Реферат: Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО «Сургутнефтегаз»

Введение

На ОАО «Сургутнефтегаз» производят дорожный битум, дизельное топливо и бензиновую фракцию. Все эти производства на сегодняшний день нашли своего потребителя. Битум – нужен г. Сургуту и близлежащим городам для строительства дорого. Дизельное топливо в основном предназначается для транспортных нужд предприятия. Бензиновую фракцию используют для промывки нефтяных скважин и нефтепроводов.

В последнее время возникли трудности с технологическими печами, которые предназначаются для нагрева нефти и мазута. Печь претерпевали серьезные аварии и в последнее время часто выходят из строя, прерывая технологический процесс, что сказывается на объемах производимой продукции. В связи с этим необходимо реконструировать трубчатые печи.

1.Как влияет сырье и технология на процесс и ассортимент продукции

Сырьем для рассматриваемого технологического процесса является нефть Лянторского месторождения. Основными физико-химическими показателями для нефтей являются:

• содержание хлористых солей (100 мг/дм³);

• плотность нефти (0,894 кг/м³ - тяжелая);

• содержание общей серы (0,99 % - сернистые);

• содержание базовых масел (15% - на нефть);

• содержание парафинистых углеводородов (2,4 %);

• индекс вязкости (79 – И₂).

При повышении содержания хлористых солей повышается коррозия аппаратуры, особенно в сочетании с сероводородом. Приходится производить промывку водой для понижения содержания хлористых солей.

Сернистые соединения при перегонке достаточно хорошо переходят в бензиновую фракцию, где в дальнейшем они мешают процессам риформинга, поэтому приходится производить мероприятия по понижению содержания серы.

Плотность нефти влияет на выход тяжелых фракций, к примеру для получения битума благоприятны тяжелые нефти, где выход мазута составляет более 30 %.

Содержание базовых масел может определить направление использования нефтей в области получения моторных масел.

Сыре используемое на ОАО «Сургутнефтегаз» удовлетворяет требованиям для плучения дорожного битума.

2.Схема производства и узкие места

Нефть из трубопровода "Лянторское месторождение - ЦКПН" под давлением 3,0 - 4,0 кг/см² поступает в сырьевую емкость Е-1, через

Из емкости Е-1 насосом Н-1 нефть подается в трубное пространство теплообменника Т-1/3, где нагревается за счет тепла откачиваемых дизельного топлива.

В приемный трубопровод из сети производственного водоснабжения подается промывная вода, а также деэмульгатор. Расход воды на промывку нефти регулируется клапаном регулятором расхода.

Предварительно нагретая нефть после теплообменника Т-1/3, поступает в трубный пучек теплообменника Т-1/7. Нагретая до 90-120 С за счет тепла гудрона нефть из теплообменника Т-1/7 подается в междуэлектродное пространство электродегидратора Э-1.

Электродегидратор Э-1 работает под давлением нефти, в случаях снижения уровня нефти и образования "газовой подушки" срабатывает блокировка, отключающая подачу напряжения на электроды дегидратора. В зависимости от содержания воды в нефти и стойкости эмульсии напряжение на электроды может подаваться 16, 5, 22 или 36 кВ. Насыщенная вода - "солевой раствор" - с низа электродегидратора через клапан-регулятор уровня раздела фаз "нефть-вода" выводится в емкость.

Обессоленная нефть выходит сверху электродегидратора Э-1 и разделяется на два потока. Первый, меньший поток нефти, проходит последовательно через трубное пространство теплообменника Т-1/5 и нагревается за счет тепла циркуляционного орошения колонны К-3 до 130-160 С. Второй поток нефти последовательно проходит через трубное пространство теплообменников Т-1/9, где нагревается за счет тепла вакуумного газойля до 180-200 С. .

После теплообменника Т-1/5, Т-1/9 оба потока обессоленной нефти объединяются в общий поток нефти, который поступает в трубное пространство теплообменника Т-1/1, где нагревается за счет тепла гудрона до 190-210 С.

После теплообменников Т-1/1 нефть подается в нагревательные печи П-1, П-3. Нагрев нефти в печах осуществляется в змеевиках камер конвекции дымовыми газами и в камерах радиации за счет лучистого тепла при сжигании топливного газа. В камере радиации печи П-1 размещен также змеевик для нагрева мазута, а в камере конвекции печи П-3 расположен пароперегреватель для получения водяного пара.

Нагретая в печах до 360-375 С нефть объединяется в общий поток и направляется на 4-ю тарелку атмосферной колонны К-3. Всего в колонне имеется 23 клапанных тарелок, из них в укрепляющей части 19 и отгонной 4 тарелки.

Сверху колонны К-3 пары бензина, водяные пары и углеводородный газ с температурой до 150 С поступают в конденсаторы воздушного охлаждения и доохлаждаются в водяном холодильнике Х-1 до температуры не выше 80 С и в виде газожидкостной смеси собираются в емкость Е-2.

В емкости Е-2 происходит разделение смеси на бензин, углеводородный газ и воду. Углеводородный газ сверху емкости Е-2 выводится на дожиг в печи П-2.

Вода с низа емкости Е-2 через клапан-регулятор уровня раздела фаз "бензин-вода" сбрасывается в емкость промстоковю.

Часть бензиновой фракции из емкостей Е-2 насосом возвращается на 21-ю тарелку колонны в качестве острого орошения.

С 13-й тарелки атмосферной колонны К-3 отбирается дизельное топливо, которое насосом с температурой 180 С подается в межтрубное пространство теплообменников Т-1/3, где отдает тепло сырой нефти, доохлаждается до температуры не выше 70 С в водяном холодильнике Х-3 и направляется в емкости хранения дизельного топлива Е-10.

Качество дизельного топлива обеспечивается циркуляционным орошением. Циркуляционное орошение с 11-й тарелки колонны К-3 забирается насосом, прокачивается через теплообменник Т-1/5, где отдает тепло первому потоку обессоленной нефти и с температурой 135-145 С возвращается в колонну на 12-ю тарелку.

Для обеспечения требуемого качества мазута по содержанию фракции до 360 С с тарелки "4а" атмосферной колонны К-3 выводится атмосферный газойль, который поступает в отпарную колонну К-4 с температурой 285-295 С.

С низа отпарной колонны атмосферный газойль насосом подается в теплообменник Т-1/3, где отдает тепло сырой нефти, далее смесь доохлаждается в водяном холодильнике Х-4 и с температурой не выше 90 С направляется в емкости хранения Е-12.

Мазут с низа атмосферной колонны К-3 с температурой 350 С насосом подается для нагрева в мазутный змеевик печи П-1.

Нагретый до 390-405 С мазут из печи П-1 поступает на вторую тарелку вакуумной колонны К-5. Вакуумная колонна оборудована 12-ю клапанными тарелками, в том числе в отгонной части две тарелки. Сверху вакуумной колонны газы разложения и пары углеводородов с температурой 190-200 С поступает в водяной конденсатор КВ-1. Сконденсировавший нефтепродукт из КВ-1 стекает в барометрическую емкость, а несконденсированные газы отсасываются двухступенчатым пароэжекторным насосом.

Конденсат из промежуточных поверхностных конденсаторов пароэжекторного насоса сливается в барометрическую емкость БЕ-1,а несконденсированные газы выбрасываются в печи П-2 для дожига.

С 8-ой тарелки вакуумный газойль с температурой 280 С отбирается насосом и прокачивается через теплообменник Т-1/9 где отдает тепло второму потоку обессоленной нефти. После Т-1/9 часть вакуумного газойля температурой 160-170 С возвращается через холодильник воздушного охлаждения ВХК-4 на верхнюю тарелку колонны К-5 в качестве циркуляционного орошения, а избыток газойля выводится в емкости и в последствии в обратный нефтепровод.

Гудрон с температурой 360-400 С с низа колонны К-5 насосом прокачивается через теплообменник Т-1/1, где отдает тепло сырой нефти и с температурой 150-180 С направляется по "жесткой" схеме в окислительную колонну К-1.

Часть гудрона после теплообменника Т-1/1 с температурой 240-255 С возвращается в низ вакуумной колонны для снижения температуры.

Окислительная колонна К-1 представляет собой пустотелый вертикальный аппарат. Вход гудрона в колонну осуществляется ниже рабочего уровня битума в колонне. После указанного клапана-регулятора смонтирован клапан-отсекатель прекращающий подачу воздуха в колонну при срабатывании блокировки по одному из параметров: повышение содержания свободного кислорода в газах окисления более 4%, повышение температуры битума внизу колонны выше 275 С, понижение уровня в колонне ниже 10%.

Газы окисления сверху окислительной колонны К-1 выводятся в газосепаратор ГС-1, где происходит отделение газовой фазы от жидкости. Из сепаратора ГС-1 газы окисления поступают на дожиг в печи П-2, а жидкая фаза -"черный соляр", в ГС-1 выводится в дренажную емкость Е-13.

Битум с низа колонны К-1 с температурой до 260 С насосом откачивается в емкости готового битума Е-15.

Дорожный битум из емкостей Е-15 отгружается потребителю наливом в автоцистерны.

Бензин из емкостей Е-11 насосами подается на наливную эстакаду для налива в автоцистерны. Дизельное топливо подается к наливным стоякам, через счетчики.

3.Рассказ по чертежам. Экология

Произведен расчет вертикально трубчатой печи беспламенного горения с излучающими стенками топки.

Выбран тип панельных горелок ГБП2а-60 производительность 60000 ккал/час.

4.Экономика

Экономический эффект проекта достигается за счет:

• сокращение затрат на топливо;

• сокращение штрафов за выбросы.

5.Вопросы рецензента

1. Указывается центр тяжести проекта и заключается в том, что в место 2-х физически и морально устаревших трубчатых печей сооружается новая современная трубчатая печь, которая позволяет:

• повысить теплотехнические показатели процесса;

• снизить расход топлива за счет установки более совершенных горелок и конструкции печи;

• снизит температуру пламени и дымовых газов, в результате чего сокращение выбросов NO₂ и других веществ.

Кроме того оптимальный нагрев позволяет оптимизировать работу колонны. Ассортимент продукции не меняется, но улучшается качество битума.

2. Я не могу не согласится с мнением рецензента на стр. 123 и 125 приведена калькуляции себестоимости и сделаны выводы о экономическом эффекте проекта.

3. На стр. 124 расчитана экономия средств на штрафах и сокращение затрат на топливный газ.

Содержание

стр.

Реферат

Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО «Сургутнефтегаз».

Стр. 139, Рис. 46, Табл. 35, Черт. 4

Реконструкция, нефть, бензин, соляр, керосин, биткм, технлоогическая схема, трубчатая печь, теплообмен, ректификация, автоматизация, экономический эффект.

Обоснована реконструкция цеха, в связи с необходимостью замены трубчатых печей П-1 и П-3 на одну более производительную.

Выполнены расчеты:

• материальных потоков;

• тепловых и материальных балансов;

• расчет трубчатой печи;

• потбор измерительных приборов и схем автоматизации;

• эколго-экономического эффекта.

Приведены рекомендации, для дальнейшей стабильной работы установки.

Введение

Один чудак из партии геологов

Сказал мне, вылив грязь из сапога:

"Послал же бог на голову нам олухов!

Откуда нефть – когда кругом тайга?

И деньга вам отпущены - на тыщи те

Построить детский сад на берегу:

Вы ничего в Тюмени не отыщите –

В болото вы вгоняете деньгу"

В. Высоцкий

Значение нефти и газа для энергетики, транспорта, обороны страны, для разнообразных отраслей промышленности и для удо­влетворения бытовых нужд населения в наш век исключительно велико. Нефть и газ играют решающую роль в развитии экономики любой страны. Природный газ—очень удобное для транспорти­ровки по трубопроводам и сжигания, дешевое энергетическое и бы­товое топливо. Из нефти вырабатываются все виды жидкого топлива: бензины, керосины, реактивные и дизельные сорта горючего— для двигателей внутреннего сгорания, мазуты — для газовых тур­бин и котельных установок. Из более высококипящих фракций нефти вырабатывается огромный ассортимент смазочных и специальных масел и консистентных смазок. Из нефти вырабатываются также парафин, сажа для резиновой промышленности, нефтяной кокс, многочисленные марки битумов для дорожного строительства и многие другие товарные продукты.

Вторичная переработка нефтяного и газового сырья получила ныне название нефтехимического синтеза. Уже в настоящее время 25% мировой химической продукции выпускается на основе нефти и углеводородных газов. Ближайшие перспективы развития нефте­химической промышленности исключительно благоприятны как по масштабам производства, так и по безграничному разнообразию промежуточных и конечных продуктов синтеза.

К нефтехимической продукции относятся: пластические массы, синтетические каучуки и смолы, синтетические волокна, синтетиче­ские моющие средства и поверхностно-активные вещества, некото­рые химические удобрения, присадки к топливам и маслам, син­тетические смазочные масла, белково-витаминные концентраты, многочисленные индивидуальные органические вещества: спирты, кислоты, альдегиды, кетоны, хлорпроизводные эфиры, гликоли, полигликоли, глицерин и другие, применяющиеся в промышлен­ности, сельском хозяйстве, медицине и в быту.

Все вышесказанное в полной мере относится к проблемам переработки нефти в северных районах России. Одним из нефтеперерабатывающих районов является сургутский нефтеносный район, представляющий из себя крупное подземное поднятие со сводами и впадинами, окружающих его. Около 30 000 квадратных километров приходится на Сургутский свод. На сегодняшний день там разрабатывается более десятка месторождений: Карьунское , Быстринское, Лянторское, Федеровское, Камарьинское, Солкинское, Западно-Солкинское, Вачемское и другие.

Цех (установка) первичной переработки нефти и получения битума (ЦППНиПБ) [1] был заложен в 1981 году в 40 километрах северо-западнее от г. Сургута и предназначался для получения дорожного битума. В 1987 году установка претерпела реконструкцию, так как по выполненному проекту (ВНИПИНефтепромхим г. Казань) на установке были установлены ректификационные колонны: для атмосферной перегонки с 19-ю тарелками (диаметр 1,0 м) и вакуумной перегонки – с 15-ю тарелками (диаметр 1,0 м), что не обеспечивало получения продуктов заданного качества.

В 1991 г. БашНИИ НП была произведена реконструкция цеха по увеличению производительности до 118,8 тыс.т/год нефти (на 18,2% выше проектной), производства битума – 38,0 тыс.т/год (на 12,7% выше проектной), отбора суммы светлых нефтепродуктов – 34% на нефть (33% по проекту) и улучшению их качества.

В 1988 г. НИИГипровостокнефть была произведена реконструкция цеха по режиму работы, что позволило получать на установке дизельное топливо (зимнее и летнее), бензиновую фракцию (для промывки нефтяных скважин), а также повысить качество всех получаемых продуктов.

Сегодня комплексная установка первичной переработки нефти и производства битумов (ЦППНиПБ) предназначена для выработки дорожных битумов из нефти Лянторского месторождения и в небольших количествах битумов строительных марок. Также попутно получают летнее и зимнее дизельное топливо, бензиновую фракцию, которую используют для промывки нефтяных скважин.

В состав установки входят:

1. Блок подготовки нефти к переработке для глубокого обессоливания и обезвоживания нефти.

2. Блок атмосферно-вакуумной перегонки нефти.

3. Блоки получения окисленных битумов в реакторах непрерывного действия колонного типа и периодического действия в реакторах бескомпрессорного окисления.

4. Емкости для приема и хранения битумов, дизельного топлива, бензиновой фракции, газойлей.

5. Наливная эстакада для отгрузки готовой продукции в автоцистерны.

6. Технологическая воздушная компрессорная.

7. Компрессорная воздуха КИП.

8. Система оборотного водоснабжения включающая в себя градирню и насосы для циркуляции охлаждающей воды.

Целью данного проекта является реконструкция цеха первичной переработки нефти и получения битума.

1.Основы первичной переработки сибирских нефтей. Аналитический обзор

1.1.Характеристика сырья

Нефти различных месторождений и даже в пределах одного ме­сторождения могут значительно отличаться друг от друга по хи­мическому и фракционному составу, а также по содержанию серы, парафина и смол. В разное время предлагались различные хими­ческие, генетические, промышленные и товарные классификации нефтей. В настоящее время действует технологическая классифи­кация нефтей СССР (ГОСТ 912—66). Согласно этой классифи­кации все нефти оцениваются по следующим показателям:

• со­держание серы в нефтях и нефтепродуктах;

• потенциальное со­держание фракций, перегоняющихся до 350 °С;

• потенциальное содержание и качество базовых масел;

• содержание парафина и возможность получения реактивных, дизельных зимних или лет­них топлив и дистиллятных базовых масел с депарафинизацией или без нее.

Сырьем установки является сырая нефть которая должна соответствовать требованиям ГОСТ 9965-76 и иметь следующие физико-химические показатели (табл. 1)

Физико-химические показатели нефти. Таблица 1

Классификация нефтей на классы и типы. Таблица 2

В зависимости от массовой доли серы-нефти, от плотности при 20С подразделяют на классы и типы, которые приведены в таб.2.

По содержанию фракций до 350 °С нефти делятся на три типа (Лянторской – 44,7%):

• Т₁—не менее 45%;

• Т₂—30—44,9%;

• Т₃— менее 30%.

По потенциальному содержанию базовых масел все нефти де­лятся на четыре группы (Лянторской – 21%):

• М₁—не менее 25% в расчете на нефть;

• М₂— 15—25% в расчете на нефть и не менее 45% в расчете на ма­зут;

• М₃—15—25% в расчете на нефть и 30—45% в расчете на мазут;

• М₄—менее 15% в расчете на нефть.

Кроме того, все нефти делятся по качеству базовых масел, оце­ниваемому индексом вязкости, еще на две подгруппы (Лянторской – 79):

• И₁ — индекс вязкости выше 85;

• И₂ — индекс вязкости 40—85.

По содержанию парафина нефти делятся на три вида (Лянторской – 2,4%):

• П₁—мало парафиновые (не выше 1,5%);

• П₂—парафиновые (1,51—6,0%);

• П₃—высоко парафиновые (более 6%).

Кроме того, указывается для каждого вида, какие продукты можно получать без депарафинизации или с применением депарафинизации. Так, из нефти, отнесенной к виду П₁ можно получать реактивное топливо, дизельное зимнее топливо и дистиллятные базовые масла без депарафинизации.

Краткая характеристика некоторых нефтей СССР. Таблица 3

Используя эту классификацию, для любой промышленной нефти можно составить шифр. Так например, Лянторская нефть получает шифр IIТ₂М₃И₂П₂.

Физико-химическая характеристика Лянторской нефти. Таблица 4

Фракционный состав и физический свойства сырья. Таблица 5

По шифру нефти легко составить представление о наиболее рациональных путях ее переработки и о, возможности замены ею ранее применявшейся нефти в данном технологическом процессе.

В табл. 3 приводится выборочный справочный материал, ха­рактеризующий некоторые промышленные нефти СССР.

В качестве исходных данных для расчетов при проектировании установки первичной переработки нефти и получения битума были использованы следующие физико-химические показатели, фракционный состав и физические свойства Лянторской, нефти приведенных в табл.3, табл.4.

1.2.Нефтепродукты

Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает более 500 различных нефтепродуктов [4].

Среди них прежде всего следует выделить основные группы, резко различающиеся по составу и свойствам:

I—жидкое топли­во;

II—смазочные и специальные масла;

III—консистентные смазки;

IV—парафины и церезины;

V—битумы;

VI—сажа;

VII— нефтяной кокс;

VIII — нефтяные кислоты и их соли;

IX—присад­ки к топливам и маслам;

X—прочие нефтепродукты (осветитель­ные керосины, растворители, ароматические углеводороды, смазочно-охлаждающие жидкости и др.).

Остановимся вкратце на назначении и ассортименте некоторых нефтепро­дуктов из этих групп.

1.2.1.Карбюраторное топливо

Карбюраторное топливо—авиационные и автомобиль­ные бензины, тракторный керосин — для двигателей с зажиганием от искры [5].

Авиационные бензины представляют собой смеси бензинов пря­мой гонки, каталитического крекинга и высокооктановых компо­нентов (алкилбензол, технический изооктан и другие) с добавкой антидетонационных и антиокислительных присадок. Выпускаются следующие марки: бензин БА, Б-100/130², Б-91/115, Б-95/130, Б-70 (без ТЭС³). Их фракционный состав 40—180°С.

Автомобильные бензины — смеси бензинов прямой гонки, тер­мического и каталитического крекинга, каталитического риформинга. Их маркировка: А-66, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. Для пер­вых трех цифры обозначают октановые числа по моторному методу, а для двух последних—по исследовательскому. Бензин марки А-72 выпускается без добавки ТЭС, а в остальные ТЭС вво­дится в количестве от 0,41 до 0,82 г/кг бензина. Начало кипения этих бензинов не ниже —35 °С, а конец кипения 205 °С для А-66, для других 185—195°С.

Тракторный керосин—смесь дистиллятов прямой гонки и тер­мического крекинга фракционного состава примерно 100—300 °С. Выпускаются две марки с октановыми числами 40 и 45.

Топливо для реактивных двигателей (авиакеросины) имеет в основном прямогонное происхождение. Марки Т-1, ТС-1, Т-2, Т-5, Т-6, Т-7, Т-8, РТ. Топлива отличаются друг от друга по фракционному составу, содержанию общей и меркаптановой серы. Авиакеросины должны иметь температуру застывания не выше —60 °С.

Эксплуатационные свойства карбюраторных топлив. Авиационные и автомобильные поршневые двигатели внутрен­него сгорания с принудительным воспламенением от искры рабо­тают по четырехтактному циклу. В первом такте (всасывание) топливно-воздушная рабочая смесь заполняет цилиндр двигателя и нагревается к концу такта в двигателях, работающих на бензине, до 80—130°С и до 140— 205 °С — в работающих на керосине.

Во втором такте (сжатие) давление смеси возрастает до 10— 12 ат, а температура—до 150—350 °С. В конце хода сжатия с не­которым опережением смесь воспламеняется от электрической ис­кры. Хотя время сгорания топлива очень мало — тысячные доли секунды, но оно все же сгорает постепенно, по мере продвижения фронта пламени по камере сгорания (фронтом пламени называ­ется тонкий слой газа, в котором протекает реакция горения). При нормальном сгорании фронт пламени распространяется со ско­ростью 20—30 м/сек. Температура сгорания достигает 2200— 2800°С, а давление газов сравнительно плавно возрастает до 30— 50 ат в автомобильных двигателях и до 80 ат в авиационных.

В третьем такте (рабочий ход) реализуется энергия сжатых продуктов сгорания, и во время четвертого такта цилиндр двига­теля освобождается от продуктов сгорания.

В поршневых авиационных и автомобильных двигателях в ка­честве топлива применяются бензины. Важнейшее эксплуатацион­ное требование к ним — обеспечение нормального бездетонацион­ного сгорания в двигателях, для которых они предназначены.

Детонацией называется особый ненормальный характер сгора­ния топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси по­сле воспламенения от искры сгорает нормально с обычной скоро­стью. Последняя порция топливного заряда (до 15—20%), нахо­дящаяся перед фронтом пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распространения пламени возрастает до 1500—2500 м/сек, а давление нарастает не плавно, а резкими скач­ками. Этот резкий перепад давления создает ударную детонаци­онную волну. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее много­кратное отражение от них приводит к вибрации и вызывает ха­рактерный металлический стук, являющийся главным внешним признаком детонационного сгорания. Другие внешние признаки детонации: появление в выхлопных газах клубов черного дыма, а также резкое повышение температуры стенок цилиндра. Детонация — явление очень вредное. На детонационных режимах мощ­ность двигателя падает, удельный расход топлива возрастает, ра­бота двигателя становится жесткой и неровной. Кроме того, дето­нация вызывает прогорание и коробление поршней и выхлопных клапанов, перегрев и выход из строя электрических свечей и другие неполадки. Износ двигателя ускоряется, а межремонтные сроки укорачиваются. При длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и аварийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных двигателях.

Явление детонации с химической точки зрения объясняется пе­ренасыщением последней части топливного заряда первичными продуктами окисления углеводородов — гидроперекисями и про­дуктами их распада — высокоактивными свободными радикалами, которые при достижении определенной концентрации реагируют со скоростью взрыва. В результате вся несгоревшая часть горю­чей смеси мгновенно самовоспламеняется. Очевидно, чем выше скорость образования перекисей в данной рабочей смеси, тем ско­рее возникает взрывное сгорание, тем раньше нормальное распро­странение фронта пламени перейдет в детонационное и последст­вия детонации скажутся сильнее. Отсюда следует, что основным фактором, от которого зависит возникновение и интенсивность детонации, является химический состав топлива, так как известно, что склонность к окислению у углеводородов различного строения при сравнимых условиях резко различна.

Если в топливе преобладают углеводороды, не образующие в условиях предпламенного окисления значительного количества пе­рекисей, то взрывного распада не произойдет, смесь не перенасы­тится активными частицами и сгорание будет проходить с обычны­ми скоростями, без детонации.

Оценка детонационной стойкости (ДС) [11] или антидетонационных свойств углеводородов и топлив проводится на стационарных од­ноцилиндровых двигателях. В основе всех методов оценки ДС ле­жит принцип сравнения испытуемого топлива со смесями эталон­ных топлив. В качестве последних выбраны 2,2,4-триметилпентан (изооктан) и гептан, а за меру детонационной стойкости принято октановое число.

Октановым числом называется условная единица измерения де­тонационной стойкости, численно равная процентному (по объему) содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.

Октановое число изооктана принято равным 100, а гептана — 0. Следовательно, если испытуемый бензин оказался эквивалент­ным в стандартных условиях испытания смеси, состоящей, напри­мер, из 70% изооктана и 30% гептана, то его октановое число равно 70. Октановое число—нормируемый показатель детонацион­ной стойкости автомобильных бензинов, а также авиационных бензинов при работе на бедных смесях и без применения над­дува.

Для оценки ДС авиационных бензинов при работе двигателя на богатых смесях и с применением наддува нормируемым пока­зателем служит сортность топлива.

Сортность топлива на богатой смеси — это характеристика, по­казывающая величину мощности двигателя (в процентах) при ра­боте на испытуемом топливе по сравнению с мощностью, полу­ченной на эталонном изооктане, сортность которого принимается за 100.

Октановые числа определяются на специальных испытатель­ных установках при строго стандартных условиях. Имеется не­сколько методов определения октановых чисел, отличающихся друг от друга режимом испытания. В Советском Союзе оценка топлив ведется по моторному и исследовательскому мето­ду. Октановые числа, определенные по исследовательскому мето­ду, для некоторых бензинов на несколько единиц выше. Поэтому, когда приводятся данные по октановым числам, всегда надо ого­варивать метод их определения.

Одним из путей повышения детонационной стойкости топлив для двигателей с зажиганием от искры является применение анти­детонаторов. Это вещества, которые добавляют к бензинам в коли­честве не более 0,5% с целью значительного улучшения антиде­тонационных свойств.

