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

го чугуна, а иногда из листовой стали), которые служат для под­ держания труб радиантной и конвекционной секций, и трубные под­ вески, поддерживающие радиантные трубы в пролете между труб­ ными решетками во избежание их провисания (подвески работают при высоких температурах, поэтому их изготовляют из жароупор­ ной стали); каркас печей, несущий нагрузку от труб, крыши, под­ весного свода, лестниц, площадок и т. д.; его делают из стальных балок, которые не должны подвергаться воздействию высоких тем­ ператур и поэтому тщательно защищены обмуровкой с соответст-

Рис. 64. Комбинированная газонефтяная форсунка ГНФ-1М:

J — трубка; 2 — камера; 3 — отверстие; 4 — игольчатый клапан; 5 — кольцевой коллектор; 6 — выходное отверстие; 7 — жиклер

вующей изоляцией. В современных печах применяют блочную об­ муровку из фасонного кирпича, изготовляемого чаще всего из лег­ ковесных огнеупорно-изоляционных материалов. Блоки собирают на балках или стержнях, которые крепят к каркасу печи. Толщина стен кладки обычно не превышает 250 мм. Снаружи такой кладки уло­ жен слой изоляционного кирпича толщиной около 25 мм. Обмуров­ ка обычно заключена в металлический кожух.

Для сжигания топлива в трубчатых печах служат форсунки (жидкое топливо) или горелки (газообразное топливо) различных конструкций (о горелках для беспламенных печей см. выше). Фор­ сунки могут быть с паровым, воздушным либо механическим рас­ пылением.

На нефтеперерабатывающих заводах широко применяют комби­ нированные газо-нефтяные форсунки производительностью от 70 до 160 кг/ч для жидкого топлива и до 100 м3/ч для газа. Одна из таких форсунок конструкции Гипронефтемаша показана на рис. 64. Жидкое топливо под давлением 8 —10 кгс/см2 поступает по внут­ ренней трубке 1 в камеру 2 и через отверстие 3 в спиральные ка­ налы на наружной поверхности камеры. Пар под давлением около 10 кгс/см2 поступает по кольцевому пространству, распыляет завих­

101

ренное топливо, и паромазутная смесь попадает в топку. Отверстия и каналы можно продувать паром через игольчатый клапан 4, Газ поступает по кольцевому коллектору 5 через жиклеры 7 в топку. В жиклерах 7 просверлены центральный канал и одно или несколь­ ко выходных отверстий 6.

§ 16. ТРУБОПРОВОДЫ И АРМАТУРА

Трубопроводы

Трубопроводы на нефтеперерабатывающих заводах служат для транспортировки нефтесырья, нефтепродуктов (включая газообраз­ ные), реагентов и сыпучих тел. Трубопроводы, связывающие техно­ логические установки с резервуарными парками определенного це­ ха, называются межцеховыми, а трубопроводы, соединяющие меж­ ду собой различные цехи и обеспечивающие все перекачки по за­ воду, — общезаводскими.

Каждый трубопровод представляет собой систему, включающую трубы, соединительные детали — фланцы, фитинги (отводы, уголь­ ники, тройники, крестовины), приварные или резьбовые компенса­ торы в виде сальников или петлеобразно изогнутых труб, дающих возможность трубопроводу при изменении температуры воздуха и продукта расширяться или сжиматься без нарушения его плот­ ности.

Условия работы трубопроводов на заводах резко отличаются в зависимости от перекачиваемых продуктов, давления (от вакуума до 300 кгс/см2) и температуры (от —150 до +700° С) транспорти­ руемых сред.

В зависимости от условий работы применяют трубы металличе­ ские и неметаллические. В большинстве случаев трубы изготовляют из углеродистой стали, однако на отдельных установках (каталити­ ческого крекинга и риформинга, гидроочистки, изомеризации, для получения синтетических кислот, спиртов и др.) наряду с ними ис­ пользуют трубы из легированных сталей, содержащих хром, никель, молибден, а также трубы из меди и ее сплавов, никеля и его спла­ вов, из алюминия и пластических масс.

