Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

тивность такого взаимодействия в пределах отдельного контактно-

го элемента обычно невысока и ограничена условиями достижения

равновесия на выходе из области контактной зоны, где осуществля

ется прямоток фаз. Для повышения общей эффективности взаимо

действия контактирующих фаз прибегают к различным способам

локализации

(компенсации) прямотока.

В зависимости от конструкции устройств для ввода пара в жидкость

различают ситчатые

(дырчатые), колпачковые, клапанные, язычковые

(чешуйчатые) и другие типы тарелок.

Направление ввода газа

(пара) в жидкость и характер взаимо-

действия фаз в зоне контакта оказывают существенное влияние на

производительность и эффективность работы тарелки, а также на

зависимость эффективности тарелки от нагрузки по пару

Для повышения производительности тарелки используют для

контактирования фаз прямоток, а для повышения эффективности

взаимодействия фаз предпочитают перекрестный ток или противо

ток. Оптимальное сочетание указанных характеристик обеспечивает

реализацию наиболее высоких эксплуатационных показателей та

рельчатых контактных устройств

Внутренние устройства колонных аппаратов

, к которым относятся

массообменные элементы

, устройства ввода сырья и продуктов, пере-

точные устройства, распределители и перераспределители потоков

каплеотбойники и т

. д. имеют широкое разнообразие конструкций. Их

размещение внутри аппарата имеет как специфические особенности

так и общие принципы

. Способы их устройства в аппаратах, как пра-

вило, регламентируются нормативными документами. При этом для

проведения их обслуживания должны быть предусмотрены условия

для ремонтных и монтажных работ.

Некоторые способы установки внутренних

устройств показаны

ниже.

Рис. 2.8. Схемы

барботажных тарелок

со стесненным (

а)

и свободным (

б)

зеркалом барботажа

Барботажные участки тарелок занимают только часть живого се-

чения колонны

(рис. 2.9). Например, для желобчатой тарелки эта

величина составляет 0,6

…0,8, что является очень низким значением.

В остальном сечении расположены переливные устройства. Во избе

жание проникновения паров через переливное устройство устанавли-

вается гидравлический затвор (рис. 2.10).

Широко распространены тарелки провального типа

. Характерным

представителем этого класса являются решетчатые тарелки

(рис. 2.11).

Для улучшения контакта между паром и жидкостью применяются сит

чатые (рис. 2.12) и струйно-напрвленные (рис. 2.13) тарелки.

Рис. 2.9. Расположение желобчатых тарелок

Рис. 2.10. Гидравлический затвор в переливных устройствах

Рис. 2.11. Размещение решетчатой тарелки

Рис. 2.12. Ситчатая тарелка с отбойными элементами:

1 — просечно-вытяжной лист S = 1,8 мм; 2 — полосы; 3 — отбойник

Рис. 2.13. Струйно-направленная тарелка

Рис. 2.14. Каскадная тарелка

Каскадные тарелки (рис. 2.14) эффективно работают в аппаратах

большого диаметра. Жидкая фаза движется по тарелке либо от края

к центру, либо от центра к краю.

Применяются также тарелки с радиально круговыми потоками жид

кости

(рис. 2.15). Пары, направляясь вверх, движутся через прорези

тарелок и отклоняются от вертикали.

Рис. 2.15. Ситчатая тарелка с радиально-круговой организацией потока жидкости:

Б – раскрой листов; А – схема направления потоков на нечетных тарелках; В – схема направления

потоков на четных тарелках; Г – схема направления потоков на отбойниках; Д – узел крепления

тарелок и отбойника

Благодаря своей простоте широко применяются тарелки из S-об-

разных элементов

. Их устройство и крепление показано на рисунках

2.16…2.18.

Рис. 2.16. Узел крепления S-образного элемента к корпусу аппарата

Рис. 2.17. Тарелка с S-образными элементами:

1 — S-образный элемент; 2 — планка; 3 — сливная перегородка; 4 — карман сегментный

Рис. 2.18. Размещение S-образных элементов тарелки

2.3. Теплообменное оборудование

В большинстве процессов нефтегазопереработки используется на-

грев исходного сырья

, а также применяемых при его переработке рас-

творителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате

того или иного технологического процесса целевые продукты или полу

фабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры

, при которой

возможны их хранение и транспорт.

На современном нефтеперерабатывающем заводе

, где осуществля-

ется глубокая переработка нефти

, на изготовление аппаратов, предна-

значенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего

расхода металла на все технологические установки. Высокая эффектив

ность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива

и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический про

цесс, и оказывает существенное влияние на его технико

-экономические

показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов

а также освоению

, методов их расчета необходимо уделять особое вни-

мание.

