1.2 Способы подогрева нефтепродукта (мазута) на предприятии кгуп «Примтеплоэнерго»

Существует пять способов подогрева мазута для его дальнейшего использования. Перечислим их:

1) подогрев мазута открытым паром, с помощью резинотканевых шлангов, диаметром 25 мм, в цистернах при сливе;

Данный метод подогрева является очисткой резервуаров от остатков нефтепродуктов. Он применяется при сливе мазута из цистерн железнодорожного транспорта, так как при сливе из железно дорожных цистерн нефтепродукт находится в состоянии консистенции очень густой смолы. После удаления основной массы нефтепродукта из цистерны в отверстие цистерны помещается резинотканевый шланг, в который под давлением подается горячий пар (для более эффективной работы на шланг, со стороны входа в цистерну, одевается металлическая трубка приплюснутая на конце). Это позволяет разжижить и удалить нефтепродукт со стенок, дна и крышки цистерны, что в свою очередь приводит к полному сливу нефтепродукта из цистерны, а так же обеспечивает стерильность емкости, в которую в дальнейшем может быть помещен другой продукт без угрозы снижения его качества в следствии его смешивания с мазутом.

Пар подается по рукавам (трубам), напор не более 1 кгс/см². Продолжительность пропарки 10-12 часов. Одновременно производится выкачка образующегося продукта (конденсат-нефтепродукт). По окончании пропарки проводится принудительная вентиляция до достижения условий возможности пребывания работников в защитных средствах.

Проводится осмотр внутренних поверхностей резервуара, особенно днищевой поверхности.

Таким образом после данной процедуры раствор мазута и воды попадает в так называемую «нулевую емкость», где с помощью установки типа «Кварк» его заново подогревают и распределяют дальше в емкости (резервуары) для дальнейшего хранения и подаче потребителю.[2]

2) подогрев мазута с помощью технологической установки типа «Кварк»;

Струйный аппарат «Кварк» - устройство разогрева вязких сред дисковое УРВС(Д)-1 (рисунок 1).

Рисунок 1- струйный аппарат «кварк» дискового типа.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации предназначены для ознакомления и руководства при эксплуатации устройства вязких сред и содержат его описание и принцип действия, а так же правил использования, хранения и технического обслуживания.[4]

Назначение. Устройство разогрева вязких сред предназначено для высокоэффективной энергосберегающей технологии объемного разогрева и ускоренного слива вязких сред (нефтепродуктов) из емкостей различного объема и конфигурации.

Процесс разогрева вязких сред обеспечивается использованием энергии водяного пара для нагрева и создания принудительной циркуляции разогреваемой среды во всем ее объеме.

Устройства разогрева вязких сред подразделяются на два типа:

а) Модульного типа УРВС(М) с числом радиальных модулей от 1 до 4 и более, в зависимости от требуемой тепловой мощности и конфигурации разогреваемого объема, для разогрева сред, находящихся в вязком и жидком состоянии;

б) Дискового типа УРВС(Д) с одним или двумя основными кольцевыми соплами для разогрева сред, находящихся в вязком или твердом состоянии.

Технология разогрева с помощью УРВС обеспечивает:

а) Повышение скорости объемного прогрева вязкой среды ориентировочно в 2 раза за счет эффективного использования энергии пара;

б) Устранение выброса пара, сокращение времени пропарки и (или) опорожнения емкости (цистерны) с вязкими средами в 1,5-2 раза, со снижением расхода пара в 1,5-2 раза (по сравнению с традиционными методами аналогами);

в) Высокую степень очистки емкости от вязких осадков и отложений, за счет эффективной обработки застойных зон горячими струями разогреваемой среды, избегая 3-5% потерь в виде осадков и отложений;

г) Минимальное усилие ввода устройства в объем вязкой среды (в 3 раза меньше, чем у аналогов).

Устройство разогрева вязких сред имеет малый вес и габариты. Конструкция не содержит вращающихся, трущихся, резьбовых и вальцовочных соединений и представляет собой греющее устройство в сборе с выходом для присоединения к паровой магистрали через фланцевое соединение или муфтовое соединение. Присоединительные размеры унифицированы для применения в действующих системах.

