Устройство и способ работы путевого подогревателя нефти
DEVICE AND METHOD FOR OPERATING LINE OIL HEATER

Изобретение относится к области подготовки нефти на нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих предприятиях к дальнейшей транспортировке ее или переработке.
Известно устройство нагрева жидкости в печах типа БН-3000 (см. книгу: Антипов А.И. «Тепловой расчет технологических линий и теплотехнического оборудования объектов промысловой подготовки нефти». - Казань.: Фэн, 2002. - С. 165-166). Данный блок нагрева представляет собой батарею из теплообменных аппаратов типа «труба в трубе», где греющим теплоносителем служат продукты сгорания топлива, а нагреваемым - различные нефтяные жидкости. В межтрубном пространстве движется нагреваемый продукт, в трубном - топливо, где оно, сгорая, излучает тепло, поглощаемое теплообменными поверхностями. Нагрев нефтяной жидкости осуществляется путем непосредственного контакта с теплообменными поверхностями.
Недостатком этого способа является то, что на поверхности жаровой трубы происходит коксование нагреваемой нефти, что приводит к ухудшению теплообмена между продуктами сгорания топливного газа и нагреваемой жидкостью, что, в свою очередь, приводит к быстрому прогару жаровой трубы и пожароопасному контакту продуктов сгорания с нефтью.
Известен (http://www.mbcd.ru/rus/production/class_12/product_12) подогреватель нефти с промежуточным носителем для нагрева нефти, водонефтяной эмульсии или других промысловых жидкостей, включающий емкость, заполненную теплоносителем, трубопроводный змеевик с регулятором расхода топливного газа, жаровую трубу.
2
3
2
4
Недостатком является то, что при сжигании сероводородсодержащего газа происходит окисление сероводорода до сернистого газа SO и, частично, до серного ангидрида SO. Серный ангидрид в присутствии водяных паров образует серную кислоту HSO. Серная кислота имеет высокую температуру кипения и, соответственно, низкое давление насыщенных паров. Парциальное давление паров серной кислоты, которое устанавливается в дымовых газах при сжигании сероводородсодержащего газа, может превысить над холодными участками теплообменных поверхностей величину давления насыщения, так как температура промежуточного теплоносителя не превышает 100°C и 110°C для воды и растворов антифризов соответственно. Вследствие этого при определенных температурах теплообменных поверхностей создаются условия для конденсации на них серной кислоты. Происходит сернокислотная коррозия материала теплообменной поверхности и прогар жаровой трубы, приводящие к аварийному останову подогревателя и дорогостоящему ремонту, то есть к снижению надежности.
Кроме того, в промысловых условиях имеет место неравномерность и прерывистость подачи топливного газа (попутного нефтяного газа), что осложняет его розжиг в газогорелочном устройстве подогревателя.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (http://ingastech.ru/putevoi-podogrevatel-pp-1-6.html) подогреватель путевой серий ПП-1,6 / ПП-4.
Подогреватель представляет собой цилиндрическую горизонтальную емкость с плоскими днищами, во внутренней полости которой в нижней части установлены две топки П-образного типа и два 4-заходных трубчатых змеевика; в модели ПП-4В четыре 4-х заходных змеевика, обеспечивающих пониженное гидравлическое сопротивление. Емкость заполняется жидким теплоносителем (диэтиленгликолем) через расширительный бачок.
Топочные устройства оборудованы горелками:
газовыми в модели ПП-1,6; ПП-4; ПП-4В;
жидкотопливными в модели ПП-1,6Ж,
комбинированными в модели ПП-1,6-К.
Снаружи сосуда смонтированы узлы подготовки и подачи топлива горелочным устройствам, указатель уровня теплоносителя, лестница, площадка обслуживания. Подогреватель размещен на раме сварной конструкции.
Подогреватель работает следующим образом.
Продукт подают в змеевики, в которых продукт нагревается от теплоносителя до 70°С. Температуру теплоносителя поддерживают автоматикой +95°С путем регулирования мощности горелок. Система автоматизации подогревателя ПП-1,6/-4 обеспечивает:
- регулирование давления топлива перед горелками;
- розжиг горелок;
- поддержание температуры продукта за счет автоматического изменения режима горелок с большого на малое горение и наоборот;
- автоматическое отключение подачи топлива к горелкам с расшифровкой и запоминанием первопричины в случае:
- повышения давления газообразного топлива перед горелками;
- понижения давления топлива перед горелками;
- погасания факелов горелок;
- повышения температуры теплоносителя;
- повышения давления в продуктовом змеевике.
Систему автоматического управления типа САПН ПП размещают в отапливаемом помещении, соединяя с подогревателем проводной линией длиной 150-200 м.
