Трубчатая нагревательная печь. Печь трубчатая нагрева нефти


Трубчатая нагревательная печь

Изобретение относится к устройству трубчатой нагревательной печи и может быть использовано в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности для переработки нефтепродуктов и других углеводородных смесей. Печь включает футерованную жаропрочным материалом радиантную камеру, радиантный продуктовый змеевик под с горелочными устройствами, свод, футерованную жаропрочным материалом конвективную камеру, конвективный продуктовый змеевик, переходник и дымовую трубу. Радиантный змеевик состоит из труб, соединенных между собой двойниками и подвешенных на кронштейнах, закрепленных к стенке радиантной камеры. Конвективный змеевик состоит из оребренных труб, установленных в отверстия опорных решеток и соединенных между собой двойниками. Каждая из труб радиантного и конвективного продуктового змеевиков одета в трубу-оболочку, а зазор между трубами и трубами-оболочками заполнен микропористым теплопередающим порошком. Технический результат: повышение КПД печи, интенсификация теплообмена поверхностей нагрева, исключение прогара нижней части труб змеевиков и преждевременного их выхода из строя, облегчение удаления продуктов сгорания с поверхности труб, упрощение ремонта змеевиков. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройству трубчатой нагревательной печи, предназначенной для технологического нагрева жидких и газообразных теплоносителей на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известна трубчатая печь для переработки нефтепродуктов, включающая продуктовые трубы, размещенные между внутренними и внешними боковыми стенами, снабженными горелками для сжигания жидкого топлива, расположенными между внутренними стенами, выполненными перфорированными, и размещенные между этими стенами перфорированные перегородки (а.с. SU №981344, C10G 9/20, 21.05.81).

Недостатком данной конструкции трубчатой печи является недостаточно экономное использование температуры продуктов сгорания как в радиационной камере, так и в камере конвекции, низкий теплообмен поверхностей нагрева вследствие забивания поверхности оребренных труб змеевиков продуктами горения, что приводит к дополнительному расходу топлива и снижению надежности эксплуатации печи.

Известна трубчатая печь, включающая радиантную и конвекционную камеры с поверхностями нагрева и систему воздуховодов, в которой трубы конвективных поверхностей нагрева выполнены с увеличенными на входе и непрерывно уменьшающимися по ходу газов поперечными шагами (а.с. SU №1118667, C10G 9/20, F27B 5/00, 28.07.82).

Недостатками данной конструкции трубчатой нагревательной печи являются недостаточная надежность эксплуатации печи вследствие забивания продуктами сгорания топлива поверхности оребренных труб конвективного змеевика, что ухудшает теплообмен поверхности нагрева, увеличивает расход топлива и снижает срок службы змеевика и надежность печи в целом; недостаточно полное использование тепловой энергии, дымовых газов для нагрева продукта в радиантной и конвективной камерах.

Известна трубчатая печь, включающая радиантную камеру с радиантным змеевиком, в нижней части которой установлена горелка, размещенную над радиантной камерой конвективную камеру с конвективным змеевиком и дымовой трубой (а.с. SU №1244168, C10G 9/20. 07.10.84 - прототип).

Основными недостатками приведенной в качестве прототипа трубчатой нагревательной печи являются:

- при работе горелочного устройства в поде печи нижняя часть радиантного продуктового змеевика чаще всего подвергается прямому излучению факела, что приводит к прогарам труб и преждевременному выходу из строя всего радиантного продуктового змеевика;

- при работе горелочных устройств, особенно на тяжелом мазутном топливе, поверхность оребренных труб конвективного продуктового змеевика, размещенного в конвективной камере, быстро покрывается сажей, что резко уменьшает теплотворную способность конвективного продуктового змеевика.

В таких случаях для очистки конвективной камеры в конструкции печи применяются различные конструкции сажеобдувок, для чего в конструкции конвективной камеры предусматривается дополнительное пространство для возможного их размещения.

Поставленная цель достигается тем, что трубчатая нагревательная печь, включающая футерованную жаропрочным материалом радиантную камеру, радиантный продуктовый змеевик, состоящий из труб, соединенных между собой двойниками и подвешенных на кронштейнах, закрепленных к стенке радиантной камеры, под с горелочными устройствами, свод, футерованную жаропрочным материалом конвективную камеру, конвективный продуктовый змеевик, состоящий из оребренных труб, установленных в отверстия опорных решеток и соединенных между собой двойниками, переходник и дымовую трубу, согласно изобретению трубы радиантного и конвективного продуктового змеевиков одеты в трубы-оболочки, а зазор между трубами и трубами-оболочками заполнен микропористым теплопередающим порошком.

Существенным отличием в предложенной трубчатой нагревательной печи является то, что трубы радиантного и конвективного продуктового змеевиков одеты в трубы-оболочки, а зазор между трубами продуктовых змеевиков и трубами-оболочками заполнен микропористым теплопередающим порошком.