Установка устройства разогрева вязких сред УРВС производится в строгом соответствии с проектом и (или) инструкцией. Любые отступления от проекта (инструкции) должны быть согласованы с проектной организацией и (или) предприятием-изготовителем оборудования.

При использовании устройства УРВС для ускорения слива его следует располагать на уровне выходного патрубка непосредственно у дна разогреваемого объема.

При использовании устройства УРВС для разогрева вязких сред его следует располагать на нижнем уровне в центре располагаемого объема на удаление 300-1000 мм от дна.

Расположение устройства – вертикальное; развиваемое усилие ввода в среду для УРВС(М) – порядка 10 кг., для УРВС(Д) – самопогружение по мере разогрева среды.

В качестве спускного устройства рекомендуется применять типовое опускное устройство для верхних люков и горловин железнодорожных и авто – цистерн.

Во избежание термических ожогов категорически запрещается открывать вентиль подачи пара на УРВС (включать устройство в работу) в нерабочем состоянии (извлеченным из разогревочной среды).

Порядок работы, техническое обслуживание.

Лицо, ответственное за эксплуатацию устройства разогрева вязких сред УРВС, назначается приказом по предприятию из технического персонала предприятия.

Перед началом работы необходимо ввести устройство в среду на его длину. После этого открыть паровой вентиль на минимальный расход пара и продолжить ввод рабочей части с устройством до необходимого уровня.

Режим работы устройства определяется вязкостью разогреваемой среды. При высокой вязкости в начальный период разогрева (порядка 15 минут) давление пара, подаваемого на устройство, должно быть на уровне 0,05-0,1 МПа (с учетом гидростатического давления столба жидкости, давление следует увеличивать примерно на 0,01 МПа на каждый метр погружения).

Начальный период работы обеспечивает создание вокруг устройства объема горячей жидкой среды, достаточной для ее циркуляции, с вязкостью в 20-30 раз ниже вязкости исходной среды. При рабочем режиме (давление примерно 0,3 МПа и более) интенсивная циркуляция горячей жидкости увеличивает разогретый объем на 3-5% в соответствии с паспортными данными по паропроизводительности устройства.

При отсутствии выбросов пара на поверхность жидкости давление пара может быть увеличено.

После завершения разогрева жидкости следует плотно закрыть вентиль подачи пара на греющее устройство.

Если предусматривается слив или отбор жидкости из цистерны (бака), сливной патрубок рекомендуется открывать только после подтвержденного полного прогрева всего объема или не менее чем через 30 мин. после включения устройства.

В режиме пропаривания или отмывки емкости давление пара устанавливается на уровне 0,1-0,2 МПа.

Непосредственно перед пуском следует стравить конденсат и воздух из паропровода в дренаж (конденсатный бак), открыв паровую задвижку на 1-2 оборота.

Технические характеристики УРВС для давления рабочего пара 0,3 МПа и различных температур и требуемого времени разогрева приведены в таблице 2.

Транспортирование устройства разогрева вязких сред УРВС допускается любым видом транспорта без упаковки, либо в полиэтиленовой или деревянной таре.

Хранение устройства разогрева вязких сред УРВС допускается в любых помещениях, закрытых от атмосферных осадков, желательно при температуре окружающей среды не ниже 0⁰ С.

При транспортировании, погрузке-разгрузке и хранении устройства разогрева вязких сред УРВС должны быть приняты меры, предохраняющие их от механических повреждений.

Рабочие параметры и технические характеристики устройства разогрева вязких сред УРВС(Д)-1, (приложение 1, таблица 1).

Устройство разогрева вязких сред УРВС(Д) изготовлено из нержавеющей стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Технические характеристики УРВС (давление рабочего пара Р_п=0,3 МПа избыточное), (приложение 2, таблица 2)[17]

3) подогрев мазута с помощью с помощью паровых регистров в емкостях;

Регистр – отопительный прибор, состоящий из нескольких гладких труб, соединенных параллельно.

