.

(охлаждаемого продукта); /V — выход теплоноси­ теля

В распределительной коробке можно установить не одну про­ дольную перегородку (как на рис. 53), а больше, тогда увеличи­ вается число ходов теплоносителя по трубам. Поперечные перего­ родки с вырезами и поворотами их по спирали повышают скорость потока рабочей среды в межтрубном пространстве, увеличивая коэффициент теплоотдачи.

—-i.

ij ш

т

Рис. 56. Схема пластинчатого теплообменника:

/ — вход нагреваемого продукта: // — выход нагреваемого продукта; III — вход теплоносителя (охлаждаемого продукта); I V — выход тепло­ носителя

91

Другим распространенным типом теплообменных аппаратов, особенно для загрязненных и вязких продуктов, является теплооб­ менник типа «труба в трубе» (рис. 54). Оба конца наружных труб ввальцованы в трубные решетки. Один конец внутренних труб так­ же ввальцован в решетку, а другой соединен калачами. Диаметр труб может достигать 150 мм. Для интенсификации теплопередачи (путем увеличения поверхности) применяют стальные трубки с на­ катанными ребрами (рис. 55). Благодаря им коэффициент тепло­ передачи увеличивается на 50—80%.

Впоследние годы в связи с развитием газотурбинных двигателей

иряда химических производств стали применять пластинчатые теп­ лообменники, обладающие рядом преимуществ по сравнению с ко­ жухотрубчатыми (меньший удельный расход металла, большая ин­ тенсификация процесса теплообмена и меньшие габариты аппа­ рата).

Для химической и нефтяной промышленности изготавливают разборные пластинчатые теплообменники с пластинами, гофриро­

ванными в «елку» (рис. 56).

Подогреватели с паровым пространством — кипятильники

Их применяют вместо огневого нагрева в трубчатой печи на установках, в том числе на газофракционирующих, где не требует­

ционной колонны в нижнюю часть аппарата. При подогреве испа­ ряются более легкие нефтепродукты, пары которых возвращаются в ректификационную колонну, а тяжелый остаток непрерывно выво­ дится из подогревателя. Трубный пучок находится в нижней поло­ вине аппарата. Для получения достаточной поверхности зеркала испарения расстояние от уровня жидкости до верха корпуса аппа­ рата должно быть не менее 0,35 внутреннего диаметра корпуса, а слой жидкости над верхними трубками пучка — не менее 1 0 0 мм.

Подогреватели с паровым пространством изготовляют с общей поверхностью труб от 50 до 540 м2.

Конденсаторы-холодильники

Конденсаторы-холодильники применяют разных типов.

Погружные конденсаторы-холодильники служат для конденса­ ции паров и охлаждения нефтепродуктов в процессе их переработ­ ки. Они состоят из трубчатых змеевиков, помещенных в прямо­ угольные стальные ящики, через которые циркулирует охлаждаю­ щая вода.

По конструкции поверхности охлаждения погружные конденса­ торы-холодильники подразделяются на змеевиковые с прямыми тру­ бами (рис. 58), змеевиковые с гнутыми отводами и секционные.

•92

Рис. 58. Конденсатор-холодильник с прямыми трубами:

а — вид сбоку: б — вид сверху; линии: / — входа охлаждаемых паров; // — вы­ хода охлажденной смеси продукта и несконденснровавшнхся паров

Для конденсаторов-холодильников с условным давлением до 10 кгс/см2, работающих в коррозионной среде, применяют чугун­ ные змеевики, а с условным давлением до 40 кгс/см2, работающих с температурой до 425° С внутри змеевика, — стальные. При перера­ ботке сернистых нефтей рекомендуется применять латунные труб­ ки и покрытые латунью трубные решетки. В этом случае значитель­ но удлиняется срок службы секций даже при наличии хлористо­ водородной и сероводородной коррозии.

94

Оросительные конденсаторы-холодильники строят из прямых труб, установленных горизонтально друг над другом и соединенных в один змеевик при помощи коллекторов или отводов (калачей). Охлаждающая вода подается в перфорированные трубы, располо­ женные сверху змеевика. Вода, стекающая тонким слоем по тру­ бам вниз, эффективно поглощает тепло. Кроме того, частичное ис­ парение воды улучшает условия теплопередачи и сокращает расход

№

воды на охлаждение. Недостатки оросительных конденсаторовхолодильников — быстрый износ труб с наружной стороны в ре­ зультате коррозии и большое неудобство в эксплуатации их в зим-

. нее время из-за обледенения и замерзания змеевиков, поэтому та­ кие конденсаторы применяют в южных безводных районах, преиму­ щественно на газоулавливающих и стабилизационных установках газобензиновых заводов.