На фиг.1 показана трубчатая нагревательная печь, общий вид;

на фиг.2 - конвективный продуктовый змеевик, вид слева (повернуто).

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - радиантная камера;

2 - конвективная камера;

3 - футеровка жаропрочным материалом;

4 - радиантный продуктовый змеевик;

5 - трубы радиантного продуктового змеевика;

6 - двойники радиантного продуктового змеевика;

7 - трубы-оболочки;

8 - микропористый теплопередающий порошок;

9 - кронштейн;

10 - под трубчатой нагревательной печи;

11 - горелочное устройство;

12 - свод трубчатой нагревательной печи;

13 - конвективный продуктовый змеевик;

14 - трубы конвективного продуктового змеевика;

15 - опорные решетки конвективного продуктового змеевика;

16 - трубы-оболочки труб конвективного продуктового змеевика;

17 - микропористый теплопередающий порошок;

18 - двойники конвективного продуктового змеевика;

19 - дымовая труба;

20 - переходник.

Трубчатая нагревательная печь состоит из радиантной 1 и конвективной 2 камер, внутренние поверхности которых футерованы жаропрочным материалом 3. В радиантной камере 1 расположен радиантный продуктовый змеевик 4, состоящий из труб 5, соединенных между собой двойниками 6. Трубы 5 радиантного продуктового змеевика 4 согласно изобретению одеты в трубы-оболочки 7, а зазор между трубой 5 радиантного продуктового змеевика 4 и трубой-оболочкой заполнен микропористым теплопередающим порошком 8. Радиантный продуктовый змеевик 4 подвешен на кронштейнах 9, закрепленных к футерованному материалу 3 радиантной камеры 1. В поде 10 трубчатой нагревательной печи установлены горелочные устройства 11. Радиантная 1 и конвективная 2 камеры между собой соединяются сводом 12.

В конвективной камере 2 расположен конвективный продуктовый змеевик 13. Конвективный продуктовый змеевик состоит из труб 14, которые устанавливаются в отверстия опорных решеток 15. Согласно изобретению трубы 14 конвективного продуктового змеевика 13 одеты в трубы-оболочки 16, а зазор между трубой 14 и трубой-оболочкой 16 заполнен микропористым теплопередающим порошком 17. Трубы 14 конвективного продуктового змеевика 13 между собой соединены двойниками 18. Камера конвекции 2 и дымовая труба 19 между собой соединены переходником 20.

Трубчатая нагревательная печь работает следующим образом. Топливо, подаваемое в трубчатую нагревательную печь, сжигается в горелочном устройстве 11. Освобождаемая при этом тепловая энергия передается нагреваемому продукту в радиантном продуктовом змеевике 4 радиантной камеры 1.

Согласно изобретению освобождаемая тепловая энергия, нагревая поверхность трубы-оболочки 7, передается нагреваемому продукту через микропористый теплопередающий порошок 8 и трубы 5 радиантного продуктового змеевика 4.

Таким образом, при работе горелочного устройства 11 нижние части трубы 5 радиантного продуктового змеевика 4 не подвергаются прямому излучению факела, что исключает прогар трубы 5 и преждевременный выход из строя всего радиантного змеевика 4.

Движущийся поток тепловой энергии из радиантой камеры 1 через свод 12 поступает в конвективную камеру 2. При этом поток тепловой энергии распространяется по всей поверхности конвективной камеры 2 и нагревает конвективный продуктовый змеевик 13.

Согласно изобретению тепловая энергия в конвективной камере, нагревая поверхность трубы-оболочки 16, передается микропористому теплопередающему порошку 17, трубам 14 и нагреваемому продукту.

Следовательно, при работе горелочного устройства 11, особенно на тяжелом мазутном топливе, выделяемые продукты сгорания, оседавшие на поверхность трубы-оболочки 16 трубы 14 конвективного продуктового змеевика 13, легко удаляется. Кроме этого, тепловая энергия снимается в большом объеме за счет большой теплопроводности микропористых теплопередающих порошков 8 и 17, которыми заполняются зазоры между трубами-оболочками 7 и 16 и трубами 5 и 14 радиантного 4 и конвективного 13 продуктовых змеевиков соответственно.

Трубчатая нагревательная печь, включающая футерованную жаропрочным материалом радиантную камеру, радиантный продуктовый змеевик, состоящий из труб, соединенных между собой двойниками и подвешенных на кронштейнах, закрепленных к стенке радиантной камеры, под с горелочными устройствами, свод, футерованную жаропрочным материалом конвективную камеру, конвективный продуктовый змеевик, состоящий из оребренных труб, установленных в отверстия опорных решеток и соединенных между собой двойниками, переходник и дымовую трубу, отличающаяся тем, что каждая из труб радиантного и конвективного продуктового змеевиков одета в трубу-оболочку, а зазор между трубами и трубами-оболочками заполнен микропористым теплопередающим порошком.

www.findpatent.ru

Трубчатая печь для нагрева нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей (варианты)