Достаточно эффективным, применяемым во всех странах, ан­тидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) Pb(С₂Н₅)₄, ко­торый уже при 200—250 °С [13] легко распадается на свинец и свобод­ные радикалы (этил), присутствие которых в топливно-воздушной среде замедляет образование перекисей в предпламенный период. Это приводит к снижению их концентрации перед фронтом пла­мени, и, следовательно, переход нормального сгорания в детона­ционное затрудняется. В свою очередь, и атомарный свинец уже при более высоких температурах, т. е. на более поздней стадии процесса горения, дезактивирует различные частицы, образующие­ся при бурном распаде перекисей. Это также приводит к ослабле­нию детонации.

В чистом виде ТЭС применять нельзя, так как на клапанах, свечах и стенках цилиндра накапливаются свинец и окись свинца, что конечно нарушает работу двигателя. Для удаления свинцови­стого нагара к ТЭС добавляют так называемые выносители свин­ца — различные галогеналкилы. При термическом разложении по­следние выделяют галогенводород или галоген. Они образуют со свинцом и окисью свинца соли, которые при высоких температу­рах двигателя находятся в парообразном состоянии:

3C₂H₅Br 2C₂H₄ + 2HBr

PbO + 2HBr  PbBr₂ + H₂O

Pb + 2HBr  PbBr₂ + H₂O

Эти соли вместе с выхлопными газами благодаря своей лету­чести выводятся из цилиндра двигателя. В качестве выносителей применяются дибромэтан, бромистый этил, -монохлорнафталин, дибромпропан. Смесь ТЭС, выносителей и красителя называется этиловой жидкостью.

ТЭС, а следовательно, и этиловая жидкость очень ядовиты: при обращении с ней и содержащими ее этилированными бензинами необходимо соблюдать специальные правила предосторож­ности. Чтобы легче отличать этилированные бензины, этиловую жидкость подкрашивают. Добавляется этиловая жидкость к бен­зинам в количестве от 1,5 до 4 мл на 1 кг топлива. Добавление этиловой жидкости свыше 4 мл/кг уже не приводит к дальнейшему повышению октановых чисел, но вызывает усиленное отложение свинцовистого нагара [13].

Октановые числа индивидуальных углеводородов. Таблица 6

Бензины различного химического состава по-разному относят­ся к добавке ТЭС, т. е. обладают, как говорят, различной приеми­стостью к. ТЭС. Приемистость к ТЭС оценивается числом единиц, на которое увеличивается октановое число данного топлива или углеводорода при добавлении определенного количества ТЭС по сравнению с октановым числом этого топлива в чистом виде, т. е. без антидетонатора. Наибольшая приемистость к ТЭС у парафи­новых углеводородов нормального строения, наименьшая—у не­предельных и ароматических углеводородов.

Изучение детонационной стойкости индивидуальных углеводо­родов позволило установить зависимость этого важного свойства от химического строения углеводородов и имело большое значе­ние для подбора и создания различных сортов горючего для раз­нообразных двигателей.

Выше (табл. 6) приведены октановые числа некоторых индивидуальных углеводородов, определенные по моторному методу (без ТЭС).

Как видно из представленных данных, октановые числа неко­торых углеводородов могут оказаться ниже 0 и выше 100. В пер­вом случае это означает, что их ДС ниже, чем у гептана, а во втором — выше, чем у изооктана.

При оценке ДС товарных бензинов и компонентов, имеющих октановые числа выше 100, в качестве эталонных топлив исполь­зуют смеси чистого изооктана с различным количеством ТЭС [68].

Для отдельных групп углеводородов, входящих в состав бен­зинов можно сделать следующие краткие выводы об их ДС.

Алканы нормального строения. Начиная с пентана углеводо­роды этого ряда характеризуются очень низкими октановыми чис­лами, причем чем выше их молекулярный вес, тем октановые чис­ла ниже. Существует почти линейная зависимость ДС от молеку­лярного веса.

Алканы разветвленного строения (изопарафины). Разветвление молекул предельного ряда резко повышает их ДС. Так, например, у октана октановое число —20, а у 2,2,4-триметилпентана 100. Наибольшие октановые числа отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углеродного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана.

Благодаря высоким антидетонационным свойствам изопарафины С₅—С₈—весьма желательные компоненты бензинов.

Алкены (моноолефины}. Появление двойной связи в молекуле углеводородов нормального строения вызывает значительное по­вышение ДС по сравнению с соответствующими предельными угле­водородами.

Цикланы (нафтеновые углеводороды}. Первые представители рядов циклопентана и циклогексана обладают хорошей ДС; осо­бенно это относится к циклопентану. Их приемистость к ТЭС так­же достаточно высока. Эти углеводороды являются ценными со­ставными частями бензинов. Наличие боковых цепей нормального строения в молекулах как циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов, приводит к снижению их октанового числа. При этом чем длиннее цепь, тем ниже октановые числа. Разветв­ление боковых цепей и увеличение их количества повышает ДС цикланов.

Ароматические углеводороды. Почти все простейшие аромати­ческие углеводороды ряда бензола имеют октановые числа ~ 100 и выше. Ароматические углеводороды и ароматизированные бензины наряду с разветвленными алканами—лучшие компоненты вы­сокосортных бензинов. Однако содержание ароматических углево­дородов в бензинах следует ограничивать примерно до 40—50%. Чрезмерно ароматизованное топливо повышает общую температуру сгорания, что влечет за собой увеличение теплонапряженности двигателя, а также может вызвать так называемое калильное за­жигание—самопроизвольное воспламенение рабочей смеси за счет раскаленных частичек нагара. Это очень вредное явление, которое может вызвать аварийное повреждение двигателя.

Итак, основным качественным показателем карбюраторных топлив является их высокая детонационная стойкость. Лучшие сорта автомобильных бензинов должны иметь октановые числа по исследовательскому методу 93—98 пунктов.

Помимо высокой ДС к карбюраторным топливам предъяв­ляются следующие основные требования.

Фракционный состав топлива должен обеспечивать его хоро­шую испаряемость, легкий запуск двигателя даже при низких температурах, быстрый прогрев двигателя и хорошую его приеми­стость к переменам режима. Поэтому важнейшим техническим показателем бензинов и керосинов являются данные стандартной разгонки, при которой отмечают: температуру начала кипения; температуры, при которых отгоняются 10, 50, 90 и 97,5 объемн. % от загрузки; остаток (в %) и иногда конец кипения. 10%-ная точ­ка определяет пусковые свойства топлива, 50%-ная точка быст­роту прогрева двигателя, 90%- и 97,5%-ные точки и конец кипения характеризуют полноту испарения и равномерное распределение топлива по цилиндрам [15].

Топливо не должно образовывать газовых пробок в топливоподающей системе. Для обеспечения этого требования в бензи­нах контролируется давление насыщенных паров при 38° С, кото­рое не должно превышать 360 мм рт. ст. для авиационных бензи­нов, 500 мм рт. ст. для летних сортов и 700 мм рт. ст. для зимних сортов автомобильных бензинов.

Топливо должно быть химически стабильным и не содер­жать смол. Бензины термического крекинга и коксования содержат непредельные углеводороды, склонные при хранении окисляться и полимеризоваться. Этот процесс получил название смолообразо­вания. Выпадение смол резко ухудшает эксплуатационные свой­ства топлив, способствует отложению нагаров в цилиндрах дви­гателей и на клапанах. Для повышения химической стабильности топлив вторичного происхождения к ним добавляются антиокис­лительные присадки (ингибиторы). Применение антиокислителей позволяет значительно затормозить реакции окисления. Это имеет большое практическое значение, так как позволяет увели­чить сроки хранения топлив. В качестве антиокислителей предложено очень много разнооб­разных органических веществ. Среди них фенолы, полифенолы, алкилфенолы, аминофенолы и др. К наиболее распространенным антиокислительным присадкам, добавляемым к бензинам и керосинам, относятся:

• древесно-смольный антиокислитель (ДСА), представляющий собой смесь полифенолов и их диметиловых эфиров; ДСА добав­ляется к автомобильным бензинам в количестве 0,05—0,15% почти на всех нефтеперерабатывающих заводах СССР;

• ФЧ-16—смесь полифенолов из каменноугольной смолы. Этот ингибитор выпускается с 1968 г. и рекомендуется к примене­нию в количестве 0,05—0,065%;

• синтетические ингибиторы 2,4-диметил-б-трег-бутилфенол (топанол А) (I), 2,6-ди-трег-бутил-4-метилфенол (ионол, топанол 0) (II), п-оксидифениламин (ПОДФА) (III), добавляемые в ты­сячных и сотых долях процента:

К
числу наиболее сильнодействующих антиокислителей при­надлежит также N,N’-ди-втор-бутил-п-фенилендиамин (ФДА):

Механизм действия антиокислителей в общем виде заключается в том, что молекулы присадки обрывают цепные реакции окисле­ния.

О химической стабильности топлив судят либо по содержанию фактических смол (в мг на 100 мл), либо по длительности индук­ционного периода (в мин).

И
ндукционным периодом называется время (в мин], в течение которого бензин в условиях испытания в бомбе под давлением 7 кгс/см² кислорода при 100° С практически не поглощает кисло­рода. Об этом судят по кривой давления кислорода в бомбе во время испытания. По окончании индукционного периода скорость окисления резко возрастает, кислород начинает расходоваться, а давление в бомбе снижаться. Нормами на автомобильные бензины длительность индукционного периода установлена для раз­ных сортов от 450 до 900 мин.

4. Топливо не должно вызывать коррозии деталей двигателя. Это контролируют по следующим нормируемым показателям каче­ства: кислотность, общее содержание серы, содержание водораст­воримых кислот и щелочей (должны отсутствовать), присутствие активных сернистых соединений (испытание по изменению цвета поверхности медной пластинки).

5. Авиационные топлива не должны застывать и выделять кри­сталлы при температуре выше —60° С.

Физико-химические свойства бензинов должны соответствовать требованиям ГОСТ 2084-77, представленным в табл. 7.

Физико-химические свойства бензинов. Таблица 7

Примечание:

1. Для городов и районов, а также предприятий, где Главным санитарным врачом запрещено применение этилированных бензинов, предназначаются только неэтилированные бензины.

2. Допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному составу:

• 10% перегоняется при температуре не выше 75С;

• 50% перегоняется при температуре не выше 120С,

3. Для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускается температура конца кипения бензина летнего вида – не выше 205С, бензина зимнего вида – не выше 195С.

4. Автомобильные этилированные бензины, предназначенные для экспорта, изготовляют без добавления красителя. Допускается бледно-желтая краска. Концентрация свинца в них не должна превышать 0,15 г/дм³. Массовая доля меркаптановой серы по ГОСТ 17323-71 – не более 0,001%.

Физико-химические показатели, которыми обладает бензиновая фракция получаемая на установке первичной переработки нефти и получения битума представлены в табл. 8.

1.2.2.Дизельное топливо

Дизельное топливо—для двигателей с зажиганием от сжатия. В эту подгруппу входят следующие виды топлив:

Топливо для быстроходных дизелей фракционного состава при­мерно 180—350°С. Выпускаются марки ДА и А (арктические), АЗ и 3 (зимние), ДЛ и Л (летние), ДС и С (специальные). Они различаются по температуре застывания (—60—10 °С) и содер­жанию серы.

Топливо моторное для среднеоборотных и малооборотных дви­гателей. Две марки ДТ, ДМ.

Топливо для тепловозных и судовых двигателей следующих марок: ТЗ (зимнее), ТЛ (летнее). По фракционному составу это более высококипящие фракции (50%—275—290 °С; 98%—340— 360°С).

Физико-химическая характеристика бензиновой фракции. Таблица 8

Котельное топливо — флотские и топочные мазуты (марки ф5, ф12, 40, 100, 200) и топливо для локомотивных газотурбинных дви­гателей. Они различаются по вязкости и температуре застывания.

В 1970 г. были впервые утверждены также технические условия на печное топливо для битовых и технических целей (марки А, Б, В). Их примерный фракционный состав 100—300—360 °С.

К группе топлив следует отнести также горючие газы. Их клас­сифицируют следующим образом:

• газ для коммунально-быто­вого потребления;

• газы сжатые для газобаллонных автомоби­лей;

• газы углеводородные сжиженные топливные (пропан тех­нический, бутан технический, смесь пропана и бутана).

Эксплуатационные свойства дизельных топлив. В двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжа­тия, называемых дизелями, четырехтактный рабочий процесс про­текает несколько иначе, чем в двигателях с зажиганием от искры [15]. В дизельном двигателе в первых двух тактах засасывается и сжи­мается чистый воздух. Температура воздуха в конце хода сжатия достигает 550—650° С, а давление возрастает до 40 ат. В конце хода сжатия в сжатый и нагретый воздух впрыскивается в тече­ние определенного времени под большим давлением порция топ­лива. Мельчайшие капельки топлива переходят в парообразное состояние и распределяются в воздухе. Через определенный весьма незначительный момент времени топливо самовоспламеняется и полностью сгорает. Время между началом впрыска и воспламене­нием топлива называется периодом задержки самовоспламенения. В современных быстроходных двигателях этот период не более 0,002 сек. В результате сгорания топлива давление газов дости­гает 60—100 ат. Весьма важным для обеспечения плавной, нор­мальной работы двигателя является скорость нарастания давления газов. Из практики известно, что эта скорость не должна превы­шать 5 ат на 1° угла поворота коленчатого вала. В противном слу­чае двигатель начинает стучать, работа его становится «жесткой», а нагрузка на подшипники чрезмерной. Появление стуков и жест­кая работа двигателя тесно связаны с длительностью периода задержки самовоспламенения. Чем продолжительнее этот период, тем большее количество топлива успеет поступить в цилиндр дви­гателя. В результате—одновременное воспламенение повышен­ного количества топлива приводит к взрывному характеру сгора­ния, и давление газов будет нарастать скачкообразно. В двух последующих тактах: рабочий ход и выхлоп—происходит рабочее расширение газов и освобождение цилиндра двигателя от продук­тов сгорания.

В качестве топлива для быстроходных дизелей применяются керосиногазойлевые фракции нефти. Для тихоходных и стацио­нарных двигателей этого типа с малым числом оборотов приме­няется более тяжелое топливо типа мазутов.

Наиболее существенное эксплуатационное свойство дизельных топлив—их способность быстро воспламеняться и плавно сгорать, что обеспечивает нормальное нарастание давления и мягкую работу двигателя без стуков. Воспламенительные свойства топлив зависят от их химического и фракционного состава. Очевидно, что это, в первую очередь, связано с температурой самовоспламенения компонентов топлива. Известно, например, что ароматические уг­леводороды имеют очень высокие температуры воспламенения (500—600° С). Ясно, что сильноароматизованные продукты непри­емлемы в качестве дизельного топлива. Наоборот, парафиновые углеводороды имеют самые низкие температуры самовоспламене­ния, и дизельные топлива из парафинистых нефтей обладают хо­рошими эксплуатационными свойствами.

Оценка воспламенительных свойств углеводородов и топлив, так же как и детонационной стойкости бензинов, проводится мето­дом сравнения на лабораторных испытательных установках с эта­лонными топливами.

По аналогии с октановыми числами для оценки моторных свойств дизельных топлив приняты цетановые числа.

Цетановым числом называется содержание (в объемн. %) цетана в смеси с -метилнафталином, эквивалентной по самовоспла­меняемости испытуемому топливу, при сравнении топлив в стан­дартных условиях испытания [14].

Цетановое число самого цетана (гексадекана) С₁₆Н₃₄ принято равным 100, а -метилнафталина—0. Определение цетановых чи­сел проводится на стандартной одноцилиндровой установке с ди­зельной головкой по так называемому методу совпадения вспышек. Цетановые числа дизельных топлив нормируются в ин­тервале 40—50 ед.

Цетановое число характеризует не только воспламенительные свойства, оно отражает и некоторые другие эксплуатационные ка­чества дизельного топлива: чем выше цетановое число дизельного топлива, тем лучше его пусковые свойства, тем менее длителен пе­риод задержки самовоспламенения, больше полнота сгорания топ­лива, меньше задымленность выхлопных газов и склонность топ­лива к отложениям нагаров в камере сгорания и в фор­сунках.

Самые низкие цетановые числа характерны для ароматических углеводородов, особенно бициклических. Цикланы и бицикланы занимают промежуточное положение. Наибольшими цетановыми числами обладают алканы нормального строения. Разветвление молекул алканов приводит к значительному снижению цетановых чисел. Введение двойной связи в молекулу углеводорода также вызывает понижение цетанового числа.

Характеристика дизельного топлива. Таблица 9

К другим важным эксплуатационным свойствам дизельных топлив для быстроходных дизелей относятся их фракционный со­став, вязкость, температура застывания, коксуемость, содержание серы; кислотность, содержание воды и механических примесей. Все эти показатели подбираются в таких пределах, чтобы обеспечить нормальную бесперебойную подачу топлива в двигатель, полноту сгорания, уменьшение нагарообразования и отсутствие корро­зии. Особенно большое значение имеет температура застывания, варьирующая от —10 °С для летних сортов до —60 °С для аркти­ческого сорта, и содержание серы, которое не должно превышать 0,2% Для всех марок.

Физико-химические свойства дизельного топлива должны соответствовать требованиям ГОСТ 305-82. Данные по ГОСТ и производимого дизельного топлива приведены в табл. 9.

1.2.3.Смазочные и специальные масла.

В эту вторую основную группу включены жидкие дистиллятные и остаточные нефтепро­дукты различной вязкости и степени очистки, предназначенные для обеспечения жидкостной смазки в различных машинах и меха­низмах, а также нашедших разнообразное техническое применение во многих отраслях промышленности [16].

Смазочные масла. Смазочные масла подразделяются на следующие подгруппы:

• индустриальные масла;

• масла тур­бинные, компрессорные и для паровых машин;

• моторные масла;

• трансмиссионные масла.

Индустриальные масла предназначены для смазки станков, ме­ханизмов и машин, работающих в разнообразных условиях и с раз­личной скоростью и нагрузкой. По величине вязкости их подраз­деляют на легкие (₅₀ = 4  8,5 сст), средние ( = 12  50 сст) и тяжелые (₁₀₀ = 9  36 сст). Для различных машин и механиз­мов выпускается более 30 марок индустриальных масел: вело­сит, вазелиновое масло, масла для холодильных машин (ХА, ХА-23, ХА-30, ХФ12-18, ХФ22-24, ХФ22с-16), веретенные и машин­ные (марки по вязкости при 50 °С: 12, 20, 30, 45, 50), масла инду­стриальные селективной очистки (марки по вязкости при 50 °С: ИС-12, ИС-20, ИС-30, ИС-45, ИС-50), сепараторные Л и Т, авиа­ционное МС-20С. масло для прессов и прокатных станов П-28, при­борное МВП и др.

Масла турбинные, компрессорные и для паровых машин. В эту подгруппу включены масла, работающие в тяжелых условиях на­грузки, повышенной температуры и воздействия воды, пара и воз­духа.

Турбинные масла предназначены для смазки и охлаждения подшипников паровых и водяных турбин и для заполнения систем регулирования паровых турбогенераторов. Они должны быть ста­бильны против окисления и обладать быстрой скоростью деэмульгацни (8 мин). Выпускаются следующие марки по вязкости при 50 °С: 22м, 22(л), 30(УТ), 46(Т), 57 (турборедукторное).

Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров, клапанов и других движущихся частей воздушных компрессоров и воздуходувок. Это высоковязкие, стабильные против окисления масла. Выпускаются две марки с вязкостью при 100 °С: 12(М) и 19(Т).

Масла для паровых машин (цилиндровые) выпускаются для смазки цилиндров паровых машин, работающих на насыщенном и перегретом паре. Масла цилиндровые с вязкостью при 100 °С 11 и 24 сCт (цилиндровое 2 и вискозин)—для машин с насыщенным паром, тяжелые цилиндровые масла вапор (₁₀₀ = 36 сCт) и ци­линдровое 6 (₁₀₀ = 52 сCт) —для машин с перегретым паром. Вы­пускаются также судовое масло и масло для судовых газовых турбин.

Моторные масла — в эту подгруппу включены многочисленные сорта масел, применяемых для смазки двигателей внутреннего сго­рания. Они подразделяются на авиационные, автотракторные и дизельные. Обозначение различных марок моторных масел бази­руется на следующих принципах. Первая большая буква, в дан­ном случае «М», указывает на подгруппу, цифры обозначают вяз­кость в ест при 50 или 100 °С, буквы п—масло с отечественной присадкой, и — с иностранной. Буквы С и К указывают на селек­тивную или кислотную очистку. Буквы Л, 3, С—летнее, зимнее, северное масло.

Сравнительно недавно принята новая индексация для марок моторных масел (табл. 10).

Индексация моторных масел. Таблица 10

Выпускаются следующие моторные масла:

Авиационные — это, как правило, остаточные масла хорошей очистки; марки: МС-14, МС-20, МК-22; здесь цифры обозначают вязкость (в ест) при 100 °С;

Автотракторные (автолы) — в основном дистиллятные масла, селективной очистки и с присадками, марки: АСп-6 (М6Б), АСП-10 (М10Б), АКЗп (М6Б), АКЗп-10 (М10Б; АКп-10 (М10Б), АК-15 (тракторное);

Автомобильные — фенольной селективной очистки, марки: АС-6 (М6Б), АС-8 (МВБ), АС-10 (М10Б);

Дизельные — Дп-8, Д-11, Дп-11, Дп-14 и фенольной селектив­ной очистки: ДС-8 (М8Б), ДС-10 (М10Б); для мощных быстроход­ных дизелей—масло МТ-1бп.

Трансмиссионные масла предназначены для смазки трансмис­сий автомобилей и тракторов, для зубчатых и гипоидных пере­дач, рулевого управления и для различных грубых механизмов. Все эти масла неочищенные, как правило осерненные для улучшения липкости (маслянистости), высокой вязкости. Выпускаются летние, зимние и северные марки осевых масел с вязкостью при 50 °С от 12 до 52 ест и др.

Специальные (несмазочные) масла. Эта подгруппа включает масла, предназначенные не для смазки, а для примене­ния в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в паро­струйных насосах и гидравлических устройствах, а также в транс­форматорах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды. Сюда же относятся меди­цинское, парфюмерное, поглотительные и некоторые другие масла специального назначения. Ко всем этим маслам предъявляются требования высокой очистки и в них контролируются некоторые специальные показатели в зависимости от условий применения. Названия этих масел отражают область их использования. На­пример, трансформаторные масла (ТКп, ТК), вазелиновое меди­цинское, конденсаторные, парфюмерное и т. д.

На установке первичной переработки нефти и получения битума смазочные и специальные масла не производят.

1.2.4.Консистентные смазки

Консистентные смазки представляют собой нефтяные мас­ла, загущенные мылами, твердыми углеводородами и другими за­густителями. Эти мазе- и пастообразные нефтепродукты предна­значены для смазки закрытых, как правило тяжелонагруженных, механизмов и для предохранения различных изделий от воздей­ствия условий внешней среды. Кроме того, некоторые сорта ис­пользуются для уплотнения (герметизации) различных систем. Это очень обширная группа нефтепродуктов, имеющая свою внутрен­нюю классификацию и систему обозначения (ГОСТ 3127—46). Все смазки делятся на два класса: универсальные (У) и специальные. Для обозначения разнообразных свойств универсальных смазок в их названиях к букве У добавляются буквы, указывающие на эти свойства:

• Н—низкоплавкие, с температурой каплепадения до 65 °С;

• С—среднеплавкие, с температурой каплепадения до 100°С;

• Т—тугоплавкие, с температурой каплепадения выше 100°С;

• М—морозостойкие, не застывающие при —30 °С;

• 3—защитные (от коррозии);

• К—кислотоупорные;

• В—водостойкие;

• А—акти­вированные;

• Р — не растворяющие резины.

Специальные смазки обозначаются буквами в соответствии с областями применения. Например: автотракторные—А, для пред­метов вооружения—В, железнодорожные—Ж, морские—М и т.п.

По своему назначению все смазки делятся на:

• антифрик­ционные, служащие для предотвращения износа (универсальные— солидолы и консталины и специальные—всего более 40 сортов);

• консервационные или защитные — пластичные и жидкие смазки для предохранения металлических и кожаных изделий;

• уплотнительные — для герметизации различных систем.

1.2.5.Парафины и церезины

Из твердых углеводородов, выде­ляемых из нефти и озокерита, изготавливаются вазелины (меди­цинский, ветеринарный, конденсаторный), парафин для синтеза жирных кислот, медицинский парафин, спичечный парафин, пара­фин для пищевой промышленности, различные марки церезина, восковые и пропиточные составы. Все товарные сорта парафина и церезина в основном различаются по температуре плавления (от 42 до 80 °С) и степени очистки.

1.2.6.Битумы

Битумы изготавливаются из тяжелых нефтяных остатков путем их окисления и предназначены для дорожного строительства, для получения кровельных материалов для гидроизоляции, элект­роизоляции, приготовления асфальтовых лаков и полиграфических красок.

Нефтяные битумы выпускаются в жидком, полутвердом и твер­дом виде. Многочисленные марки битумов отличаются друг от друга по температуре размягчения, глубине погружения иглы (пенетрации), по растяжимости (дуктильности).

Физико-химические свойства битумов производимых в ЦППНиПБ БНД 90/130 и БН 70/30 должны соответствовать требованиям ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 6617-76 соответственно. Перечень показателей их значения приведены в табл.11.

Характеристика битума производимого в ЦППНиПБ. Таблица 11

1.2.7.Сажа

Сажа — мелкодисперсный сыпучий углеродистый продукт, получаемый на сажевых заводах. Основной потребитель сажи — резиновая промышленность, где сажа используется как усилитель и наполнитель каучука. Для резиновой промышленности выпуска­ется восемь марок сажи. Специальные сорта сажи используются в качестве пигмента для изготовления типографских красок.

1.2.8.Нефтяной кокс

Нефтяной кокс выпускается четырех марок с содержани­ем золы от 0,6 до 0,3% и серы от 0,4 до 1,5%. Используется в ос­новном для производства анодной массы для выплавки алюминия и графитированных электродов [14].

1.2.9.Нефтяные кислоты и их соли

Нефтяные кислоты и их соли получаются в качестве от­ходов при щелочной очистке нефтепродуктов. Выпускаются для различного технического использования: асидолы (с содержанием кислот до 50%), мылонафт (натриевые соли нефтяных кислот), ис­пользуемый в основном в мыловаренной промышленности, и аси­дол-мылонафт.

1.2.10.Присадки к топливам и маслам

Присадки к топливам и маслам. Присадками называются вещества, добавляемые в небольших количествах с целью значи­тельного улучшения эксплуатационных свойств топлив и масел [15].