Подогреватели в резервуарах (регистры), емкостях, выполняются в виде различных конструктивных форм- змеевиковые и секционные из трубчатых элементов. Для лучшего подогрева их размещают по всему поперечному сечению резервуара. Наибольшее применение имеют подогреватели собираемые из отдельных унифицированных секций.

Работа регистра заключается в подогреве мазута (нефтепродукта) с помощью горячей воды, которая циркулирует в регистре, температура горячей воды в регистре составляет 90⁰ – 120⁰С.[1]

4) подогрев мазута с помощью паромазутных подогревателей ПМ-40-15 (приложение Г) установленных при подаче на котельную;

Получение перегретого пара из сухого насыщенного пара осуществляется в пароподогревателе. Промышленные паровые котлы в основном вырабатывают насыщенный или слабоперегретый пар. В энергетических котлах необходимо вырабатывать пар с высоким перегревом, так как это повышает его энтальпию и соответственно термический КПД паросилового котла. В промышленных и энергетических паровых котлах небольшой мощности при перегреве пара до 500⁰С обычно устанавливают конвективные пароподогреватели, т. е. такие, в которых передача теплоты осуществляется в основном за счет конвекции.

Для получения пара с температурой перегрева более 500⁰С применяют комбинированные пароподогреватели, т. е. такие, в которых часть поверхности получает теплоту за счет лучеиспускания, а другая часть – конвекцией. Радиационная часть поверхности нагрева пароперегревателя располагается в виде ширм непосредственно в верхней части топочной камеры.

Металл труб пароперегревателя работает в тяжелых температурных условиях даже при относительно невысоких температурах перегретого пара, 450-500⁰С. Во всех случаях обогрева продуктами сгорания средняя температура металла всегда выше средней температуры охлаждающей среды, движущейся внутри труб. Превышение температуры стенки металла трубы зависит от равномерности обогрева продуктами сгорания змеевиков пароперегревателя в поперечном направлении, разности средней температуры продуктов сгорания и внутренней температуры стенки трубы, разности температуры стенки трубы и средней температуры металла. Для экономайзерных и испарительных поверхностей нагрева при высоких коэффициентах теплоотдачи от стенки к воде или к пароводяной эмульсии и при отсутствии накипи на внутренней поверхности труб в самых неблагоприятных условиях температура металла не превышает температуры охлаждающей среды более чем на 60⁰С. В пароподогревателях температура пара (даже при 450⁰С) уже близка к предельной температуре, допустимой для углеродистой стали. Кроме того, коэффициент теплоотдачи от стенки к пару примерно на порядок меньше, чем к кипящей или не кипящей воде, только эти факторы могут дать превышение температуры металла стенки трубы пароперегревателя на 50-70⁰С по сравнению со средней температурой пара. Поэтому тепловая разверка между змеевиками вследствие их неравномерного обогрева продуктами сгорания или неравномерного распределения пара по отдельным змеевикам, а тем более отложение накипи могут привести к выходу труб пароперегревателя из строя.

Для уменьшения тепловой разверки вследствие неравномерного распределения пара по отдельным змеевикам производят рассредоточенный ввод пара трубами малого диаметра по всей длине раздающего коллектора, установку промежуточных смешивающих коллекторов, разделение пароперегревателя на несколько частей по ширине с переброской пара из одной части в другую и т. д. [2]

Существенное влияние на надежность работы металла, пароперегревателя оказывает скорость пара. Повышение скорости пара в змеевиках пароперегревателя приводит к снижению температуры стенки труб, но увеличивает гидравлическое сопротивление пароперегревателя. В пароперегревателях промышленных котлов скорость пара принимается в пределах 20-25 м/с. При этих скоростях гидравлическое сопротивление пароперегревателя не превышает 5-6 % номинального давления пара.