Группа изобретений относится к области нефтепереработки и может быть использована для нагрева нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей. Изобретение по первому варианту включает коробчатый корпус с камерами, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и горелки в поду печи. Радиантный змеевик выполнен из вертикальных труб и снабжен ловушками для мехпримесей в виде желобчатых элементов, которые установлены на нижних переходниках между восходящими и нисходящими трубами змеевика, сообщены с переходниками отверстиями и связаны с линиями подачи пара и вывода мехпримесей из ловушки. Ловушки установлены на расстоянии не менее 30% от входа сырья в радиантный змеевик. Трубчатая печь по второму варианту имеет радиантный змеевик, выполненный из горизонтальных труб, на концах которых также установлены ловушки для мехпримесей в виде закрытых трубчатых элементов, сообщенных с концами горизонтальных труб отверстиями и связанных с линиями подачи пара и вывода мехпримесей. Ловушки также установлены на расстоянии не менее 30% от входа сырья в радиантный змеевик. Зоны, в которых размещены ловушки как по первому, так и по второму варианту, отделены от камеры радиации перегородками. Технический результат - предотвращение коксоотложения на внутренней поверхности труб радиантного змеевика путем дискретного удаления мехпримесей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретения относятся к нефтепереработке, в частности к трубчатым печам для нагрева нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей.

Известна трубчатая печь для нагрева нефтяных остатков коробчатой формы, внутри которой размещены горизонтальные трубы змеевика и горелки, обогревающие трубы змеевика факелом горящего топлива или посредством раскаленной фронтальной стенки (каталог «Трубчатые печи», изд. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1998, с.8).

Недостатком известной печи является то, что при нагреве остатков с повышенным содержанием мехпримесей, например нефтешламов, с образованием в змеевике паровой фазы поток расслаивается и по мере прохождения змеевика объем жидкой фазы уменьшается, концентрация мехпримесей в ней повышается и в некоторый момент мехпримеси осаждаются на теплопередающую поверхность, полностью прерывая процесс нагрева сырья, и печь останавливают на ремонт.

Известна трубчатая печь, включающая коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и горелки, установленные в поду печи, причем радиантный змеевик выполнен из вертикальных труб при этом концевой участок восходящей трубы радиантного змеевика выполнен винтообразным (Пат. РФ №2318861, БИ №7, 10.03.2008).

Известная печь позволяет нагревать тяжелые нефтяные остатки повышенной вязкости, например гудроны в оптимальном режиме, благодаря особенности конструкции печи - выполнению концевого участка восходящей трубы радиантного змеевика винтообразным. Однако при переработке нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей (до 10%) в процессе нагрева вязкость жидкой фазы снижается, при этом удерживающая способность ее по мехпримесям уменьшается и возрастает опасность их выделения из объема жидкой фазы и отложения на внутренней поверхности труб, зависание на восходящих трубах радиантного змеевика и в конечном результате закоксовывание теплопередающей поверхности.

Задачей настоящего изобретения является предотвращение отложений мехпримесей на внутренней поверхности труб змеевика трубчатой печи при нагреве нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей.

Для решения указанной задачи в трубчатой печи для нагрева нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей, включающей коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и горелки, установленные в поду печи, согласно изобретению радиантный змеевик, выполненный из вертикальных труб, снабжен ловушками для мехпримесей, которые установлены на нижних переходниках между восходящими и нисходящими трубами змеевика, причем в камере радиации размещена вертикальная перегородка, разделяющая камеру радиации и вышеупомянутые трубы, а ловушки установлены на расстоянии не менее 30% от входа сырья в радиантный змеевик, при этом зона, в которой размещены ловушки, отделена от камеры радиации подом печи.

Ловушка для мехпримесей может быть выполнена в виде желобчатого элемента, прикрепленного к нижней части переходника и сообщенного с ним посредством отверстий, причем полость вышеупомянутого элемента связана с линией подачи пара и линией вывода мехпримесей.

Диаметр вышеуказанных отверстий может составить 6-8 мм, а суммарная площадь - 8-10% площади поперечного сечения трубы змеевика, при этом отверстие выполнено с фаской с внутренней стороны трубы, причем высота фаски составляет 70-80% от толщины трубы. Концевой участок восходящей трубы радиантного змеевика целесообразно выполнить винтообразным с диаметром не более двух диаметров трубы и длиной не менее одного шага винта (по пат. РФ №2318861).

По второму варианту в трубчатой печи для нагрева нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей, включающей коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и горелки, установленные в поду печи, согласно изобретению радиантный змеевик, выполненный из горизонтальных труб, снабжен ловушками для мехпримесей, которые установлены на выходящих концах горизонтальных участков труб на расстоянии не менее 30% от входа сырья в радиантный змеевик, при этом зоны, в которых размещены ловушки, отделены от камеры радиации вертикальными перегородками.

