Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

Крышки гляделок и предохранительных окон в рабочем состоянии должны плотно прилегать к корпусу под действием собственного веса. Для этого поверхности их сопряжения наклонены к вертикали. Крышки предохранительных окон изнутри покрывают изоляцией для предохранения от больших деформаций и потерь

тепла.

Рис. 2.107. Предохранительные окна

Площадки

Каждая печь должна иметь доступные места, с которых обслуживаются горелки, заглушки труб для чистки, а также смотровые окна. Если в печи чистка труб производится механически, необходимо обеспечить место для обслуживания.

2.4.4.Особенности конструкций печей для различных технологических процессов

Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оснащены различными трубчатыми печами, предназначенными для огневого нагрева, испарения и перегрева жидких и газообразных сред, а также для проведения высокотемпературных термотехнологических и химических процессов.

Почти все печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, являются радиантно-конвекционными, т.е. трубные змеевики размещены и в конвекционной и в радиантной камерах.

Типы, параметры и основные размеры проектируемых в настоящее время трубчатых печей предусмотрены соответствующей нормалью.

Каталог ЦИНТИхимнефтемаш, составленный на основании этой нормали, предусматривает трубчатые печи поверхностью нагрева

15…2200 м2 типа:

Б — беспламенного горения; З — с зональной регулировкой теплоотдачи;

В— с верхним отводом дымовых газов и вертикальными трубами змеевика;

Г — узкокамерные, с верхним отводом дымовых газов; Ц — цилиндрические; Р — многокамерные.

191

Взависимости от конструкции и способа сжигания топлива, печи типа Б, З, Г и Ц выпускают двух исполнений, соответственно ББ1

иББ2, ЗР и ЗД, ГН и ГС, ЦС и ЦД.

Вэтих обозначениях вторая буква характеризует способ сжигания топлива:

Р — беспламенное с резервным жидким топливом; Д — настильное с дифференциальным подводом воздуха; Н — настильное и обьемно-настильное; С — пламенное со свободным факелом.

Выбор типа печи, конструктивные решения по отдельным узлам, материальное оформление, система сжигания топлива, оснащение приборами контроля и автоматического управления и другие вопросы прорабатываются на стадии проектирования печей с учетом свойств углеводородных сред и рабочих условий эксплуатации.

ПЕЧИСНАКЛОННЫМСВОДОМ(ШАТРОВЫЕ)

На установках АВТ, термокрекинга, каталитического крекинга, вмасляномпроизводствеидругихпроизводствахпродолжаютэксплуатироваться морально устаревшие конструкции печей шатрового типа.

Их широкому распространению способствовали простота устройства, легкость обслуживания и удобство проведения ремонтных работ. Тепловая мощность шатровых печей от 7…8 до 45…60 МВт.

Печи имеют одну или чаще две радиационные секции со сводом, наклоненным от центра к внешней стене, в которой горизонтально установлены горелки. Трубы в радиационной секции уложены на поду и на своде.

Двухкамерная (двухскатная) печь с наклонным сводом

Печь (рис. 2.108) состоит из двухпоточных камер и одной общей конвекционнойкамерыснижнимотводомдымовыхгазов,имеетдверадиационныесекциисосводом,наклоненнымотцентраквнешнейстене.

Печь работает следующим образом. Мазут или газ сжигается с помощью горелок, расположенных на стенах камеры радиации. Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу (рис. 2.109).

Продукт одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика (рис. 2.110), проходит трубы экранов камеры радиации и, нагретый до необходимой температуры, выходит из печи.

Применение печей с двумя радиационными секциями выгодно особенно в тех случаях, когда необходимо нагревать два самостоятельных потока до требуемой температуры.

192

Рис. 2.108. Двухкамерная (двухскатная) печь с наклонным сводом

Рис. 2.109. Схема работы печи:

а) конструкция шатровой печи: 1 — камера радиации; 2 — камера конвекции; 3 — дымоход; 4 — змеевик; 5 — футеровка; 6 — горелочные устройства; б) схема потоков в печи: 1 — вход продукта; 2 — выход продукта; 3 — движение дымовых газов

Конструкция двухскатных двухкамерных печей имеет существенные недостатки:

1.Габаритные размеры печей очень велики. Так типовая печь тепловой мощностью 18 МВт имеет размеры 20×15×8м. Большие размеры печи обусловлены сравнительно низкими теплотехническими по-

казателями:

а) теплонапряженность топки 60…95кВт/м3; в) теплонапряженность радиантных

труб не выше 35кВт/м2.

2.Одностороннее облучение длинными факелами создает неравномерностьнагреватрубпоокружности и длине трубчатого змеевика.

3.При форсировании режима горения возможны случаи прогара труб.

