ВАКУУМСОЗДАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТОВ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для перегонки нефтепродуктов под вакуумом.
Предшествующий уровень техники
Известен струйный аппарат (жидкостно-газовый эжектор), содержащий патрубок ввода рабочей жидкости, активное сопло, камеру смешения, диффузор и приемную камеру с патрубком подвода откачиваемой среды (патент RU №2072454 кл. F04F 5/02, 22.09.1994).
Недостатком данной конструкции является неравномерное распределение паровых нагрузок в струйном аппарате при боковом вводе парогазовой смеси (откачиваемой среды) к эжектирующим струям рабочей жидкости (соплам). Боковой подвод затрудняет доступ парогазовой смеси к соплам, расположенным в центре аппарата, так как проходное сечение частично перекрывается периферийными соплами. Это увеличивает сопротивление в струйном аппарате, нагрузку на периферийные сопла, и снижает захватывающую и компримирующую способности струйных аппаратов. Также при боковом вводе парогазовой смеси к эжектирующим струям рабочей жидкости изменение направления движения парогазовой смеси создает дополнительное сопротивление в струйном аппарате, на которое расходуется часть энергии рабочей жидкости, что в свою очередь снижает захватывающую и компримирующую способности эжектора и глубину создаваемого вакуума (увеличивает остаточное давление) при использовании аппарата в вакуумсоздающих системах.
Известен способ создания вакуума в промышленных аппаратах, в том числе в вакуумных колоннах для перегонки мазута, включающий отсасывание из аппаратов и ступенчатое сжатие с частичной конденсацией парогазовой смеси, содержащей газы, пары воды и жидких углеводородов, с использованием насосно-эжекторной вакуумсоздающей системы и циркулирующей, частично обновляемой при необходимости углеводородной рабочей жидкости путем ввода подпитки, использование в первом по ходу месте подачи рабочей жидкости многоступенчатого аппарата, состоящего из струйного и вихревых эжекторов, разделение образовавшейся парогазожидкостной смеси после каждого места подачи рабочей жидкости на парогазовую и жидкую фазы, подготовку рабочей жидкости путем охлаждения, вывода из контура циркуляции распитки, как балансового избытка рабочей жидкости, и вывода газов и воды, как подлежащих утилизации примесей, с использованием трехфазного сепаратора под давлением предпочтительно выше атмосферного (патент RU №2094070, кл. B01D 3/10, C10G 7/06, 27.10.1997).
Основными недостатками данного решения являются большие расходы подпитки и циркулирующей рабочей жидкости, а также затраты на ее охлаждение до температуры 30-40°C, которые в совокупности и определяют энергозатраты на процесс создания вакуума с использованием насосно-эжекторных вакуумсоздающих систем. Это объясняется трудностью извлечения примесей (газов и воды) с малым содержанием из большого количества парогазожидкостной смеси, поступающей в трехфазный сепаратор. Другим недостатком данного изобретения является получение некондиционного продукта, насыщенного водой и газами балансового избытка рабочей жидкости (распитки).
Следует заметить, что охлаждение циркулирующей рабочей жидкости является необходимыми условием работы насосно-эжекторной вакуумсоздающей системы, поскольку при сжатии парогазовой смеси в эжекторах и повышении давления жидкости в насосах выделяется тепловая энергия, и, при отсутствии холодильника, во всех аппаратах вакуумсоздающей системы будет неконтролируемо повышаться температура до полной потери работоспособности вакуумсоздающей системы. Температурный режим в вакуумсоздающей системе в целом определяется температурой охлаждения рабочей жидкости в холодильнике устанавливаемой, как правило, ниже 40°C, при этом температура в сепараторах может быть значительно выше.