Ловушка для мехпримесей может быть выполнена в виде закрытого трубчатого элемента, надетого на конец горизонтальной трубы и сообщенного с ней посредством отверстий, причем полость вышеупомянутого элемента связана с линией подачи пара и линией вывода мехпримесей.

Закрытый трубчатый элемент может быть установлен на трубе со смещением его оси относительно оси трубы змеевика вниз на 25-30%.

Диаметр вышеуказанных отверстий может составить 6-8 мм, а суммарная площадь - 8-10% площади поперечного сечения трубы змеевика, при этом отверстие выполнено с фаской с внутренней стороны трубы, причем высота фаски составляет 70-80% от толщины трубы.

Закрытый трубчатый элемент может быть снабжен линзовым компенсатором.

Размещение на трубах радиантного змеевика ловушек для мехпримесей позволяет осуществить дискретное отделение мехпримесей из жидкой фазы при прохождении сырья по змеевику печи и предотвратить их осаждение на внутренней поверхности трубы.

Различное расположение ловушек в печах (на нижних переходниках вертикальных труб и на выходящих концах горизонтальных), а также выполнение ловушек двух различных модификаций учитывает специфические особенности размещения труб в печах и позволяет осуществить вышеуказанное дискретное отделение мехпримесей наиболее результативно, и, кроме того, поддерживать эффективную теплопередачу и нагрев сырьевого потока.

Отделение зоны размещения ловушек от камеры радиации подом печи для первого варианта и вертикальными перегородками - для второго позволяет выделить ловушки в отдельную необогреваемую камеру и, тем самым, устранить местные перегревы стенок труб и закоксовывание их внутренней поверхности.

Предлагаемые изобретения направлены на решение одной задачи - предотвращение отложений мехпримесей на внутренней поверхности труб змеевика трубчатой печи при нагреве нефтяного сырья с повышенным содержанием мехпримесей одним и тем же путем - дискретным отделением мехпримесей в специальных ловушках и могут быть представлены как варианты.

На прилагаемых чертежах представлены два варианта предлагаемой трубчатой печи, где: фиг.1 - трубчатая печь с вертикальными трубами вид спереди разрез А-А фиг.4; фиг.2 - вид Б фиг.4; фиг.3 - вид А фиг.4; фиг.4 - разрез по Б-Б фиг.1; фиг.5 - поперечный разрез В-В (ловушки) фиг.1; фиг.6 - трубчатая печь с горизонтальными трубами, вид спереди, разрез А-А фиг.7; фиг.7 - разрез Б-Б фиг.8; фиг.9 - ловушка с компенсатором на трубчатом элементе; фиг.10 - разрез В-В фиг.9; фиг.11 - отверстие для мехпримесей фиг.9.

Примеры приведены для печей с трубами радиантного змеевика диаметром 127 мм и толщиной 10 мм.

Печь с вертикальными трубами по первому варианту (фиг.1-5) включает коробчатый корпус 1, камеру конвекции 2 с конвективным змеевиком 3, камеру радиации 4 с нисходящими трубами 5 радиантного змеевика, камеру радиации 6 с восходящими трубами 7 радиантного змеевика с винтообразным участком 8, ловушки для мехпримесей 9, выполненные в виде желобчатых элементов, установленных на переходниках 10 и сообщенных с последними отверстиями 11, количество которых составляет 18. Диаметр отверстий 11 ловушки 9 составляет 8 мм, суммарная площадь отверстий - 900 мм2, а глубина фаски вышеупомянутых отверстий с внутренней стороны трубы составляет 7 мм.

Ловушки для мехпримесей 9 установлены на расстоянии 30% от входа сырья в радиантный змеевик и размещены в необогреваемой камере-зоне 12 под подом печи 13, камера радиации разделена на две камеры 4 и 6 вертикальной перегородкой 14, одновременно разделяющей восходящие 7 и нисходящие 5 трубы змеевика. Радиантный змеевик имеет винтообразный участок 8 с шагом винта, равным 762 мм, и диаметром винта, равным 230 мм. В поду печи 13 установлены горелки 15. Печь снабжена дымовой трубой 16, линией 17 для ввода сырья в змеевик печи, линией 18 ввода сырья из камеры конвекции в камеру радиации, линией 19 вывода продуктов нагрева из печи через задвижку 20 в колонну (не показана), линией 21 вывода мехпримесей из ловушки 9 через задвижку 22, линией 23 ввода водяного пара (турбулизатора) в ловушку 9 через задвижку 24. Радиантные змеевики 5, 7 закреплены хомутами 25 на горизонтальных балках 26. Горизонтальные балки 26, в свою очередь, связаны тягами 27 с пружинными амортизаторами 28, установленными на корпусе 1.