193

Из-за высоких удельных затрат металла и огнеупоров и низкой эффективности эксплуатации строительство двухскатных печей прекращено, взамен их сооружаются более эффективные трубчатые печи.

Однокамерная (односкатная) печь с наклонным сводом

Рис. 2.112. Конструкция однокамерной печи с наклонным сводом:

а) — устройство печи: 1 — камера радиации; 2 — камера конвекции; 3 — дымоход; 4 — змеевик (радиантные трубы); 5 — футеровка; б) — схема потоков: 1 и 2 — вход и выход нагреваемого продукта; 3 — дымовые газы; в) — общий вид печи

В этих камерах размещены трубные змеевики, через поверхности которых осуществляется теплопередача.

Жидкое и газообразное топливо сжигается с помощью горелок, расположенных в радиантной камере.

Продукты сгорания (дымовые газы), переваливаясь через перевальную стену, проходят конвекционную камеру и уходят в дымовую трубу.

Нагреваемый поток сначала проходит по трубам змеевиков конвекционной камеры, затем – радиантной камеры, то есть в противотоке с дымовыми газами.

194

ВЕРТИКАЛЬНЫЕЦИЛИНДРИЧЕСКИЕПЕЧИ

Тип ЦС

На установках гидроочистки, платформинга, деасфальтизации идругихнашлиприменениецилиндрическиепечитипаЦС(рис.2.113).

Рис.2.113. Вертикальные цилиндрические печи тип ЦС

В этих печах предусмотрено факельное сжигание жидкого и газообразного топлива в комбинированных горелках, расположенных в поду печи (рис. 2.114).

Высота факела в среднем составляет ⅔высоты трубчатого змеевика, расположенного вертикально. Расстояние от факела до экрана радиантных труб во избежание их

перегрева составляет не менее 1 м. Рис. 2.114. Расположение горелок Цилиндрическая камера ради-

ации установлена на столбчатом фундаменте высотой более 2 м для обслуживания горелок, создающих свободный вертикальный факел.

Радиационнаясекцияэтоготипапечи–вертикальная,имеющаяфор- му цилиндра, заключена в стальной кожух. Прямо над радиационной секцией расположена конвективная и далее сьемная стальная дымовая труба (рис. 2.115). Если на установке расположен блок печей, то дымовые газы выводят через отдельно стоящую трубу, соединенную с печами газоходами. При этом нагрузки на печь значительно сокращаются.

Радиационная секция представляет собой стальной цилиндр, выложенный изнутри изоляционным материалом, иногда огнеупорной футеровкой, если продукты нагреваются до высокой температуры.

195

Рис. 2.115. Печь типа ЦС (LxB – размеры печи в плане): 1 — труба дымовая; 2 — змеевик конвективный; 3 — лестничная площадка; 4 — корпус; 5 — змеевик радиантный; 6 — футеровка; 7 — горелка

Все потоки у этого типа печей размещены симметрично, а следовательно, и равномерно обогреваются.

Всилутогочтовсяфутеровкапоконтурузащищаетсяиохлаждается трубчатым змеевиком, она может быть выполнена из менее огнеупорного материала и быть более тонкой, что обеспечит малое поглощение тепла печью и сравнительно легкое регулирование теплового режима.

Трубы(рис.2.116) размещаютсянаподу и своде печи с таким расчетом, чтобы при нагреве онине могли деформироваться, и только большие трубы укрепляются посередине.

Рис. 2.116. Схема размещения труб печи типа ЦС

196

Тип ЦД

Печь ЦД представляет собой конструкцию цилиндрического типа, внутри которой расположен рассекатель-распределитель в виде пирамиды с вогнутыми гранями.

Грани представляют собой настильные стены для факелов горелок, установленных в поду печи; стены выкладываются из прямого шамотного кирпича марки ША и ШБ, верхний ярус из шамотного легковеса ШДБ-1,0 или ШЛБ1,3.

В кладку заделываются металлические анкеры из проволоки, расположенные по вертикальным стенам каркаса-рассекателя.

Рассекатель-распределитель создает несколько зон теплообмена в камере радиации, что позволяет регулировать теплонапряженность поверхности трубчатого змеевика по его длине.

Металлический каркас рассекателя-распределителя футерован шамотным кирпичом. Внутренняя полость его разбита на отдельные воздуховоды,приэтомрасходвоздуха,проходящегопоним,можнорегулироватьшиберами.Вкладкегранейрассекателянадвухярусахповысоте граней сделаны каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха из воздуховодов к настильному факелу каждой грани.

Трубчатые змеевики камеры радиации – настенные и подвесные. Подвесные змеевики подвешиваются тягами к конусному переходнику корпуса печи. Основным экраном камеры радиации являются настенные змеевики.