Конструкционным недостатком данного решения является необходимость установки нескольких ступеней конденсации и эжектирования парогазовой смеси, а также установки на кондесационно-эжектирующем стояке нескольких точек подачи рабочей жидкости, выполненных с обеспечением возможности придания рабочей жидкости вращательного движения. Общеизвестно, что наличие по ходу движения потока (газа или жидкости) поворотов, сужений/расширений трубопроводов, арматуры и других аппаратов увеличивает сопротивление движению потока. В результате увеличивается перепад давления как по ходу движения парогазовой смеси из вакуумируемого аппарата в многоступенчатой вакуумсоздающей системе (снижается вакуум, увеличивается давление в вакуумируемом аппарате), так и рабочей жидкости в разветвленной сети трубопроводов от насоса до струйных аппаратов и точек ввода рабочей жидкости. Для компенсации потерь и снижения вакуума необходимо увеличивать энергозатраты на перекачку рабочей жидкости, а также увеличивать производительность вакуумсоздающей системы.
Все это в комплексе приводит к усложнению конструкции, изготовления оборудования и монтажных работ, увеличению капитальных и эксплуатационных затрат на систему.
Сущность полезной модели
Настоящая полезная модель направлена на повышение эффективности вакуумсоздающей системы, заключающееся в первую очередь в снижении сопротивления в трубопроводных линиях, увеличении захватывающей и компримирующей эффективностей струйных аппаратов (эжекторов), снижении капитальных и эксплуатационных затрат на систему. При необходимости эти эффекты могут быть направлены на углубление вакуума или повышение производительности вакуумсоздающей системы.
Указанная задача решается за счет того, что используют вакуумсоздающую систему для промышленных аппаратов вакуумной перегонки нефтепродуктов, содержащую контур циркуляции рабочей жидкости, выполненный с возможностью обновления рабочей жидкости по линиям ввода подпитки и содержащий сепаратор, теплообменный аппарат, насос, также содержащий линии вывода из контура циркуляции газов, воды и распитки, как балансового избытка рабочей жидкости, при этом линия ввода в контур циркуляции парогазовой смеси из аппарата перегонки нефтепродуктов снабжена, по меньшей мере, первым струйным эжектором, выполненным с обеспечением возможности подачи парогазовой смеси сонаправленно к эжектирующим струям рабочей жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели на линии вывода парогазовой смеси из аппарата в первый струйный эжектор встроен, по меньшей мере, первый бустерный эжектор. Бустерный эжектор может быть выполнен газового типа.
Тогда как, перед первым струйным аппаратом может быть включена конденсационно-холодильная и сепарационная система.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели сепаратор снабжен нагревателем, выполненным с возможностью подвода теплоносителя соответствующими трубопроводными линиями.
Контур циркуляции может быть снабжен насосом, выполненным с обеспечением возможности подачи части или всей рабочей жидкости из сепаратора в теплообменный аппарат.
Линия вывода парогазовой смеси из сепаратора может быть снабжена компримирующим устройством, выполненным с обеспечением возможности откачки части или всей выводимой из контура циркуляции парогазовой смеси.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведен общий вид описываемой вакуумсоздающей системы.
На фиг.2 общий вид примера струйного эжектора с сонаправленным вводом парогазовой смеси к эжектирующим струям рабочей жидкости.
Пунктирные линии на схеме относятся к некоторым возможным вариантам реализации решения.
Раскрытие варианта осуществления полезной модели
Вакуумсоздающая система согласно заявляемой полезной модели, как представлено на чертеже (см. Фигура 1) включает бустерный эжектор 2, конденсационно-холодильную и сепарационную систему (КХСС) 3, первый струйный эжектор 5, стояк ввода рабочей жидкости 8, сепаратор 9, разделительную перегородку 10, отбойник 11, компримирующее устройство 14, нагреватель 17, основной насос 24, средненапорный насос 26, теплообменный аппарат 23.
На фиг.2 общий вид эжектора с сонаправленным вводом парогазовой смеси к эжектирующим струям рабочей жидкости, с, по меньшей мере, первым штуцером ввода рабочего тела 27, внешней распределительной трубкой (коллектора) рабочей жидкости 28, внутренними распределительными трубками 29 с установленными в них соплами 30, дополнительные распределительные трубки 31 с установленными в них соплами 30. На соплах 30 могут быть установлены патрубки постоянного или переменного диаметра (на чертеже не указан). Ввод парогазовой смеси осуществляется через полости (на фиг.2 заштрихованы).
Вакуумсоздающая система согласно полезной модели работает следующим образом.