В качестве присадок применяют самые разнообразные синте­тические органические вещества, обладающие специфическими свойствами. Чаще всего это полярные, поверхностно-активные соединения. Производство некоторых из них будет описано. Отечественная нефтеперерабатывающая и нефтехимическая про­мышленность вырабатывает более 50 различных марок присадок.

1.3.Первичная перегонка нефти

1.3.1.Назначение первичной перегонки

Нефть, как уже было указано, представляет собой чрезвычайно сложную смесь взаимно растворимых углеводородов [12]. Разделить ее нацело на составляющие компоненты практически невозможно, но этого для промышленного применения нефтепродуктов и не требуется. В промышленной практике нефть делят на фракции, различающиеся температурными пределами перегонки. Это разде­ление проводится на установках первичной перегонки нефти с при­менением процессов дистилляции и ректификации.

Полученные фракции служат сырьем для дальнейшей пере­работки или используются как товарные продукты. Первичная перегонка — первый технологический процесс переработки нефти. Установки первичной перегонки имеются на каждом нефтепере­рабатывающем заводе.

1.3.2.Дистилляция

Дистилляцией или перегонкой называется про­цесс разделения смеси взаимно растворимых жидкостей на фрак­ции, которые отличаются по температурам кипения как друг от друга, так и от исходной смеси. При перегонке смесь нагревается до кипения и частично испаряется. Получаемые пары отбираются и конденсируются. Перегонкой получают дистиллят и остаток, ко­торые по составу отличаются от исходной смеси.

Перегонка может быть осуществлена однократным, многократ­ным или постепенным испарением.

При однократном испарении в течение всего времени нагревания смеси продуктов до определенной конечной температуры обра­зующиеся пары не выводятся из системы и остаются в контакте с жидкостью. После того как сообщение тепла заканчивается, вся парожидкостная смесь выводится в сепаратор. Здесь образовав­шиеся пары в один прием (однократно) отделяются от жидкости.

При многократном осуществлении процесса разделение фаз про­изводится в несколько приемов. Многократное испарение состоит из повторяющегося несколько раз процесса однократного испаре­ния. Первоначально происходит отделение паров от жидкости, а за­тем—на второй ступени—жидкая фаза, оставшаяся при отделе­нии паров в первой ступени, вновь испаряется и т. д.

При постепенном испарении [12] образующиеся пары по мере их образования непрерывно выводятся из перегонного аппарата. По­степенное испарение применяется при лабораторной перегонке нефти из колбы, а в промышленной практике прежде использова­лось при перегонке на кубовых установках.

Процесс однократного испарения обладает преимуществами перед постепенным испарением. При однократном испарении низко­кипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате, снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что дает возможность вести перегонку при более низких температурах.

При постепенном испарении, наоборот, легкие фракции отго­няют сначала, а тяжелые—в конце. Поэтому легкие фракции, которые превратились в пары и были выведены из аппарата, не влияют на температуру кипения тяжелых фракций. Благодаря влиянию легких фракций, применяя однократное испарение, можно снизить конец кипения перегоняемого сырья на 50—100 °С по сравнению с постепенным испарением.

На современных установках перегонка нефти проводится с при­менением однократного испарения.

Как известно, в составе нефти имеются углеводороды, кипя­щие при атмосферном давлении в интервале температур 400—500 °С и выше в то время как термическая стабильность углеводородов сохраняется только до 380—400 °С. При более высо­кой температуре начинается процесс разложения — крекинга угле­водородов, причем наиболее высококипящие углеводороды нефти обладают наименьшей термической стабильностью [15].

Для того чтобы избежать разложения углеводородов, надо по­низить температуру их кипения. Это достигается перегонкой нефти под вакуумом. Нефтяная фракция, выкипающая при атмосферном давлении в интервале температур 450—500 °С, может быть пере­гнана под вакуумом (остаточное давление 20—40 мм рт. ст.) при 200—250 °С.

Для понижения температуры кипения в практике нефтепере­работки применяют также перегонку с водяным паром, который снижает парциальное давление углеводородов.

Понизить температуру кипения фракции можно и перегонкой с инертным газом (азот, углекислый газ и т. д.). Однако этот ме­тод не нашел распространения, так как присутствие инертного газа ухудшает условия конденсации нефтяных фракций. На современных установках первичной перегонки нефти приме­няют совместное действие пониженного давления и ввода водяного пара.

1.3.3.Ректификация

П

Рис. 1. Схема ректифика­ционной колонны:

I—холодное орошение;II—рек­тификат; III—горячая циркули­рующая струя; IV—остаток; V—сырье.

Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости,

Контактирование паров и жидкости осуществляется в верти­кальных цилиндрических аппаратах—ректификационных колон­нах, снабженных специальными устройст­вами — ректификационными тарелками или насадкой, — позволяющими создать тесный контакт между паром, поднимаю­щимся вверх по колонне, и жидкостью, стекающей вниз (рис. 1).

В среднюю часть в виде пара, жид­кости или парожидкостной смеси подает­ся сырье, которое необходимо разделить на две части—высококипящую и низко­кипящую. В простейшем случае исходное сырье состоит из двух компонентов (например, бензола и толуола, бутана и изобутана и др.). Однако чаще сырье представляет собой многокомпонентную смесь, которую с помощью ректификации надо разделить на .два продукта, один из которых содержит в основном низкокипя­щие компоненты, а другой — высококипящие. Зона, в которую подается сырье, но­сит название эвапорационной, так как а ней происходит эвапорация — однократ­ное испарение нагретой в печи или теп­лообменнике смеси на паровую и жидкую фазы. В некоторых случаях эвапорационная зона отделена от колонны, и эвапорация производится в самостоятельном аппарате. Однако у большинства колонн, в частности на установках первичной перегонки, однократ­ное испарение и ректификация совмещаются.

Принцип работы промышленной ректификационной колонны аналогичен лабораторной. В работающей ректифика­ционной колонне через каждую тарелку проходят четыре потока:

• жидкость—флегма, стекающая с вышележащей тарелки;

• пары, поступающие с нижележащей тарелки;

• жидкость-флегма, уходящая на нижележащую тарелку;

• пары, поднимаю­щиеся на вышележащую тарелку.

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в со­стоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому состоянию. Жидкий поток с вышележащей тарелки посту­пает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испа­ряется некоторое количество низкокипящего компонента, в резуль­тате чего- концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадает в зону более низкой температуры и часть высококипящего продукта из этого потока конденсируется, переходя в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего—повышается. Фрак­ционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется. Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода — отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части .в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты — ректификат, а с низа — жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипя­щим компонентом. В отгонной части из этой жидкости окончатель­но отпаривается низкокипящий компонент. В виде жидкости с низа этой части колонны выводится второй целевой компонент — остаток.

Для нормальной работы ректификационной колонны необхо­димо, чтобы с верха колонны на нижележащие тарелки непре­рывно стекала жидкость {флегма). Поэтому часть готового про­дукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку колонны в виде так называемого орошения. С другой сто­роны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно подымались пары. Чтобы создать в ко­лонне паровой поток, часть уходящего из колонны остатка подогревается, испаряется и возвращается обратно в колонну.

На рис. 1 изображена наиболее типичная конструкция ректи­фикационной колонны. Существуют такие колонны, в которых имеется только концентрационная часть, когда сырье вводится под нижнюю тарелку колонны, или только отгонная, когда сырье пода­ется на верхнюю тарелку.

1.3.4.Перегонка нефти до мазута и гудрона

Первичная перегонка нефти на трубчатых установках осуществляется при атмосферном давлении и под вакуумом. При перегонке нефти на трубчатых установках, работающих при атмосферном давлении, из нефти выделяют светлые дистилляты—бензиновый, керосиновый, дизель­ный [15]. Остатком от перегонки при атмосферном давлении является мазут—фракция, перегоняющаяся выше 330—350 °С. Эти уста­новки носят название атмосферная трубчатая установка (АТ).

Для того чтобы выделить более высококипящие нефтяные фрак­ции, мазут подвергается перегонке на установках, работающих с применением вакуума. Остатком от перегонки мазута является гудрон.

В зависимости от общей схемы нефтеперерабатывающего за­вода и свойств поступающей для переработки нефти сооружаются либо установки атмосферной перегонки, либо установки, сочетаю­щие атмосферную и вакуумную перегонку,— атмосферно-вакуултые трубчатые установки (АВТ). Различные варианты технологических схем нефтеперерабатывающих заводов рассматриваются в п.3.

В тех случаях, когда на заводе необходимо получить макси­мальное количество светлых продуктов, перегонку ведут до гуд­рона. Выделенные из мазута темные дистиллятные фракции и гудрон затем перерабатывают с применением различных техноло­гических процессов, направленных на получение более легких нефтепродуктов (крекинг, коксование и Др.). Перегонку до гудрона проводят и в том случае, если на заводе организуется производ­ство нефтяных масел, кокса, битума. Если же для нужд близ­лежащих районов требуется получить максимальное количество котельного топлива, то ограничиваются перегонкой до мазута.

1.3.5.Ассортимент продуктов атмосферных и атмосферно-вакуумных процессов

В результате первичной перегонки нефти при атмо­сферном давлении получаются следующие продукты [12].

1. Сжиженный углеводородный газ, состоящий в основном из пропана и бутана. Количество продукта зависит от того, насколько глубоко была стабилизирована нефть на промысловых установках. При переработке нефти с большим содержанием газа пропан-бутановая фракция выводится с перегонной установки не только в жидком, но и в газообразном виде. После очистки от сернистых соединений прямогонный сжиженный газ может использоваться как бытовое топливо. Углеводородный газ является также сырьем газофракционирующих установок.

2. Бензиновая фракция. Перегоняется в пределах 30—180 °С. Используется в качестве компонента товарного автобензина, как сырье установок каталитического риформинга. Узкие фракции прямогонного бензина, полученные на установках и блоках вторичной перегонки, являются сырьем для выработки индивидуальных аро­матических углеводородов—бензола, толуола, ксилолов.

3. Керосиновая фракция. Перегоняется в пределах 120—315 °С, в зависимости от того, для какой цели применяется керосин: в ка­честве топлива реактивных авиационных двигателей, для осве­щения или как горючее для тракторных карбюраторных двигате­лей. Керосиновая фракция нуждается в очистке от сернистых соединений, которую проводят на специальных установках гидро­очистки.

4. Дизельная фракция. Перегоняется в пределах 180—350 °С. Ранее дизельную фракцию называли атмосферным газойлем. Фрак­ция используется как топливо для дизельных двигателей, установ­ленных на автомобилях, тракторах, тепловозах, судах морского и речного флота. Дизельная фракция, полученная из сернистых нефтей, нуждается в очистке от серы, которая проводится с примене­нием гидрогенизационного метода.

5. Мазут. Перегоняется при температуре выше 350 °С. Исполь­зуется в качестве котельного топлива, является сырьем установок термического крекинга.

Ассортимент продуктов вакуумной перегонки мазута зависит от выбранного варианта переработки нефти. Существуют две схе­мы перегонки мазута: масляная и топливная. При масляной схеме получают несколько фракций—вакуумных дистиллятов, при топ­ливной — одну [12].

Число вакуумных дистиллятов при масляной схеме перегонки мазута определяется типом перерабатываемой нефти.

Согласно существующей в настоящее время схеме получения ма­сел из восточных нефтей, на установках первичной перегонки сле­дует получать три вакуумных дистиллята:

• легкий (фракция 300— 400 °С),

• средний (фракция 400—450 °С),

• тяжелый (фракция 450— 500 °С).

Каждый из дистиллятов затем подвергается очистке, очищенные продукты смешиваются в различных соотношениях. В зависимости от рецептуры смеси получают тот или иной сорт масел.

Вакуумный дистиллят, вырабатываемый при топливной схеме переработки мазута, перегоняется при 350—500°С и используется как сырье каталитического крекинга или гидрокрекинга. Эту фрак­цию иногда называют вакуумным газойлем.

6. Гудрон—остаток от перегонки нефти, перегоняется при температуре выше 500 °С. Это — высоковязкий продукт, застываю­щий при 30—40 °С. Он используется как сырье установок термиче­ского крекинга, коксования, для производства битума и высоковязких масел.

1.4.Технологические схемы установок первичной перегонки нефти

1.4.1.Типы установок

Атмосферные и вакуумные трубчатые уста­новки существуют независимо друг от друга или комбинируются в составе одной установки. Существующие атмосферные трубчатые установки подразде­ляются в зависимости от их технологической схемы на следующие группы [15]:

• установки с однократным испарением нефти;

• уста­новки с двукратным испарением нефти;

• установки с предвари­тельным испарением легких фракций.

Принципиальная схема установки с однократным испарением приводится на рис. 2. Нефть из промежуточного парка или не­посредственно с установки ЭЛОУ забирается сырьевым насосом и пропускается через теплообменники и трубчатую печь в ректи­фикационную колонну. В эвапорационном пространстве происхо­дит однократное испарение нефти. Пары нефти затем разделяют ректификацией на целевые фракции, а из жидкости также с при­менением процесса ректификации удаляют легкокипящие фракции.

С

Рис. 2. Схема атмосферной перегонки с однократным испарением нефти:

I—нефть; II—газ; III—бензин; IV— керосин; V—дизельная фракция; VI— мазут; VII—вода.

Полуотбензиненную нефть забирают насосом и через трубчатую печь подают в основную, атмосферную ко­лонну, где происходит по­вторное испарение нефти и ректификация паров с выде­лением тяжелого бензина (смешиваемого затем с бен­зином, получаемым в от­бензинивающей колонне), керосиновой и дизельной фракции. Остатком являет­ся мазут.

П

Рис. 3. Схема атмосферной перегонки с дву­кратным испарением:

I—нефть; II—газ: III—бензин; IV— керосин; V—ди­зельная фракция; VI—мазут.

Испарение при этой схеме происходит дважды, а ректифика­ция проводится совместно для всех отгоняемых фракций, как и по схеме с однократным испарением.

Достоинством схемы с однократным испарением является то, что легкие и тяжелые фракции испаряются совместно. Это способствует более глубокому отделению тяжелых компонентов при относитель­но низких (300—325°С) температурах подогрева нефти. Установки однократного испарения компактны, имеют малую протяженность трубопроводов, требуют меньше, чем другие установки, топлива. Недостатки схемы с однократным испарением следующие:

• при перегонке нефтей с повышенным (выше 15%) содер­жанием бензиновых фракций значительно увеличивается давление в теплообменниках и трубах печного змеевика, что приводит к не­обходимости применять более прочную и металлоемкую аппара­туру, увеличивать давление в линии нагнетания сырьевого насоса;

• если на перегонку подается нефть, из которой плохо удалена вода, то это также приводит к повышению давления в печи и мо­жет вызвать повреждение фланцевых соединений печных труб;

• если перегоняемая нефть недостаточно хо­рошо обессолена, то при ее нагреве в трубах печи будут отлагаться мине­ральные соли, из-за это­го происходят местные перегревы в змеевиках печей, что в конечном итоге может приводить к аварии—прогару труб;

• при переработке сернистых и плохо обес­соленных нефтей необхо­димо защищать от кор­розии мощную основную колонну, что приводит к повышению расхода вы­соколегированной стали и цветных металлов.

П

Рис. 4. Схема атмосферной перегонки с предваритель­ным испарением нефти:

I—нефть; II—газ; III—бензин; IV—керосин; V— дизельная фракция; VI—мазут; VII—вода.

Однако, чтобы достичь такой же глубины отбора дистиллятов, как при однократном испарении, нефть на установках двукратного испарения приходится нагревать до более высокой температуры (360—370 °С). На установке с двукратным испарением удваивается количество ректификационных колонн, загрузочных насосов, ра­стут размеры конденсационной аппаратуры.

Преимуществом схемы с предварительным испарением являет­ся возможность снизить давление в печи, благодаря тому, что в эвапораторе отгоняются легкие фракции. Недостаток схемы—уве­личение размеров основной колонны, поскольку все пары, отде­ленные в эвапораторе направляются в ту же колонну, что и пары, полученные в печи.

На установках и блоках вакуумной перегонки также применя­ются схемы однократного и двукратного испарения (рис. 5).

Наиболее распространены вакуумные блоки с однократным ис­парением мазута (рис. 5, а). Они построены на большинстве оте­чественных нефтеперерабатывающих заводов. Но, как показал опыт эксплуатации, на таких блоках не удается получить хорошо отректифицированные вакуумные дистилляты с четкими пределами перегонки, необходимые для получения качественных масел.

Добиться улучшения четкости вакуумных дистиллятов можно за счет увеличения числа ректификационных тарелок в вакуумной колонне. Однако такое решение неприемлемо, поскольку при уве­личении числа тарелок снижается вакуум, повышается темпера­тура на нижних тарелках колонны, может понизиться глубина отбора и ухудшиться качество дистиллятов. Более рациональный путь улучшения качества вакуумных дистиллятов — перегонка по схеме двукратного испарения (рис. 5, б).

Схема предусматривает отбор в первой колонне широкой ма­сляной фракции, которая после повторного нагрева в печи раз­деляется во второй вакуумной колонне на фракции с более уз­кими пределами перегонки.

При двухступенчатой вакуумной перегонке расходуются допол­нительные количества топлива, пара, охлаждающей воды. Однако достигаемое улучшение качества масляных дистиллятов, а следо­вательно, и товарных масел компенсирует эти затраты.

1.4.2.Схемы установок

Н

Рис. 5. Схемы вакуумной перегонки мазута с однократным (а) и двукратным испарением (б):

I—мазут; II—водяной пар; III—несконденсировавшиеся газы и пары; IV, V, VI— масляные погоны; VII— гудрон.

На рис. 6 приводится технологическая схема атмосферно-вакуумной установки производительностью 1 млн. т нефти в год, рас­считанной на переработку восточных сернистых нефтей и эксплуа­тирующейся на многих нефтеперерабатывающих заводах.

Нефть из резервуаров промежуточного парка забирают насо­сом Н-1 и пропускают двумя потоками через сырьевые теплооб­менники. Для предотвращения коррозии оборудования к нефти до­бавляют раствор щелочи. Первый поток нефти подогревается в Т-1—фракцией 180—240 °С, в Т-2—первым погоном вакуумной колонны, в Т-3 — фракцией 240—300 °С, в Т-4 — фракцией 300— 350 °С, в Т-7—третьим погоном вакуумной колонны, в Т-8—гуд­роном.

В

Рис. 6. Технологическая схема атмосферно-вакуумнои трубчатой установки:

I—нефть; II—газ; III— головка стабилизации; IV— фракция н. к.— 85 °С; V— фракция 85—180 °С; VI— фракция 180— 240 С; VII - фракция 240-300 °С; VIII -фракция 300-350 °С; IX-первый погон вакуумной колонны (фракция < 350 °С); X-второй погон вакуумной колонны (фракция 350—400 °С); XI—третий погон вакуумной колонны (фракция 400—450 °С); XII — четвертый погон вакуумной колонны (фракция 450-490 °С); XIII-гудрон (фракция > 490 °С); XIV- водяной пар; XV-вола; XVI — щелочь; XV11— аммиачная вода.

Верхний продукт колонны К.-1 — пары бензиновой фракции с концом кипения 120—150°С конденсируются в конденсаторе-холо­дильнике погружного типа ХК-1 и поступают в рефлюксную емкость Е-1, откуда часть верхнего продукта насосом Н-3 возвра­щается в К-1 в качестве орошения (флегмы), а балансовое коли­чество насосом Н-5 подают на стабилизацию в стабилизатор бен­зина К-4 или выводят с установки.

В рефлюксной емкости Е-1 происходит также выделение газа, который поступает на установки атмосферной перегонки вместе с нефтью. Вследствие наличия газа давление в рефлюксной ем­кости и отбензинивающей колонне повышенное, оно составляет 3—4 ат.

Отбензиненную нефть — нижний продукт К.-1 — забирают насо­сом Н-2 и направляют в трубчатую печь П-1, полезная тепловая нагрузка которой составляет 16 млн. ккал/ч. Часть выходящего из печи потока возвращается в К.-1, внося дополнительное количе­ство тепла, необходимое для ректификации.

Остальная часть нагретой полуотбензиненной нефти поступает в основную атмосферную колонну К-2, где разделяется на несколь­ко фракций. Температура нефти на входе в К-2 по проекту со­ставляет 320°С, а на практике поддерживается более высокой— до 350°С.

Для снижения температуры низа колонны и более полного из­влечения из мазута светлых нефтепродуктов ректификацию в К.-2 проводят в присутствии водяного пара. Пар подается в нижнюю часть колонны в количестве 1,5—2% в расчете на остаток.

С верха колонны К-2 уходят пары бензиновой фракции с кон­цом кипения 180 °С, а также водяной пар. Пары поступают в кон­денсатор-холодильник ХК-2, после конденсации продукт попадает в емкость-водоотделитель Е-2. Отстоявшийся от воды тяжелый бен­зин забирают насосом Н-6 и подают совместно с верхним погоном К-1 в К-4. Часть бензина из Е-2 возвращается в К-2 в качестве острого орошения.

Из колонны К-2 выводятся также три боковых погона — фракции 180—240 °С, 240—300 °С и 300—350 °С. Эти погоны посту­пают первоначально в самостоятельные секции отпарной колонны К-3, где из боковых погонов в присутствии водяного пара удаля­ются легкие фракции. Освобожденные от легких фракций целевые продукты в жидком виде выводятся с установки, а пары легких фракций возвращаются в К.-2. Расход водяного пара составляет 1,5—2,0% в расчете на целевой продукт.

Фракция 180—240°С выводится с установки через теплообмен­ник Т-1 и холодильник Х-2. Фракции 240—300 и 300—350 °С также отдают в соответствующих теплообменниках избыточное тепло по­ступающей на установку нефти, охлаждаются в концевых холо­дильниках и выводятся с установки.

Для улучшения условий работы колонны К-2 и съема избыточ­ного тепла в колонне предусмотрен вывод циркулирующего ороше­ния. Это орошение забирается с 20-й тарелки, проходит через теп­лообменник Т-5 и возвращается в К.-2 на 24-ю тарелку.

Остаток из атмосферной колонны—мазут—забирают насосом Н-4 и подают в трубчатую печь /7-2, имеющую полезную тепловую мощность 8 млн. ккал/ч. Мазут, нагретый в печи до 420 °С, посту­пает в вакуумную колонну К-5.

В колонне К-5 поддерживается остаточное давление 60 мм рт. ст., температура низа колонны—385 °С. Для снижения температуры низа и облегчения условий испарения из гудрона легких компо­нентов в низ К-5 вводят водяной пар.

С верха К-5 выводят водяные пары, газы разложения, воздух и некоторое количество легких нефтепродуктов, которые посту­пают в барометрический конденсатор А-1, где охлаждаются водой и частично конденсируются. Несконденсированные газы отсасыва­ются двухступенчатыми эжекторами.

В вакуумной колонне предусмотрен отбор четырех боковых погонов: с 16, 12, 8 и 5-й тарелок. Эти погоны отбираются непо­средственно с тарелок. Часть первых трех погонов после охлаж­дения возвращается в колонну в качестве циркулирующего ороше­ния, предназначенного для съема избыточного тепла и улучшения условий ректификации.

Остаток вакуумной колонны — гудрон откачивается насосом через теплообменники Т-8 и Т-9 и концевые холодильники с уста­новки.

На АСТ мощностью 1 млн. т в год имеются также колонна вто­ричной перегонки К-6, предназначенная для разделения бензина на узкие фракции, и стабилизатор К-4. Назначение стабилизато­ра—удалить из бензина легкие углеводороды (пропан и бутан). Колонна вторичной перегонки предназначена для разделения бен­зина на фракции н. к. —85°С и 85—180°С.

Близкую с описанной выше схему имеют и более крупные оте­чественные установки атмосферно-вакуумной перегонки.

На нескольких отечественных нефтеперерабатывающих заводах построены комбинированные установки обессоливания и атмос­ферной перегонки нефти, обессоливания и атмосферно-вакуумной перегонки мощностью в 6 млн. т в год—ЭЛОУ-АТ-6 (рис. 7) и ЭЛОУ-АВТ-6.

Рис. 7. Технологическая схема комбинированной установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АТ-6:

I—нефть; II—головка стабилизации; III—фракция н. к.—62°С; IV— фракция 62— 85 °С; V — фракция 85—105° С: VI — фракция 105—140 °С; VII – фракция 140-180 °С; VIII — фракция 180-220° С; IX-фракцля 220-350 °С; Х-фракиия > 350° С; XI-войяной цар; XII-деэмуль-гатор.

Характеристика основных аппаратов установок. Таблица 12

Отличительной особенностью новых модернизированных уста­новок первичной перегонки является применение новых, более совершенных видов оборудования. Для конденсации паров приме­няются кожухотрубчатые холодильники-конденсаторы и конденсаторы воздушного охлаждения, для нагрева нефти—укрупненные теплообменники. В новых установках первичной перегонки учтен опыт, накопленный при эксплуатации ранее построенных АТ и АВТ.

В табл. 12 приводится характеристика основных аппаратов уста­новки ЭЛОУ-АВТ-6 (I) и установки АВТ мощностью 1 млн. т/год (II).

1.5.Очистка светлых дистиллятов

Светлые нефтепродукты — карбюраторные, реактивные и ди­зельные топлива, бензины-растворители, осветительный керосин, полученные непосредственно из ректификационной колонны уста­новок АВТ, гидроочистки, каталитического крекинга и других, еще не являются товарными продуктами, так как содержат в своем составе компоненты, ухудшающие их эксплуатационные качества.

Из бензинов, реактивных и дизельных топлив необходимо уда­лить сероводород, меркаптаны, нефтяные кислоты; из крекинг-бензинов помимо сероводорода и меркаптанов удаляют диеновые углеводороды, из дизельных топлив — твердые парафиновые углеводороды, из бензинов-растворйтелей и осветительных керосинов — ароматические углеводороды.

Для удаления нежелательных компонентов применяют хими­ческие и физико-химические методы очистки: обработку щелочью и серной кислотой, взаимодействие нормальных парафиновых уг­леводородов с карбамидом, адсорбцию.

1.5.1.Щелочная очистка

Щелочная очистка (защелачивание) применяется для удаления из нефтепродуктов сероводорода, низших меркаптанов и нефтя­ных кислот; щелочная доочистка — для удаления из нефтепродук­тов следов серной кислоты и кислых продуктов реакции после сер­нокислотной очистки [12].

Для удаления сероводорода применяют обычно раствор едкого натра или кальцинированной соды Na₂CO₃. Сероводород реаги­рует со щелочью по уравнениям:

2NаОН + Н₂S  Na₂S + 2H₂O

NаОН + Н₂S  NaHS + H₂O

Меркаптаны реагируют со щелочью с образованием меркаптидов:

RSН + NаОН  RSNa + H₂O

Меркаптиды хорошо растворяются в щелочи и поэтому могут быть удалены из дистиллятов. Удалению меркаптанов в виде меркаптидов препятствует гидролиз последних. Особенно легко под­вергаются гидролизу меркаптиды с большим молекулярным ве­сом, поэтому щелочным методом можно удалить только этил- и пропилмеркаптаны (степень извлечения порядка 90%). Примене­ние веществ, подавляющих гидролиз меркаптидов (например, ме­танола, органических кислот), значительно повышает степень очистки бензинов и реактивных топлив от меркаптанов. Такая очистка получила название очистки с усилителями.