Трубы из высоколегированных сталей марок Х13Н18В2Б (ЭИ 695), Х13Н18В2БР (ЭИ 695Р), 1Х13Н16Б (ЭИ 694) и 1Х18Н2Т аустенитного класса бла­ годаря высокому содержанию хрома— до 18%, никеля — до 20%, вольфрама — 2—3% и малым добавкам ниобия, титана и бора обладают жаростойкостью до 1100° С, высокой антикоррозионной стойкостью при рабочих температурах и хоро­

шей свариваемостью.

Диаметры труб и области применения их в зависимости от давления, темпера­ турных условий и качества металла регламентированы действующими ГОСТами. Так, ГОСТ 356—59 предусмотрены размеры условных проходов (внутренний но­ минальный диаметр изделия) арматуры, фитингов, фланцев и присоединяемых к ним элементов аппаратов и оборудования, а также условные, пробные и рабочие давления для аппаратуры и соединительных частей трубопроводов.

102

это номинальное давление, т. е. установленное в трубопроводе при его эксплу­ атации.

Углеродистые трубы бесшовные цельнотянутые из сталей марок Ст.2, Ст.З, марок 4 и 5 широко применяют для обвязочных трубо­ проводов при температуре проходящей слабокоррозионной среды не выше 450° С. Иногда их заменяют электросварными для" нефте­ продуктов и паропроводов с температурой стенки не Еыше 300° С.

Иногда вместо дорогостоящих труб из нержавеющей стали диа­ метром от 25 до 64 мм и длиной от 3 до 8 м применяют трубы из;

больше). Такие футерованные стальные трубы можно использовать для транспортировки агрессивных сред под избыточным давлением; до 15 кгс/см2 при температуре 60—100° С.

Трубы биметаллические выпускают диаметром от ТО до 219 мм со следующими сочетаниями слоев металла: наружный — углероди­ стая сталь, внутренний — нержавеющая сталь, и наоборот, и на­ ружный — медь, внутренний — углеродистая сталь, и наоборот.

Арматура

Трубопроводная арматура подразделяется на следующие основ ные виды: 1) запорная — задвижки, вентили, краны; предназна чена для отключения отдельных участков трубопровода или измене ния количества среды, проходящей по трубопроводу, путем пере

обратные клапаны, предохрани­ тельные клапаны; затвор приво­ дится в действие автоматически вследствие изменения условий (давления, скорости и пр.); 3) сигнальная — указатели уров­ ня жидкости; 4) водоотделители, конденсационные горшки для от­ деления парового конденсата. На рис. 6 6 представлены некоторые виды арматуры.

103

боты при давлении до 10 кгс/см2 и низких температурах часто при­ меняют арматуру, изготовленную из чугуна.

Рис. 66. Трубопроводная арматура:

а — стальная клиновая задвижка; б — обратный поворотный клапан; в — вентиль обтекаемой формы; г — проходной сальниковый кран

§ 17. КОМПРЕССОРЫ И НАСОСЫ

Для перемещения и сжатия газов служат компрессорные маши­ ны (компрессоры), а для перемещения жидкостей — насосы. Как насосы, так и компрессоры бывают поршневые, центробежные, осе­ вые, ротационные и струйные.

Компрессоры

Воздушные компрессоры предназначены для получения сжатого воздуха, который применяется для работы пневмооборудования,

104

пневмоинструментов, пневмотранспорта, для различных процессов и реакций, в которых используется кислород воздуха.

Газовые компрессоры служат для сжатия газа до определенно­ го давления и транспортирования его на соответствующие установ­ ки для переработки. В зависимости от величины давления нагне­

350 кгс/см2). По числу ступеней сжатия компрессоры делятся на одно-, двух- и многоступенчатые. Производительность компрессоров в основном зависит от давления всасываемого газа и пропускной способности первой ступени.

