Печь-теплообменник ШТОПОР-10 нагрева сырья вакуумной фракционирующей колонны ООО "ЛУКОЙЛ - Волгограднефтепереработка"
Предлагаемая конструкция печи-теплообменника ШТОПОР-10 предназначена для нагрева сырья вакуумной фракционирующей колонны ООО "ЛУКОЙЛ - Волгограднефтепереработка".
Продукт проходит порядно
в змеевике и может иметь заданную скорость в каждом
ряду. Таким образом, возможно предотвратить процесс
коксообразования на внутренней стенке труб, увеличивая
скорость движения продукта в ряду. Нагревается
продукт дымовыми газами, образующимися в процессе
сгорания газа любого состава. Нагрев происходит
за счет радиации и конвекции одновременно. Конструкция
топки позволяет полностью сжигать газ в камере
минимальных размеров за счет интенсивного перемешивания
газа и воздуха. Также, конструкция топки позволяет
существенно уменьшить внутреннее сопротивление
источника излучения.
В результате печь имеет размеры
и вес многократно меньше существующих в настоящее
время трубчатых печей и котлов, что дает ей следующие
преимущества:
1) Объем топки в сотни раз меньше, по сравнению
с существующими печами, поэтому печь практически
не взрывоопасна.
2) Объем нефтепродуктов в топке, по сравнению
с существующими печами, также составляет величину
в сто раз меньшую. Это означает, что, в случае
протечки и возгорания, объем загоревшейся нефти
будет в сто раз меньший, чем в печах старой конструкции.
3) За счет значительного снижения металлоемкости
такой печи, значительно снижается ее стоимость.
4) Монтаж печи на производстве будет составлять
считаные дни, вместо месяцев работы, затрачиваемых
на монтаж печей старых конструкций. Соответственно,
стоимость монтажа значительно снизится.
Технические характеристики:
п/п |
Технологические
данные |
Ед.
изм. |
Значение |
1. |
Тепловая
мощность |
Гкал/ч |
9,68 |
2. |
Среда |
|
Остаток
гидрокрекинга+фр.520-КК |
3. |
Расход:
-
остаток гидрокрекинга
-
фракция 520°С-КК
-
перегрев пара
-
пар на раскоксовывание
из пароперегревателя печи П-1
-
газы разложения
|
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч |
58333,0
6000
1955
200
164 |
4. |
Перепад давления
|
МПа |
0,6 |
|
Условия
на входе в печь
|
|
|
5. |
Расход
жидкой среды:
-
остаток гидрокрекинга
-
фракция 520°С-КК
|
кг/ч
кг/ч |
58333,0
6000 |
6. |
Расход
газообразной среды:
-
перегрев пара
-
пар на раскоксовывание
из пароперегревателя печи П-1
|
кг/ч
кг/ч |
1955
200 |
7. |
Температура:
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
-
пар в пароперегреватель
-
пар на раскоксовывание
из пароперегревателя печи П-1
|
°С
°С
°С
|
226,9
180÷190
400 |
8. |
Давление:
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
-
пар в пароперегреватель
|
МПа
(абс.)
МПа
(абс.) |
0,62
0,95÷1,0
МПа (изб.)
|
9. |
Плотность
жидкой среды
сырье
(остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
кг/м³
|
732 |
10. |
Вязкость
жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
сП |
1,28 |
11. |
Удельная
теплоемкость жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
ккал/кг°C
|
0,707
|
12. |
Удельная
теплопроводность жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
ккал/ч.м.°C
|
0,043
|
|
Условия
на выходе из печи
|
|
|
13. |
Расход
жидкой среды:
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
-
перегрев пара
|
кг/ч
кг/ч |
31347,7
-
|
14. |
Расход
газообразной среды:
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
-
перегрев пара
|
кг/ч
кг/ч |
33185,6
1955
|
15. |
Температура:
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
-
перегрев пара
|
°C
°C |
390
400
|
16. |
Давление:
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
-
перегрев пара
|
МПа
МПа |
0,043
(абс)
0,95÷1,0
МПа (изб.)
|
17. |
Плотность
жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
кг/м³
|
629,5
|
18. |
Плотность
газообразной среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
кг/м³
|
2,7 |
19. |
Молекулярный
вес газообразной среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
|
353,6 |
20. |
Вязкость
жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
cП
|
0,544
|
21. |
Вязкость
газообразной среды (технологический процесс)
|
сП |
0,0087 |
22. |
Удельная
теплоемкость жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
ккал/кг°C
|
0,875 |
23. |
Удельная
теплоемкость газообразной среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
ккал/кг°C
|
0,736 |
24. |
Удельная
теплопроводность жидкой среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
ккал/ч.м.°C
|
0,033 |
25. |
Удельная
теплопроводность газообразной среды
-
сырье (остаток гидрокрекинга + фракция 520°С-КК)
|
ккал/ч.м.°C
|
0,027 |
Тепловой
и гидравлический расчет
печи-теплообменника
ШТОПОР-10,0 П1
установки
вакуумной перегонки
1. Исходные данные согласно задания
заказчика.
1.1. Сырье – смесь остатка
гидрокрекинга и фракции 520°С-кк. Фракционный состав выдан
(разгонка D1160).
1.2. Суммарный расход сырья
58333+6000=64333 кг/ч
1.3. Температура и давление сырья,
вход-выход:
Температура 226,9 °С
→ 390 °С
Давление 6,2 кгс/см2(абс.)
→ 0,43 кгс/см2(абс.)