Нефтяные кислоты образуют со щелочью или содой соли неф­тяных кислот—мыла:

RСООН + NаОН  RСООNa + H₂O

2RСООН + Nа₂CO₃  2RСООNa + CO₂ + H₂O

Соли нефтяных кислот переходят в водный раствор щелочи и, таким образом, легко отделяются от нефтепродукта.

Для щелочной очистки светлых нефтепродуктов обычно при­меняют 10% раствор NаОН. Температура защелачивания бензи­нов 40—50°С, керосинов 60—70°С, дизельных топлив 80—90°С. Повышение температуры уменьшает опасность образования вод­ных эмульсий и облегчает отстой нефтепродукта от щелочного раствора. Следы щелочи удаляются из нефтепродукта водной промывкой.

В настоящее время наиболее широко распространена полуне­прерывная схема защелачивания топливных дистиллятов. Нефте­продукт поступает непрерывно, а щелочной раствор циркулирует в системе и периодически обновляется. Отработанный раствор со­держит 2% NаОН. Таким образом, степень использования щелочи составляет 80%.

При защелачивании бензинов каталитического крекинга конеч­ная концентрация щелочи должна быть не меньше 3,5—4%, в про­тивном случае наблюдается повышенное содержание фактических смол вследствие недостаточно глубокого удаления сернистых со­единений при защелачивании.

Качество очистки контролируют специальной пробой на корро­зию медной пластинки. Как только очищаемый продукт переста­нет выдерживать эту пробу, отработанный щелочной раствор пол­ностью заменяют свежим.

Расход щелочи зависит как от конечной концентрации щелочи в отработанном растворе, так и от содержания сернистых или кислородных соединений в очищаемом продукте. Для прямогонного бензина расход составляет 0,32 кг/т.

Технологическая схема. Рассмотрим для примера схему за­щелачивания керосинового дистиллята (рис. 25).

О

Рис. 8. Технологическая схема защелачивания керосинового дистиллята:

I—керосин; II—10% раствор едкого натра; III—вода; IV— сернисто-щелочные стоки; V — очищенный керосин.

1.5.2.Осушка светлых нефтепродуктов

Одним из узких мест щелоч­ной очистки было до недавнего времени окончательное удаление влаги из очищенного дистиллята. В отстойнике Е-2 полнота уда­ления влаги не достигается. Введение в схему электроосадителя, аналогичного по конструкции горизонтальному электродегидратору установки ЭЛОУ, значительно улучшило осушку.

Применяется также осушка нефтепродукта (в частности, ке­росина) воздухом, пропускаемым вверх навстречу топливу, сте­кающему вниз по насадке цилиндрического аппарата.

Хорошие результаты получены при осушке с помощью фильт­ров, заполненных стекловатой. На Киришском НПЗ впервые осу­ществили в промышленном масштабе очистку авиакеросина от воды, остатков щелочи и механических примесей при фильтрова­нии авиакеросина через слой ваты, обработанный кремнийорганическими соединениями для придачи фильтрующей поверхности гидрофобных свойств. Процесс обезвоживания происходит за счет разности в сопротивлениях, которые испытывают частицы воды и нефтепродукта при прохождении через поры такой перегородки. Авиакеросин, поступавший на фильтрование после защелачива­ния, содержал 0,2—0,3% воды, после фильтрования—0,005— 0,009%. Следует отметить, что аппаратура для щелочной очистки, водной промывки и осушки размещается непосредственно на уста­новке получения дистиллятов: установках АВТ, гидроочистки и т. д.

Крупными недостатками щелочной очистки являются безвозв­ратная потеря дорогого реагента и образование большого коли­чества трудноутилизнруемых сернисто-щелочных стоков. По­скольку наибольшее количество щелочи расходуется на очистку бензинов сернистых нефтей от сероводорода, то вместо щелочной очистки разрабатываются регенеративные методы очистки с по­мощью растворов этаноламинов или трикалийфосфата, которые позволяют многократно использовать реагент, а также получать сероводород [12].

1.6.Производство нефтяных битумов

Нефтяные битумы нашли широкое применение в народном хо­зяйстве. Основное количество выпускаемых нефтяных битумов используется для целей дорожного строительства. С 1960 по 1970 г. протяженность дорог с асфальтобетонным покрытием возросла на 120 тыс. км. В текущей пятилетке строительство авто­дорог будет происходить еще более быстрыми темпами и затронет районы Севера и Сибири. Одновременно резко увеличиваются темпы строительных работ, а стройки — второй крупный потреби­тель нефтяных битумов.

Битумы представляют собой темные пластичные нефтепродук­ты, жидкие, полутвердые и твердые, в зависимости от марки и назначения. Битумы имеют наиболее высокую вязкость из всех продуктов нефтепереработки.

С физико-химической точки зрения битумы являются сложной коллоидной системой асфальтенов и ассоциированных высокомо­лекулярных смол в среде масел и низкомолекулярных смол. Асфальтены могут образовывать в зависимости от количественного соотношения со смолами, и маслами или жесткий каркас, или от­дельные мицеллы, адсорбирующие и удерживающие смолы. Масла представляют собой среду, в которой смолы растворяются, а асфальтены набухают.

Требования, предъявляемые к битумам, особенно дорожным, весьма разнообразны. Основное назначение дорожных битумов— связывание, склеивание частиц минеральных материалов (щебня, песка), придание им гидрофобных свойств, заполнение пространств между их частицами. Поэтому от качества битумов зависят проч­ность и долговечность асфальтовых дорожных покрытий.

Дорожные битумы должны:

• сохранять прочность при повы­шенных температурах, т. е. быть теплостойкими;

• сохранять эластичность при отрицательных температурах, т. е. быть морозо­стойкими;

• сопротивляться сжатию, удару, разрыву под воздей­ствием движущегося транспорта;

• обеспечивать хорошее сцеп­ление с сухой и влажной поверхностью минеральных материалов;

• сохранять в течение длительного времени первоначальную вязкость и прочность. Строительные битумы могут быть менее эластичными, но они должны быть более твердыми.

В условиях эксплуатации под воздействием солнечного света, кислорода воздуха, высоких и низких температур, резких перепа­дов температур, усиленных динамических нагрузок битумы разру­шаются. Разрушается коллоидная структура битума, смолы и асфальтены переходят в карбены и карбоиды, битум теряет способ­ность создавать цельный кроющий слой, становится хрупким, трескается и крошится. Кроме того, битум теряет способность при­липать к минеральным материалам: щебню, камню, песку. Все это ведет к разрушению дорог, толевых кровель, фундаментов, изоля­ции трубопроводов и пр.

Эксплуатационные свойства готовых битумов (табл. 7) конт­ролируют рядом показателей: глубиной проникания иглы (в мм) при 25°С, температурой размягчения (в °С), определяемой мето­дом кольца и шара, растяжимостью (в см) при 25 °С, температу­рой хрупкости (в °С), когезией (в кгс/см²) при 20 °С и адгезией. Глубина проникания иглы и температура размягчения характери­зуют твердость битума, растяжимость—его эластичность. Величи­на когезии, т. е. прочность тонких слоев битума при испытании на разрыв, свидетельствует о прочности битума, температура хруп­кости — о морозостойкости. Адгезия (или прилипание) — способ­ность прочного сцепления с минеральными материалами — опре­деляется только качественно.

Характеристика битумов. Таблица 13

Соотношение компонентов, входящих в состав битума, влияет на его свойства. Чем больше в битуме асфальтенов, тем битум тверже, смолы улучшают эластичность битума и его цементирую­щие свойства, масла сообщают битумам морозостойкость.

Зависимость эксплуатационных свойств битумов от их химиче­ского состава характеризуется величинами отношений содержания асфальтенов к содержанию смол А/С и суммы асфальтенов и смол к содержанию масел (А+С)/М. Битумы, сочетающие хорошую тепло- и морозостойкость с высокой прочностью, содержат около 23% смол, 15—18% асфальтенов и 52—54% масел; А/С = 0,5-0,6; (А+С)/М=0,8-0,9.

Для улучшения адгезионных свойств битумов применяют при­садки, представляющие собой поверхностно-активные вещества (ПАВ). В качестве ПАВ обычно применяют кубовые кислоты, являющиеся кубовым остатком при разгонке синтетических жир­ных кислот.

1.6.1.Способы получения битумов

Битумы можно получать одним из трех способов:

• глубокая вакуумная перегонка мазута;

• окисление остаточных нефтепродуктов воздухом при высо­кой температуре;

• компаундирование остаточных и окисленных продуктов.

Качество готовых битумов зависит в первую очередь от каче­ства сырья, а для окисленных битумов еще и от температуры, про­должительности окисления и расхода воздуха [12, 14].

Наилучшим сырьем для производства битума служат остаточ­ные продукты переработки тяжелых смолисто-асфальтеновых нефтей: гудроны, крекингостатки, асфальты и экстракты очистки масел. Чем больше содержание смолисто-асфальтеновых компо­нентов в нефти, чем выше отношение асфальтены: смолы и чем меньше содержание твердых парафинов, тем выше качество полу­чаемых битумов и проще технология их производства.

Из гудронов, имеющих оптимальные величины соотношений А/С и (А+С)/М, получают битум глубокой вакуумной перегон­кой. Это характерно для венесуэльской нефти. Высокопарафинистые нефти—наихудшее сырье для получения битума. Высокое содержание парафина в нефтях отрицательно сказывается на важ­нейших эксплуатационных показателях битумов: прочности и прилипаемости к минеральным покрытиям. Нефти, из которых полу­чают битумы, должны быть хорошо обессолены.

Характеристика гудронов, получаемых из советских нефтей и наиболее пригодных для производства окисленных битумов, при­ведена в табл. 8.

Характеристика гудронов смолистых нефтей. Таблица 14

При окислении гудронов часть масел превращается в смолы, часть смол переходит в асфальтены. В результате количество смол практически остается неизменным, а отношения А/С и (А+С)/М улучшаются.

1.6.2.Технология окисления битумов

Окисленные битумы получают при одновременном воздействии на нефтяные остатки кислорода воздуха и высокой температуры. Чем выше температура, тем бы­стрее протекает процесс. При слишком высокой температуре, однако, ускоряются реакции образования карбенов и карбоидов, что недопустимо.

Окисленные битумы получают на установках периодического и непрерывного действия. При периодическом процессе сырье подают в окислительный куб, температура .в котором должна быть 170—260 °С. После заполнения окислительного куба на одну треть начинают подавать в куб сжатый воздух под дав­лением 1—1,5 ат и одновременно доводят уровень сырья до опре­деленной высоты. При окислении выделяется тепло, поэтому тем­пературу процесса регулируют подачей воздуха. Если необходимо отводить избыточное тепло, то применяют циркуляцию продукта поршневым насосом, который выводит часть продукта из куба снизу и через водяной холодильник возвращает ее в куб сверху.

Продолжительность окисления зависит от качества сырья и тре­буемого качества битума. Чем тверже битум, тем время окисления должно быть больше. Обычно продолжительность окисления со­ставляет 18—40 ч. Температура .процесса 250—280 °С. После до­стижения товарного качества битума подачу воздуха прекращают, битум охлаждают циркуляцией через холодильник и откачивают на разливочную станцию. Образующиеся в процессе окисления жидкие и газообразные продукты из куба поступают в конденса­тор-холодильник, а оттуда — в сепаратор, где смесь разделяется на отгон (так называемую «черную солярку») и газы. Газы сжига­ются в печи. Отгон добавляется к котельному топливу.

Окислительные кубы — пустотелые стальные цилиндрические аппараты объемом от 50 до 250 м³; расположение их может быть вертикальным и горизонтальным. В нижней части аппарата рас­полагаются маточники для подачи воздуха. На установке имеется одновременно несколько таких кубов. Периодические установки малопроизводительны.

Установка для получения дорожных и строительных битумов непрерывным окислением в трубчатом реакторе состоит из трех одинаковых параллельных блоков. Она дает возможность одно­временно получать две марки строительных битумов и тяжелый компонент дорожного битума.

Дорожные битумы получают компаундированием переокислен­ного компонента с температурой размягчения 65 °С и разжижителей.

Технологическая схема установки (одного блока) показана на рис. 26.

Технологические параметры установки и материальный баланс. Таблица 15

Г

Рис. 9. Технологическая схема установки непрерывного производства окисленного битума:

I—гудрон; II—воздух; III—газы реакции; IV—отгон; V— готовый битум.

Пары и газы с верха колонны К.-1 поступают в конденсатор-холодильник Х-2, а затем сконденсировавшийся жидкий продукт отделяется от газов в сепараторе С-1. С низа сепаратора С-1 отгон отводится с установки. Газы из сепаратора С-1 дожигаются в печи П-3. Технологический режим установки представлен в табл. 9

1.6.3.Аппаратура

Реактор установки производительностью 250 тыс. т/год представляет собой цилиндрический аппарат диа­метром 2420 мм и высотой 11000 мм с вертикально расположен­ным змеевиком из стали Х5М диаметром 150 мм; скорость про­дукта в змеевике 11—12 м/сек. Снизу в реактор подается воздух, обдувающий змеевик снаружи.

Энергетические затраты реакторов разных типов. Таблица 16

Таким образом достигается мягкий съем тепла реакции. Нагретый воздух уходит в атмосферу. Смеси­тель—цилиндрический аппарат с нижним и верхним коническими днищами. Продукт вводится снизу по центру, воздух подается в нижнюю часть цилиндра через распределитель. Выше показаны сравнительные энергетические затраты на 1 т битума в реакторах обоих типов (табл. 10)

Испаритель—аппарат колонного типа диаметром 2600 мм и высотой 14000 мм, снабженный внутри направляющим спираль­ным желобом, по которому продукт стекает сверху вниз.

Для охлаждения битума и газов реакции применяют воздуш­ные холодильники.

Для повышения производительности битумных установок и улучшения качества окисленных битумов в последние годы широко применяют в качестве непрерывно действующих реакторов полые аппараты колонного типа.

Битумы, полученные непрерывным окислением сырья в колон­ных аппаратах, имеют такое же качество, как и полученные при окислении в трубчатом реакторе. При этом с точки зрения энерге­тических затрат колонные аппараты имеют несомненное преиму­щество.

О

Рис. 10. Окислитель колонного типа:

1—корпус; 2—штуцер для ввода гудрона; 3— штуцер для ввода воздуха с распределителем; 4— штуцер для вывода продукта;

5—штуцер для вывода газов окисления.

1.6.4.Контроль и автоматизация процесса

Основные параметры про­цесса контролируются и автоматически регулируются. Расход сырья на установку, а также соотношение свеже­го сырья и рециркулята на входе в смеситель поддерживаются постоянными. Температура про­дукта на выходе из печи регулируется расходом топлива в печь. Расход воздуха в смеситель поддерживается постоянным при помощи клапа­на на выкиде компрессора. Температурный ре­жим реактора определяется расходом ох­лаждающего воздуха в реактор. Уровень продукта в колонне К-1 регулируется отбором битума.

1.6.5.Техника безопасности

Битумы и гудроны, на­гретые до высокой температуры, в присутствии кислорода воздуха способны самовоспламенять­ся. Резкое изменение расхода воздуха, сырья, рециркулята может вызвать загорание внутри аппаратуры; резкое изменение температуры на выходе из печи может привести к закоксовыванию реактора, внезапному увеличению давле­ния и разрыву аппаратуры. Поэтому на установ­ке кроме обычных мер по герметизации оборудо­вания и тщательного контроля за технологичес­ким режимом следует применять аварийную бло­кировку. С прекращением подачи рециркулята автоматически отключается подача воздуха в смеситель.

1.6.6.Транспортировка битумов

Жидкие и полу­жидкие битумы разливаются в железнодорожные цистерны и полувагоны (бункеры), а также в автобитумовозы. Высокоплавкие битумы затаривают в бумажные мешки или отливают в специальные разборные формы. Мешки и болванки перевозят по железной дороге и автотранспортом.

1.7.Основная аппаратура установок первичной перегонки нефти

На установках первичной перегонки широко используются теплообменные аппараты, ректификационные колонны, трубчатые пе­чи, емкостные аппараты.

1.7.1.Теплообменная аппаратура

Теплообменные аппараты, применяемые на нефтеперерабатывающих заводах, и в частности на установках прямой перегонки, делятся на следующие группы:

• погружные холодильники;

• теплообменни­ки типа «труба в трубе»;

• ко­жухотрубчатые теплообменники;

• аппараты воздушного охлаж­дения;

• теплообменники непо­средственного смешения.

П

Рис. 11. Четырехходовой теплообмен­ник типа «труба в трубе»:

1—наружная труба; 2—внутренняя труба;

3— разъемный двойник; 4— приварной двой­ник.

Теплообменники типа «труба в трубе» (рис. 11) легко разби­раются для чистки и могут быть использованы при любой разности температур теплообменивающихся сред. Они применяются на уста­новках прямой перегонки для подогрева нефти остаточными про­дуктами— мазутом или гудроном.

К

Рис. 12. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой:

1—корпус; 2— трубный пучок; 3— плавающая готовка; 4—распределительная камера; 5—крышка; 6— днище; 7—опора.

Теплообменники с плавающей головкой (рис. 11)—основной вид теплообменного аппарата современного НПЗ. На установках первичной перегонки нефти они используются для подогрева нефти за счет тепла отходящих продуктов, в качестве водяных кон­денсаторов-холодильников, подогревателей сырья стабилизации и т. д.

Наличие подвижной решетки позволяет трубному пучку сво­бодно перемещаться внутри корпуса, пучок легко удаляется для чистки и замены. На современных установках первичной перегонки применяются теплообменники с плавающей головкой, имеющие по­верхность теплообмена 300—900 м² и длину трубок 6 и 9 м. Коэффициент теплопередачи в этих аппаратах равен 100— 150 ккал/ (м² • ч • град}.

Для конденсации и охлаждения продуктов в поверхностных теплообменниках применяется вода. Качество воды на заводах, как правило, невысокое, в ней содержатся посторонние примеси, она сильно минерализована. Поэтому в трубках холодильников от­лагается накипь и органические осадки, трубки подвержены кор­розии со стороны воды. Эти недостатки полностью устраняются при использовании взамен водяного охлаждения воздушного. Стро­ящиеся и проектируемые в настоящее время установки первичной перегонки оснащаются в основном конденсаторами и холодильни­к

Рис. 13. Аппарат воздушного охлаждения горизонтального типа (АВГ).

Аппараты воздушного охлаждения состоят из пучка труб с коллекторами (сборными трубами), вентилятора с электродвигате­лем, регулирующих устройств и опорной части. Теплопередача в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) происходит по прин­ципу противотока. Вентилятором воздух прогоняется через меж­трубное пространство. Пучок труб охлаждается снаружи. За счет теплоотвода через поверхность охлаждается продукт, протекаю­щий внутри трубок. Чтобы воздух равномерно распределялся по всей охлаждающей поверхности труб, вентилятор соединяется с трубными пучками посредством диффузоров.

Т

Рис. 14. Аппарат воздушного охлаждения зигзагообразного типа (АВЗ),

Чтобы интенсифицировать теплоотдачу от поверхности труб к воздуху, наружная поверхность труб увеличивается с помощью сплошного и частичного оребрения. Отношение полной поверхно­сти ребристой трубы к наружной поверхности гладкой трубы у ос­нования ребра называется коэффициентом оребрения. Чем выше коэффициент оребрения, тем больше коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплообменных труб к воздуху. Машино­строительной промышленностью выпускаются нормализованные аппараты воздушного охлаждения с коэффициентом оребрения 9 и 14,6.

Существуют аппараты воздушного охлаждения различной кон­струкции, отличающиеся расположением трубных секций. Наибо­лее часто применяются горизонтальные (АВГ, рис. 13) и зигзаго­образные холодильники (АВЗ, рис. 14). Конструкция аппаратов зигзагообразного типа отличается простотой монтажа и обслужи­вания. По сравнению с прочими типами АВО эти аппараты имеют наибольшую поверхность теплообмена и занимают наименьшую площадь. Число ходов в секциях АВЗ может изменяться в широ­ких пределах. На установках первичной перегонки применяются аппараты воздушного охлаждения горизонтального типа поверхностью до 1,8 тыс. м² и зигзагообразные поверхностью 5—7,5 тыс. м². Коэф­фициент теплопередачи в аппаратах воздушного охлаждения ра­вен 15—30 ккал/(м²•ч•град) (в расчете на оребренную поверх­ность).

1.7.2.Трубчатые печи

С помощью трубчатых печей технологическим потокам установок прямой перегонки и других технологических установок" сообщается тепло, необходимое для проведения процесса.

Трубчатые печи классифицируются по характерным для них признакам:

• полезной тепловой мощности;

• пропускной способ­ности;

• технологическому назначению;

• типу теплопоглощающего змеевика;

• конструктивным особенностям.

П

Рис. 15. Схемы основных типов трубчатых печен:

а — конвекционная печь; б — однокамерная печь с боковым расположением конвекционной камеры; в — однокамерная печь с нижним рас­положением конвекционной камеры; г — однокамерная печь с верх­ним расположением конвекционной камеры; д — вертикальная ци­линдрическая печь; е — однокамерная печь беспламенного горе­ния с панельными горелками; ж — двухкамерная двухпоточная печь с горизонтальным сводом; з — двухпоточная двухкамерная печь с наклонным сводом. 1—горелки (форсунки); 2—радиантный змеевик;3—конвекционный змеевик; 4— дымоход; 5— перевальная стенка; 6— панельные горелки.

По производительности, т. е. по количеству нагреваемого про­дукта в единицу времени, наиболее крупными являются печи пер­вичной перегонки. На установке АТ мощностью 6 млн. т нефти в год в трубчатой печи в течение часа подогревается свыше 900 т сырья.

По технологическому назначению печи нефтеперерабатываю­щих заводов делятся на печи прямой перегонки, термического кре­кинга, каталитического риформинга и др. На нефтеперерабатывающих заводах эксплуатируются труб­чатые печи самых разнообразных конструкций. Существуют печи отличающиеся по способу передачи тепла (радиантные, конвек­ционные, радиантно-конвекционные), по количеству топочных ка­мер (однокамерные и многокамерные), по способу сжигания топ­лива (печи с пламенным и беспламенным горением), по типу об­лучения труб (с односторонним и двусторонним облучением), по числу потоков нагреваемого сырья (одно-, двух- и многопоточ­ные), по форме камеры сгорания (цилиндрические, коробчатые и т. д.), по расположению труб змеевика (печи с горизонтальным и вертикальным расположением труб). Схемы основных типов трубчатых печей приводятся на рис. 15.

Основными теплотехническими показателями, характеризую­щими печь с точки зрения эффективности ее работы, являются теплонапряженность поверхности нагрева и коэффициент полезного действия печи, Теплонапряженностью поверхности нагрева называется коли­чество тепла, переданное через 1 м² поверхности нагрева в час. Допустимая теплонапряженность поверхности нагрева зависит от температуры стенки трубы, от температуры и скорости движения продукта, от свойств нагреваемого продукта. Теплонапряженность поверхности нагрева, как правило, должна быть тем меньше, чем более смолист и склонен к образованию кокса продукт, нагревае­мый в печи, чем ниже его скорость при движении по трубам, чем выше требуемая конечная температура нагрева продукта [12].

Теплонапряженность поверхности нагрева в радиантных трубах выше, чем в конвекционных. Средняя теплонапряженность радиантных труб составляет (в тыс. ккал/м²): при первичной пере­гонке нефти 25—50, при перегонке мазута 20—30, при термическом крекинге 20—40.

Коэффициентом полезного действия печи называется отноше­ние полезного используемого тепла к общему количеству тепла, вы­деленного при сгорании топлива. Перед конструкторами печей сто­ит задача добиться повышения к. п. д. печи. В печах, построенных на установках первичной перегонки мощностью 1, 2 и 3 млн. т в год в 1950—70 гг., этот показатель не превышал 60—65%. Но­вые конструкции печей, разрабатываемые в нашей стране и за рубежом, имеют более высокий к. п. д. — ~ 80% и выше.

На нефтеперерабатывающих заводах широко распространены одно- и двускатные трубчатые печи шатрового типа.

С

Рис. 16. Двускатная трубчатая печь шатрового типа:

I — выход продукта; II — вход продукта: III — газы в дымовую трубу.

Трубы змеевика крепятся к стенкам радиантной камеры печи при помощи подвесок и кронштейнов из жаропрочной стали, а в конвекционной камере укладываются на специальные решетки. Между собой они соединяются сварными калачами или разъем­ными переходами-двойниками. В радиантной камере имеются две группы труб—нижняя (подовый экран) и верхняя (потолочный экран).

Шатровые печи, несмотря на их универсальность, простоту в эксплуатации, в настоящее время не сооружаются. Их основной недостаток—низкие технико-экономические показатели. Коэффи­циент полезного действия этих печей не превышает 50—60%, так как почти нигде не используется тепло дымовых газов. Эти печи эксплуатируются с большим коэффициентом избытка воздуха, что также сказывается на к. п. д. печи. Шатровые печи требуют много места, для их сооружения расходуется большое количество леги­рованного металла.

Недостатки печей шатрового типа и других устаревших конст­рукций устраняются в конструкциях новых печей. К печам нового типа относятся трубчатые печи с излучающими стенками из па­нельных горелок, печи объемно-настильного пламени, вертикаль­но-факельные печи, разработанные институтом ВНИИНефтемаш, а также вертикальные трубчатые печи, разработанные в институте Ленгипрогаз.

О

Рис. 17. Вертикально -секционная трубчатая печь

1 – каркас-кожух; 2 – футеровка; 3 – радинатная часть змеевика; 4 – конвекционная часть змеевика; 5 – инжекционная горелка.

Вертикальные цилиндрические печи имеют тепловую произво­дительность от 1,5 до 12 млн. ккал/ч.

Вертикальные секционные печи наиболее часто применяются для современных установок прямой перегонки. Тепловая произво­дительность этих печей колеблется от 10 до 100—125 млн. ккал/ч.

Устройство вертикальной секционной печи показано на рис. 17. Печи этого типа состоят из ряда секций одинаковой теплопроизводительности и размеров.

Количество секций зависит от необходимой теплопроизводительности печи. Каждая секция состоит из радиантной и конвекционной камер, причем радиантные части всех секций печи объединяются в общий металлический сварной футерованный изнутри корпус.