Рис. 67. Многоступенчатые поршневые газовые компрессоры:

а — системы «тандем»; б — системы «компаунд»; в — с дифференциальным поршнем; г — с V-образным расположением цилиндров; / — цилиндр; 2 — поршень; 3 — всасывающий клапан;

-/ — нагнетательный клапан; 5 — крейцкопф; 6 — шатун; 7 —коренной вал; 8 — маховик; 9 — промежуточный холодильник

В зависимости от способа приведения в действие компрессоры бывают приводные, состоящие из компрессора и его привода (дви­ гателя), соединенных между собой муфтой, редуктором или ремен­ ной передачей, и газомоторные, состоящие из газового двигателя и компрессора.

В качестве примера рассмотрим схемы многоступенчатых порш­ невых газовых компрессоров различных систем (рис. 67). Многосту­ пенчатые компрессоры изготовляют с последовательным расположе­ нием цилиндров (по одной оси) — системы «тандем» (см. рис. 67, а) или с параллельным расположением цилиндров — системы «ком­ паунд» (см. рис. 67,6). Двухступенчатые горизонтальные компрес­ соры часто бывают одноцилиндровые со ступенчатым или диффер'ен-

105

циальным поршнем (см. рис. 6 /, в). Газ сначала сжимается в ци­ линдре 1 одной стороной поршня 2, затем охлаждается в промежу­ точном холодильнике 9, из которого снова поступает в цилиндр по другую сторону поршня и сжимается до заданного конечного дав­ ления. Для большей компактности цилиндры компрессора иногда располагают V-образно, под углом друг к другу (см. рис. 67, г).

Сжатый газ из поршневых компрессоров поступает к местам по­ требления через газосборник (ресивер), служащий буфером для смягчения толчков газа и колебаний давления газа при неравномер­ ном потреблении. В газосборнике газ очищается от масла и влаги.

Насосы

На нефтеперерабатывающих заводах применяют в основном поршневые и центробежные насосы. Центробежные насосы благо­ даря сравнительной дешевизне, малой габаритности, равномерно­ сти перекачки, простоте устройства и обслуживания имеют значи­ тельные преимущества перед поршневыми. Однако для перекачки высоковязких нефтепродуктов и нефтей применяют только поршне­ вые насосы, так как при работе с таким продуктом у центробежных

106

Для высоких давлений применяют многоступенчатые насосы с электроприводом, имеющие несколько колес 2 (рис. 69), соединен­ ных последовательно в корпусе 1. Напор, развиваемый многосту­ пенчатым насосом, равен напору одного колеса, умноженному на число колес. Жидкость из колеса попадает в кольцо из двух дис­ ков 3 с лопатками, изогнутыми в сторону, противоположную изги­ бу лопаток рабочего колеса; такое устройство называется направ­ ляющим аппаратом и предназначено для уменьшения скорости (ки­ нетической энергии) жидкости, которая переходит при этом в потен­ циальную энергию давления. Во многих насосах преобразование скорости в энергию давления осуществляется путем придания плав­ ных очертаний спиральному отводному каналу корпуса.

Поршневые насосы по характеру действия делятся на насосы простого, двойно­ го, тройного и четверного действия, а по виду приво­ да — на приводные и прямо­ действующие. В зависимости от конструкции поршня раз­ личают собственно поршне­ вые насосы и плунжерные насосы, причем в последних поршень непосредственно со­ прикасается с жидкостью ли­

гнетают жидкость, т. е. отли­ чаются большей неравномер­ ностью подачи.

Горизонтальный. плун­ жерный насос двойного дей­ ствия (рис. 70) имеет по два клапана с каждой стороны плунжера, т. е. всего четыре клапана. При движении поршня вправо в левой ча­ сти цилиндра происходит всасывание и одновременно

в правой его части нагнетание жидкости. При обратном ходе порш­ ня всасывание происходит справа от поршня, нагнетание — слева. Производительность насосов этого типа больше и подача равномер­ нее, чем насосов простого действия.

107

лей. Появились новые процессы — каталитиче­ ские: каталитический кре­ кинг, каталитический ри­ форминг и др. Роль тер­ мического крекинга прак­ тически свелась к получе­ нию низковязких топоч­ ных мазутов (так назы­ ваемый легкий крекинг) из остаточных продуктов, получаемых при первич­ ной перегонке нефти.