2.3.1. Классификация теплообменных аппаратов

и предъявляемые к ним требования

В аппаратах, где идет нагрев или охлаждение, происходит теплооб-

мен между двумя потоками

, при этом один из них нагревается, другой

охлаждается. Поэтому их называют теплообменными аппаратами вне

зависимости от того

, что является целевым назначением аппарата – на-

грев или охлаждение, какие потоки обмениваются теплом, происходит

ли при этом только нагрев и охлаждение или же теплообмен сопровож

дается испарением или конденсацией.

Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности, те

плообменные аппараты классифицируются по таким основным при

знакам, как способ передачи тепла и назначение.

1. В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на сле-

дующие группы:

— поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла

между теплообменивающимися средами осуществляется через по

верхность, разделяющую эти среды;

— аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообмени

вающимися средами происходит путем их соприкосновения. Для

изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как

правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обес-

печивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на

эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать

вследствие недопустимости прямого соприкосновения потоков.

2. В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы:

— теплообменники, в которых один поток нагревается за счет исполь

зования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего

охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлажде

ние другого потока позволяет сократить расход подводимого извне

тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.)

и охлаждающего агента.

К этой группе аппаратов относятся тепло-

обменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет

использования тепла отходящих с установки дистиллятов

, остатка,

а также промежуточного циркуляционного орошения

. Сюда отно-

сятся также котлы

-утилизаторы, где получают водяной пар за счет

использования тепла нефтепродуктов

, дымовых газов или катали-

затора на установках каталитического крекинга

. К этой группе от-

носятся и регенераторы холода;

— нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или на-

грев и частичное испарение осуществляются за счет использования

высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных те

плоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные вы

сококипящие жидкости и др.).

В таких аппаратах нагрев или испаре-

ние одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение

горячего потока является побочным и обусловливается необходи

мостью нагрева исходного холодного потока

. Примером аппаратов

этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло

водяного пара

, кипятильники, при помощи которых в низ ректифи-

кационной колонны подводится тепло

, необходимое для ректифи-

кации, и т. д.;

— холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения

жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использо

ванием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряю-

щийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих

аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающе

го агента — побочным. К таким аппаратам относятся холодильники

и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предна

значенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов.

При регенерации тепла того или иного продукта его окончательное

охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта

и хранения, обычно завершается в холодильниках.

В зависимости от конкретных условий применения, к промышлен-

ным теплообменным аппаратам выдвигаются различные требования:

— обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при

возможно меньшем гидравлическом сопротивлении;

— компактность и наименьший расход материала;

— надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступ

ностью поверхности теплообмена для механической очистки от за

грязнения;

— унификация узлов и деталей;

— технологичность механизированного изготовления широких рядов

поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих тем

ператур, давлений и т. д.

2.3.2. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты, их типы

и конструктивное исполнение

Кожухотрубчатые теплообменники — наиболее распространенная

конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929 стальные

кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих

типов: ТН — с неподвижными трубными решетками; ТК — с темпера-

турным компенсатором на кожухе

; ТП — с плавающей головкой; ТУ —

с U-образными трубами; ТПК — с плавающей головкой и компенсато-

ром на ней (рис. 2.19).

В зависимости от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть

теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями

;

их изготовляют одно- и многоходовыми.

Кожухотрубчатый аппарат с неподвижной трубной решеткой

(типа

ТН) представлен на рис. 2.20. Такие аппараты имеют цилиндрический

кожух 1, в котором расположен трубный пучок 2; трубные решетки 3

с развальцованными трубками крепятся к корпусу аппарата

. С обоих

концов теплообменный аппарат закрыт крышками

4. Аппарат оборудо-

ван штуцерами

5 для теплообменивающихся сред; одна среда идет по

трубкам, другая проходит через межтрубное пространство.

Теплообменники этой группы изготовляют на условное давление

0,6

…4,0 МПа, диаметром 159…1200 мм, с поверхностью теплообмена

до 960 м

; длина их до 10 м, масса до 20 т. Теплообменники этого типа

применяют до температуры 350 °С.

Предусмотрены различные варианты материального исполнения

конструктивных элементов теплообменных аппаратов. Корпус аппа

рата изготовляют из сталей ВСтЗсп, 16ГС или биметаллическим с за

щитным слоем из сталей 08X13, 12

Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т. Для труб-

100

ного пучка применяют трубы из сталей 10, 20 и Х8 с размерами 25×2,

×2,5 и 20×2 мм, из высоколегированных сталей 08X13, 08Х22Н6Т,

08Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т с размерами 25×1,8 и 20×1,6 мм, а также

трубы из алюминиевых сплавов и латуни

. Трубные решетки изготов-

ляют из сталей

16ГС, 15Х5М, 12Х18Н10Т, а также биметаллическими

с наплавкой высоколегированного хромоникелевого сплава или слоя

латуни толщиной до 10 мм.

Рисунок 2.19. Основные типы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов:

а) – с неподвижными решетками (ТН) или с компенсатором на кожухе (ТК); б) – с плавающей голов

кой; в) – с U-образными трубками