Недостатком известного путевого подогревателя следует признать значительную материалоемкость, сложность и длительность изготовления, сложность конструкции. Кроме того, диэтиленгликоль разлагается при нагревании, что вызывает необходимость его частой замены в устройстве.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в расширении ассортимента средств разогрева нефти и нефтепродуктов при транспортировке, а также их переработке.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в упрощении конструкции, уменьшении ее материалоемкости, а также упрощении технологии изготовления и использования.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство путевого подогревателя нефти. Разработанное устройство содержит корпус, предпочтительно расположенный горизонтально, содержащий герметично закрытую полость, в нижней части полости расположен первый трубчатый теплообменник, предназначенный для прохождения дымовых газов, входной и выходной штуцеры которого расположены на корпусе, в полости расположен второй трубчатый теплообменник, предназначенный для нагрева нефти, подключенный к патрубкам ввода и вывода нефти, закрепленным на корпусе, в нижней части полости находится жидкий химически инертный теплоноситель.
Указанный технический результат достигается за счет очевидного упрощения конструкции, а также технологии ее изготовления. Достаточно очевидно и упрощение технологии использования устройства - пропускание через первый трубчатый теплообменник нефти и через второй трубчатый теплообменник дымовых газов.
Для усиления эффективности парообразования жидкого теплоносителя предпочтительно трубчатый теплообменник дымовых газов погружен в жидкий теплоноситель - низший одноатомный спирт, кетон или их водные смеси.
Для уменьшения потерь тепловой энергии поверхность корпуса покрыта слоем теплоизоляции.
Обычно горелки, генерирующие дымовые газы, располагают с внешней стороны корпуса.
Для обеспечения регулирования подачи тепловой энергии с обеспечением максимально эффективного воздействия на нефть в первом трубчатом теплообменнике в полости может быть расположен, по меньшей мере, один измеритель температуры (в частности, термопара или любой полупроводниковый измеритель температуры), регистрирующий температуру пара жидкого теплоносителя. Кроме того, желательно на тракте движения дымовых газов установить регулятор расхода дымовых газов. Это позволит оптимизировать работу устройства и получать на выходе из первого трубчатого теплообменника нефть с заданными вязкостными характеристиками.
Также для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ работы путевого подогревателя нефти. Согласно разработанному способу подогрев нефти, проходящей по первому трубчатому теплообменнику, расположенному в герметично закрытой полости, осуществляют путем конденсации на внешней поверхности указанного теплообменника парообразного теплоносителя, жидкая фаза которого расположена в нижней части полости, а подогрев жидкого теплоносителя осуществляют путем приложения к жидкой фазе тепловой энергии от дымовых газов, проходящих через второй трубчатый теплообменник.
В качестве жидкого теплоносителя предпочтительно используют водно-органические смеси, содержащие низшие одноатомные спирты (метанол, этанол, изопропанол) или кетоны (ацетон, метилэтилкетон). Однако возможно использование одноатомных спиртов или кетонов без смешения их с водой.
Преимущественно подогрев жидкого теплоносителя регулируют подачей дымовых газов - изменение температуры дымовых газов или скорости подачи.
На чертеже приведен базовый вид разработанного устройства, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, полость 2, первый трубчатый теплообменник 3, штуцер 4 подачи дымовых газов, штуцер 5 выхода дымовых газов, второй трубчатый теплообменник 6, штуцер 7 ввода нефти, штуцер 8 вывода нефти, жидкий теплоноситель 9, теплоизоляция 10 корпуса 1.
Устройство работает следующим образом.
В полость 2 корпуса 1 заливают жидкий теплоноситель 9 и герметично закрывают полость 2. Через штуцер 4 в теплообменник 3 подают дымовые газы, выходящие из штуцера 5. Через штуцер 7 в теплообменник 6 подают нефть, выходящую из теплообменника 6 через штуцер 8. Тепловая энергия дымовых газов передается жидкому теплоносителю 9, который начинает испаряться. Пары теплоносителя поступают в верхнюю часть полости, касаются холодной поверхности теплообменника 3 и конденсируются на указанной поверхности, передавая тепловую энергию металлу теплообменника и, следовательно, нефти. Сконденсированные капли теплоносителя под действием сил гравитации падают вниз. Разогретая нефть выходит через штуцер 8.
Разработанное техническое решение иллюстрировано следующим примером реализации.
В качестве жидкого теплоносителя использован 50% водный раствор метанола. Поступающие дымовые газы имеют следующие характеристики: температура 400°С, технологическое давление (изб.) 0,3 МПа. Выходящие дымовые газы имеют следующие характеристики: температура 180°С, технологическое давление (изб.) 0,3 МПа. Поступающая нефть имеет следующие характеристики: температура +58°С, технологическое давление 0,35 МПа. Выходящая нефть имеет следующие характеристики: температура +75°С, технологическое давление 0,35 МПа.
Приведенный пример подтверждает эффективность разработанного технического решения.