В некоторых случаях на установках для терми­ ческого крекинга осуще­ ствлялся комбинирован­ ный процесс легкого кре­ кинга тяжелого сырья (мазута, полугудрона и гудрона) и термического риформинга (см. стр. 144) бензина прямой перегонки

нефти. По сравнению с каталитическим риформингом при термиче­ ском риформинге из-за большого газообразования выход бензина меньше на 20—27%, а октановое число ниже на 5—7 пунктов; кроме того, бензин термического риформинга крайне быстро окисляется при хранении. Поэтому с появлением каталитического риформинга термический риформинг перестали применять.

Процессы коксования продолжают развиваться в основном для удовлетворения нужд народного хозяйства в коксе, особенно элек­ тродном. Пиролиз развивается быстрыми темпами в связи со все возрастающими потребностями в олефиновом сырье,"необходимом для химической и нефтехимической промышленности.

§19. ТЕРМИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ

В1890 г. знаменитый русский ученый В. Г. Шухов спроектиро­ вал первую в мире крекинг-установку для получения легких нефте­ продуктов из мазута. В дальнейшем, с увеличением потребности в ав­ тобензине, была создана система термического крекинга с реакци­ онными камерами, в которых сырье, нагретое в трубчатом змеевике печи до температуры реакции, задерживалось и крекировалось до образования кокса. Время заполнения реактора коксом определяло продолжительность рабочего цикла установки. Затем вместо реак­

ционной камеры стали создавать реакционный объем в трубах, рас­ положенных в камере конвекции печи. Во избежание закоксования аппаратуры продукты реакции на выходе из печи охлаждали холод­ ным сырьем (так называемый «квенч»), там самым прекращая про­ цесс крекинга (по такой схеме работали установки Винклера —

109

Коха). В дальнейшем были введены и другие усовершенствования как за рубежом, так и в Советском Союзе, где термический крекинг был внедрен в 1927—1928 гг.

Химизм и механизм крекинга углеводородов и других соединений

Уже отмечалось, что основной реакцией при термическом кре­ кинге является реакция разложения (расщепления, крекинга). При этом легче всего подвергаются крекингу парафиновые углеводоро­ ды, за ними нафтеновые и наиболее устойчивые ароматические угле­ водороды. В каждом гомологическом ряду легче подвергаются кре­ кингу углеводороды, имеющие более высокий молекулярный вес. Таким образом, более тяжелые фракции нефтяных продуктов яв­ ляются менее стабильными и крекируются значительно легче, чем более легкие фракции. Ниже приводятся краткие сведения о химиз­ ме и механизме крекинга основных классов углеводородов.

Парафиновые углеводороды. При крекинге технического пара­ фина, состоящего главным образом из С21Н50, С25Н52 и С26Н54, обра­ зуются парафиновые углеводороды и олефины, состоящие из 12, 13 и 14 атомов углеводорода, т. е. приблизительно половины углерод­ ных атомов исходного парафина. Это указывает, что разрыв С — С связей при крекинге парафинов высокого молекулярного веса про­ исходит в средней части молекулы.

В результате крекинга вновь образовавшиеся парафиновые угле­ водороды, в свою очередь, могут распадаться на более простые мо­ лекулы, образуя также одну молекулу парафинового углеводорода и одну молекулу непредельного углеводоро­

да — олефина. Например:

С увеличением температуры кре­ кинга парафиновых углеводородов на­ чинают преобладать реакции, при ко­ торых разрыв молекулы происходит не в середине, а в конце цепи. Больший осколок распавшейся молекулы будет представлять собой олефин, а мень­ ший— парафиновый углеводород (газ) или водород. Изопарафиновые угле­ водороды термически менее устойчивы, чем парафиновые углеводороды нор­ мального строения.

Скорость реакции при. одной и той же температуре увеличивает­ ся практически прямолинейно по мере увеличения молекулярного веса (рис. 71). Эта закономерность относится ко всем группам угле­ водородов.

110