Причины повышения температуры на перевале печей при нагреве вакуумного газойля

УДК 665.63

М. А. Таймаров, Н. Е. Кувшинов, Р. Г. Сунгатуллин,

Ю. В. Лавирко

ПРИЧИНЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПЕРЕВАЛЕ ПЕЧЕЙ ПРИ НАГРЕВЕ ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ

Ключевые слова: печь ОН-1000/1,2 конвективный пароперегреватель, катализатора, лучистое тепловосприятие, радиант-

ные змеевики.

В статье исследуются причины повышения температуры печей при нагреве вакумного газойля на двух печах ОН-1000/1,2 на установке гидроочистки АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания». По регламенту регулируемыми параметрами являются температура газойля на выходе из печи при соответствующем давлении. Ограничительным параметров является величина температуры дымовых газов на перевале печей по условиям прочности материала радиантных змеевиков.

Key words: oven RT-1000 /1.2 convective superheater, catalyst, radiant heat absorption, radiant coils.

The article investigates the reasons for the increase in heating furnaces temperature vacuum circuit gasoil two furnaces OH-1000 /1.2 on the hydrotreating unit of JSC "Ryazan Refinery". According to the regulations are adjustable parameters of the gas oil outlet temperature from the furnace at a suitable pressure. The limiting parameter is the size of the flue gas temperature in the furnace pass under the terms of the strength of radiant coils material.

Состояние проблемы

В данной работе экспериментально исследуются причины повышения температуры печей при нагреве вакумного газойля на двух печах ОН-1000/1,2 на установке гидроочистки АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания». По регламенту регулируемыми параметрами являются температура газойля на выходе из печи при соответствующем давлении [1-6]. Ограничительным параметров является величина температуры дымовых газов на перевале печей по условиям прочности материала ради-антных змеевиков [7-10].

Описание объекта и результаты исследования

В базовом проекте печи 0Н-1000/1,2 (рис. 1) имеют следующие показатели:

Расход сырья на один поток - 185 т/ч (208 м3/час).

Температура на входе в печь 0Н-1000/1,2 равна 327оС (поз. 2, рис. 1) на начало цикла эксплуатации катализатора и 363 оС на конец цикла эксплуатации катализатора. Цикл равен 36 месяцев.

Температура на выходе из печи ОН-1000/1,2 равна 349 оС на начало цикла эксплуатации катализатора и 385 оС на конец цикла эксплуатации катализатора.

В схеме (см. рис. 1) конвективный пароперегреватель 5 предназначен для получения перегретого пара с давлением 1,4 МПа и температурой 230...250°С. Необходимый для горения топливного газа 9 воздух подается через подовые шибера с ручной регулировкой. Газ 9 на горение подавался с температурой 109 °С.

Для данных проектных условий эксплуатации поглощение тепла в печи с учетом 10 % запаса составляет 26564 МДж/час начало цикла эксплуатации катализатора и 27755 МДж/час на конец цикла эксплуатации катализатора. При этом поглощение тепла в радиантной камере печи с учетом 10 % запа-

са составляет 15925 МДж/час на начало цикла эксплуатации катализатора и 16332 МДж/час на конец цикла эксплуатации катализатора.

Рис. 1 - Схема печей ОН-1000/1,2 и точек измерений: 1 - измерение температуры продуктов горения на перевале, 2,3 - температура, давление, расход газойля на входе и выходе, 4 - температура и состав продуктов горения на выходе печи, 5 - конвективный пароперегреватель, 6- радиант-ные змеевики, 7 - перевальная стенка, 8 - горелки (40 шт.). 9 - расход, температура, давление теплота сгорания и состав топливного газа, 10 -пилотные горелки

Данные условия эксплуатации рассчитаны для выпуска гидроочищенного вакуумного газойля с содержанием серы менее 2000 ррм. В настоящее время установка вырабатывает вакуумный газойль с содержанием серы менее 450 ррм, при этом отмечается рост температуры на перевалах печей.

В связи с вышеизложенным выполнено экспериментальное и расчетное исследование работы печей 0Н-1000/1,2 на фактических загрузках.

По результатам расчетов максимальная полезная нагрузка радиационной части в начале цикла эксплуатации катализатора составляет 17410 МДж/час, в конце цикла - 19100МДж/час, что превышает расчетную полезную нагрузку радиантной части на 6,6 % в начале цикла эксплуатации катализатора и 17% соответственно.

Расчет по текущим измеренным эксплуатационным показателям печей на 01.07.2015 для начала цикла эксплуатации катализатора показал, что при имеющихся значениях коэффициента избытка воздуха а=1,3 значения температуры на перевале равны 826 ... 835 °С, а поверхностная теплонапряжен-ность по лучистому тепловосприятию равна 29,59 кВт/кв2. Исходя из требований РД 3688-00220302003-04 (пункт 3.1.10) при допускаемом теплонапря-жение 42,52 кВт/ кв2 запас составляет 57 %.

Средняя по толщине стенки трубы температура металла за исследуемый период составила 440°С. По измерениям тепловизором 13.07.15 температура наружной поверхности радиантных труб составляет 457...560°С. Допустимая расчетная температура стенки змеевика печи в камере радиации 609 °С. Радиантные змеевики работают без превышения температуры металла труб.

По РД 3688-00220302-003-04 (пункт 3.1.9) ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ» 2004 г. допустимое значение теплонапряженности топочного объема qv=165 кВт/м3. Для эксплуатационных показателей на 1.07.15 теплонапряженность топочного объема, рассчитанная по выделенному в печи теплу qv=31,093 кВт/ м3. Печи имеют достаточный запас по объемному теплонапряжению равный 5,3.