Печь с горизонтальными трубами по второму варианту (фиг.6-11) включает коробчатый корпус 1, камеру конвекции 2 с конвективным змеевиком 3, камеру радиации 4 с горизонтальными трубами 29 радиантного змеевика, оснащенными ловушками для мехпримесей 9, выполненными в виде закрытых трубчатых элементов 30, надетых на выходящие концы 31 горизонтальных участков труб и сообщенных с ними отверстиями 32 в количестве 18 для вывода мехпримесей в кольцевую полость 33 между горизонтальной трубой 29 и трубчатым элементом 30, причем трубчатые элементы 30 снабжены компенсаторами 34. Диаметр отверстий ловушки для вывода мехпримесей, как и по первому варианту, составляет 8 мм, суммарная площадь - 900 мм2, глубина фаски - 7 мм, ось трубчатого элемента смещена относительно оси трубы змеевика на 38 мм вниз. Ловушки 9 установлены на расстоянии 30% от входа сырья в радиантный змеевик, размещены в зонах 35 - необогреваемых камерах - и отделены от камеры радиации 4 вертикальными перегородками 36. В поду печи 13 установлены горелки 15, горизонтальные трубы радиантного змеевика закреплены к боковым конструкциям стен известным способом (не показан). Печь снабжена дымовой трубой 16, линией 17 для ввода сырья в змеевик печи, линией 18 ввода сырья из камеры конвекции в камеру радиации, линией 19 вывода продуктов нагрева из печи через задвижку 20 в колонну (не показана), линией 21 вывода мехпримесей из ловушки 9 через задвижку 22, линией 23 ввода водяного пара (турбулизатора) в ловушку 9 через задвижку 24.

Печь (фиг.1-5) по первому варианту с вертикальными трубами радиантного змеевика работает следующим образом. После пуска установки и разогрева печи на пусковом газойле в змеевик печи подают сырьевую композицию (смесь шлама с разбавителем, турбулизатором) по линии 17. Поток с температурой 250-300°С поступает по линии ввода сырья 18 из камеры конвекции 2 в змеевик 5 камеры радиации 4, где нагревается от излучения факела горящей топливной смеси (топливо-воздух-водяной пар), выходящей из горелок 15 в камеры радиации 4 и 6. В камере радиации 4 поток опускается сверху-вниз по нисходящей трубе 5, затем по переходнику 10 перетекает в камеру радиации 6 и по восходящей трубе 7 с винтообразным участком 8 поднимается вверх и по следующему переходнику перетекает в очередную трубу 5 с нисходящим потоком и процесс движения повторяется.

По мере прохождения змеевика из труб 5, 7 камер радиации 4, 6 температура потока повышается до величины кипения компонентов сырья (разбавителя), при этом структура потока внутри трубы также изменяется и переходит от однородной (жидкой среды) к двухфазной, с дисперсно-кольцевой структурой, характерной для горизонтального и вертикального опускающегося сверху-вниз участка змеевика. При подъеме газопарового потока снизу-вверх по восходящей трубе образуются пробки, однако при входе на верху трубы 7 в концевой винтообразный участок 8 поток закручивается вокруг собственной оси, под действием центробежной силы пробки растекаются и дисперсно-кольцевая структура потока восстанавливается.

По мере прохождения змеевика на расстоянии 30% от входа сырья в радиантный змеевик температура потока поднимается до 350-400°С, вязкость его снижается, при этом удерживающая способность жидкой фазы по мехпримесям уменьшается и возрастает опасность их выделения из объема на внутреннюю поверхность трубы, поэтому по ходу движения потока в конце прямого участка на нисходящей трубы устанавливают специальные ловушки 9 для сбора, концентрирования и вывода мехпримесей из змеевика печи на рециркуляцию или утилизацию.

Мехпримеси из переходника 10 поступают через отверстия 11 в желобчатый элемент (ловушку) 9 под действием избыточного давления в змеевике при постоянном или периодическом выводе жидкой фазы из нее по линии 21 через регулирующую задвижку 22. Проходимость системы (при необходимости) восстанавливают подачей водяного пара (турбулизатора) в ловушку 9 по линии 23 через регулирующую задвижку 24, при этом возможен вариант подачи турбулизатора обратным ходом через задвижку 22 по линии 21, через ловушку 9, переходник 10 в змеевик печи.

Для очистки прямых участков труб, включая и переходники 10, могут быть использованы известные способы с применением скреперов. Положение усложняется на восходящих трубах 7 радиантного змеевика печи, где возможно зависание мехпримесей в пограничном слое жидкая фаза-труба. В этом случае для уменьшения опасности закоксовывания печи необходимо снижение теплонапряженности греющей поверхности труб с восходящим потоком до безопасной величины, близкой для труб камеры конвекции, то есть примерно в два раза. Предлагаемая конструкции печи реализует возникшую потребность путем выделения радиантных труб с восходящим потоком 7 в отдельную камеру 6 для управления и оптимизации теплонапряженности в зависимости от вида сырья и требуемых параметров технологического режима. Этому способствует также равномерное излучение тепла во внутреннюю часть корпуса и на трубы змеевика от раскаленной стенки, на которую направлен (настилается) факел от горелок 15. Тем самым, устраняется контакт динамически неустойчивого фронта факела от горелок 15 с трубами змеевика 5 и 7 и, следовательно, предотвращаются местные перегревы стенок труб, закоксовывание их внутренней поверхности, перегрев металла трубы, прогары и простой оборудования.