Радиантная часть печи имеет в плане форму прямоугольника. В днище радиантных камер расположены форсунки. Чтобы улуч­шить обслуживание форсунок, печь приподнимается над землей на металлических стойках каркаса. Трубы змеевика располагаются внутри камеры, причем если печь состоит из одной секции, то все трубы змеевиков расположены у стен печи. Если в печи имеется несколько секции, то наряду с однорядными экранами по­являются двухрядные, распо­ложенные между топочными пространствами секции.

Сверху каждой радиантной камеры помещается конвек­ционная камера, которая так­же имеет прямоугольную фор­му, футерована легким жаро­стойким бетоном и содержит пакет горизонтальных ошипованных труб. Конвекционная камера заканчивается сборни­ком продуктов сгорания, имею­щим форму усеченной пира­миды. Продукты сгорания за­тем уходят в дымовую трубу. Дымовые трубы могут быть сооружены для каждой сек­ции отдельно или быть об­щими для нескольких сек­ций.

В вертикально-секционных печах с дымовыми газами уходит большое количество тепла, которое следует утили­зировать, используя, например, для выработки водяного пара. Испарительные секции котлов-утилизаторов располагаются над конвекционным змеевиком в каждой конвекционной ка­мере. Корпусом котла-утили­затора служит нижняя пря­моугольная часть сборника продуктов сгорания.

Преимущества вертикаль­ных трубчатых печей перед пе­чами других типов заклю­чаются в следующем:

• уменьшение расхода ле­гированного металла на под­вески и опоры труб змеевика, поскольку количество крепле­ний уменьшено и они вынесены за пределы обогреваемой зоны;

• значительное уменьшение габаритов и площади, занимае­мой печами;

• повышение к. п. д. до 80—85% за счет утилизации тепла и некоторого уменьшения потерь тепла через наружные стены;

• значительное снижение расхода футеровочного материала, благодаря применению легкого жаростойкого бетона.

1.7.3.Ректификационные колонны

В

Рис. 18. Схемы работы колпачковой тарелки:

1 — патрубок; 2 — колпачок; 3 — диск тарелки; 4— сливная труба; 5— сливная перегородка. H—высота уровня жидкости в слив­ном стакане; h_ст—высота ствкана; h_сл— высота подпора при сливе жидкости; l_сл — высота выступающей над тарелкой части сливной перегородки или трубы.

Существуют ректификационные тарелки различных типов— колпачковые (рис. 18), бесколпачковые, струйно-направленные и др [33].

Колпачковая тарелка представляет собой металлический диск, в котором имеется множество отверстий для прохода паров. По периметру отверстий закреплены бортики определенной высоты, называемые стаканами, благодаря которым на тарелке поддер­живается определенный слой жидкости. Сверху стаканы накры­ваются колпачками. Между верхним срезом стакана и колпачком имеется зазор для прохода паров, поступающих с нижележащей тарелки. При работе колпачки погружены в слой жидкости, и вследствие этого образуется гидравлический затвор, через кото­рый барботируют пары.

Уровень жидкости на тарелках поддерживается сливными пере­городками (сливными карманами), нижняя часть которых доходит до следующей тарелки. Избыток жидкости по сливным карманам спускается на нижележащую тарелку. Положение колпачков мож­но регулировать, изменяя размер зазора между колпачком и верх­ним срезом стакана. Очень важно, чтобы тарелки размещались в колонне строго горизонтально и чтобы все колпачки были одинако­во погружены в жидкость на тарелке. Если эти требования не вы­полнены, то в какой-либо части тарелки толщина слоя жидкости будет меньше. Через эту часть тарелки начнет проходить большее количество жидкости, и многие колпачки на остальной части та­релки перестанут работать.

Наиболее распространены колпачковые тарелки желобчатого типа, тарелки с S-образными элементами, с круглыми колпачками и тарелки клапанного типа.

Ж

Рис. 19. Тарелка с желобчатыми колпачками:

1—корпус колонны; 2—глухие сегменты; 3—карманы; 4, 7—сливная перегородка; 5— колпачок; 6— желоб.

Тарелка состоит из нескольких желобов, прикрепленных к опор­ным уголкам. Над желобами располагаются колпачки, монтируе­мые на нужной высоте. Жидкость движется по тарелке вдоль колпачков. Основной недостаток желобчатых тарелок заключается в малой площади барботажа (до 30% от площади тарелки), что спо­собствует увеличению скорости паров и уносу флегмы.

В

Рис. 20. Тарелка из S-образных элементов:

1—S-образный элемент; 2—плоский сегмент; 3—карман; 4—сливная перегородка; 5—опорная полоса; б—струб­цина-скоба; 7—первый элемент; 8—колпачок.

Тарелки из S-образных элементов предназначены для колонн, работающих при атмосферном или невысоком давлении, для них характерна устойчивая равномерная работа при изменении нагру­зок. Производительность тарелок на 20% выше, чем желобчатых.

Еще более эффективны для колонн, работающих при перемен­ных нагрузках по пару и жидкости, а также для колонн, в которых требуется добиться повышенной четкости разделения, клапанные прямоточные тарелки. Основной элемент такой тарелки — клапан (рис. 21), который под действием паров приподнимается над по­лотном тарелки на различную высоту. В отличие [33] от прочих колпачковых тарелок, работающих в статичном режиме, для клапанных тарелок характерен динамический, переменный режим работы.

П

Рис. 21. Клапанные колпачки — прямоугольный (а) и круг­лый (б):

1— клапан; 2— удерживающая скоба.

Из бесколпачковых тарелок применение в последние годы на­шли решетчатые тарелки провального типа и сетчатые тарелки с отбойными элементами.

О

Рис. 22. Схема работы сложной ректификационной колонны с выносными от­гонными секциями:

I—сырье; II—ректификат; III, IV, V— боковые погоны; VI­остаток; VII—водяной пар.

На установках первичной перегонки нефть требуется разделить на большое количество фракций. Поскольку одна обычная ректи­фикационная колонна может обеспечить разделение смеси только на две фракции, на современных перегонных установках широкое распространение получили сложные колонны, в которых как бы совмещается несколько простых колонн (рис. 22).

Нагретая в печи нефть поступает в среднюю часть секции 1 и разделяется на жидкую и паровую фазы. Жидкая фаза опускается по тарелкам нижней (отгонной) части секции и при этом из нее от­гоняются легкие фракции. Для улучшения условий отгонки легких фракций в нижнюю часть отгонной секции вводится водяной пар.

Паровая фаза поднимается по тарелкам верхней концентрацион­ной части секции 1, постепенно облегчается по составу и затем по­ступает в секцию 2. Секция 1 представляет собой полную ректифи­кационную колонну, остатком которой является мазут, а дистилля­том — смесь бензиновых, керосиновых, дизельных фракций. Эта смесь служит сырьем секции 2. В секции 2 от смеси отделяется тя­желая дизельная фракция (300—350° С), которая частично перетекает в секцию 1, являясь ее орошением, а частично по­ступает в отдельно расположенную от­гонную часть. Здесь тяжелая дизельная фракция дополнительно ректифици­руется. Для облегчения удаления лег­ких компонентов в нижнюю часть отгон­ной секции также вводится водяной пар, как и в нижнюю часть основной колонны [12].

В секции 8 отделяется легкая дизель­ная фракция, а в секции 4—керосиновая. Как и секция 2, секции 3 и 4 представ­ляют концентрационные части простых колонн. Отгонные части этих колонн также выделены в самостоятельные ко­лонны. Готовые продукты — керосино­вая, легкая и тяжелая дизельная фрак­ции — отбираются с низа отгонных сек­ций, а отогнанные легкие фракции совме­стно с водяным паром отводятся в ос­новную колонну. С верха основной ко­лонны уходит смесь водяного пара и па­ров самого легкого дистиллята — бензи­нового.

При сооружении сложных колонн рас­ходуется гораздо меньше металла, чем для нескольких простых колонн, упроща­ется обслуживание, уменьшается коли­чество коммуникаций. Сложные колонны применяются в тех слу­чаях, когда не требуется особенно высокой четкости разделения продуктов. Для четкого и сверхчеткого фракционирования (при вторичной перегонке бензинов, газоразделении) обычно устанавли­вается несколько простых ректификационных колонн, в каждой из которых выделяется один или два целевых компонента.

Способы создания орошения. Чтобы обеспечить нор­мальное проведение процесса ректификации, в колонне необхо­димо создать поток орошения (флегмы). В промышленной прак­тике применяются три основных способа создания орошения: с при­менением поверхностного парциального конденсатора; холодным, испаряющимся (острым) орошением; циркуляционным, неиспаряю­щимся орошением.

С

Рис. 23. Схемы орошения ректификационных колонн: а — с примене­нием парциального конденсатора; б — с применением холодного (острого) орошения; в — циркулирующее орошение.

I—пары из колонны; II—орошение; III—вода; IV—пары продукта; V—балан­совый ректификат.

1—колонна; 2— парциальный конденсатор; 3—конденсатор-холодильник; 4—рефлюксная емкость; 5— насос; 6—теплообменник (холодильник).

При съеме тепла острым орошением на верх колонны по­дается насосом холодная жидкость, соответствующая по составу ректификату. Эта жидкость, контактируя на верхней тарелке с па­рами, поднимающимися с нижних тарелок, испаряется. Поднимаю­щиеся снизу пары охлаждаются, частично конденсируются. Обра­зовавшийся конденсат стекает на следующую тарелку в качестве орошения. Пары орошения и испарившегося на верхней тарелке продукта уходят в конденсатор-холодильник 3. После конденсации продукт собирается в емкости 4, откуда ректификат отводится в качестве товарного продукта, а орошение вновь возвращается в ко­лонну.

С помощью циркулирующего, неиспаряющегося орошения теп­ло отводится как из верхней части колонны, так и из промежуточ­ных сечений. Схема съема тепла циркулирующим орошением сле­дующая: жидкость забирается насосом 5 с какой-либо тарелки, про­качивается через холодильник или теплообменник 6 и возвращается в колонну на вышележащую тарелку.

Сравнивая различные методы создания орошения, следует отме­тить, что применение парциального конденсатора связано с боль­шими неудобствами. При высокой производительности установок размеры парциальных конденсаторов растут и становится трудно размещать их над колонной. Кроме того, возникают сложности в регулировании температуры колонны, так как быстро изменить ко­личество подаваемого из парциального конденсатора орошения не­возможно.

При отводе тепла острым орошением конденсатор можно раз­мещать на любой высоте, сооружение и эксплуатация конденсато­ров в этом случае много проще. Однако применение острого ороше­ния требует установки специальных насосов для подачи орошения и затраты электроэнергии.

На современных установках по перегонке нефти используются комбинированные схемы орошения. Так, в сложных атмосферных колоннах сочетается острое и циркулирующее орошение. В слож­ных колоннах вес ректификата при переходе от первой (нижней) простой колонны (секции) к верхней сокращается, а вес флегмы (если в колонну подается только острое орошение) должен в той же последовательности увеличиваться. Дело в том, что через сек­ции, расположенные выше, должно проходить такое количество флегмы, которого было бы достаточно не только для данной колон­ны, но и для колонн, расположенных ниже. Таким образом, выше­лежащие секции оказываются перегруженными жидкостным пото­ком, величина которого значительно превышает необходимое для данной секции орошение. При переходе на комбинированную схему в виде острого орошения вводится только то количество флегмы, которое необходимо для верхней секции колонны. В остальных сек­циях флегма создается с помощью циркулирующего орошения, ко­торое забирается с нижележащей тарелки соответствующей секции, охлаждается и подается на верхнюю тарелку этой секции. В атмос­ферных колоннах современных установок первичной перегонки имеется 2—3 циркулирующих орошения. Число промежуточных орошении, как правило, на единицу меньше числа отводимых боко­вых погонов.

Внедрение промежуточных циркулирующих орошении позво­ляет улучшить условия регенерации тепла на установке, так как температура отводимого циркулирующего орошения выше темпера­туры острого орошения и дает возможность значительно разгрузить верхнюю часть атмосферной колонны и конденсаторы-холодильни­ки. В многосекционных вакуумных колоннах орошение создается исключительно с помощью потоков циркулирующих орошении.

Способы создания вакуума. Вакуум в колоннах со­здается с помощью вакуум-насосов или пароструйных эжекторов. Вакуум-насосы по принципу действия аналогичны компрессорам. Существуют поршневые, ротационные и водокольцевые вакуум-насосы.

П

Рис. 24. Пароэжекторные агре­гаты — одноступенчатые (а) и двухступенчатые (б).

Чтобы создать небольшой вакуум (до 680 мм рт. ст.}, исполь­зуют одноступенчатые эжекторы. Если требуется более глубокий вакуум, применяют многоступенчатые пароэжекторные агрегаты, снабженные промежуточными конденсаторами (рис. 24). В конден­саторах рабочий пар и газы, выходящие из предыдущей ступени, конденсируются и охлаждаются.

Эжекторами и вакуум-насосами из вакуумных колонн отсасы­ваются газы разложения, водяной пар, подаваемый в колонны для улучшения ректификации, а также воздух, попавший в аппаратуру вследствие ее недостаточной герметичности. Схемы конденсации паров, уходящих из вакуумных колонн, изображены на рис. 25.

В

Рис. 25. Схемы конденсации паров, уходящих из вакуумной колонны: а — с конденсатором смешения; б — с поверхностным конденсатором.

I—водяной пар; II—вода; III—уловленный нефтепродукт; IV—вода, за­грязненная нефтепродуктами; V—нескондевсировавшиеся газы (выхлоп эжектора). 1—колонна; 2—барометрический конденсатор; 3—барометрическая труба: 4— эжектор; 5— промежуточный конденсатор эжектора; 6 — барометрический колодец.

Вода, загрязненная нефтепродуктами, попадает затем в сточ­ные воды завода, загрязняя почву и водоемы.

В схеме на рис. 25, б опасность загрязнения воды устранена. Па­ры с верха вакуумной колонны поступают в кожухотрубчатый по­верхностный теплообменник, где конденсируется основная часть водяных паров и унесенных нефтяных фракций. Затем конденсат и пары поступают в вакуум-приемник, из которого несконденсировав­шиеся пары отсасываются эжекторами. Конденсат по барометриче­ской трубе поступает в отстойник-колодец. Сюда также подаются паровые конденсаты из межступенчатых конденсаторов эжектора. Вода из отстойника сбрасывается в канализацию. Как показал опыт эксплуатации на нескольких нефтеперерабатывающих заво­дах, в этой воде почти не содержится сероводорода. Основное его количество находится в газах, выбрасываемых из последней сту­пени эжектора. Эти газы предложено очищать от сероводорода. Нефтепродукт, отделенный от воды в отстойнике-колодце, возвра­щается в линию дизельного топлива.

Современные схемы создания вакуума обеспечивают поддержа­ние в колоннах АВТ остаточного давления 40—70 мм рт. ст.

1.8.Меры борьбы с коррозией

Причины коррозии при переработке сернистых нефтей. Нефть, добываемая в промысловых районах Татарии и Башкирии, а также на некоторых месторождениях других районов, содержит от 1,5 до 3% серы [7, 10]. При переработке этой нефти выделяется большое коли­чество коррозионноактивных соединений — сероводорода и меркап­танов.

Сероводород активно воздействует на сталь, из которой выпол­нена технологическая аппаратура. Образуются продукты коррозии, состоящие из различных сульфидов железа. Скорость коррозии уг­леродистой стали в среде влажного сероводорода составляет 0,3—1,5 мм в год. Если учесть, что, например, трубки теплообмен­ников имеют толщину 2—2,5 мм, то понятно, какой ущерб ежегодно наносится народному хозяйству сероводородной коррозией металла.

Другой причиной коррозии является наличие в поступающих на заводы нефтях высокоминерализованных, содержащих большое количество солей, пластовых вод. На многие установки первичной перегонки даже после двух- и трехступенчатого обессоливания поступает нефть, в которой содержится более 20 мг/л солей. При нагреве такой нефти до 350 °С соли (в основном, хлориды) разла­гаются. Образуется хлористый водород, который в присутствии вла­ги обладает высокой коррозионной способностью. Скорость корро­зии черных металлов в присутствии влажного хлористого водорода в 10—20 раз выше, чем в присутствии сероводорода. Показателем интенсивности коррозии служит рН воды, удаляемой из рефлюксных емкостей отбензинивающей и атмосферной колонн, а также со­держание в этой воде иона железа.

Методы борьбы с коррозией. Для уменьшения коррозии на установках первичной перегонки нефти применяются следующие методы:

• глубокое обессоливание и обезвоживание нефти;

• до­бавка нейтрализующих веществ;

• использование коррозионно-стойких металлов и лакокрасочных покрытий;

• введение ингиби­торов коррозии.

Глубокое обессоливание нефти — одно из главных условий сни­жения коррозии аппаратуры. Однако следует иметь в виду, что и при глубоком обессоливании коррозия полностью не устраняется. При обессоливании в первую очередь удаляются хлориды натрия, а менее стабильные хлориды кальция и магния остаются в нефти.

Для подавления хлористоводородной коррозии на перегонных установках нефть подщелачивается. С этой целью применяют раствор едкого натра или смесь растворов соды и щелочи. Подщелачиванием можно уменьшить скорость коррозии в 10—20 раз.

Наряду с подщелачиванием нефти на многих установках пер­вичной перегонки применяется подача в верхнюю часть атмосфер­ной и отбензинивающей колонн аммиака. Расход аммиака регули­руется в зависимости от рН дренируемой из рефлюксных емкостей воды. Подачей аммиака коррозию снижают на 60—80%.

Аммиак целесообразно применять только для подавления кор­розии черных металлов (чугуна и стали). Если аппаратура изго­товлена из цветных металлов и сплавов, то при неосторожном применении аммиака коррозия может даже усилиться. Аммиак по­дается в виде водного раствора концентрацией 5—7% или в газо­образном виде. Первый способ более эффективен, так как предот­вращает загрязнение аппаратуры солями аммония.

Наиболее интенсивно корродируют на [10] установках прямой пере­гонки печные трубы, линии горячих остатковых продуктов (мазута и гудрона), верхняя часть атмосферной колонны, конденсационно-холодильная аппаратура. Чтобы увеличить срок службы обору­дования, на этих участках применяются более коррозионностойкие материалы—легированные стали Х5М и 0Х13, латунь, сплав ни­келя и меди, называющийся монельметаллом. Для удешевления аппаратуры ее изготовляют из двухслойного металла — внутрен­няя, подверженная действию вредных соединений поверхность вы­полняется из легированного металла, а наружная — из углероди­стой стали.

Наибольший эффект в борьбе с коррозией на установках пря­мой перегонки дает применение специальных ингибиторов (замед­лителей) коррозии. Ингибиторы, как правило, представляют собой органические вещества, которые образуют защитную пленку на по­верхности металла.

На отечественных заводах применяются ингибиторы коррозии ИКБ-1 и ИКБ-2. ИКБ-1 представляет собой смесь азотистых и сер­нистых соединений, извлекаемых из тяжелых фракций нефти. Он применяется в виде раствора в смеси бензина и ароматических уг­леводородов. Количество подаваемого ингибитора составляет около 0,005% на поток бензина, проходящего через конденсатор-холо­дильник. Вместе с ИКБ-1 подается аммиак. Скорость коррозии чер­ных металлов при совместном применении ИКБ-1 и аммиака уменьшается на 85—90%. Недостатком ИКБ-1 является то, что при его использовании увеличивается содержание смол и азота в прямогонном бензине.

Более эффективен ингибитор ИКБ-2, представляющий собой твердую пасту, которую растворяют в воде или масле. Полученный 3—5% раствор подается в шлемовую линию атмосферной колонны в количестве около 0,001% на бензин.

1.9.Основы эксплуатации перегонных установок

1.9.1.Пуск установки

Ввод установки в эксплуатацию [6] состоит из нескольких этапов: холодной циркуляции, опрессовки аппаратов, горячей циркуляции, вывода установки на режим. При холодной циркуляции нефть из сырьевого резервуара забирают насосом, прокачивают через основную аппаратуру установки и возвращают по сырьевой линии в резервуар. Назначение этой операции—тща­тельная проверка герметичности всех соединений, наладка работы насосов и контрольно-измерительных приборов.

Горячая циркуляция предназначена для плавного прогрева аппаратуры и оборудования, удаления из системы воды. После включения в работу конденсаторов-холодильников ректификаци­онных колонн продувают паром камеры сгорания печей и зажи­гают с помощью форсунки печи.

Подъем температуры в аппаратах ведут постепенно. После до­стижения на верху колонн температуры 100—105° С дальнейший подъем температуры временно прекращают. Выдержка необхо­дима для полного испарения воды из системы. Удалив оконча­тельно всю воду, возобновляют подъем температуры со скоро­стью 25—30 град/ч. Температура поднимается до тех пор, пока не будет достигнута предусмотренная нормами технологического ре­жима величина в трансферной линии (линии подачи сырья из печи в колонну). Затем начинают налаживание нормального технологи­ческого режима на установке.

Вывод установки на режим производится в следующей после­довательности. Как только будет достигнут нормальный уровень бензина в рефлюксных емкостях, включают насосы и начинают подачу орошения в колонны. Регулируя расход орошения, устанав­ливают заданную температуру верха колонн, после чего налажи­вают работу систем циркулирующих орошении, затем в К-2 по­дают водяной пар, открывают задвижки между атмосферной и отпарными колоннами, начинают подачу пара и в эти ко­лонны.

По мере появления уровня жидкости в отпарных колоннах включают насосы откачки. Однако керосиновые и дизельные фрак­ции не сразу выводят в товарные резервуары, а первоначально сбрасывают в сырье установки. Так поступают до тех пор, пока не будет получено подтверждение из лаборатории, что эти фрак­ции по качеству соответствуют нормам.

1.9.2.Остановка установки

Плановая остановка на ремонт установки первичной перегонки ведется следующим образом. Постепенно снижают температуру на выходе нефти из печи и уменьшают до 50% производительность установки [3, 6]. После того как температура на выходе из печи снизится до 320° С, установку переводят на го­рячую циркуляцию—прием сырья и вывод продуктов прекра­щается. Затем приостанавливают подачу острого водяного пара в колонны, перекрывают линии перетока боковых фракций из атмо­сферной колонны в отпарные секции, откачивают оставшиеся в отпарных секциях нефтепродукты в резервуар «некондиции» (не­качественного продукта), находящийся в промежуточном парке установки.

Далее останавливают насосы циркулирующих орошении, но подачу острого орошения продолжают еще некоторое время, что­бы постепенно охладить колонну. Прекращение подачи острого орошения и отключение всех насосов и вентиляторов воздушных холодильников производится после того, как исчезнет уровень жидкости в рефлюксных емкостях. После снижения температуры на выходе из печи до 250° С ту­шат все форсунки и перекрывают задвижки на линиях подачи топ­лива. Когда температура низа колонн К-1 и К-2 снизится до 150— 160° С, горячая циркуляция прекращается.

После того как установка остановлена, проводят тщательную подготовку аппаратуры к ремонту. Змеевики печных труб, все ап­параты и трубопроводы полностью освобождаются от нефтепро­дуктов, продуваются водяным паром (пропариваются). Помимо пропарки на всех установках начинают практиковать продувку аппаратуры перед ремонтом инертным газом.

1.9.3.Контроль и регулирование работы установок

Работа установ­ки первичной перегонки, как и любой другой технологической уста­новки, регулируется производственным персоналом с помощью контрольно-измерительных приборов, а также путем непосредст­венного контроля за состоянием аппаратуры, оборудования, ком­муникаций, лабораторных анализов качества сырья и получаемой продукции [6].

Установки первичной перегонки нефти оснащены большим ко­личеством приборов для измерения и автоматического регулиро­вания расхода, температуры, давления и уровня продуктов в ап­паратах и трубопроводах. На современной установке АВТ имеется более 2 тыс. приборов автоматического контроля и регулиро­вания.

На рис. 26 приводится схема регулирования работы атмосфер­ной ректификационной колонны и отгонных колонн. Основные регулируемые параметры в атмосферной колонне следующие:

• температура верха колонны;

• температура верхней части секций колонны;

• давление;

• расход пара в колонну;

• уровень жидкости в колонне.

Температура верха колонны зависит от того, какой конец ки­пения должен иметь бензиновый погон, отбираемый в этой ко­лонне. Она поддерживается постоянной за счет подачи определен­ного количества острого орошения. Задание регулятора темпера­туры 1 связано с выходным сигналом анализатора конца кипения бензиновой фракции типа АКР. Если при заданной температуре верха колонны качество бензина будет изменяться, например, за счет изменения состава сырья, то АКР изменит задание регулятору температуры, который изменит последнюю. Новая температура будет поддерживаться другим количеством орошения на другом постоянном значении, соответствующем заданному концу кипения бензина.

Т

Рис. 26. Принципиальная схема регулирования атмосферной колонны.

Расход пара в колонне также поддерживается постоянным с помощью соответствующих приборов 4. Для поддержания уровня жидкости в колонне служит регулятор уровня 5; кроме того, об изменении уровня выше или ниже допустимого предела оператор получает соответствующий световой и звуковой сигнал.

В отгонных колоннах регулируется уровень изменением коли­чества отводимых продуктов (приборы 7 и 8}, а также качество выводимых фракций. На линиях подачи пара в отгонные колонны устанавливается регулятор расхода, а на линиях вывода кероси­новой и дизельной фракций—датчики температуры вспышки. Датчики, состоящие из первичных и вторичных приборов, анали­зируют температуру вспышки и выдают сигнал регулятору рас­хода пара. При повышенной подаче пара растет количество отпа­риваемых легких фракций [18].

Нормальная эксплуатация установки первичной перегонки во многом зависит от технологического режима печей. Схема регули­рования трубчатой печи приводится на рис. 27. Основной регули­руемый параметр в трубчатой печи — температура нагреваемого продукта на выходе из печи. Необходимо, чтобы температура эта поддерживалась постоянной.

В настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах приме­няется схема связанного регулирования температурного режима трубчатых печей. В системе имеются два регулятора 2 и 3. Один из них 2 поддерживает постоянной температуру дымовых газов над перевальной стенкой печи. При отклонении температуры от заданного значения регулятор с помощью клапана 1 изменяет по­дачу топлива в печь.

При постоянстве температуры, состава и расхода нагреваемого продукта и при неизменном состоянии змеевика печи температура продукта на выходе из печи б

Рис. 27. Принципиальная схема регулирования трубчатой печи.

На температурный режим нефтезаводских печей влияет также равномерность подачи продукта в печь. Поскольку при частом изменении расхода продукта меняется температура в печи и уменьшается продолжительность безаварийной эксплуатации труб змеевика печи, расход продукта в печь следует поддерживать по­стоянным. Для поддержания постоянства расхода продукта на вы­ходной линии насоса устанавливается диафрагма 6, связанная с регистрирующим прибором и регулирующим блоком 8. Регулирую­щий блок в соответствии с установленным заданием действует на клапан 7.

1.9.4.Лабораторный контроль качества сырья и продукции

Благо­даря лабораторному контролю персонал установок получает дополнительные сведения, позволяющие правильно вести техноло­гический процесс.