Печь снабжена камерой конвекции либо шахтного типа с горизонтально расположенными трубчатыми змеевиками, либо кольцевого типа с вертикально размещенными змеевиками.

Змеевики камеры конвекции обслуживаются через проемы в каркасе, которые закрываются сьемными крышками.

Отличительная особенность конструкции цилиндрических печей – более равномерное распределение тепловых потоков по длине трубчатых змеевиков, что позволяет повысить среднедопускаемое теплонапряжение поверхности радиантных труб на 20…30% и уменьшить возможность отложения кокса на внутренней поверхности труб.

Преимущества вертикальных цилиндрических печей:

—возможны простые конструктивные решения при создании практически любого числа сырьевых потоков. Потоки, направленные в отдельные трубчатые змеевики, могут пройти по змеевикам одинаковой конфигурации и находиться в одинаковых рабочих условиях;

—узлы трубных опор, работающие только на растяжение (изгибающие напряжения отсутствуют), размещены вдали от горелок, в зо-

197

нах низких температур. Для их изготовления применяют недорогие материалы, что значительно снижает затраты на сооружение и эксплуатацию печей;

—вертикально подвешенные змеевики свободно расширяются и сжимаются с изменением температуры в печи, поэтому в отличие от печей с горизонтальными трубчатыми змеевиками здесь не наблюдаются прогиб труб между опорами и трение в опорах;

—основной поток тепла радиации воспринимается в первую очередь трубчатыми змеевиками, поэтому слой огнеупорной футеровки не должен иметь большую толщину;

—вследствие пониженных температур футеровки и тепловой изоляции стенки уменьшаются тепловые потери, они составляют не более 2% от общего количества тепла, полученного от сжигания топлива, в то время как в других печах они достигают 5%.

—печью аккумулируется сравнительно небольшое количество тепла, что позволяет легко производить зонное регулирование и быстро устанавливать оптимальный технологический режим при максимальном выходе целевых продуктов. Малая тепловая инерционность дает возможность оперативно останавливать печь в случае аварии или перед ремонтом;

—благоприятные температурные условия эксплуатации огнеупорной футеровки и изоляции способствуют сохранности материальной части конструкции и герметичности корпуса печи, поэтому не возникает дополнительных подсосов воздуха. Это обеспечивает эффективное сжигание топлива с расчетным коэффициентом избытка воздуха и высокую температуру в камере радиации.

ВЕРТИКАЛЬНЫЕПЛОСКИЕПЕЧИ

Тип ГС

На установках АВТ сооружены высокопроизводительные печи конструкции ВНИПИнефть вертикально-факельного типа теплопроизводительностью 21-42МВт (рис. 2.117).

Сырьевыезмеевикиврадиантнойкамерерасположеныгоризонтально. Топливная система укомплектована комбинированными горизонтальнымигорелкамидлясжиганиямазутаитопливногогаза(рис.2.118).

Горелкиразмещенывподутопкившахматномпорядке.Пригорении топлива образуется стена вертикальных факелов, излучающих тепло сырьевым змеевикам, расположенным на кронштейнах у стен топки из огнеупорной кладки.

198

Рис. 2.117. Вертикальные плоские печи тип ГС

Рис. 2.118. Печь типа ГС:

1 — лестничная площадка; 2 — корпус;3 — змеевик; 4 — футеровка; 5 — горелка

199

Дымовые газы отводятся вверх в камеру конвекции. Камера конвекции находится над камерой радиации.

Печи ГС обслуживаются с одной стороны. Каркас печей изготовлен из металлических рам. Для наблюдения за состоянием змеевиков в радиантных камерах и для розжига горелок имеются смотровые окна. На торцевых и боковых стенах печей расположены выхлопные окна.

Эти печи рекомендуется применять при нагреве сырья до 500°С, используя в качестве топлива газ или мазут в различных соотношениях.

Коробчатые печи с горизонтальным расположением змеевиков, расположенные на установке гидрокрекинга, показаны на рис. 2.119.

Рис. 2.119. Коробчатые печи с горизонтальным расположением змеевиков

Коробчатые печи с горизонтальнымрасположением змеевиков, расположенные на установке АВТ-4 показаны на рис. 2.120.

Дляэтихпечейхарактерна высокая эффективность использования топлива, благодаря чему их КПД превышает 90 %. Система

утилизации дымовых газов Рис. 2.120. Коробчатая печь АВТ-4 представляет собой целый

комплекс технологического оборудования, стоимость которой составляет около 30% стоимости всей печи.

Тип ГН

Это разновидность печей (рис. 2.121) с восходящим потоком газов

собьемно-настильным пламенем.

Впечах типа ГН горелки размещены с двух сторон под углом45°.

200