Однако расчет по текущим эксплуатационным показателям печей на 15.01.2015 (для конца предыдущего цикла эксплуатации катализатора) показал, что при имеющихся значениях коэффициента избытка воздуха а=1,3 значения температуры на перевале составляют 870...877оС. Полезная тепловая нагрузка на радиантную часть составляет 19100 МДж/час, поверхностная теплонапряженность по лучистому тепловосприятию радиантных змеевиков равна 51,326 кВт/м2. Исходя из требований РД 368800220302-003-04 (пункт 3.1.10) при допускаемом теплонапряжение 42,52 кВт/ м2 эксплуатация печи для данного режима недопустима.

По результатам опытов и расчетам получено, что с учетом 10 % запаса по теплонапряженности по лучистому тепловосприятию радиантных змеевиков 38,26кВт/ м2 для загрузки по газойлю 200 м3/час, полезная нагрузка радиационной части составит 18255 МДж/час, температура на перевале составит 855 оС.

Для снижения поверхностной теплонапряженно-сти по лучистому тепловосприятию радиантных змеевиков до допустимых величин рекомендуется увеличить их площадь поверхности с существующей 96,6 м2 до 111,69 м2.

Как показали эксперименты. в конце цикла работы катализатора для повышения температуры газойля на выходе из печей увеличивается расход топливного газа на горелки 8, котором очень велико содержание водорода. Догорание водорода проис-

ходит с выделением меньшей теплоты, по сравнению с природным газом, в котором содержание метана свыше 95 %. Расход топливного газа с высоким содержанием водорода велик, что приводит к увеличению температуры продуктов сгорания на перевале.

Печи имеют достаточный запас по объемному теплонапряжению, который может быть использован в качестве конструктивного решения для модернизации печей с целью повышения их тепловой мощности с увеличением площади тепловосприни-мающей поверхности радиантных змеевиков.

При увеличении тепловой проектной полезной нагрузки радиационной части по сырью до значений необходимых в конце цикла работы катализатора равных 19100 МДж/час (вместо существующей в настоящее время 16332 МДж/час) необходимо увеличить площадь поверхности радиантных змеевиков в каждой печи до 111,69 м2 (вместо существующей в настоящее время 96,6 м2). Для этого необходимо смонтировать добавочно в каждой печи по 4 трубы диаметром 0,168 м (толщина стенки 11 мм) с полезной длиной 7,15 м, радиусом гиба калачей 160 мм Материал труб сталь 08Х18Н12Б. Добавочные трубы в каждой радиантной секции по 2 шт. монтируются в верхней части каждой радиантной секции с помощью сварки

Для повышения эффективности тепловосприятия дополнительно смонтированных радиантных труб необходимо увеличить высоту перевальной стенки на 0,64 м по всей ее длине и выполнить футеровку внутренних стен топки из хромитопериклаза, который обладает повышенной излучательной способностью. Существующее сейчас объемное теплона-пряжение равно 51,33 кВт/куб. м. и имеется запас 3,21 по допустимому значению теплонапряженности топочного объема.

Выводы

1. Причиной повышенных температур на перевале печей является использование низкокалорийного топливного газа в конце цикла работы катализатора.

2. Для печей в конце цикла работы катализатора необходимо использовать в качестве топлива природный газ сухой газ с низшей теплотой сгорания не менее 7600 ккал/м3 .

3. Рекомендуется снизить коэффициент избытка воздуха с 1,3.1,31 до 1,20.1,25, что позволит повысить КПД работы печей

Литература

1. Тымчак В.М. и др. Расчет нагревательных и термических печей. М., Металллургиздат, 1983, 481 с.

2. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод, С.-П., АОО НПО ЦКТИ. 1998, 258 с.

3. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов Издательство: М., изд-во АН СССР. 1966. 407 с.

4. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. Технологические расчеты установок переработки нефти. М., Химия, 1987. 352 с.

5. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М., Химия, 1980. 256 с.

6. Физико-химические свойства нефти [Электронный ресурс]: Энтальпия. URL: http ://additive.spb.ru/ enthalpy. html

7. Таймаров М.А Повышение эффективности работы энерготехнологических агрегатов. Научное издание. Казань, КГЭУ, 2010. 108 с.

8. Локшин В.А. Аэродинамический расчет котельных агрегатов /Нормативный метод. - М.: Энергия, 1978. -256 с.

9. Мочан С.И. Гидравлический расчет котельных агрегатов /Нормативный метод.- М.: Энергия, 1978. - 256 с.

10. РД 3688-00220302-003-04. Трубчатые нагревательные печи. М., ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ», 2004 г. 20 с.

© М. А. Таймаров - д-р техн наук, проф. каф. КУПГ КГЭУ; проф. каф. переработки древесных материалов КНИТУ. Taimarovma@yandex.ru; Н. Е. Кувшинов - магистрант каф. КУПГ КГЭУ, kuvshinovnikita@mail.ru; Р. Г. Сунгатуллин - ст. препод. каф. энергосбережения КГЭУ, Ю. В. Лавирко - к.т.н., доц каф. теплоэнергетики КГАСУ.

© M. A. Taymarov - Doctor of Engineering, professor KNRTU, KGEU, Taimarovma@yandex.ru; N. Е. Kuvshinov - mahystrant chair. KUPH, KGEU, kuvshinovnikita@mail.ru; R. G. Sungatullin - Art. the teacher. cafes. energy saving KSPEU, Y. V. Lavirko -Ph.D., Associate Professor of Department. thermal power KGASU.