В лаборатории исследуется качество нефти, поступающей на перегонную установку, и продукции, уходящей с установки. При анализе нефти определяется ее плотность, содержание солей, воды, светлых фракций. Анализ бензиновых фракций состоит в опреде­лении октанового числа, наличия или отсутствия активных серни­стых соединений (проба на людную пластинку). Проводится так­же фракционная разгонка бензина. Для средних дистиллятов— керосиновой и дизельной фракции—в лаборатории проводят ана­лизы фракционного состава, вязкости, температуры вспышки и за­стывания или помутнения [22].

Если в результате лабораторного анализа выясняется, что про­дукция не соответствует нормам, оператор должен немедленно определить причину этого и в случае необходимости изменить ре­жим работы установки или отдельных аппаратов.

На лабораторный анализ затрачивается много времени, его результаты поступают на установку через 1,5—2 ч после отбора пробы, т. е. тогда, когда оператор уже не может исправить каче­ство выпущенной за это время продукции. Кроме того, лаборатор­ным контролем занимается большое количество людей. Поэтому основное направление технического прогресса и совершенствова­ния установок первичной перегонки состоит в значительном увели­чении степени автоматизации, переходе к автоматическому конт­ролю качества продукции.

Разработанные в последние годы анализаторы качества на по­токе позволяют не направлять отбираемые пробы сырья и продук­ции в цеховую или заводскую лабораторию, а получать результат анализа [23] сразу же, непосредственно на установке. В перспективе, связав анализаторы качества с регуляторами технологического режима, можно будет добиться полной автоматизации технологи­ческого процесса. Анализаторы качества, определяющие фракци­онный состав, температуру вспышки, плотность продукта, уже ра­ботают на многих установках прямой перегонки.

1.9.5.Организация и учет работы установки

С помощью регистри­рующих и показывающих приборов, а также руководствуясь дан­ными лабораторных анализов, оператор имеет возможность непре­рывно следить за эксплуатацией установки, соблюдением техно­логического режима.

Основным документом, в котором определены [12] требования к технологическому процессу, является технологический регламент. В регламенте приводится характеристика изготавливаемой про­дукции, сырья и полуфабрикатов, описание технологического про­цесса, нормы технологического режима, описываются возможные неполадки, причины и способы их устранения. Особое место уде­лено аналитическому контролю производства, основным правилам безопасного ведения технологического режима и правилам аварий­ной остановки производства.

Технологические регламенты составляются сроком на три года, согласовываются с проектной организацией — автором проекта установки и утверждаются вышестоящей организацией. Регламен­ты хранятся в техническом отделе нефтеперерабатывающего за­вода, а на каждом рабочем месте должны быть инструкции, раз­работанные в соответствии с регламентом. Перечень обязательных инструкций приводится в регламенте.

Оперативный документ, находящийся на установке и содержа­щий основные требования по поддержанию режима технологиче­ского процесса, носит название технологической карты. Техноло­гическая карта вывешивается на видном месте в операторной установки и служит для старшего оператора и всех работающих на установке основным руководством. Карта для каждой уста­новки пересматривается ежегодно. Обычно в технологических кар­тах приводятся пределы регулирования различных параметров тех­нологического режима.

Текущую работу оператор анализирует с помощью записей о технологическом режиме, о качестве сырья и продукции. Запись режима проводится с интервалом в два часа в специальном вах­тенном журнале. В этот же журнал записываются сведения о регу­лировке режима в связи с переходом на отбор других нефтепродук­тов, о возникающих в ходе вахты нарушениях режима и неполад­ках в работе установки.

На основе вахтенного журнала заступающая на вахту смена знакомится с работой установки в предшествующий период. На­чальник и технолог цеха ежедневно просматривают вахтенный журнал и дают письменные указания по устранению выявленных отклонений от регламента. Соблюдение норм технологического режима контролируется отделом технического контроля (ОТК) завода.

1.9.6.Предупреждение и ликвидация аварии

Аварии на установках являются в первую очередь результатом нарушения технологиче­ского режима, правил эксплуатации, правил и норм пожарной безопасности при работе с огне- и взрывоопасными веществами. Причиной аварии бывает также прекращение подачи на уста­новку сырья, пара, топлива, воды, электроэнергии [10, 12].

При прекращении подачи сырья установку следует перевести на горячую циркуляцию. Если прекратилась подача электроэнергии, то следует немедленно произвести аварийную остановку. В этом случае последовательно выполняют следующие операции: тушат форсунки печей, перекрывают задвижки на приемных и нагнета­тельных линиях насосов, тщательно наблюдая за давлением в ап­паратах. После включения электроэнергии установку выводят на нормальный режим согласно пусковой инструкции.

Прекращение подачи водяного пара—очень серьезная авария, так как при этом установка лишается основного средства пожа­ротушения. В случае, если пар отсутствует в течение длительного времени, также должна быть произведена аварийная остановка. Частой причиной аварии на установках является прогар труб в печах.

Порядок ликвидации аварий подробно излагается в производ­ственных инструкциях и, в частности, в плане ликвидации аварий на установке, инструкциях по технике безопасности и пожарной безопасности.

2.Основные производства цеха первичной переработки нефти ОАО «Сургутнефтегаз»

2.1.Краткое описание процессов цеха первичной переработки нефти

2.1.1.Обезвоживание и обессоливание нефти

Нефть поступающая на установку содержит хлористых солей до 100 мг/л, воды до 0,5%, мехпримесей до 0,5%. Вода с растворенными в ней солями находится в виде мелких капель размером от 1,6 до 2,0 мм. На [1] поверхностях этих капель собираются естественные эмульгаторы, нефтяные кислоты, асфальтосмолистые вещества, микрокристаллы парафинов, механические примеси содержащиеся в нефти образуют прочные эмульсии. Это затрудняет слияние капель воды укрупнение и осаждение их. Наличие в нефти хлоридов и воды способствуют проявлению ряда негативных факторов:

• образованию смоляной кислоты (НСl);

• повышению давления в аппаратах;

• снижению производительности;

• образованию на стенках трубок теплообменников и печей отложений, ухудшающих теплопередачу;

• снижению качества товарных нефтепродуктов.

При снижении содержания хлоридов до 5 мг/л из нефти удаляются такие металлы, как железо, кальций и магний, содержание ванадия снижается более чем в два раза. Обезвоживание и обессоливание нефти на установке производится термоэлектрохимическим способом который объединяет термический, химический и электрический способы, и позволяет довести содержание воды не менее 0,1%, солей до 5 мг/л. При этом в значительной мере удаляются и механические примеси. Процесс этот основан на деэмульгации эмульсионных частиц содержащихся в нефти их укрупнении и охлаждении. С этой целью в нефть подается промывная вода в виде дисперсии. Технический способ предусматривает подогрев нефти при повышении температуры снижается вязкость и плотность нефти, прочность внешней пленки эмульсионных частиц, облегчается слияние капель воды их укрупнение и охлаждение.

Для улучшения деэмульгации существующих частиц эмульсии в нефть вводят поверхностно активные вещества - деэмульгаторы (химический метод). Деэмульгатор обладая большой поверхностной активностью, вытесняет с поверхности естественные эмульгаторы. Образовавшийся новый слой, обволакивающий каплю воды непрочен, при столкновении легко разрушается и не препятствует слиянию капель в более крупные. Для интенсификации деэмульгирования процесс обезвоживания проводят в электрическом поле переменного тока. В электрическом поле высокого напряжения (16-36 кВ) капли воды за счет поляризации принимают вытяжную форму с противоположными зарядами на концах. Под действием электрического поля переменного тока капли приобретают хаотическое движение, сталкиваются друг с другом, сливаются образуя более крупные капли, которые осаждаются на дно аппарата. Процесс обезвоживания и обессоливание зависит от температур, расхода деэмульгатора, количества промывной воды. Однако повышение температуры процесса выше 120 С нецелесообразно из-за повышение электропроводности эмульсии, что приводит к увеличению расхода электроэнергии, а также повышению давления в аппаратах. Расход деэмульгатора зависит от его типа и в среднем составляет 20-30 грамм на тонну нефти. Количество промывной воды составляет 6-10% (масс.) от количества нефти.

2.1.2.Атмосферная и вакуумная перегонка нефти.

Разделение нефти на фракции осуществляется методом ректификации в аппаратах колонного типа при атмосферном давлении и под вакуумом. Ректификация нефти это многократное испарение и конденсация компонентов нефти на контактных тарелках колонн [1]. Таким образом фракция нефти имеющая высокую температуру кипения остается внизу, а фракция имеющая низкую температуру кипения, в виде паров, поднимается в верхнюю часть колонны. Процесс разделения, четкость разделения, зависит в основном от температуры и давления на орошение (флегмы), от конструкции и количества контактных тарелок. При повышении давления в колонне снижается относительная летучесть компонентов, ухудшается четкость ректификации, в продукции низа колонны увеличивается содержание "легких" компонентов. Повышение температуры низа и верха колонны вызывает увеличение "тяжелых" компонентов в продукции верха колонны, а снижение температуры вызывает увеличение "легких" компонентов в продукции низа колонны.

Учитывая то, что при нагреве нефти выше 380 С и мазута выше 420 С происходит их разложение более глубокое разделение нефти проводят под вакуумом. При этом испарение "тяжелых" компонентов происходит при более низком температурном режиме, чем разделение при атмосферном давлении.

Для снижения температуры низа ректификационной колонны, улучшения четкости реактификации, а также предотвращения разложения нефти и мазута в нижнюю часть колонны подают перегретый пар.

2.1.3.Окисление гудрона получение битума.

Получение битумов основано на процессе окисления гудрона кислородом воздуха [1]. Сущность процесса заключается в том, что содержащиеся в составе гудрона масла и смолы под воздействием кислорода воздуха превращаются в асфальтный остаток. Повышение температуры размягчения и вязкость битума, придают битуму твердость и прочность. Процесс окисления зависит от температуры, расхода воздуха и времени контакта. С повышением температуры скорость реакций окисления возрастает и процесс окисления ускоряется. При температуре выше 280 С преобладают реакции. Образования карбенов и карбоидов, которые ухудшают качество битума. Поэтому процесс окисления ведется в интервале температур 240-280 С. С повышением температуры окисления увеличивается температура размягчения битума, снижается растяжимость и пенетрация, повышается хрупкость, ухудшается аугезионное средство, снижается теплостойкость и интервал, пластичность. Увеличение расхода воздуха до определенного предела ведет к повышению скорости реакции окисления. Дальнейшее увеличение расхода воздуха не увеличивает скорость окисления, а присутствие неиспользованного кислорода в газе окисления повышает взрывоопасность.

Процесс окисления гудрона идет с выделением тепла, особенно в начальный период при контакте воздуха со свежим гудроном. Для регулирования температуры процесса и создания гидродинамических условий в реакторе часть битума возвращается в реактор в виде рециркулята, с которым смешивается поступающий гудрон.

2.2.Описание технологической схемы установки первичной переработки нефти и получения битума

2.2.1.Назначение установки

Установка получения битума является комбинированной и включает в себя следующие процессы:

1. Подготовка нефти к переработке - обезвоживание и обессоливание нефти до содержания воды не более 0,1% и солей не более 5 мг/м³. Обезвоживание и обессоливание нефти осуществляется в электродегидраторе Э-1. Для разрушения эмульсии "вода в нефти" в нефть подается деэмульгатор. Обессоливание нефти достигается вымыванием солей за счет подачи воды в нефть.

2. Первичная переработка нефти в атмосферно-вакуумной части установки. Основное назначение блока - отбор фракции до 350 С от нефти в атмосферной колонне с последующей разгонкой мазута в вакуумной колонне для получения гудрона - сырья для получения битума.

3. Окисление гудрона до битума в реакторе колонного типа или реакторах бескомпрессорного окисления.

Кроме целевого продукта - битума в процессе переработки нефти на установке получаются продукты:

1. Бензинования фракция н.к.-200 С. Может применяться в качестве топлива марки А-72 или как компонент бензина.

2. Фракция 200-320 С - дизельное топливо. Может применяться в качестве топлива дизельного зимнего по ГОСТ 305-82.

3. Фракция 320-360 С - атмосферный газойль. В смеси с вакуумным газойлем может применяться в качестве котельного топлива.

4. Фракция 360-480 С - вакуумный газойль. Представляет собой смесь тяжелых углеводородов и может применяться в качестве котельного топлива.

5. Углеводородный газ. Может применяться в качестве топлива внутри установки.

2.2.2.Описание технологической схемы

Нефть из трубопровода "Лянторское месторождение - ЦКПН" под давлением 3,0 - 4,0 кг/см² поступает в сырьевую емкость Е-1, через узел учета (Рис. 28). Расход нефти на установку замеряются трубоквантом. Уровень нефти в емкости Е-1 поддерживается клапаном-регулятором уровня, расположенном на трубопроводе подачи нефти перед Е-1.

Из емкости Е-1 насосом Н-1 нефть подается паралельными потоками в трубное пространство теплообменников Т-1/3 и Т-1/4, где нагревается за счет тепла откачиваемых дизельного топлива в теплообменнике Т-1/3 и смеси атмосферного и вакуумного газойлей в теплообменнике Т-1/4. Технологической схемой предусмотрена подача нефти на прием насоса Н-1/1 через задвижку, минуя емкость Е-1.

Расход нефти в теплообменнике Т-1/3, Т-1/4 регулируется вручную с помощью задвижек по температуре охлаждения дизельного топлива и газойля в этих аппаратах, контролируемой по прибору.

В приемный трубопровод насоса Н-1 из сети производственного водоснабжения подается промывная вода, а также деэмульгатор из блока Бр-2,5. Расход воды на промывку нефти регулируется клапаном регулятором расхода. Расход смеси "нефть-вода" после насосов Н-1 регистрируется расходомером.

Предварительно нагретая нефть после теплообменника Т-1/3, Т-1/4 объединяется в общий поток и поступает в трубный пучек теплообменника Т-1/7. Нагретая до 90-120 С за счет тепла гудрона нефть из теплообменника Т-1/7 подается в междуэлектродное пространство электродегидратора Э-1. Температура нефти после теплообменника Т-1/7 регистрируется прибором.

Электродегидратор Э-1 работает под давлением нефти, в случаях снижения уровня нефти и образования "газовой подушки" срабатывает блокировка, отключающая подачу напряжения на электроды дегидратора. В зависимости от содержания воды в нефти и стойкости эмульсии напряжение на электроды может подаваться 16, 5, 22 или 36 кВ. Давление нефти в электродегидраторе регистрируется прибором. Температура нефти в электродегидраторе регистрируется прибором. Насыщенная вода - "солевой раствор" - с низа электродегидратора через клапан-регулятор уровня раздела фаз "нефть-вода" выводится в емкость Б-9.

Обессоленная нефть выходит сверху электродегидратора Э-1 и разделяется на два потока. Первый, меньший поток нефти, проходит последовательно через трубное пространство теплообменников Т-1/5, Т-1/6 и нагревается за счет тепла циркуляционного орошения колонны К-3 до 130-160 С. Температура нефти после теплообменника Т-1/6 регистрируется прибором. Схемой предусмотрены байпасные линии через задвижки, минуя теплообменники Т-1/5, Т-1/6. Второй поток нефти последовательно проходит через трубное пространство теплообменников Т-1/8, Т-1/9, где нагревается за счет тепла вакуумного газойля до 180-200 С. Расход нефти по второму потоку регулируется клапаном-регулятором расхода, расположенном на трубопроводе нефти перед Т-1/8. Температура нефти после теплообменника Т-1/9 регистрируется прибором. Схемой предусмотрены байпасные линии через задвижки, минуя теплообменники Т-1/8, Т-1/9.

После теплообменника Т-1/6, Т-1/9 оба потока обессоленной нефти объединяются в общий поток нефти, который поступает последовательно в трубное пространство теплообменников Т-1/1, Т-1/2, где нагревается за счет тепла гудрона до 190-210 С. Температура нефти после теплообменников Т-1/1,2 регистрируется прибором. Технологической схемой предусмотрены байпасные линии через задвижки, минуя теплообменники Т-1/1, Т-1/2.

Расход нефти в переработку регулируется клапаном-регулятором установленным на выкидном коллекторе насосов Н-1. Расходомер смонтирован на трубопроводе выхода обессоленной нефти после теплообменников Т-1/6,9.

После теплообменников Т-1/1,2 нефть подается в нагревательные печи П-1, П-3. Расходы нефти через змеевики печей П-1, П-3 регистрируются расходомерами. Нагрев нефти в печах осуществляется в змеевиках камер конвекции дымовыми газами и в камерах радиации за счет лучистого тепла при сжигании топливного газа. В камере радиации печи П-1 размещен также змеевик для нагрева мазута, а в камере конвекции печи П-3 расположен пароперегреватель для получения водяного пара.

Температура нефти на выходе из печи П-3 регулируется клапаном-регулятором температуры, расположенном на трубопроводе подачи топливного газа к форсункам печи. На этом же трубопроводе после клапана-регулятора температуры смонтирован отсекатель, прекращающий подачу топливного газа к форсунке при падении расхода нефти до "0".

Температура нефти на выходе из печи П-1 регулируется клапаном-регулятором расхода, расположенным на трубопроводе входа нефти в печь П-1 и регистрируется прибором.

Дополнительно температуры нагрева в печах П-1, П-3 регистрируются приборами.

Нагретая в печах до 360-375 С нефть объединяется в общий поток и направляется на 4-ю тарелку атмосферной колонны К-3. Всего в колонне имеется 23 клапанных тарелок, из них в укрепляющей части 19 и отгонной 4 тарелки.

Сверху колонны К-3 пары бензина, водяные пары и углеводородный газ с температурой до 150 С поступают в конденсаторы воздушного охлаждения ВХК-1, ВХК-2, далее доохлаждаются в водяном холодильнике Х-1 до температуры не выше 80 С и в виде газожидкостной смеси собираются в емкость Е-2.

Температура газожидкостной смеси после ВХК-1,2 регистрируется прибором, после Х-1. Технологической схемой предусмотрена байпасная линия с задвижкой для подачи конденсата, минуя холодильник Х-1.

В емкости Е-2 происходит разделение смеси на бензин, углеводородный газ и воду. Углеводородный газ сверху емкости Е-2 выводится в качестве топливного газа в печь П-1 или на дожиг в печи П-2. Давление в системе колонны К-3 не более 1,8 кг/см² поддерживается клапаном-регулятором, расположенным на выводе газа из Е-2 в трубопровод паров из Е-13 в печи дожига П-2.

Вода с низа емкости Е-2 через клапан-регулятор уровня раздела фаз "бензин-вода" сбрасывается в емкость промстоков Б-9.

Часть бензиновой фракции из емкостей Е-2 насосом Н-4 через клапан-регулятор температуры верха колонны К-3 возвращается на 21-ю тарелку колонны в качестве острого орошения. Расход острого орошения регистрируется расходомером. Температура верха колонны К-3 дополнительно регистрируется прибором. Другая часть бензиновой фракции подается в емкость Е-11 регулирование расхода бензиновой фракции, откачиваемой в емкости Е-11, осуществляется клапаном-регулятором расхода в зависимости от уровня в емкости Е-2. Технологической схемой предусмотрена подача бензиновой фракции через диафрагменный смеситель в емкость защелачивания Е-16. В диафрагменный смеситель с насосом Н-8 из емкости Е-18 подается расчетное количество раствора щелочи. Расход раствора щелочи в смеситель контролируется прибором. Бензиновая фракция сверху емкости Е-16 поступает в отстойник Е-17, где происходит отстой воды (раствора щелочи) из состава бензиновой фракции. Бензин сверху отстойника Е-17 через турбоквант и клапан-регулятор уровня бензиновой фракции в Е-2 выводится в емкость хранения бензина Е-11. Уровень бензина в емкости Е-11 контролируется уровнемерами.

Уровень раствора щелочи в емкости Е-16 контролируется прибором, который при достижении максимального уровня Н_maх=1650 мм и минимального уровня Н_min=250 мм включает световой и звуковой сигнал.

Отработанный до кондиции 0,5 - 1% (масс.) раствор щелочи из Е-16, а также уловленный при уносе раствор из Е-17 периодически сбрасывается вручную в емкость промстоков Б-9, при этом раствор в Е-16 заменяется свежим, путем закачки насосом Н-8 из емкости Е-18.

5-8% раствор щелочи приготавливается в емкости Е-18 растворением водой твердой каустической соды (NaOH) или жидкой щелочи закачиваемой в автоцистерны насосом Н-8. Перемешивание раствора в Е-18 производится путем циркуляции его насосом Н-8. Уровень раствора щелочи в Е-18 контролируется уровнемером.

С 13-й тарелки атмосферной колонны К-3 отбирается дизельное топливо, которое насосом Н-3 с температурой 180 С подается в межтрубное пространство теплообменников Т-1/3, где отдает тепло сырой нефти, доохлаждается до температуры не выше 70 С в водяном холодильнике Х-3 и направляется в емкости хранения дизельного топлива Е-10. Количество выводимого дизельного топлива из К-3 регулируется клапаном- регулятором расхода расположенном на трубопроводе откачки его после Х-3 и учитывается турбоквантом. Температура дизельного топлива после холодильника Х-3 регистрируется прибором.

Уровень дизельного топлива в емкости Е-10 контролируется уровнемерами.

Качество дизельного топлива обеспечивается циркуляционным орошением. Циркуляционное орошение с 11-й тарелки колонны К-3 забирается насосом Н-12, прокачивается последовательно через теплообменники Т-1/6, где отдает тепло первому потоку обессоленной нефти, доохлаждается в воздушном холодильнике ВХК-3 и с температурой 135-145 С возвращается в колонну на 12-ю тарелку. Температура орошения на выходе из колонны К-3 регистрируется прибором. Температура на 12-ой тарелке К-3 поддерживается клапаном-регулятором расположенном на трубопроводе орошения после ВХК-3. Расход циркуляционного орошения регистрируется расходомером, расположенным на выкидном коллекторе насосов Н-12. Температура орошения на входе К-3 регистрируется прибором.

Для обеспечения требуемого качества мазута по содержанию фракции до 360 С с тарелки "4а" атмосферной колонны К-3 выводится атмосферный газойль, который поступает в отпарную колонну К-4 с температурой 285-295 С.

С низа отпарной колонны атмосферный газойль насосом Н-11 через клапан-регулятор уровня газойля в К-4 подается в теплообменник Т-1/4, где отдает тепло сырой нефти: на входе в Т-1/4 атмосферный газойль смешивается с вакуумным газойлем, далее смесь доохлаждается в водяном холодильнике Х-4 и с температурой не выше 90 С направляется в емкости хранения Е-12. Вывод атмосферного газойля в К-4 регулируется с помощью задвижки на перетоке. Количество выводимого газойля регистрируется расходометром. Температура атмосферного газойля на выходе с тарелки 4а и после холодильника Х-4 регистрируется прибором.

Для более полного извлечения дизельного топлива из атмосферного газойля и фракции до 360 С из мазута предусмотрена возможность подачи перегретого водяного пара в низ колонны К-3, К-4. Пары сверху колонны К-4 возвращаются в колонну К-3 на 13-ю тарелку. Температура верха колонны К-4 регистрируется прибором. Температура низа колонны К-3 регистрируется прибором. Давление в колонне К-3 контролируется прибором. Мазут с низа атмосферной колонны К-3 с температурой 350 С насосом Н-2 через клапан-регулятор уровня в колонне подается для нагрева в мазутный змеевик печи П-1. Температура мазута на выходе из печи П-1 регулируются клапаном-регулятором температуры расположенном на трубопроводе подачи топливного газа к форсункам печи и регистрируется дополнительно прибором.

Нагретый до 390-405 С мазут из печи П-1 поступает на вторую тарелку вакуумной колонны К-5. Вакуумная колонна оборудована 12-ю клапанными тарелками, в том числе в отгонной части две тарелки. Сверху вакуумной колонны газы разложения и пары углеводородов с температурой 190-200 С поступает в водяной конденсатор КВ-1. Сконденсировавший нефтепродукт из КВ-1 стекает в барометрическую емкость БЕ-1, а несконденсированные газы отсасываются двухступенчатым пароэжекторным насосом ПВН-1. Температура сконденсированной смеси в КВ-1 регистрируется прибором.

Конденсат из промежуточных поверхностных конденсаторов пароэжекторного насоса ПВН-1 сливается в барометрическую емкость БЕ-1,а несконденсированные газы выбрасываются в печи П-2 для дожига или в печь П-1 в качестве топливного газа. Конденсать из БЕ-1 сливается самотеком через клапан-регулятор уровня в дренажную емкость Е-13.

С 8-ой тарелки вакуумный газойль с температурой 280 С отбирается в емкость Е-3. Емкость Е-3 связана с колонной К-5 на уровне 9-й тарелки линией суфлирования. Вакуумный газойль из емкости Е-3 забирается насосом Н-6 и прокачивается последовательно через теплообменники Т-1/9 где отдает тепло второму потоку обессоленной нефти. После Т-1/8 часть вакуумного газойля температурой 160-170 С возвращается через холодильник воздушного охлаждения ВХК-4 на верхнюю тарелку колонны К-5 в качестве циркуляционного орошения, а избыток газойля через клапан-регулятор расхода поступает в теплообменник Т-1/4 совместно с атмосферным газойлем и после доохлаждения в холодильнике Х-4 выводится в емкости Е-12 через турбоквант. Температура газойля после ВХК-4 регистрируется прибором. Температура верха колонны К-5 поддерживается клапаном-регулятором температуры на трубопроводе подачи орошения в колонну после ВХК-4. Расход циркуляционного орошения в К-5 регистрируется расходомером.

Гудрон с температурой 360-400 С с низа колонны К-5 насосом Н-5 прокачивается последовательно через темплообменники Т-1/1, Т-1/7, где отдает тепло сырой нефти и с температурой 150-180 С направляется по "жесткой" схеме в окислительную колонну К-1 или емкость гудрона Е-14.

Уровень гудрона в колонне К-5 поддерживается клапаном-регулятором уровня расположенным на трубопроводе откачки гудрона после Т-1/7. Температура гудрона после Т-1/7 регистрируется прибором.

Часть гудрона после теплообменника Т-1/1 с температурой 240-255 С возвращается вниз вакуумной колонны для снижения температуры.

Температура низа К-5 регулируется клапаном-регулятором температуры на подаче гудрона вниз колонны и регистрируется дополнительно прибором.

Давление в верху вакуумной колонны и в зоне питания регистрируется приборами.

Окислительная колонна К-1 представляет собой пустотелый вертикальный аппарат. Вход гудрона в колонну осуществляется ниже рабочего уровня битума в колонне. Расход гудрона в окислительную колонну регистрируется расходомером. Вниз окислительной колонны компрессором ВК-1 через ресивер В-1 подается технический воздух. Распределение воздуха по сечению колонны осуществляется за счет маточника. Расход воздуха в колонну регистрируется клапаном-регулятором расхода расположенном на трубопроводе воздуха в колонну. После указанного клапана-регулятора смонтирован клапан-отсекатель прекращающий подачу воздуха в колонну при срабатывании блокировки по одному из параметров: повышение содержания свободного кислорода в газах окисления более 4%, повышение температуры битума внизу колонны выше 275 С, понижение уровня в колонне ниже 10%.

