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

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

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