Конденсаторы воздушного охлаждения позволяют охлаждать лродукты до 35° С. Это достигается путем соприкосновения мощно-

95

го потока воздуха (получаемого при помощи искусственной тяги, создающейся осевым вентилятором) с поверхностью оребренных пли гладких труб из цветного металла (или биметаллических с цветным металлом), внутри которых проходят пары охлаждаемого продукта или жидкий продукт.

Конденсатор воздушного охлаждения конструкции Гипронефтемаша (рис. 59) имеет вид шатра, наклонные стороны которого изго­ товлены из оребренных или гладких труб диаметром 25—30 мм (для светлых нефтепродуктов).

Конденсаторы воздушного охлаждения имеют ряд преимуществ (меньший расход металла, электроэнергии и т. д.) по сравнению с погружными. Их особенно целесообразно применять в районах, где испытываются трудности с водой. Кроме того, уменьшение рас­ хода воды облегчает очистку сточных вод.

Конденсаторы смешивания с охлаждающей водой применяют главным образом для конденсации легких нефтепродуктов, быстро отделяющихся от воды.

Как уже указывалось, для создания разрежения в вакуумных колоннах часто применяют барометрические конденсаторы смеши­ вания (рис. 60). Из вакуумной колонны атмосферно-вакуумной установки смесь паров и газа поступает в конденсатор смешива­ ния 2 через трубу 1 и поднимается навстречу стекающей с полок холодной воде, подаваемой через трубу 4. Смесь конденсата и от­ работавшей воды отводится по трубе 6 в колодец 7 с гидравличе­ ским затвором. Газы и пары, не успевшие сконденсироваться, отса­ сываются вакуум-насосами или эжекторами.

Из конденсатора смешивания 2 жидкость непрерывно вытекает только при условии, если высота барометрической трубы 6 не меньше высоты столба воды, уравновешивающего давление атмос­

§15. ТРУБЧАТЫЕ ПЕЧИ

Внефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности

вкачестве универсального нагревателя сырья до высоких темпера­ тур применяют трубчатые печи (в некоторых процессах они играют также роль реакторного устройства).

Современная трубчатая печь состоит из двух камер: камеры сго­ рания, или радиации, в которой сжигается топливо и находятся ра­ диантные трубы, и камеры конвекции, в которую поступают дымо­ вые газы из камеры сгорания и находятся конвекционные трубы. Нагреваемое сырье обычно проходит последовательно конвекцион­ ные трубы, а затем поступает в радиантные. Назначение конвек­ ционных труб — использовать тепло дымовых Газов, отходящих из

камеры сгорания и имеющих высокую температуру (600—900°С).

96

Если тепло этих газов может быть использовано для других целей, например для подогрева воздуха или перегрева пара, то необходи­ мость в конвекционных трубах для нагрева сырья может быть зна­ чительно уменьшена или даже исключена. Назначение радиантных труб — использовать главным образом тепло излучения.

Трубчатые печи можно разделить на типы и группы по разным признакам; например, в зависимости от способа передачи тепла нефтепродукту печи можно разделить на три основные группы: кон­ векционные, радиантно-конвекционные и радиантные.

Вконвекционных печах тепло передается сырью главным обра­ зом конвекцией, а передача тепла радиацией ничтожно мала.

Врадиантно-конвекционных печах теплопередача радиацией имеет вспомогательное значение, а преобладает передача тепла кон­ векцией.

Врадиантных печах основное значение имеет передача тепла ра­ диацией, а камера конвекции играет вспомогательную роль либо может вообще отсутствовать. Этот тип печей наиболее распростра­ нен, так как использование радиантного тепла позволяет значитель­ но больше интенсифицировать работу поверхности нагрева, чем ис­ пользование тепла, передаваемого конвекцией.

По способу передачи радиантного тепла трубчатые печи разде­ ляются на: а) печи, в которых основное значение имеет лучистое тепло факела (излучения кладки и газов являются вспомогатель­ ными), б) печи, в которых процесс горения протекает за предела­ ми камеры излучения, в), печи с использованием лучистого тепла от твердого тела; в этих печах обычно используют излучающие на­ садки, настильное пламя или многоогневое беспламенное горение.

По конфигурации трубчатые печи делятся на цилиндрические, вертикальные, коробчатые и с наклонным сводом; по количеству ка­ мер — на одно, двух- и многокамерные. По тепловой мощности трубчатые печи классифицируют на малые (до 3 млн. ккал/ч), сред­ ние (до 15 млн.) и большие (более 15 млн. ккал/ч).

На рис. 61 показана двухкамерная печь с наклонным сводом. Более совершенными и экономичными являются разработанные

Гипронефтемашем трубчатые печи с излучающими стенками из бес­ пламенных панельных горелок и двусторонним облучением труб змеевика (рис. 62). Печи такого типа работают на газообразном топливе, которое сжигается в беспламенных панельных горелках (рис. 63), выполненных в виде керамических призм (призмы явля­ ются одновременно сборными элементами стен печи).

