Современного оборудования

Оборудование большей части технологических установок физически и морально устарело. В настоящее время в эксплуатации находится большое количество конструкций технологических печей с устаревшими типами футеровок и горелочных устройств и низким КПД, не отвечающих современным требованиям, в которых сжигаются, в основном, нефтезаводские газы и жидкое то­пливо объемом до 8 % от перерабатываемой нефти. Традиционно изготавливаемые теплообменные аппараты имеют низкую энергетическую эффективность. Центробежные нефтяные насосы, на долю которых приходится более 80 % потребляемой НПЗ электроэнергии, имеют ненадежную и устаревшую конструкцию, избыточные напоры, что приводит к перерасходу электроэнергии до 1 млн. кВт. ч/год. Отсутствуют качественные отечественные уплотнительные материалы.

Замена и модернизация оборудования, иногда даже и при небольших затратах, может дать значительный экономический эффект.

Печи.Среди оборудования НПЗ наибольшее количество энергии потребляют производствен­ные печи. Так, на их долю приходится около 50 % общей потребляемой тепловой энергии. Сле­довательно, любое возможное увеличение эффективности этого оборудования будет способство­вать существенной экономии энергии и, что немаловажно, снижению загрязнения окружающей среды.

На ряде НПЗ тепло уходящих из печей дымовых газов, температура которых высо­ка (~ 300-550 °С), чаще всего не утилизируется. Эффективность работы печей в таких случаях составляет 58-69 %. По предварительным расчетам, используя это тепло, можно значительно (~ до 88 %) увеличить КПД печи.

В результате основных процессов переработки нефти образуются технологические газы различного состава, имеющие высокую теплоту сгорания: ~ 46-65 МДж/кг. Эти газы подразде­ляются на углеводородный, водородсодержащий, смесь того и другого.

Весь углеводородный газ при нормальной работе НПЗ (загрузка -100%) используется в качестве топлива технологических печей. Водородсодержащий газ, являющийся на некоторых заводах отходом производства, сжигается на факеле в количестве ~ 1,5-6 кг/с. Его теплота сгора­ния очень высока и составляет ~ 60-65 МДж/кг. По подсчетам только на этом газе можно вырабо­тать 25-110 МВт электрической или 60-360 МВт тепловой энергии.

Для печей основных технологических аппаратов используют в основном жидкое топливо, технологический и природный газы. Тепловая мощность этих печей в зависимости от числа ко­леблется в пределах ~ 8-260 ГДж/ч. Технологические установки, как правило, находятся далеко друг от друга, а потоки дымовых газов от нескольких печей даже одной установки, зачастую не замкнуты на одну дымовую трубу.

В первую очередь следует рационально организовать работу наиболее мощных печей ос­новных технологических установок: атмосферно-вакуумной перегонки нефти, каталитического риформинга, замедленного коксования, термического крекинга, гидроочистки дизельного топли­ва.

Эффективность работы самих печей можно повысить, установив за ними котел-утилизатор, обеспечивающий использование выходящей из печей тепловой энергии для произ­водства пара нужных параметров.

Учитывая тот факт, что средние инвестиционные затраты на теплопередающее оборудо­вание составляют порядка 30 % общих инвестиций на нефтеперерабатывающих и нефтехимиче­ских заводах, а также, то что наибольшее потребление тепловой энергии имеет место в технологи­ческих печах и котлах, становится очевидным, что любое возможное улучшение проектирования и увеличение КПД этого оборудования позволит получить существенные выгоды.

Так как тепло, поглощаемое в камере излучения печи, составляет порядка 70 % общего передаваемого тепла, любое улучшение в проектировании камеры излучения, направленное на максимальное использование теплопередачи, приведет к значительному сокращению инвестици­онных затрат на печь, а также к лучшему распределению тепла и повышению безопасности экс­плуатации печи. Численное моделирование, разработанное компанией Technicas Reunidas (Испа­ния), позволяет оптимизировать и обосновать проектирование печей с двойным излучением.

Двойное излучение заключается в передачи тепла дымовых газов на обе стороны трубных змеевиков камеры, в то время как при единичном излучении тепло передается только на одну сторону трубных змеевиков.

Двойное излучение допускает более высокую (на 40-60 %) среднюю величину те­плового потока.