Печь по второму варианту (фиг.6-11) с горизонтальными трубами радиантного змеевика работает аналогичным образом, что и печь по первому варианту, описание которой было приведено выше. При этом после пуска установки и разогрева печи на пусковом газойле в змеевик печи подают сырьевую композицию по линии 17. Поток по линии 18 с температурой 250-300°С поступает из камеры конвекции 2 в горизонтальные трубы 29 змеевика камеры радиации 4, где нагревается от излучения факела горящей топливной смеси, выходящей из горелок 15 в камеру радиации 4. В камере радиации 4 поток по мере прохождения змеевика на расстоянии 30% от входа в камеру радиации нагревается до 350-400°С, вязкость его снижается, и возрастает опасность выделения мехпримесей из объема жидкой фазы на внутреннюю поверхность трубы, поэтому по ходу движения потока в выходящих концах 31 горизонтальных труб 29 устанавливают специальные ловушки 9 для сбора, концентрирования и вывода мехпримесей из змеевика печи на рециркуляцию или утилизацию.

Мехпримеси из выходящего конца 31 горизонтальной трубы 29, составляющего внутреннюю часть ловушки 9, поступают через отверстия 32 под действием избыточного давления в змеевике при постоянном или периодическом выводе жидкой фазы из нее по линии 21 через регулирующую задвижку 22. Проходимость системы при необходимости восстанавливают подачей водяного пара (турбулизатора) в ловушку 9 по линии 23 через регулирующую задвижку 24, при этом, как и в первом варианте, возможна подача турбулизатора обратным ходом по линии 21 через регулирующую задвижку 22 и ловушку 9 в змеевик печи.

Для снижения опасности закоксовывания наиболее уязвимых участков радиантного змеевика выходящие концы 31 труб с ловушками 9 выделяют в отдельную необогреваемую зону 35 с минимальной теплонапряженностью, приближающуюся к аналогичному показателю камеры конвекции. Тем самым, устраняются местные перегревы стенок труб, закоксовывание их внутренней поверхности, перегрев металла трубы, прогары и простой оборудования.

Предлагаемые модификации трубчатых печей с вертикальными либо горизонтальными радиантными змеевиками, снабженными специальными ловушками для мехпримесей, позволяют нагревать самые различные сырьевые композиции (смесь нефтешламов с разбавителем, турбулизатором, а также фугаты после обработки битуминозного песка растворителем) с содержанием мехпримесей до 10% до заданной температуры без опасности их отложений на внутренней поверхности труб змеевика.

1. Трубчатая печь, включающая коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и горелки, установленные в поду печи, отличающаяся тем, что радиантный змеевик, выполненный из вертикальных труб, снабжен ловушками для мехпримесей, которые установлены на нижних переходниках между восходящими и нисходящими трубами змеевика, при этом в камере радиации размещена вертикальная перегородка, разделяющая камеру радиации и вышеупомянутые трубы, причем ловушки установлены на расстоянии не менее 30% от входа сырья в радиантный змеевик, при этом зона, в которой размещены ловушки, отделена от камеры радиации подом печи.

2. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что ловушка для мехпримесей выполнена в виде желобчатого элемента, прикрепленного к нижней части переходника и сообщенного с ним посредством отверстий, причем полость вышеупомянутого элемента связана с линией подачи пара и линией вывода мехпримесей.

3. Трубчатая печь по п.2, отличающаяся тем, что диаметр вышеупомянутых отверстий составляет 6-8 мм, суммарная площадь отверстий - 8-10% площади поперечного сечения трубы змеевика, при этом отверстие выполнено с фаской с внутренней стороны трубы, причем высота фаски составляет 70-80% от толщины трубы.

4. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что концевой участок восходящей трубы змеевика выполнен винтообразным с длиной не менее одного шага винта.

5. Трубчатая печь, включающая коробчатый корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики и горелки, установленные в поду печи, отличающаяся тем, что радиантный змеевик, выполненный из горизонтальных труб, снабжен ловушками для мехпримесей, которые установлены на выходящих концах горизонтальных труб на расстоянии не менее 30% от входа сырья в радиантный змеевик, при этом зоны, в которых размещены ловушки, отделены от камеры радиации вертикальными перегородками.

6. Трубчатая печь по п.5, отличающаяся тем, что ловушка для мехпримесей выполнена в виде закрытого трубчатого элемента, надетого на конец горизонтальной трубы и сообщенного с ней посредством отверстий, причем полость вышеупомянутого элемента связана с линией подачи пара и линией вывода мехпримесей.