В конвективных пароперегревателях применяются различные схемы взаимного движения продуктов сгорания и пара. В соответствии с этим конвективный пароперегреватель может быть прямоточным, противоточным или смешанным. У прямоточных пароперегревателей продукты сгорания и пар движутся в одном направлении. При такой схеме движения наиболее высокие температуры продуктов сгорания компенсируются наиболее низкой температурой пара, что обеспечивает низкие температуры металла пароперегревателя. Однако это происходит только при отсутствии солей в насыщенном паре. При наличии солей отложение их будет происходить в змеевиках пароперегревателя, подверженных наибольшему обогреву, что приведет к резкому повышению температуры металла. Кроме того, средняя логарифмическая разность температур, в прямоточном пароперегревателе, меньше, чем в противоточном, что при прочих равных условиях требует большей поверхности нагрева и, следовательно, приведет к удорожанию пароперегревателя.

При противоточной схеме движения продукты сгорания и пар движутся в противоположных направлениях. При такой схеме змеевики, обогреваемые продуктами сгорания с наиболее высокой температурой, встречают уже перегретый пар и охлаждаются явно недостаточно. В результате металл змеевиков пароперегревателя работает в наиболее тяжелых температурных условиях. В то же время соли, содержащиеся в насыщенном паре, выпадают в змеевиках, обогреваемых продуктами сгорания с более низкой температурой. По сравнению с предыдущей схемой здесь температурный напор больше, а поверхность нагрева пароперегревателя получатся меньшей и более дешевой.

При смешанном взаимном движении продуктов сгорания и пара используется как прямоток, так и противоток в различных комбинациях. При этих схемах создаются наиболее благоприятные условия работы пароперегревателя, а его поверхность нагрева наименьшая.

Пароперегреватели выполняются из цельнотянутых труб диаметром от 28 до 42 мм., изгибаемых в змеевики. Концы змеевиков пароперегревателя присоединяются к барабану парогенератора обычно развальцовкой, а к коллекторам - сваркой. Коллекторы пароперегревателя чаще всего имеют круглую форму и выполняются из углеродистой или легированной стали в зависимости от давления и температуры перегретого пара.

Конвективные пароперегреватели располагают в горизонтальном газоходе между топкой и опускной шахтой или в самой опускной шахте. При установке в горизонтальном газоходе глубина каждого пакета пароперегревателя не более 1500 мм, между пакетами оставляют свободное пространство не менее 500 мм для выполнения ремонтных работ и осмотров.

Скорость продуктов сгорания в пароперегревателе обычно принимают 9-14 м/с, но не меньше 6 м/с, во избежание заноса его поверхности нагрева летучей золой. При больших скоростях и сжигании высокозольных топлив имеется опасность истирания труб летучей золой.

В зависимости от способа расположения в газоходе различают горизонтальную и вертикальную подвеску параллельно включенных змеевиков. В настоящее время применяют как горизонтальную так и вертикальную подвеску змеевиков пароперегревателя. Змеевики обычно располагают в коридорном порядке, что облегчает их отчистку от загрязнений летучей золой.

Горизонтальное расположение змеевиков пароперегревателя обеспечивает хорошее удаление из них конденсата при остановке парогенератора, но требует более прочных и сложных подвесок во избежание провисания змеевиков. У вертикальных пароперегревателей змеевики свободно подвешиваются, что упрощает конструкцию, повышает надежность работы подвесок, но затрудняет дренаж конденсата, образующийся при остановке парогенератора.

Для промышленных котлов колебания перегрева пара, происходящие при изменении нагрузки, не оказывают существенного влияния на работу теплоиспользующих аппаратов, поэтому в них отсутствуют устройства, регулирующие перегрев пара. У энергетических парогенераторов, снабжающих паром турбины, необходимо поддерживать заданный перегрев пара.

Температура перегрева пара в конвективных пароперегревателях увеличивается при росте нагрузки парогенератора и коэффициента избытка воздуха в топке, при снижении температуры питательной воды и шлаковании топки.

Регулирование температуры перегретого пара может осуществляться применением поверхностных пароохладителей, впрыскиванием воды в пар, пропусканием части продуктов сгорания мимо пароперегревателя, рециркуляцией продуктов сгорания в топку, изменением аэродинамики или химической структуры факела, изменением излучательной способности факела.