1.4. Параметры пароперегревателя
Расход пара – 1955 кг/час
Температура – 180 °С →
400 °С
Давление – 9,5÷10
кгс/см2(изб.) → 9,4÷9,6 кгс/см2(изб.)
2. Техническая характеристика
2.1. Полезная мощность печи:
по сырью 9 332 100 ккал/ч
по пароперегревателю 226 780
ккал/ч
полная тепловая мощность 9 558 880
ккал/ч ≈ 9,6 Гкал/ч
2.2. Нефтезаводской газ
Qнр=
10922 ккал/кг = 19758 ккал/нм3
γ0= 1,809 кг/нм3;
содержание H2S
– 0,05%об. (0,042% масс.), точка росы ≈ 100 °С
Также предусмотрено сжигание природного
газа.
2.3. Температура дымовых газов перед
змеевиком нагрева сырья 1350°С за счет подмешивания воздуха с
коэффициентом избытка ≈ 1,9.
2.4. Расход топливного газа
(нефтезаводской газ) – 815,6 нм3/ачс (1475 кг/час).
2.5. КПД подогревателя без системы
утилизации тепла 75,4% при температуре уходящих дымовых газов 464 °С.
При использовании системы утилизации, например для подогрева воздуха,
температура уходящих продуктов сгорания снижается до 180 °C,
КПД увеличивается до 82,7%.
2.6. Отличительной новизной
предлагаемой конструкции трубчатого подогревателя сырья вакуумной
колонны является резкое увеличение подвода тепла к поверхности труб
змеевика (теплонапряжение поверхности, ккал/м2час), при
этом достигается сбалансированность внешнего теплоподвода и
внутреннего теплосъема, что позволяет поддерживать температуру стенки
труб в оптимальных пределах.
2.7. Конструктивные размеры змеевика:
- диаметр труб Ø48×4;
- количество труб 512;
- число потоков – 8, количество
труб на поток 512:8=64;
- каждый поток имеет вертикальную
ориентацию, состоит из последовательно соединенных горизонтальных
рядов труб, по 4 трубы в ряду (всего на поток 4×16=64 трубы),
эффективная длина труб 2 м;
- поверхность нагрева
Hнагр=π×0,048×2×512=154,4
м2.
2.8. Тепловая нагрузка на секции
змеевика. (Сырьевой змеевик разбит на четыре секции для определения
динамики изменения тепловой нагрузки по длине змеевика. Секция
условно состоит из 4х рядов труб по 32 трубы в ряду, всего 8 потоков
по 16 труб, т.е. 128 труб в секции, H=38,6
м2)
Параметры
работы |
Секция
1 |
Секция
2 |
Секция
3 |
Секция
4 |
Теплонапряжение
поверхности нагрева, ккал/м2час |
133000 |
53456 |
24071 |
13083 |
Среднее
теплонапряжение сырьевого змеевика, ккал/м2час |
9 332 100
: 154,4 = 60 441 |
Температура
дымовых газов по секциям, вход-выход, °C |
1350
↓
835 |
835
↓
615 |
615
↓
514 |
514
↓
464 |
Температура
сырья, °C |
337
↑
227
Δt=110 |
379
↑
337
Δt=42 |
397
↑
379
Δt=18 |
390
↑
397
Δt=-7 |
Температура
стенки труб наружная,
средняя
максимальная,
°C |
430
455 |
415
420 |
410
415 |
412
414 |
Температура
стенки труб внутренняя
максимальная
средняя
, °C |
383
375 |
397
390 |
405
401 |
409
407 |
Потеря
давления по сырью кгс/см2 |
0,6 |
0,62 |
0,634 |
0,641 |
Суммарно
2,495 кгс/см2 |
Аэродинамическое
сопротивление по тракту дымовых газов, мм
вод. ст. |
143,8 |
101,3 |
83,2 |
74,9 |
Суммарно
403,2 мм вод.ст.
Зона
сжигания топлива и зона змеевика работают
под наддувом за счет напора вентилятора,
подающего воздух к горелкам |
Средняя
скорость дымовых газов в зоне сырьевого
змеевика, м/с |
73 |
54 |
46 |
40 |
Среднее
значение коэффициента теплоотдачи от дымовых
газов к стенке змеевика, ккал/м2
час °C |
212 |
180 |
164 |
157 |
Среднее
значение коэффициента теплоотдачи от стенки
труб к сырью, ккал/м2 час °C |
2100 |
2400 |
2400 |
2500 |
Среднее
значение коэффициента теплопередачи от дымовых
газов к сырью, ккал/м2 час °C |
192 |
167 |
153 |
148 |
Масса
змеевика (сталь 15Х5М), кг |
≈
5000 кг |
Выводы
1. Благодаря
интенсификации теплопередачи теплонапряжение поверхности нагрева
повышено до 60440 ккал/м2 час, в существующих
«классических» радиантно-конвективных печах, например
коробчатых вертикально-факельных эта величина составляет 25000-28000
ккал/м2 час. Температура внутренней стенки сохранена и
соответствует значениям температуры действующих печей (395-405°C).
2. Потеря давления по
сырью благодаря многопоточности снижена в 3-4 раза.
3. Масса змеевика
сократилась в сравнении с распространенными типовыми конструкциями не
менее чем в 4-4,5 раза.
4. Увеличились
энергозатраты при работе воздушного вентилятора высокого давления (до
600 мм. вод.ст.). Энергозатраты на работу воздушного вентилятора
высокого давления компенсируются сполна увеличением КПД печи (до
94%).
5. Снизилась взрыво- и
пожароопасность благодаря значительному уменьшению объема змеевика и
объема топочной камеры.
|