Новым в этих печах является интенсификация теплоотдачи ра­ диантным трубам от стен топки, составленных из беспламенных панельных горелок, и повышение благодаря этому средних тепло­ вых напряжений радиантных печных труб. При работе панельных горелок температура поверхности керамического блока (со стороны камеры сгорания) в нефтезаводских печах достигает 1200° С. При этом наружная поверхность горелки остается холодной (~45°С ), так как непрерывно охлаждается газо-воздушной смесью, подавае­ мой инжектором. Теплоотдача в топке такой печи осуществляется

главным образом от излучающих раскаленных стенок, расположен­ ных на расстоянии 600—1000 мм от трубного экрана.

Сжигание топлива в трубчатых печах других типов происходит в форсунках (жидкое топливо) или в горелках (газообразное топ­ ливо) различных конструкций (см. ниже, приборы для сжигания).

сгорание элементов топлива сопровождается образованием угле­ кислоты, сернистого газа и водяного пара. При неполном сгорании образуются продукты неполного сгорания — окись углерода и сво­ бодный углерод или сажа.

Для обеспечения полного сгорания обычно приходится давать некоторый избыток воздуха сверх теоретически необходимого (для 1 кг жидкого топлива требуется в зависимости от его состава 10—10,5 м3 воздуха). Отношение количества воздуха, фактически введенного в топку, к теоретически необходимому называют коэф­ фициентом избытка воздуха в топке а. Высокое значение а указы­ вает на ненормальности в эксплуатации печи (подсос воздуха через неплотности печной кладки) и приводит к повышенным потерям тепла с газами, уходящими в дымовую трубу.

Величина а зависит от многих причин. При нормальной эксплуа­ тации она находится в пределах 1,2—1,5 при использовании газа. Для печей с беспламенным горением а снижается до 1,02—1,05.

Основными параметрами, по которым судят об эффективной ра­ боте трубчатых печей, являются: 1) теилонапряженность топочно­ го пространства, определяемая количеством тепла, расходуемого на 1 м3/ч топки; в современных трубчатых печах она составляет от 35 до 70 тыс. ккал/(м3 -ч); 2 ) теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб, выражаемая количеством тепла, передаваемого 1 м2 поверхности радиантных труб в час; она колеблется для боль­ шинства печей в пределах 15—50 тыс. ккал/(м2 -ч), а для печей с беспламенным горением — 50—95 тыс. ккал/(м2 -ч); 3) теплонапря­ женность поверхности нагрева конвекционных труб, представляю­ щая собой количество тепла, передаваемого в час 1 м2 поверхности конвекционных труб; для гладких труб теплонапряженность равна 8 — 12 тыс. ккал/(м2 -ч).

Температура дымовых газов на перевале, т. е. температура ды- • мовых газов, поступающих в конвекционную камеру, обычно нахо­ дится в пределах 700—900° С. Ее не рекомендуется чрезмерно повы­ шать, так как это приводит к коксованию и прогару радиантных труб. В некоторых печах для снижения температуры дымовых га­ зов над перевалом осуществляют их рециркуляцию — часть дымо­ вых газов из борова засасывают вентилятором и подают в камеру сгорания выше факела, чтобы не нарушать правильного горения.

Чтобы использовать часть тепла, заключенного в отходящих дымовых газах, печи оборудуют рекуператорами. Рекуператоры — это теплообменники, в которых воздух, подаваемый в топку печи, получает тепло от дымовых газов. Если тепло дымовых газов не используется для подогрева воздуха, то желательно, чтобы темпе­ ратура газов была как можно ниже. Однако чрезмерное понижение Температуры требует увеличения поверхности нагрева конвекцион­ ных труб, что увеличивает габариты и стоимость печи. Поэтому температура отходящих дымовых газов должна быть на 100 —150° С выше температуры поступающего в печь продукта.

Коэффициент полезного действия печи представляет собой отно­ шение количества тепла, полезно использованного в печи, к общему количеству тепла, внесенного в печь. К. п. д. печи зависит главным образом от коэффициента избытка воздуха и температуры уходя­ щих дымовых газов. Обычно он составляет 0,6—0,8. Наиболее высо­ ким к. п. д. обладают печи с беспламенным горением (0,80—0,82). Повышению коэффициента полезного действия печей способствует снижение коэффициента избытка воздуха, температуры отходящих дымовых газов (в том числе и за счет рекуперации) и их рецирку­ ляции.

Деталями конструкции трубчатых печей являются: змеевик, со­ стоящий из бесшовных цельнотянутых труб (длиной до 18 м, диа­ метром от 60 до 132 мм, со стенками толщиной от 6 до 15 мм), сое­ диненных при помощи двойников (ретурбентов) либо приварных калачей; трубные решетки (изготовляются обычно из жароупорно­

100