Применение данной технологии чрезвычайно выгодно для высокопроизводительных пе­чей с высокой температурой технологического процесса. Печи с двойным излучением обычно используются на установках каталитического риформинга, коксования, гидрокрекинга и др.

Использование двойного излучения позволяет:

- получить более низкую температуру металлической поверхности труб. Это, в свою очередь, позволяет выбрать материал труб с более низким содержанием легирующих добавок или уменьшить толщину стенок труб;

- увеличить среднюю величину теплового потока, сохраняя его максимальную величи­ну, а также уменьшить площадь теплопередачи.

К основным путям развития проектирования и изготовления трубчатых печей нефтепере­рабатывающей промышленности относятся следующие:

- замена печей старых конструкций (в частности, шатровых) на современные печи новых конструкций с учетом оптимизации условий нагре­ва, ремонтопригодности;

- выбор более современных узлов утилизации с экономическими показателями, превы­шающими ныне эксплуатируемые;

- создание взрыво-, пожаробезопасных систем управления печами (совершенствование системы КИП и А, системы блокировок подачи топлива и продукта, совершенствова­ние системы паровой защиты печи) в соответствии с новыми правилами промышлен­ной безопасности.

В качестве высокоэффективных методов утилизации тепла печей рассматриваются два вида: регенеративный и рекуперативный.

К рекуперативному типу относится, например, трубчатый воздухоподогреватель. Он наиболее широко распространен на всех НПЗ России и СНГ, что обусловлено простотой кон­струкции и легкой ремонтопригодностью, относительно небольшой массой и занимаемой площа­дью.

Однако, главным недостатком рекуператоров является коррозия металла в зоне низких температур по дымовым газам.

Также к недостаткам обычной схемы с рекуперативным воздухоподогревателем можно отнести наличие и воздуховодов и дымоходов. При этом усложняется компоновка оборудования, и появляется необходимость минимум в двух тягодутьевых механизмах по воздуху и дымовым газам. Довольно удачным решением этой проблемы является использование встроенного возду­хоподогревателя. Воздухоподогреватель располагается на каркасе печи после камеры конвекции. В этом случае дымовые газы направляются после камеры конвекции сразу в пакет воздухоподог­ревателя и далее в дымовую трубу.

Основными представителями регенеративного воздухоподогревателя являются роторный (вращающийся) воздухоподогреватель и воздухоподогреватель с промежуточным теплоносите­лем.

Особый интерес представляет второй тип воздухоподогревателей.

Котлы утилизаторы. Известно, что подавляющее большинство котлов-утилизаторов (КУ), эксплуатируемых в нефтеперерабатывающей промышленности, характеризуется тем, что фактическая их паропроизводительность существенно ниже паспортной.

Отсюда напрашивается принципиальное решение для доведения паропроизводительности КУ до паспортного значения, которое заключается в повышении температуры дымовых газов пе­ред КУ.

Технически это мероприятие может быть организованно различными способами. Один из них заключается в организации сжигания дополнительного топлива в газоходе между печью и КУ. Известны три варианта технической реализации данного принципа, предусматривающие использование различных топочных устройств для совместного сжигания топливного газа и жидкого топлива:

- выносная циклонная топка;

- экранированная топка — радиационный котел;

- радиационно-конвекционный котел.

Каждый из этих вариантов предусматривает доведение температуры дымовых газов после печи до 600°С.

Все рассмотренные варианты реконструкции экономически эффективны. Лучшие техни­ко-экономические показатели достигаются в варианте с дооборудованием котлов-утилизаторов экранированными топками.

Этот вариант реконструкции обеспечивает:

- самую низкую себестоимость пара;

- наиболее высокий уровень использования тепла дополнительного топлива и тепла от­работавших газов технологических печей;

- самый короткий период окупаемости капиталовложений и наиболее высокий индекс доходности капитала.

В последние годы разработаны, изготовлены и испытаны перспективные конвекционные, на термосифонах котлы-утилизаторы, утилизационные системы с циклонными предтопками.

Вместе с тем, котлы-утилизаторы - это достаточно дорогое и сложное оборудование. Кроме того, производство пара в котлах-утилизаторах не всегда балансируется с потребностью НПЗ в нем.