7. Трубчатая печь по п.6, отличающаяся тем, что диаметр вышеуказанных отверстий составляет 6-8 мм, суммарная площадь - 8-10% площади поперечного сечения трубы змеевика, при этом отверстие выполнено с фаской с внутренней стороны трубы, причем высота фаски составляет 70-80% от толщины трубы.

8. Трубчатая печь по п.6, отличающаяся тем, что закрытый трубчатый элемент установлен на горизонтальной трубе со смещением его оси относительно оси горизонтальной трубы вниз на 25-30%.

9. Трубчатая печь по п.6, отличающаяся тем, что закрытый трубчатый элемент снабжен линзовым компенсатором.

www.findpatent.ru

Способ нагрева тяжелого нефтяного остатка в трубчатой печи и трубчатая печь

Изобретения относятся к нефтеперерабатывающей промышленности и могут быть использованы при нагреве нефтяного сырья в трубчатой печи.

Известен способ нагрева нефтяного сырья в трубчатых печах с использованием в качестве топлива для горения газообразного топлива. (Н.Р.Ентус. Трубчатые печи. Изд. «Химия», 1977 г., с.78).

Известны печи для реализации этого способа, включающие корпус, змеевик, размещенный в камере сгорания, и горелки, которые могут быть расположены как в поду, так и на фронтальных стенах (Справочник нефтепереработчика под ред. Г.А.Ластовкина. Ленинград: Химия, 1986 г., с.304-305).

Известные способ и устройство вполне удовлетворительно работают при наличии газообразного топлива.

Известен способ нагрева тяжелого нефтяного сырья в трубчатых печах с использованием в качестве топлива для горелок жидкого топлива - мазута (товарного котельного топлива), получаемого в процессе переработки нефти (Н.Р.Ентус. Трубчатые печи. Изд. «Химия», 1977 г., с.78-80).

Недостатком известного способа является необходимость подготовки топлива к сжиганию, которая заключается в предварительном его подогреве для достижения хорошей текучести и хорошего распыления в горелках печи. При этом должна соблюдаться необходимая температура подогрева, так как при недогреве жидкого топлива ухудшаются условия его транспортировки и сжигания, а перегрев может вызвать интенсивное парообразование и вспенивание, что приводит к пульсации факела и может быть причиной пожара.

Наиболее близкой к предлагаемой печи по существенным признакам является трубчатая печь, включающая коробчатый корпус со змеевиком, размещенным в камере сгорания и горелками, расположенными на фронтальных стенах под углом 45°. По оси печи размещена настильная стена, на которую и направлены горящие факелы. Горелки установлены с возможностью подвода к ним как жидкого, так и газообразного топлива (Каталог. Трубчатые печи. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1998 г., с.11). При этом при подаче плохо подготовленного жидкого топлива горелки работают неудовлетворительно и могут возникнуть аварийные ситуации.

Таким образом, описанные способ нагрева тяжелого нефтяного сырья и трубчатая печь для осуществления этого способа требуют достаточно сложной подготовки топлива к сжиганию и значительных затрат времени и энергии для этой подготовки.

При создании изобретений ставилась задача упрощения подготовки топлива к сжиганию и сокращение времени подготовки.

Задача решается предлагаемым способом нагрева тяжелого нефтяного остатка в трубчатой печи, включающим подачу в горелки печи предварительно подготовленного топлива с последующим его распылением и сжиганием, в котором согласно изобретению в качестве жидкого топлива подают исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток, который нагревают в змеевике печи до температуры крекирования, а затем подают в горелку со скоростью не менее 40 м/с.

Целесообразно жидкое топливо подавать в горелку в количестве 1-4 мас.% на исходное сырье.

На входе в печь в тяжелый нефтяной остаток целесообразно добавить водный конденсат - турбулизатор - в количестве 0,5-2,5 мас.% на исходное сырье.

Использование в качестве жидкого топлива для печи исходного сырья - тяжелого нефтяного остатка, нагретого до температуры крекирования и подаваемого в горелки со скоростью не менее 40 м/с, позволяет отказаться от сложной и длительной подготовки жидкого топлива к сжиганию, повысить надежность, упростить процесс нагрева сырья в печи.

Указанная задача решается также предлагаемой трубчатой печью, включающей коробчатый корпус, внутри которого вдоль фронтальных стен установлены трубы змеевика, настильную стену, размещенную по оси печи, и горелки, установленные на фронтальных стенах, в которой согласно изобретению концевая труба змеевика размещена под подом печи и снабжена выводными патрубками, связанными с горелками печи.

Целесообразно выводные патрубки сообщить с трубками для подачи воздуха, газообразного топлива и водяного пара, оснащенными клапанами расхода и задвижками.

Горелки могут быть установлены на фронтальных стенах под углом 45°.

Концевая труба змеевика, снабженная выводными патрубками, связанными с горелками печи, позволяет направить часть нагреваемого исходного сырья - тяжелого нефтяного остатка - к горелкам в качестве жидкого топлива со скоростью, необходимой для удовлетворительного распыливания топлива и его сжигания, т.е. фактически подготовка жидкого топлива к сжиганию происходит непосредственно в печи.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены

на фиг.1 - трубчатая печь в разрезе, вид спереди;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, где узел «Б» показан схематично.