Газы окисления сверху окислительной колонны К-1 выводятся в газосепаратор ГС-1, где происходит отделение газовой фазы от жидкости. Из сепаратора ГС-1 газы окисления поступают на дожиг в печи П-2, а жидкая фаза -"черный соляр", через клапан-регулятор уровня в ГС-1 выводится в дренажную емкость Е-13. Давление в окислительной колонне контролируется приборами, которые при достижении давления в К-1 выше 0,4 кг/см² подают звуковой и световой сигналы.

На трубопроводе выхода газов окисления ГС-1 установлен автоматический газоанализатор, который непрерывно определяет содержание свободного кислорода в газах окисления с регистрацией результатов и завязан в систему блокировки, описанной выше. Для предотвращения попадания унесенного "черного соляра" на печи П-2, на трубопроводе подачи газов окисления к печам смонтированы дренажные трубопроводы, с помощью которых жидкость периодически сбрасывается в дренажную емкость Е-13.

Битум с низа колонны К-1 с температурой до 260 С насосом Н-16 откачивается в емкости готового битума Е-15. Схемой предусмотрена возможность откачки битума из колонны также в емкость Е-14. Уровень битума в колонне К-1 регулируется клапаном-регулятором на выкидном коллекторе насосов Н-16. Расход битума в емкости Е-15 регистрируется расходомером. Для смягчения температурного режима часть битума после насосов Н-16 возвращается в колонну К-1 ниже ввода гудрона в качестве циркулята.

Для контроля за работой колонны предусмотрен контроль температуры и уровня с помощью термопар по всей высоте колонны показания которых регистрируются прибором. Технологической схемой предусмотрена подача гудрона в К-1 через промежуточную емкость Е-14 насосом Н-15. Уровень гудрона в емкости Е-14 контролируется приборами.

Дорожный битум из емкостей Е-15 отгружается потребителю наливом в автоцистерны.

Уровень битума в емкости Е-15 контролируется уровнемерами.

Бензин из емкостей Е-11 насосами Н-32 подается на наливную эстакаду для налива в автоцистерны. Учет отгружаемого бензина осуществляется счетчиками на трубопроводах подачи бензина на наливные стояки 1/2, 2/2. Уровень бензина в емкостях Е-11 контролируется уровнемерами.

Дизельное топливо забирается насосами Н-31 из емкостей Е-10 и подается ими к наливным стоякам, через счетчики. Уровни дизельного топлива в емкостях Е-10 контролируется уровнемерами.

Схемой предусмотрен также налив в автоцистерны смеси атмосферного и вакуумного газойля в качестве котельно-печного топлива, которое подается на наливную эстакаду насосами Н-30 из емкостей Е-12 через счетчики. Уровни газойля в Е-12 контролируется уровнемерами. При отсутствии потребителя бензин, дизельное топливо и газойль из емкостей Е-11, Е-10, Е-12 откачивается в резервуары ЦКПН "Федоровскнефть" или нефтепровод "Быстринскнефть" насосами Н-21 через турбоквант. Откачка нефтепродуктов производится поочередно по мере их накопления в емкостях.

При необходимости возможен налив указанных нефтепродуктов в автоцистерны насосами Н-21 через стояки у этих насосов. Из дренажной емкости Е-13 "черный" соляр, поступивший из сепараторов ГС-1, КС-1,2, нефтепродукт из БЕ-1, а также нефтепродукты при освобождении всех аппаратов и насосов в случаях подготовки их к ремонту (кроме заполненных битумом) периодически откачивается насосом Н-13 в нефтепровод на ЦКПН "Федоровскнефть" через турбоквант. Уровень продукта в Е-13 контролируется уровнемером. Освобождение аппарата К-1 отбор битума производится откачкой его в емкость готового битума с последующей отгрузкой потребителю.

Промышленные стоки - подтоварная вода из емкостей Е-2, БЕ-1 "солевой" раствор из электродегидратора Э-1, раствор отработанной щелочи, а также ливневые стоки и стоки от смыва площадок по мере накопления в емкости промстоков Б-9 автоматически откачиваются по уровню насосом Н-14 в систему поддержания пластового давления на Западно-Сургутский товарный парк. Уровень в емкости Б-9 контролируется уровнемером.

Деэмульгатор на установку завозится в бочках. Для дальнейшего использования его на установке применяется блок Бр-2,5 состоящий из емкости деэмульгатора, циркуляционного насоса Н-26 и дозировочного насоса Н-27. Емкость деэмульгатора снабжен электронагревателем, автоматически поддерживающим температуру нагрева и уровнемерным стеклом.

Закачка деэмульгатора в емкость из бочек осуществляется циркуляционным насосом Н-26. Для предотвращения загустения деэмульгатора этим же насосом автоматически в периодическом режиме производится циркуляция по схеме - насос - емкость. Подача деэмульгатора в нефть ведется дозировочным насосом Н-27. Расход деэмульгатора в нефть регулируется ходом плунжера указанного насоса. При повышении давления на выкиде насоса до 10 кг/см² или падения его до "0" предусмотрена автоматическая остановка насоса.

При обеспечении содержания солей в сырой нефти до 40 мг/л и удаления их за счет избыточного деэмульгатора (подаваемого на промыслах) в условиях установки до 5 мг/л без подачи деэмульгатора, подача деэмульгатора в нефть на установке не обязательна.

Для создания затвора и снятия избыточного тепла в двойных торцевых уплотнениях насосов горячей и холодной насосной служит система уплотнения, состоящая из емкости уплотнительной жидкости Е-4, насосов подачи жидкости Н-7 фильтров для очистки жидкости от механических примесей Ф-1, Ф-2, водяного холодильника Х-2 и трубопроводов циркуляции жидкости.

В качестве уплотнительной жидкости используется дизельное топливо. Заполнение емкостей Е-4 и подпитка ее осуществляется периодически по трубопроводу с линии откачки дизельного топлива после холодильника Х-3. Уровень продукта в емкости Е-4 контролируется уровнемером.

Уплотнительная жидкость из емкости Е-4 насосом Н-7 прокачивается через фильтр Ф-1, холодильник Х-2 и подается в двойные торцевые уплотнения, откуда возвращается в емкость Е-4. Давление в системе 3-4 кг/см² регулируется открытием задвижки на прием насосов Н-7. Схемой предусмотрено включение резервного насоса Н-7 автоматически при падении давления в системе уплотнения до 2,5 кг/см². Давление на выкидном коллекторе Н-7 контролируется прибором.

Для охлаждения нефтепродуктов, насосов, компрессоров на установке используется система оборотного водоснабжения, включающая насосы Н-28, на градирню с бассейном и водопроводы. Вода насосом Н-28 из бассейна подается на установку для охлаждения насосов, компрессоров, в холодильники, пройдя которые возвращается на градирню, где за счет распыления и контакта с организованными потоками воздуха охлаждается и сливается в бассейн. Давление в системе оборотной воды регистрируется прибором.

Подпитка системы водой осуществляется из сети противопожарно-производственной воды, подача воды в которую из водопровода "Обский водозабор - Федоровское месторождение". Уровень воды в бассейне регулируется клапаном-регулятором на линии подпитки системы. Расход свежей воды на установку регистрируется расходомером.

Пароснабжение установки осуществляется от собственной котельной с двумя котлами ПКГМ-4. Давление пара в паропроводе установки регистрируется прибором, а в системе подачи пара на обогревы прибором. Обеспечение техническим воздухом установки производится компрессором ВК-1. Воздух от компрессора поступает через водяной холодильник ВХ-1 в воздухосборник В-1, откуда далее используется для подачи в окислительную колонну и на технические нужды. Давление технического воздуха в системе регулируется прибором. Избыток воздуха после ВК-1 по линии продувки подается в систему воздух КИП перед блоком подготовки воздуха.

Воздухом КИП установка обеспечивается компрессорами ВК-3 блочной компрессорной. Воздух компрессором ВК-3 подается на блок подготовки воздуха, пройдя который освобождается от воды и унесенного масла. Затем воздух поступает в нагревательный блок осушки, где за счет поглощения влаги селикагелем осуществляется осушка до точки росы не выше (-40 С) поступает в ресивер воздуха КИП В-2 и далее через клапаны-регуляторы давления к приборам и исполнительным механизмам. Давление воздуха в сети подачи к приборам КИПиА поддерживается 1,41,6 кг/см².

Компрессор ВК-3 работает в автоматическом режиме по давлению на нагнетании 4,06,0 кг/см².

При необходимости для обеспечения воздухом КИП может использоваться технический воздух после ресивера В-1, подаваемый в трубопровод воздух КИП от ВК-3 к блоку подготовки воздуха. Давление воздуха КИП после блока осушки регистрируется прибором.

2.2.3.Пуск установки

Пуск установки осуществляется в изложенной ниже последовательности и включает операции:

1. Прием топливного газа на установку и включение в работу печей дожига П-2/1, П-2/2.

2. Заполнение нефтью атмосферного блока и наладка холодной циркуляции нефти.

3. Заполнение мазутом вакуумного блока и наладки холодной циркуляции.

4. Горячая циркуляция нефти и мазута, вывод атмосферного и вакуумного блоков на режим.

5. Заполнение окислительной колонны К-1 гудроном и вывод на режим.

Прием топливного газа и включение в работу печей дожига хвостовых газов П-2/1, П-2/2.

Прием топливного газа на установку производится после контрольной о прессовки газопровода воздухом и в последовательном порядке - от ГПЗ до входа на установку, далее до ГРП и затем до печей дожига П-2/1, П-2/2 и печей П-1, П-3. При этом производится тщательный осмотр трассы газопровода, обмыливание соединений сальников арматуры с целью проверки плотности. Трубопроводы подачи газа к форсункам печей дожига должны быть заглушены.

После приема газа до ГРП включить в работу регулятор давления газа и убедится в работоспособности оборудования ГРП. Продуть газопровод газом на "свечу" ГРП до содержания кислорода в продувочном газе не более 1% (об.).

Принять газ к печам П-1, П-2,3 до запорной арматуры и продуть газопроводы газом до содержания кислорода в продувочном газе не более 1% (об.).

Включить воздуходувки и продуть топки печей дожига П-2/1, П-2/2 воздухом в течение 10-15 минут, после чего уменьшить подачу воздуха в топки до минимальной.

Поочередно поднести зажженный факел к горелкам печей и приоткрыть вентиль подачи газа к горелкам печей П-2/1, П-2/2. После загорания газа отрегулировать стабильное горение и со скоростью 35-40 С в час поднять температуру в топке до 400-500 С. Задвижки подачи воздуха в камеру смешения и дымовую трубу приоткрыть минимально. В случае не возгорания газа или потухания горелки, подачу газа на горелку прекратить, продуть топку воздухом 10-15 минут и возобновить розжиг как указано выше.

Заполнение нефтью атмосферного блока и наладка холодной циркуляции нефти. Заполнение нефтью системы атмосферного блока производится после достижения температуры в топках печей дожига 400 С в следующем порядке:

1. Собрать схему заполнения системы нефтью, все остальные задвижки по блоку должны быть закрыты:

2. Собрать схему вывода газов из верха колонны К-3 в печи дожига П-2.

3. Открыть задвижки на входе в Е-1. С появлением уровня нефти в емкости пустить в работу на минимальной производительности насос Н-1/1 (Н-1/2) на заполнение системы атмосферного блока.

После набора уровня в Е-1 до 50-60% перевести регулирование уровня нефти на автоматическое. Заполнение системы вести первоначально по байпасам клапанов регуляторов, а затем перевести на дистанционное управление.

При заполнении постоянно контролировать проходимость нефти и состояние оборудования (герметичность).

4. С появлением уровня в колонне К-3 собрать схему "широкой" или "узкой" циркуляции нефти (конкретизируется распоряжением руководителя пуска):

• с
  хема широкой циркуляции

• с
  хема "узкой циркуляции"

5. После достижения уровня нефти в колонне К-3 60-70% перейти на одну из схем циркуляции. Во время циркуляции отрегулировать потоки нефти через змеевики печей 4-5 м3 в час, включить регулятор расходов, уровней, контрольно-измерительные приборы давления, температуры, отладить их работу.

6. При использовании "широкой" схемы циркуляции и наличии давления в электродегидраторе 3-4 кг/см² подать напряжение на электроды дегидратора, отрегулировать расход воды на промывку нефти 0,2-0,4 м/час. Включить клапан-регулятор раздела фаз в электродегидраторе.

7. Через 1-1,5 часа циркуляции нефти по "узкой" схеме, циркуляцию остановить и после отстоя в течении 40-60 мин. слить воду с низа колонны К-3 по линии дренажа в емкость Е-13, после чего дренаж колонны отглушить и возобновить циркуляцию.

8. Дать незначительное количество пара в огнеоградители печей дожига П-2/1,2.

Заполнение мазутом вакуумного блока и наладка холодной циркуляции. Заполнение системы мазутом осуществляется в следующей последовательности:

1. Включить обогревы емкости Е-14 и разогреть мазут. Включить обогревы трубопроводов гудрона и мазута.

2. Дать воду через конденсатор КВ-1, убедиться в ее проходимости. Заполнить барометрическую емкость БЕ-1 для создания гидрозатвора и установить расход воды 1 м³/час.

3. Дать воду в промежуточные холодильники пароэжекторных насосов ПВН-1 (ПВН-2), убедиться в ее проходимости. Принять пар в пароэжекторный насос ПВН-1 (ПВН-2) и отрегулировать его работу в "холостом" режиме на максимальный вакуум. Задвижка отсоса газов из вакуумной колонны должна быть закрыта. Выброс паров после ПВН направить в атмосферу.

4. Собрать схему заполнения колонны К-5:

5. Пустить один из насосов Н-15/1(2,3) по блоку и заполнить колонну мазутом до уровня 80-90%, после чего насос остановить, перекрыть задвижки.

6. С
   обрать схему и наладить циркуляцию мазута:

Отладить устойчивую циркуляцию, включить контрольно-измерительные приборы давления и температуры.

7. Постепенно открывая задвижку отсоса парогазовоздушной смеси (газовую задвижку), подключить пароэжекторный насос к системе.

Горячая циркуляция нефти и мазута, вывод атмосферного и вакуумного блоков на режим. Разогрев системы осуществляется только после наладки устойчивой холодной циркуляции нефти и мазута, проверки контрольно-измерительных приборов и устранения утечек и пропусков нефтепродуктов.

Розжиг форсунок печей П-1, П-3 выполняется только с письменного разрешения руководителя пуска.

Для перехода на горячую циркуляцию необходимо:

1. Дать пар в пароперегреватель печи П-3 со сбросом в дренаж у колонны К-3.

2. Снять заглушки на линиях подачи газа к форсункам печей П-1, П-3. Продуть газопроводы топливного газа, на свечу до содержания кислорода в продувочном газе не более 1% (об.).

3. Проверить открытие шиберов на дымовых трубах печей П-1, П-3. Продуть камеры сгорания печей паром в течение 15 минут, после появления пара из дымовых труб.

4. Внести зажженный факел к устью форсунки, приоткрыть задвижку подачи газов на горелку. После зажигания газа удалить факел из топки и отрегулировать горение подачей газа и воздуха таким образом, чтобы длина факела была минимальной, пламя соломенно-желтого цвета.

5. Со скоростью 20-30 С в час поднять температуру низов колонны К-3, К-5 до 105-110 С, после чего скорость подъема температуры снизить до 5-10 С в час. Включить в работу регулирующий клапан.

Для повышения устойчивости работы насосов Н-2 обратным ходом из линии топливного газа набрать давление к колонне К-3 0,3-0,6 кг/см².По схеме:

При этом на время поддавливания К-3 задвижку вывода газа из Е-2 в коллектор к печам дожига закрыть.

6. В
   случае "сбрасывания" насосов Н-2, Н-5 подъем температуры прекратить и сделать выдержку для удаления влаги в течение 40-60 минут, после чего возобновить подъем температуры со скоростью 5-10 С в час. При отсутствии движения через змеевик печи П-1 мазута, из-за сброса Н-5 или при "узкой" циркуляции нефти через печи П-1, П-3, из-за "сброса" насоса Н-2 более 5 минут, горение форсунки соответствующей печи (или обоих) уменьшить до минимального и до устойчивой работы "сбросившего" насоса периодически (через 8-10 мин.) прокачивать змеевик по схеме:

7. После достижения температуры низа колонны К-3, К-5 170-180 С подъем температуры нефти и мазута на выходе из печи вести со скоростью 25-30 С/час.

8. Регулирование подачи газа к форсункам печей с начала розжига производится вручную открытием задвижек перед горелкой. При температуре перевалов до 300 С регулирование температуры нефти и мазута на выходе из печей П-1, П-3 перевести на дистанционное управление. При этом обязательно должны быть приоткрыты байпасные задвижки клапанов-регуляторов температуры на линии подачи газа.

9. По мере снижения уровня мазута в колонне К-5 и нефти при "узкой" циркуляции в колонне К-3 в процессе разогрева периодически производить их подпитку до нормальных уровней Н-5, Н-2.

10. П
    ри достижении температуры на 12-ой тарелке колонны К-3 130-140 С собрать схему и на минимальном расходе прокачать систему циркуляционного орошения:

При температуре циркуляционного орошения с 2-ой тарелки выше 150 С пустить вентилятор ВКХ-3.

11. П
    ри температуре на 12-ой тарелке колонны К-3 150-160 С вывести дизельное топливо с незначительным расходом из колонны по схеме:

При температуре дизельного топлива на 12-й тарелке 175-180 С перевести регулирование расхода его на дистанционное управление с помощью клапана-регулятора.

12. При достижении температуры верха колонны К-3 60 С пустить в работу вентиляторы ВХК-1,2 и включить клапан-регулятор давления в Е-2 на дистанционное управление.

13. С
    появлением уровня бензина в емкости Е-2 слить воду из емкости, собрать схему подачи острого орошения в колонну и на минимальной производительности прокачать линию орошения:

При температуре верха колонны 95-100 С подачу орошения вести непрерывно через клапан-регулятор температуры верха К-3 на дистанционном управлении. Избыток бензина после набора уровня в Е-2 55-65% направить в емкость Е-11/1,2. При этом собрать схему откачки бензина:

При узкой циркуляции откачка бензина, дизтоплива осуществляется периодически.

14. При температуре низа К-3 310-320 С дать на "проход" перегретый пар вниз колонны.

15. С разогревом верха колонны К-5 до 90-100 С перевести парогазовую смесь после пароэжекторных насосов со сброса на "свечу" на дожиг в печи П-2/1,2.

16. При достижении температуры верха К-5 160-180 С подать малым расходом циркуляционное орошение по схеме:

П
ри устойчивой работе насос Н-6/1,2 циркуляцию продолжить. В случае резкого подъема температуры верха К-5 выше 200 С и неустойчивой работы насоса Н-6/1,2 временно дать на орошение дизельное топливо по схеме ( по перемычке через задвижку).

После снижения температуры верха до 160-190 С перевести подачу орошения колонны от Н-6/1,2.

17. П
    осле разогрева низа колонны К-3 не ниже 270 С и низа К-5 30 С разомкнуть циркуляцию по блокам, мазут после насоса Н-2 направить в К-5.

О
ткачку гудрона перевести по схеме:

18. С
    
    о скоростью 30-40 С в час поднять температуры на выходах нефти из печи П-1, П-3 до 360-365оС и мазута на выходе из П-1 до 405-410 С. Во время подъема температуры увеличить одновременно отбор дизельного топлива из колонны К-3, избыток вакуумного газойля откачать по схеме в Е-12 или в нефтепровод:

Увеличить подачу перегретого пара в К-3 до нормы.

19. При температуре низа колонны К-5 390-395 С часть гудрона после теплообменника Т-1/1 направить в нижнюю часть колонны через клапан-регулятор для снятия и поддержания температуры низа колонны.

20. П
    ри достижении температуры низа К-3 330-340 С вывести незначительное количество атмосферного газойля из колонны К-3 по схеме:

Уровень газойля в К-4 поддерживается клапаном-регулятором уровня.

21. Стабилизировать температуру верха колонны К-3 100-105 С температуру на 12-ой тарелке К-3 175-180 С температуру верха колонны К-5 190 С, перевести регулирование температуры, уровней и расходов на автоматическое.

22. Отобрать бензин, дизельное топливо и гудрон на анализ и по результатам анализов внести коррективы в технологический режим в пределах технологической карты. Поднять производительность установки по нефти до нормальной. Включить блокировки по печам П-1, П-3.

23. По мере накопления продуктов в емкостях Е-10,11,12 вовремя пуска периодически откачивать их насосом в нефтепровод Гудрон при удовлетворительном анализе по КИШ (не менее 18) вывести на блок получения битума.

З
аполнение окислительной колонны К-1 гудроном и вывод ее на режим. Пуск реакторов бескомпрессорного окисления.

Собрать схему вывода газов окисления из колонны К-1.

Включить обогревы трубопроводов на емкость битума. Направить гудрон в колонну с температурой 190-200 С по "жесткой" схеме:

П
ри выводе гудрона в промежуточную емкость наладить его закачку из емкости.

Для поднятия температуры гудрона до температуры 190-200 С теплообменники Т-1/1,2 байпассируются частично или полностью (байпасные задвижки).

Заполнение колонны контролируются по показаниям термопар. При достижении уровня жидкости под маточником 4 м, что соответствует показаниям температуры прибора дать воздух в колонну с расходом 100-150 м³/час. Включить газоанализатор для определения содержания свободного кислорода в газах окисления.

Заполнение колонны до уровня 30-35% по показанию уровнемера. Гудрон выводить в емкость Е-14.

П
ри достижении температуры жидкой фазы до 220-230 С понизить температуру поступающего в колонну гудрона закрытием задвижек на байпасах теплообменников Т-1/1,2. Пустить насос Н-16/1(Н-16/2) на циркуляцию битума.

При температуре 240-245 С внизу колонны К-1 отобрать битум на анализ. При удовлетворительном анализе вывести битум в одну из емкостей Е-15:

При неудовлетворительном анализе продолжить окисление до температуры не выше 260 С с отбором промежуточных анализов битума при повышении температуры низа колонны на каждые 4-5 С.

Возобновить подачу гудрона в колонну. Расход воздуха на окисление регулировать в зависимости от температуры низа колонны, соответствующей получению качественного битума и допустимого содержания кислорода в газах окисления.

Перевести регулирование уровня на автоматическое регулирование: подачу воздуха на дистанционное управление, включить блокировку.

При достижении уровня "черного" соляра в сепараторе ГС-1 50% по прибору включить клапан-регулятор уровня на выводе соляра в Е-13.

Пуск реакторов бескомпрессорного окисления заключается в их заполнении гудроном из Е-14, колонны К-5 или дорожным битумом из колонны К-1 до уровня 60-65% и окислении кислородом воздуха при перемешивании (диспергировании). Заполнение Р-1,2 производится по одной из схем:

Включение диспергаторов осуществляется при уровне в реакторе не ниже 45%. Скорость окисления регулируется переключением скорости вращения диспергаторов 500-1000 оборотов в минуту. При достижении температуры в реакторе 240-250 С отобрать битум на анализ. При удовлетворительном анализе битум из реактора откачать одним из насосов в емкости Е-15 или КР-1 (КР-2).

При неготовности битума продолжить окисление включением диспергаторов. Повышение температуры в реакторе 250 С ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

Газы окисления из реакторов выводятся через газосепараторы КС-1, КС-2 в печи дожига, П-2/1, П-2/2.

Уловленный "черный" соляр и вода из КС-1, КС-2 периодически по уровню сбрасываются в Е-13.

2.2.4.Возможные неполадки, устранение и их причины

Во время работы установки, как и в любом технологическом процессе могут возникнуть неполадки. Самые важные и часто встречающиеся неполадки в технологическом процессе, причины и способы их устранения на установках подобного типа представлены в табл. 17.

Возможные неполадки, причины и способы их устранения. Таблица 17

2.2.5.Аварийная остановка установки

Остановка установки при возникновении аварийной ситуации производится в следующем порядке:

1. Остановить насосы нажатием кнопки "СТОП":

• Н-1/1,2 после чего закрыть выкидные задвижки;

• Н-2/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-3/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-4/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-5/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-6/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-8/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-11/1,2 - закрыть выкидные задвижки;

• Н-16/1,2 - закрыть выкидные задвижки.

2. Остановить насос Н-27 и закрыть вентиль N27.

3. Закрыть подачу воды задвижками на всос насоса Н-1/1,2.

4. Снять напряжение с электродегидратора Э-1 нажатием кнопки "Выключено" на щите N4 в операторной.

5. Потушить технологические печи П-1, П-3 - закрыть задвижки на клапанных сборках регуляторов температуры нагрева нефти и мазута в печах П-1, П-3.

6. Продуть паром змеевики печей П-1, П-3 нефтяной в атмосферную колонну К-3, мазутный в вакуумную колонну К-5 в течение 20-30 минут, при этом не допускать повышения давления в атмосферной колонне К-3 выше 1,75 кгс/см².

7. Закрыть задвижки с КВ-1 на вакуумные насосы ПВН-1,2.

8. Закрыв пар в К-3 вывести пар с пароперегревателя в дренаж у К-4.

9. Пар в вакуумную колонну К-5 закрыть только после снижения вакуума в колонне.

10. Прекратить подачу воздуха в окислительную колонну, для этого закрыть клапан регулятор на линии подачи воздуха с операторной.

11. Прекратить подачу пара в свободное пространство окислительной колонны К-1, закрыть электрозадвижку.

12. Остановить компрессор ВК-1, ВК-2 нажатием кнопки "СТОП", после чего закрываются выходные задвижки.

13. Закрыть задвижки прекратить прием нефти в Е-1.

14. Если работа печей дожига П-2/1,2 не усложняет обстановку, печи не тушатся, а работают на дожиг газов с Е-2 вакуумных насосов ПВН-1,2, газосепаратора ГС-1.

15. При отключении электроэнергии, при отсутствии топливного газа, печи дожига П-2/1,2 тушатся закрытием задвижки с Е-2, ГС-1, ПВН-1,2 выводятся в атмосферу, для этого открываются задвижки.

16. Правила аварийной остановки применять в зависимости от конкретной аварии, предусмотренной "Планом ликвидации возможных аварий.

2.2.6.Контроль технологического процесса, система сигнализации и блокировки

В связи с непрерывностью технологического процесса на установке первичной переработки нефти и получения битума предусмотрена система контроля и сигнализации. Система сигнализации и контроля обеспечивает безопасность работы установки, следя за технологическими параметрами процесса и предупреждая об отклонении этих параметров. В табл. 18 приведены технологические параметры, аппараты и узлы, за которыми ведется непрерывный контроль, а система контроля производит срабатывание сигнализации или блокировку процесса при возникновении условий, которые также перечислены в этой таблице.

