Файл: Суханов, В. П. Переработка нефти учебник.pdf

ру, через его отверстия выбрасывается в свободное пространство корпуса и вытекает через нижний штуцер. Пар из испарителя про^ ходит в колонне тот же путь, двигаясь навстречу жидкости от на­ ружного к внутреннему цилиндру ротора, из которого через деф­ легматор отводится в конденсатор-холодильник.

§14. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Впроцессах и на установках нефтеперерабатывающих заводов расходуется большое количество топлива на нагрев продуктов к воды на их охлаждение. Для снижения их расхода широко исполь­ зуют регенерацию тепла.

Аппараты, в которых осуществляется регенерация тепла, назы­ ваются теплообменными. В зависимости от назначения теплообмен­ ные аппараты подразделяют на теплообменники, подогреватели с паровым пространством (кипятильники) и конденсаторы-холодиль­

ники.

Принцип работы этих аппаратов заключается в том, что благо­ даря контакту двух продуктов через стенки аппарата или труб тепло от одного продукта переходит к другому (исключением явля­ ются конденсаторы смешивания, в которых оба продукта непосред­ ственно смешиваются в аппарате). Например, мазут с установки,, пройдя теплообменный аппарат и передав часть тепла нефти, ох­ лаждается, а нефть нагревается. Благодаря этому количество топ­ лива, необходимое для нагрева нефти до требуемой по режиму тем­ пературы, уменьшается. Уменьшается и количество веды, необходи­ мое для охлаждения мазута до заданной температуры. В теплооб­ менниках используют тепло не только мазута, но и других нефте­ продуктов.

Теплообменники

Для регенерации тепла применяют кожухотрубчатые теплооб­ менники и теплообменники типа «труба в трубе».

Кожухотрубчатые теплообменники имеют наибольшее примене­ ние, особенно на укрупненных и комбинированных установках. Они состоят из пучка труб, закрепленных в.трубных решетках, кохорые заключены в общий кожух. Один из теплоносителей циркулирует потрубам, а другой по межтрубному пространству. Теплообмен про­ исходит через стенки труб..

На рис. 52 показаны кожухотрубчатые теплообменники жестко­ го типа. Конструктивно они разделяются на одноходовые- (рис.52,а), с плавающей головкой (рис. 52,6), с V-образными тру­ бами (рис. 52, в), с двойными трубами (рис. 52, г) и с перекрестным; током теплоносителя (рис. 52, д).

Кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с плавающей го­ ловкой (рис. 53) состоит из пучка труб, ввальцованных в трубныерешетки 2 корпуса и крышек. Для компенсации тепловых расши' рений одна из трубных решеток имеет внутреннюю крышку и может

89-

свободно двигаться внутри корпуса при удлинении трубок. Такая подвижная решетка называется плавающей головкой 3. Наружный диаметр трубок обычно от 19 до 25 мм, диаметр корпуса от 450 до 1400 мм, длина трубок от Gдо 9 м. Современные кожухотрубчатые теплообменники имеют поверхность нагрева (теплообмена) от 50

до 2 0 0 0 м2.

I

Рис. 52. Теплообменники жесткого тина:

а — одноходовые; б — с плавающей головкой; в — с V-образными трубами; г — с двой­ ными трубами; д — с перекрестным током теплоносителя

й

Процесс теплообмена в аппаратах этого типа осуществляется следующим образом. Поступив в распределительную коробку 1 (см. рис. 53), жидкость проходит по трубному пучку в плавающую

90

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