Способ осуществляют следующим образом. В начале работы пуск и разогрев печи до заданных параметров осуществляют с использованием газообразного топлива с постепенной заменой пускового продукта - газойля - на тяжелый нефтяной остаток с добавкой (0,5-2,5 мас.%) водного конденсата - турбулизатора. Исходный нефтяной остаток с показателями качества, приведенными в таблице 1, подают в трубы печи, где поток нагревают до 460-500°С, в результате исходное сырье испаряется, разлагается (крекируется), приобретая новые значения показателей качества (табл.1, столб.5, 6), характерные для товарного котельного топлива (табл.1, столб.3), используемого в горелках промышленных печей. Затем подготовленный нефтяной остаток уже в виде топлива в количестве 2% на исходное сырье подают в горелки печи.

Таблица 1Показатели качества нефтепродуктов
Наименование Котельное топливо ГОСТ 10585-75 марки 100 (прототип) Исходное сырье на входе в змеевик печи Продукт на входе в горелку печи Кратность снижения вязкости
печь висбре кинга (УВБ)печь замедленного коксования (УЗК)печь УВБпечь УЗК
12 34 567 8
11. Плотность при 20°С, кг/м3 не более 1,0151,018 --- -
 2. Вязкость, °ВУ, при 80°Сне более 16 300012 8250375
21. Плотность при 20°С, кг/м3не более 1,015 1,026- ---
 2. Вязкость, °ВУ, при 80°Сне более 16 160001510 10661600

Из таблицы видно, что вязкость подготовленного топлива на входе в горелку соответствует вязкости котельного топлива.

Трубчатая печь для осуществления предлагаемого способа содержит коробчатый корпус 1, в котором размещены горизонтальные трубы змеевика 2. По оси печи расположена настильная стена 3. Змеевик 2 сообщен с концевой трубой 4, расположенной под подом печи. Концевая труба 4 имеет выводные патрубки 5, связанные с горелками 6, размещенными по углом 45° на фронтальных стенах. К каждой горелке 6 подведены трубки 7 для подачи воздуха с клапаном 8 расхода воздуха, трубки 9 для подачи газообразного топлива с клапаном 10 расхода топлива, трубки 11 подачи водяного пара с запорно-регулирующими задвижками 12, отсечной клапан 13, клапан расхода топлива 14.

Печь работает следующим образом. Исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток - подают в трубы змеевика 2. По мере движения потока внутри змеевика 2 вследствие повышения его температуры, крекинга и испарения, сопровождаемых экспоненциальным увеличением объема, скорость потока увеличивается по аналогичной зависимости и достигает значительной величины (40 м/с.) Структура потока внутри трубы также изменяется и переходит от однородной жидкой среды (нефтяной остаток, водный конденсат - турбулизатор) к двухфазной (газопаровой - жидкой) и далее - опять к однофазной - газопаровой (содержание паровой фазы 98-99 об.%),что дает возможность автоматически регулировать поступление жидкого топлива с помощью клапана 14. В таблице 2 приведены технологические показатели потока, свидетельствующие о степени подготовки топлива к распылению и сжиганию.

Таблица 2Технологические и гидродинамические показатели потока жидкого топлива внутри трубы
ПроцессТехнологические параметры в концевой трубе змеевика печиСодержание паровой фазы, об.%Скорость потока, м/сСтруктура потока
температура, °Сдавление, МПа
12 34 567
1Печь висбрекинга 4900,498 40дисперсно-кольцевая
2Печь УЗК500 0,59945 дисперсно-кольцевая

В процессе крекинга высоковязкое исходное тяжелое сырье разлагается с образованием низкомолекулярных маловязких компонентов (газ, бензин, легкий и тяжелый газойли), которые являются основными углеводородными компонентами подготовленного топлива. Подготовленное топливо отбирается из концевой трубы 4 по выводному патрубку 5 и подводится к горелке 6 через отсечной клапан 13 и клапан расхода топлива 14. К горелке 6 также подается воздух по трубке 7 через клапан 8. Для пароблокировки и защиты выводных патрубков 5 и клапанов 13 и 14 от закоксовывания в них через запорно-регулирующие задвижки 12 подают водяной пар по трубке 11.

Пониженная вязкость, высокая температура (выше температуры самовоспламенения) и скорость потока поступающего к горелке топлива обуславливают хорошее смешение топлива с воздухом, короткое время воспламенения и полное сгорание высокодисперсных частиц топлива в объеме топки печи без образования дыма и нагара и, следовательно, высокий КПД использования подготовленного топлива.

Таким образом, подготовка топлива к сжиганию происходит непосредственно в трубчатой печи, что сокращает время подготовки и значительно упрощает процесс нагрева исходного сырья.

bankpatentov.ru