Перечень блокировок и сигнализации. Таблица 18

2.3.Узкие места производства и рекомендации

У технологических печей П-1 и П-3 в 1999 году заканчивается срок эксплуатации, к тому же П-1 претерпела уже 2 капитальных ремонта, что требует ее замены. В печи П-1 нагревается только нефти в П-3 мазут и пар, для экономии средств необходимо спроектировать печь, которая обеспечит нагрев всех трех продуктов.

Во избежании прогаров змеевиков и увеличения продолжительности их работы изготовить их из легированных сталей. Для более мягкого нагрева продуктов во избежание закокосовывания участков змеевика нагрев производить сначала в радиантной камере, а затем в конвекционной.

На установке получают бензиновую фракцию, которая частично используется при промывке нефтяных скважин. Рекомендую спроектировать установку риформинга бензиновой фракции для получения высокооктановых видов топлива, как целевого продукта.

2.4.Выводы

Для обеспечения стабильной работы установки ОАО «Сургутнефтега», необходимо:

1. Реконструировать технологические печи П-1 и П-3, в связи с невозможностью обеспечивать технологической процесс необходимым количеством тепла.

2. Необходимо спроектировать трубчатую печь с наибольшим КПД и относительно не дорогую, для нагрева нефти и мазута, а также перегрева водяного пара необходимого для технологических нужд.

3. Спроектировать и установить систему автоматического регулирования в окислительной колонне, т. к. процесс окисления гудрона ведется в близи точки воспламенения его паров. Необходимо установить датчики содержания свободного кислорода в воздухе, датчики содержания легких углеводородов в парах окислительной колоны.

4. Установить высокоэффективный сепаратор малой производительности для тонкой очистки газа, чтобы сделать возможным использование газов с колонны К-3, сжигаемых в печи П-2, в технологических печах.

3.Материальный баланс

Основой материального баланса является закон сохранения материи, согласно которому количество материала, поступающего в процесс (приходные статьи материального баланса), равняется количеству продуктов, получаемых в результате процесса

Материальный баланс. Таблица 19

(расход­ные статьи материального баланса). Материальный баланс должен составляться как для всего технологического процесса, так и для отдельных его элементов. Материальный баланс составляют за еди­ницу времени - час, сутки, год - или за цикл работы на единицу исходного сырья или готовой продукции, т. е. за тот отрезок вре­мени, в течение которого перерабатывается определенное коли­чество сырья или получается определенное количество про­дукта.

Материальный баланс обычно составляют в виде таблиц или схем с указанием соответствующих материальных потоков и представлен в таб. 10. Материальный баланс может быть рассчитан в весовых, мольных или объемных единицах. При составлении материального ба­ланса в объемных или мольных единицах необходимо учитывать, что в результате тех или иных химических превращений объем или число молей, поступающих в аппарат, может отличаться от объема или числа молей продуктов, получаемых в результате про­цесса. Кроме того, такое несоответствие возможно при смешении компонентов, не подчиняющихся закону аддитивности.

Расчетный материальный баланс по производству продукции на ЦППНиПБ УВСИНГ составлен на часовую производительность и представлен в таб.19.

Энергетический баланс отражает основное содержание закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс (при­ходные статьи баланса), равно количеству энергии, получаемой в результате процесса (расходные статьи баланса).

Так же как и материальный баланс, энергетический баланс можно составлять для всего производственного процесса или для отдельных его стадий. Энергетический баланс может быть составлен для единицы времени (час, сутки), для цикла работы, а также на единицу исходного сырья или готовой продукции. При составлении теплового баланса количество тепла, содержащегося в тех или иных материальных потоках, отсчитывают от какого-либо температурного уровня, чаще всего от 0°.

Ниже составлен тепловой баланс для проектируемой печи. Для составления теплового баланса принято, что тепло содержание всех продуктов 0.

При составлении энергетического и, в частности, теплового баланса особое внимание должно быть обращено:

• на возможный переход одного вида энергии в другой;

• на изменение агрегатного состояния тела, которое сопровождается выделением или поглощением тепла (скрытая теплота испарения или конденсации, пла­вления, затвердевания, адсорбции и т. д.);

• на тепловой эффект химической реакции (эндотермической или экзотермической).

Иногда необходимо учитывать потери тепла в окружающую среду. Как тепловой, так и материальный баланс удобно предста­влять в виде таблиц или схем с указанием всех приходных и расход­ных статей.

4.Расчетная часть

4.1.Выбор типа технологической печи

В

Рис. 28. Печь с прохождением газо­вого потока через экран.

Рис. 29. Двухкамерная печь.

Рис. 30. Четырехкамерная крекинг-печь.

Рис. 31. Печь с радирующим конусом.

П

Рис. 32. Вертикаль­ная печь с боковым экраном.

Рис. 33. Печь с экраном двустороннего облучения.

Рис. 35. Двухкамерная печь с наклонным сводом.

Рис. 34. Печь высокотемпературного кре­кинга лигроина.

выровнять тепловые напряжения, эти печи отличаются тяжеловесностью и требуют большого расхода металла на змеевик и каркас. В печах рассматрива­емого типа можно ожидать неравномерных тепловых напряже­ний и местных перегревов. Неудобным является расположе­ние камеры конвекции под подом печи.

Аналогичная характеристика может быть дана печам с про­хождением газового потока через потолочный экран. Высокий расход металла на эти печи (17,6 т на 1 млн. ккал час^-1) делает их недостаточно экономичными.

Цилиндрические печи работают с низкими тепловыми напря­жениями поверхности нагрева в результате высокой степени экранирования, присущей этим печам в силу их конструктив­ных особенностей. Тепловые нагрузки у них равномерны в радиальном направлении и переменны по длине труб. Высокая степень экранирования этих печей резко снижает эффектив­ность работы поверхности нагрева, что ведет к увеличению размеров последней и габаритов печи. Оформление цилиндри­ческой печи больших размеров сложно и требует боль­шого расхода металла на каркас (так, печь мощностью 17 млн. ккал час^-1 имеет диаметр 9 м при длине труб 14 м). Цилиндрические печи примерно на 30—50% дороже печей другой конфигурации.

Печи с наклонным сводом, применяющиеся в настоящее время, часто сочетаются с проведением горения в выносных карборундовых муфелях. Назначение наклонного свода, как указывалось выше,—выровнять тепловую нагрузку потолоч­ного экрана. Мало вероятно, однако, чтобы устройством наклон­ного свода можно было выровнять тепловую нагрузку экрана, поскольку угол взаимной видимости верхних труб с кладкой, что указывает на пониженное тепловосприятие верхнего участка труб. Между тем наклонный свод усложняет конструк­цию этих печей.

Вынос процесса горения за пределы камеры радиации соз­дает мягкий режим нагрева в печи. Однако в настоящее время строятся такие же печи с размещением форсунок непосред­ственно в камере радиации.

Тепловые напряжения поверхности нагрева в этих печах не могут быль высокими вследствие больших размеров камеры радиации. Расход металла доходит до 12—14 т на 1 млн. ккал час^-1.

Вертикальные печи с настенными боковыми экранами харак­терны использованием принципа настильного пламени. Явле­ние настилания пламени известно давно и детально исследо­валось В. Е. Грум-Гржимайло [14]. Оно заключается в том, что пламя, направленное на твердую поверхность, «прилипает» к ней и вытягивается. Настилание пламени вызвано тем, что трение газа в газовой среде различной плотности выше, чем на границе газ—твердое тело [14]. Вытягивание пламени и, невидимому, катализирующее действие кладки (о котором свидетельствует сравнительно небольшая длина пламени в этих печах) приводят к выравниванию температуры пламени и поверх­ности кладки, а следовательно, и тепловых нагрузок поверх­ности нагрева. Это подтверждается данными обследований.

Рассматриваемые печи могут работать с более высокими средними тепловыми напряжениями поверхностей нагрева, чем описанные ранее нагреватели. Следует отметить, что во всех печах локальные тепловые напряжения в большой мере зависят от конфигурации факела. Рассматриваемый тип печей, обладающий почти плоским факе­лом, должен быть благоприятен с точки зрения равномерности распределения тепловых нагрузок. Печи с настенными боко­выми экранами очень компактны также благодаря использова­нию принципа настильного пламени, позволяющего уменьшить ширину камеры радиации до 1,5 м и менее. Соответственно удельный расход металла на эти печи меньше, чем на все рассмотренные ранее печи (9—10 т на 1 млн. ккал час^-1).

Сказанное позволяет отнести вертикальные печи с настен­ными боковыми экранами к числу наиболее совершенных, про­грессивных типов печей.

Еще в большей мере относится сказанное к вертикальным печам с экранами двустороннего облучения, в которых одно­временно используется принцип настильного пламени. Такой способ передачи тепла является очень удачным. Двустороннее облучение экрана создает равномерные тепловые и темпера­турные напряжения по окружности трубы, что позволяет значительно повысить средние тепловые напряжения поверхности, нагрева, не создавая местных перегревов. Что касается преимуществ настильного пламени, то они отмечались выше.

В рассматриваемых печах средние тепловые напряжения поверхности нагрева могут достигать 54000 ккал м^-2 час^-1 при локальных тепловых напряжениях, не превышающих 60000 ккал м^-2 час^-1 [68].

Удельный расход металла на эти печи еще меньше, чем на вертикальные печи с настенным боковым экраном, вследствие сокращения числа труб и соединительных коллекторов, а также габаритов печи.

Вопрос о целесообразности применения экранов двусторон­него облучения в сочетании с форсунками беспламенного горе­ния требует детального изучения.

Известно, что при беспламенном горении поверхность керамики достигает очень высоких температур [45]. Излуче­ние на поверхность экрана большого количества размещенных в кладке раскаленных керамиковых форсунок может привести к местным перегревам. Поэтому окончательную оценку дан­ного типа печи делать еще преждевременно и к выбору его следует подходить с осторожностью.

Рис. 36. Печь глубокого крекинга.

С

Рис. 37. Печь легкого кре­кинга.

Рис. 38. Печь прямой перегонки.

Обследованию подверглись две вертикальные двухкамер­ные печи с настенным боковым экраном: печь глубокого кре­кинга (рис. 36) и печь легкого крекинга с общей выносной реакционной камерой (рис. 37), печь прямой перегонки с пото­лочным и стенными экранами (рис. 38), двухкамерная печь с прохождением газового потока через потолочный экран для высокотемпературного крекинга лигроина (рис. 39) и нагре­вательная двухкамерная печь с наклонным сводом (рис. 35).

С

Рис. 39. Печь высокотемпературного кре­кинга лигроина.

Данные обследования подтвердили сделанные ранее выводы. В печи прямой перегонки низкие тепловые напряжения радиантных труб и температуры газов на перевале являются результатом сочетания низкого теплового напряжения топоч­ного пространства со сравнительно высокой степенью экранирования ( = 0,5). Такая печь неэкономична.

В вертикальных двух­ камерных печах для тер­мического крекинга распределение тепловых на­грузок оказалось равно­мерным. Некоторые неполадки, наблюдавшиеся в работе этих печей, вызваны причинами чисто технологического харак­тера.

Анализ работы печи глубокого крекинга и ло­кальных тепловых напря­жений в печи легкого крекинга показывает, что вертикальные печи с настенными боковыми экранами весьма благоприятны для термического крекинга. Данные обследования полностью подтверждают сделанные выше выводы о целесообразности и преимуществах применения печей этого типа по сравнению со многими другими современными печами.

В печи высокотемпературного крекинга лигроина наблю­дается прогар труб бокового и потолочного экранов нагрева­тельной секции, вызванный местными перегревами.

Нагревательная двухкамерная печь с наклонным сводом работает, как и предполагалось, с низкими тепловыми напря­жениями поверхности нагрева. Данная печь оказалась недо­груженной на 30%, но даже при полной нагрузке тепловое напряжение радиантных труб не превысило бы 23000 ккал м^-1 час^-1. Несмотря на то, что эта печь производила только нагрев нефтепродуктов до сравнительно невысоких темпера­тур, в ней наблюдались случаи коксования труб.

Как указывалось выше, в промышленности искусственных жидких топлив большое распространение получили печи конвекционного типа для нагрева сырья под высоким давле­нием. По мнению автора, на гидрогенизационных установках могут применяться также и печи радиантного типа.

Применение печей конвекционного типа для этих процес­сов связано с большим расходом металла, а также с повы­шенными эксплуатационными расходами на рециркуляцию газов. Достаточно мягких условий нагрева продукта можно добиться в печи радиантного типа, если подобрать один из типов печей с выровненной тепловой нагрузкой и высокой прямой отдачей топки и, следовательно, умеренными тепло­выми напряжениями, а газы из камеры радиации направлять непосредственно в воздухоподогреватель. Такой тип печи в определенных условиях может оказаться более целесооб­разным, чем печи конвекционного типа⁵.

В связи с выше изложенным для проекта выберем печь с излучающими стенками топки и с беспламенными горелками. Расположение радиантной камеры и камер конвекции приняты в п. 5.8.

4.2.Исходные данные для расчета

Исходные данные по 1 нагреваемому компоненту – нефть:

• массовый расход нефти G_н = 15000 кг/час;

• относительная плотность при 20 С = 0,8943;

• температура входа в печь Т_1н = 210 С;

• температура выхода из печи Т_2н = 370 С;

• давление на выходе из змеевика печи _вн = 17700 Па.

Исходные данные по 2 компоненту – мазут (фр. 350-выше С):

• массовый расход мазута G_н = 9000 кг/час;

• относительная плотность при 20 С = 0,9594 кг/м³;

• температура входа в печь Т_1м = 350 С;

• температура выхода из печи Т_2м = 380 С;

• давление на выходе из змеевика печи _вн = 2300 Па.

Исходные данные по 3 компоненту – пар:

• массовый расход пара G_п = 413 кг/час;

• температура входа в печь Т_1п = 160 С;

• температура выхода из печи Т_2п = 370 С;

• давление 6 ат.

Сжигаемое топливо газ с газоперерабатывающего завода:

• плотность при 20 С = 0,760 кг/м³;

• компонентный состав газа табл. 20.

Компонентный состав газа. Таблица 20

4.3.Расчет процесса горения

Определим низшую теплоту сгорания топлива по формуле:

где СН₄, С₂Н₄ и т.д. – содержание компонентов в топливе в объемн. %.

Определим элементный состав топлива в массовых процентах. Содержание углерода в любом i-ом компоненте топлива находим по соотношению:

где n_i – число атомов углерода в данном компоненте топлива.

Содержание углерода:

Содержание водорода:

где m – число атомов водорода в данном компоненте топлива.

Содержание кислорода:

где Р – число атомов кислорода.

где К – число атомов азота.

Проверка:

Определим теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг газа, по формуле:

Найдем действительное количество воздуха, которое требуется для сжигания 1 кг газа.

Для печей с излучающими стенками коэффициент избытка воздуха =1,031,07. Принимаем =1,06. Тогда действительное количество воздуха:

или

где _в = 1,293 кг/м³ – плотность воздуха при нормальных условиях (0 С и 760 мм. рт. ст.).

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

Суммарное количество продуктов сгорания:

Проверка:

Содержанием влаги в воздухе пренебрегаем.

Найдем объемное количество продуктов сгорания в м³ на 1 кг топлива (при нормальных условиях):

Суммарный объем продуктов сгорания:

Плотность продуктов сгорания при 0 С и 760 мм. рт. ст.

Определим содержание продуктов сгорания при различных температура по уравнению:

где t – температура продуктов сгорания (дымовых газов), С; с – средние массовые теплоемкости компонентов дымовых газов, определяемые из таблицы [38, стр. 491]

Найдем для примера q₂₀₀:

Результаты расчетов сведены в табл.

Таблица 21

Рис. 40. График зависимости теплосодержания от температуры.

По данным этой таблицы строим график q-t (рис. 40).

4.4.КПД печи и расход топлива

. КПД (коэффициент полезного действия) печи найдем по формуле:

где - потери тепла в окружающую среду, в долях от низшей теплоты сгорания топлива; - потери тепла с уходящими дымовыми газами, в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

Примем, что и что температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру печи, на 240 С выше температуры t_1п пара поступающего в печь:

С

При С найдем по графику q-t (см. рис. 40) потерю тепла с уходящими дымовыми газами:

или в долях от низшей теплоты сгорания топлива:

Подставив числовые значения величин, получим, что КПД печи

Полную тепловую нагрузку печи, или теплопроизводительность газовых горелок при КПД печи равному 0,823 найдем из формулы:

где - полезное тепло печи, ккал/ч.

Полезное тепло печи рассчитываем по формуле:

где G_н, G_м, G_п – производительность печи по нефти, мазуту и пару, кг/ч; е – массовая доля отгона нефти на выходе из печи при t_2н = 370 С; определяем ее по табл. она равна 0,4349; q_t – теплосодержания паровой и жидкой фаз нагреваемых продуктов при температурах t₁ и t₂, ккал/кг;

По таблицам теплосодержаний жидких нефтепродуктов и нефтяных паров [47, стр. 321], зная плотности нефти, отгона, остатка однократного испарения и мазута, найдем:

Тогда

Подставляя в формулу заданные и найденные величины, получим:

Часовой расход топлива:

или

4.5.Камера радиации и поверхность теплообмена

Поверхность нагрева радиантных труб определяется по формуле:

где Q_р – количество тепла, переданного сырью в камере радиации, ккал/ч; q_р – теплонапряженность радиантных труб.

Количество тепла, переданного сырью, в камере радиации (прямая отдача топки) будет складываться из прямой отдачи тепла нефти и мазуту. Конвекционный змеевик печи служит пароперегревателем. Поэтому тепло, сообщаемое в печи сырью, будет равно прямой отдаче топки:

Тогда из уравнения теплового баланса топки, количество тепла переданного сырью (нефть и мазут):

где - коэффициент эффективности (КПД) топки; - теплосодержание дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре t_П.

Примем t = 800 °С и определим по графику q—t (см. рис. 40):

Ранее было принято, что потери в окружающую среду равны 7%. Пусть 5 % в том числе составляют потери тепла в топке. Тогда КПД топки, без ущерба для точности расчета примем:

Тогда для нефти:

для мазута

Имея в виду, что печь предназначена для нагрева нефти и мазута, то примем средние теплонапряженности [35, стр. 359] для нефти q_рн = 40000 ккал/(м²ч) и мазута q_рм = 27000 ккал/(м²ч).

Таким образом, поверхность нагрева экранных труб нефти будет равна:

мазута

Определим температуру сырья (нефти) на входе в радиантные трубы.

Полагая на основе опытных и расчетных данных, что нефть в конвекционных трубах не испаряется, найдем теплосодержа­ние ее и мазута на входе в радиантные трубы из уравнения:

Тогда для нефти найдем:

для мазута:

По таблице теплосодержаний жидких нефтепродуктов (5, стр. 321) искомые температуры t_кн = 260 °С и t_км = 356 °С.

Выбираем трубы диаметром 1278 мм с полезной длинной l_тр. = 3,5 м (полная длина трубы, с учетом особенностей крепления в цилиндрических печах, равна 4 м). Число радиантных труб для нефти и мазута:

Рис. 41. Схема печи с излучающими стенками топки.

Учитывая опыт промышленности, принимаем печь беспламен­ного горения с двухрядным экраном двухстороннего обогрева, с горизонтальным шахматным расположением труб и двумя ниж­ними конвективными пучками (рис. 41). По существующим нор­мам принимаем шаг радиантных труб S = 0,25 м. Тогда расстоя­ние между вертикальными рядами радиантных труб:

По данным Гипронефтемаша [47, стр. 14] расстояние от излу­чающих стен до трубного экрана должно быть от 0,6 до 1,0 м. Принимаем это расстояние а_т = 1 м. В каждом вертикальном ряду экрана разместим по 10 труб нефтяных и по 2 мазутных. Тогда высота радиантной камеры (топки) будет (см. рис. 41)

где N_p—число труб в одном вертикальном ряду; l_т = 0,25 м—расстояние от нижней и верхней труб вертикаль­ного ряда соответственно до пода и потолка печи.

Ширина радиантной камеры печи:

На потолке левой и правой частей радиантной камеры разме­щаем по три трубы с шагом 0,25 м. Объем камеры радиации:

Теплонапряженность топочного объема такой печи будет:

Для обеспечения равномерного обогрева каждой трубы экра­на по окружности и по длине принимаем для проектируемой печи газовые горелки Гипронефтемаша типа ГБП2а-60 теплопроизводительностью q_Г = 60000 ккал/ч каждая [47, стр. 43]. Количество горелок:

Принимаем для каждой из двух излучающих стен топки по 24 горелки: 6 горелок по длине излучающей стены и 4 горелки по высоте.

Так как размер горелки 0,50,5 м, то площадь каждой излу­чающей стены печи:

Средняя теплоемкость нефти в интервале температур 210370 С:

кДж/(кгК)

 - температурная поправка [35, стр. 11].

Средняя теплоемкость мазута в интервале температур 350380 С:

кДж/(кгК)

 - температурная поправка [35, стр. 11].

4.6.Проверка скорости сырья

Оптимальное значение скорости сырья на входе в змеевик печи с учетом хорошего теплообмена и минимальных энергетических затрат на прокачивание сырья находится в пределах 0,52,5 м/сек.

Линейная скорость сырья определяется по формуле:

где V_сек. – секундный объем сырья, м³/сек; d_в = 0,09 м – внутренний диаметр труб.

Секундный объем нефти при температуре входа в змеевик печи t_1н = 210 С найдем:

Тогда линейна скорость нефти на входе в змеевик печи:

Секундный объем мазута при температуре входа в змеевик печи t_1м = 350 С найдем:

Тогда линейна скорость мазута на входе в змеевик печи:

Как видно, скорость сырья на входе в змеевик печи находится в допустимых пределах.

4.7.Расчет лучистого теплообмена в топке

Целью этого расчета является определение действительной температуры дымовых газов на выходе из топки при принятой теплонапряженности радиантных труб или проверка ранее вы­бранной температуры дымовых газов, покидающих топку.

Определим коэффициент теплоотдачи свободной конвекцией от дымовых газов к радиантным трубам по формуле:

Средняя температура наружной поверхности стенки радиантной трубы  определяется из уравнения:

+

где  — средняя температура сырья в радиантных трубах, °С; ₂ — коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нефти, ккaл/(м²чгpaд);  — толщина стенки трубы, м;  — коэффициент теплопроводности стенки трубы, ккал/(мчград).

Средняя температура нефти и мазута в радиантных трубах:

Принимаем _2н = 900 ккaл/(м²чгpaд),  =39 ккал/(мчград).

Тогда для нефти и мазута

и коэффициент теплоотдачи свободной конвекцией от дымовых га­зов к радиантным трубам:

Рассчитаем максимальную температуру горения по формуле:

где t₀ — так называемая приведенная температура системы [40, стр. 88], может быть принята равной 20° С.

Для упрощения расчета второе слагаемое правой части форму­лы найдем по графику q—t (см. рис. 40), отложив значение по оси абсцисс и прочитав значение температуры ,на оси ординат t = 2687 C . Получим:

Определим среднюю температуру поглощающей среды (газа в топке). Для расчета этой температуры Ц. А. Бахшияном [40, стр. 93] рекомендуется формула:

где Q_р.к. — тепло, переданное радиантным трубам свободной кон­векцией газов, ккал/ч; Q_p.n. — потери тепла радиантной камерой в окружающую среду, ккал/ч; mc_р — средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур от t_П до t_v.

Имеем:

Тогда

Отложив на графике рис. 40 величину,

найдем соответствующую температуру t_v = 1103 °С (Т_v = 1376 °К).

Отсюда

Определим температуру излучающей стенки. Согласно опытным данным Гипронефтемаша [40, стр. 93] эту температуру можно найти по формуле:

Рассчитаем эквивалентную абсолютно черную поверхность. Предварительно определим все необходимые для этого величины.

Найдем угловой коэффициент для случая лучистого теплооб­мена между поверхностью экранных труб и излучающей стенкой, или коэффициент облученности _HR. Этот коэффициент показывает, во сколько раз эффективная (расчетная) поверхность П_HR взаим­ного излучения экрана и излучающей стенки больше поверх­ности радиантных труб, т. е.:

Основы расчета П_HR достаточно подробно изложены в ряде руководств [39, 8, 9 и др.]. Ниже излагается схема расчета П_HR для нашего случая.

В любом масштабе (лучше или ) вычерчиваем схему топки печи с размещенными в ней трубами. Ввиду симметричности топки на схеме (рис. 42) дана только левая половина ее. Для упроще­ния схемы в левом вертикальном ряду показаны верхние пять труб из десяти, а в правом вертикальном ряду — нижние пять и две трубы из четырнадцати.

Расчетная поверхность взаимного излучения опреде­ляется для каждой трубы отдельно. Ввиду симметричного раз­мещения труб относительно излучающей стенки, очевидно, достаточно найти для половины труб левого ряда, половины труб правого ряда и труб левой половины потолочного экрана. Для получения средней расчетной поверхности одной трубы достаточно для нашего случая подсчитать для части вычерченных труб. Эти трубы на схеме рис. 42 занумерованы (1, 2, 3, 4, 5, 1', 2', 3', 4', 5', и 6, 7, 8, 9, 9').

И

Рис. 42. Схема к расчету поверхности взаимного излучения.

Четыре касательные образуют у каждой трубы две воображае­мые упругие нити, как бы натянутые на трубу,— внутреннюю и внешнюю (например, для трубы 1— нить ВВ₁А'₅ A — внешняя и нить ВВ'₁А'₁В₁А₁А — внутренняя; аналогично для трубы 5' —нить AA_5'B'_5'B — внешняя и нить АА'_5'В'_5'А_5'В'_5'В — внутренняя). По методу «натянутых нитей» расчетная поверхность взаимного излу­чения для трубы 1 определится так:

Но

поэтому

Аналогично, для трубы 5':

Следовательно, для любой i-той трубы нашей схемы расчетная поверхность взаимного излучения определится из формулы:

Для определения размеров и при расчете любой трубы необходимо рядом со схемой топки вычертить в мас­штабе 1 : 1 окружность диаметром, равным наружному диаметру трубы, т. е. d_н = 127 мм. Проводя к этой окружности касательные, параллельные касательным к соответствующей трубе на схеме, отметим на ней четыре точки, которые ограничат две искомые дуги.

Например, на окружности с d_н = 127 мм таким способом для трубы 1 найдены точки А, А'₁, В₁, В'₁; для трубы 5' — точки А_5', А'_5', В_5', В'_5', которые ограничили нужные нам дуги: А_5'В_5' и А'_5'В'_5'. Такие построения на этой окружности сделаны для всех занумерованных труб (на рис. 42 не показаны).