Регулятор перегрева пара должен обеспечивать поддержание температуры перегретого пара постоянной при изменении нагрузки парогенератора в широких пределах, быть конструктивно простым, надежным и малоинерционным.

Поверхностный пароохладитель представляет собой обычный теплообменный аппарат. Он обычно состоит из двух пакетов ᴜ-образных труб, по которым пропускается питательная вода. Трубы снаружи омываются паром, который от соприкосновения с их поверхностью охлаждается. Регулирование перегрева пара осуществляется изменением количества питательной воды, пропускаемой через пароохладитель.

Первая ступень пароперегревателя выполняется прямоточной, т. е. пар и продукты сгорания движутся в одном направлении. При такой схеме включения пароохладителя змеевики, расположенные в зоне наиболее высоких температур, охлаждаются паром, предварительно прошедшим через пароохладитель.

В последнее время для регулирования перегрева пара довольно широко применяется впрыскивание воды в пар. Впрыскивать в пар можно только чистый дистиллят или конденсат с незначительным солесодержанием (не более 0,5 мг/кг). В настоящее время применяется впрыскивание из собственного котла.

Пар из барабанов по специальной линии направляется в поверхностный конденсат, где конденсируется питательной водой, и затем поступает в сборник конденсата. Оттуда конденсат направляется через регулирующий клапан к впрыскивающему пароохладителю. Количество конденсата, поступающего в пароохладитель, регулируется системой автоматики, поддерживающей заданную температуру перегретого пара.

Рециркуляция продуктов сгорания перегрева пара применяется на энергетических парогенераторах большой мощности. Регулирование осуществляется за счет отбора продуктов сгорания имеющих температуру до 400⁰С, и направления их в нижнюю часть топочной камеры. Рециркуляция продуктов сгорания для регулирования перегрева пара может применяться только при сжигании мазута и малозольных твердых топлив, а так же газа.

Назначение. Подогреватели мазута ПМ-40-15 и предназначены для подготовки мазута по соответствующей растопочной схеме, которая рекомендуется проектной организацией.

Описание конструкции и работы подогревателя. По конструкции все подогреватели однотипны и отличаются (в зависимости от производительности) диаметром корпуса и (в зависимости от поверхности нагрева) длиной трубной системы.

Подогреватель представляет собой горизонтальный аппарат, состоящий из корпуса с трубчаткой жесткой конструкции и двух крышек-передней и задней.

Трубная система состоит из двух трубных досок с развальцованными в них трубками из стали 10, 20 диаметром 38 на 2,5 мм для ПМ-40-15 Трубные доски приварены к обечайке корпуса, внутри корпуса установлены 4 вертикальные перегородки для направления движения греющего пара в межтрубном пространстве.

В нижней части корпуса находится встроенный охладитель конденсата он состоит из желоба и трубок первого хода мазута для ПМ-40-15. Желоб служит для направления потока конденсата, который, попадая в межтрубное пространство первого хода мазута, движется к передней трубной доске, охлаждаясь при этом на 8-10 градусов цельсия ниже температуры насыщенного пара в корпусе.[15] Рабочие условия (расчетные) для ПМ-40-15 приведены в таблице 1

Таблица 1 – характеристика параметров ПМ-40-15:

Площадь поверхности нагрева, м2	30
Номинальная производительность мазута, т/ч	15
Температура мазута на входе, 0С	70
Температура мазута на выходе, 0С	95
Температура пара, 0С	200
Давление мазута, МПа	4,0
Давление пара, МПа	1,0
Габаритные размеры, мм	426/6690/426

Конструкция подогревателей высоковязких мазутов обеспечивает их безопасную эксплуатацию в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением Госгортехнадзора РФ. Работающие подогреватели должны эксплуатироваться в соответствии с правилами технической безопасности или другого аналогичного назначения документа.

Ремонт подогревателей и их элементов во время их работы не допускается. Давление не должно превышать в подогревателе по мазуту ПМ-40-15 40кгс/см² . Должна быть обеспечена надежная эксплуатация манометров и указателей уровняна счет выполнения инструкций по их обслуживанию. Подогреватели должны быть непременно остановлены при обнаружении в элементах конструкции находящихся под давлением, трещин, выпучин значительного утончения стенок, пропусков или потения в сварных швах.

Нижний уровень конденсата в корпусе не должен быть ниже днища желоба.

Против патрубка входа пара расположен отбойный щиток, предохраняющий стенки трубок от эрозии. Неконденсирующиеся газы удаляются через патрубок, расположенный на верху корпуса у задней трубной доски. Подогреватель устанавливается на фундаменте на двух опорах, одна из которых подвижная (для компенсации температурных удлинений), а другая неподвижная.

Передняя крышка состоит из эллиптического днища и фланца. На крышке имеются штуцеры входа и выхода мазута, дренажный патрубок для освобождения трубной системы от мазута, воздушный вентиль для выхода воздуха при заполнении трубной системы мазутом.

Внутри крышки приварены перегородки, делящие трубный пучок на 12 ходов. Что обеспечивает переток мазута из одного входа в другой.

Все детали выполнены из конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества.

В нормально работающем подогревателе попадающий в межтрубное пространство, благодаря поперечным перегородкам многократно отклоняется от центра. В ПМ-40-15 образующийся конденсат стекает по желобу, движется в охладителе конденсата и отводится через конденсатоатведчик .

Мазут входит в подогреватель через нижний штуцер. В первом ходе мазут нагревается встречным потоком конденсата. В остальной он нагревается конденсирующимся паром выходит из подогревателя.

5) подогрев мазута с помощью электротенов.

В качестве электрических подогревателей применяют гибкие нагревательные элементы (ГНЭ), они представляют собой узкую эластичную ленту, состоящую из медных и нихромовых проволок, сплетенных стеклонитью. Для придания влаго устойчивости ленту покрывают кремнеорганической резиной. В таком виде ленту наматывают на трубопровод (или размещают по всему поперечному сечению емкости) и покрывают слоем тепловой изоляции. Лента снабжена штепсельным разъемом для быстрого подключения к сети.

Электротены – один из эффективных теплоносителей, однако при использовании электронагревательных устройств необходимо соблюдать противопожарные требования. Обнаженная электрическая грелка с накаленной проволокой способна вызвать воспламенение паров нефтепродукта.[1]

Фланцевые погружные нагреватели - наиболее удобный и распространенный тип электронагревательного оборудования для всех отраслей промышленности. Погружные электронагреватели представляют собой связку ТЭН, надежно закрепленных на ответном фланце для монтажа в различные емкости, циркуляционные системы, резервуары, проточные сосуды и магистрали. Электрическое подключение фланцевых погружных нагревателей производится с внешней стороны емкости или сосуда к герметичной металлической коробке подключения, которая также может быть выполнена во взрывозащищенном исполнении. Фланцевые погружные нагреватели предназначены для нагрева и поддержания температуры больших объемов жидкостей, либо нагрев проточных и циркулирующих сред, таких как вода, мазут, термальные жидкости, кислоты, теплоносители, воздух, природный газ и другие газы. Фланцевые нагреватели монтируются в емкости, цистерны, котлы, проточные циркуляционные сосуды, и являются лучшим решением по электро обогреву для пищевой, химической, текстильной, и пластиковой промышленностей. Тэны для погружных нагревателей изготавливаются из нержавеющей стали либо инколоя, привариваются к фланцам стандарта в соответствии с процедурами одобренными директивами. Удельная поверхностная мощность для погружных нагревателей может составлять от 0,1 до 15 Вт/см², зависит от рабочих условий процесса (среда, скорость, давление) и от коэффициента теплообмена нагреваемой среды. Максимальная погружная длина фланцевого нагревателя может составлять 3300 мм, а мощность передаваемая одним нагревателем может достигать 7 МВт. Связка ТЭН размещенная на фланце может иметь полностью автоматическую систему контроля и управления температурой и процессом нагрева, особенно это важно в тех процессах где могут происходить изменения таких параметров как: расход среды, давление, исходная температура, и вязкость.[1]