Парогазовая смесь по линии 1 подается в бустерный эжектор 2, где рабочим телом (паром, на схеме не указан) сжимается до заданного давления. Из бустерного эжектора компримированная парогазовая смесь по линии 2 попадает в конденсационно-холодильную и сепарационную систему (КХСС) 3. При «сухой» перегонке (без водяного пара) парогазовая смесь может подаваться в первый струйный эжектор напрямую по линии 6. В КХСС часть парогазовой смеси конденсируется, а не сконденсировавшаяся часть по линии 4 с вертикальным вводом подается в первый струйный эжектор 5, в который по линии 7 под давлением подается рабочая жидкость. В первом струйном эжекторе рабочая жидкость, распыленная в форсунках сонаправленно направлению парогазовой смеси, частично испаряясь, смешивается с парогазовой смесью и сжимает на выходе суммарную смесь. В зависимости от параметров работы системы, на форсунки могут быть установлены патрубки постоянного или переменного диаметра для формирования струи и распыла рабочей жидкости. Из первого струйного эжектора парожидкостная смесь по линии (стояку) 8 подается в сепаратор 9, разделенного перегородками 10 и 10'. Между разделительными перегородками установлено коалесцирующее устройство (на схеме не указан) для отделения эмульгированной воды из рабочей жидкости. Напротив выхода из стояка установлен отбойник 11 для компенсации гидроудара. Для снижения скорости парожидкостной смеси на выходе из стояка может быть установлено расширение. Попадая в первую зону сепаратора, отделенную перегородкой 10, часть паров воды и углеводородных газов испаряется из рабочей жидкости и по линии 12 выводится из системы. При необходимости, часть или вся парогазовая смесь из сепаратора может по линии 13 подаваться в компримирующее устройство 14, выполненное с обеспечением возможности откачки и компримирования парогазовой смеси из сепаратора и по линии 15 выводиться из системы. Из первой зоны сепаратора рабочая жидкость через разделительную перегородку 10 переливается во вторую (отстойную) зону сепаратора, где происходит дальнейшее испарение паров воды и углеводородных газов, а также с помощью коалесцирующего устройства (на схеме не указано) происходит отделение эмульгированной воды от рабочей жидкости. Отделившаяся и отстоявшаяся водная фаза вместе с балансовым избытком рабочей жидкости (распиткой) выводится по линии 16. Остальная рабочая жидкость через перегородку 10' переливается в третью зону сепаратора, где с помощью нагревателя 17 происходит дополнительное испарение паров воды, и углеводородных газов до достижения рабочей жидкостью фазового равновесия с парогазовой смесью. Теплоноситель в нагреватель 17 подается и отводится по линиям 18 и 19 соответственно. Далее рабочая жидкость по линии 20 выводится из сепаратора 9, смешивается с подпиткой, подаваемой по линии 21, и через теплообменный аппарат 23 самотеком поступает на прием основного насоса 24. При необходимости, часть или вся рабочая жидкость из сепаратора 9 по линии 25 может подаваться на прием средненапорного насоса 26 и под давлением через теплообменный аппарат 23 подаваться на прием основного насоса 24.
Конструкция струйных эжекторов, обеспечивающая ввод парогазовой смеси сонаправленно к эжектирующим струям рабочей жидкости увеличивает захватывающую и компримирующую способности эжектора, а также снижает сопротивление в точке захвата парогазовой смеси струей рабочей жидкости. Это становится возможным благодаря симметричному расположению полостей подвода парогазовой смеси относительно центра струйного эжектора, что обеспечивает равномерное распределение паровых нагрузок, и отсутствие сопротивления в линии ввода парогазовой смеси при изменении направления движения парогазовой смеси.
Снижение до минимума количества аппаратов вакуумсоздающеГ: системы и соответственно связывающих трубопроводных линий позволяет значительно уменьшить сопротивление как по ходу движений потоков парогазовой смеси, так и рабочей жидкости. Также снижается перепад давления по ходу движения потоков. В результате, повышается эффективность системы, что позволяет снизить количество циркулирующей рабочей жидкости, а также снижаются энергозатраты на перекачку и тепловая нагрузка на теплообменные аппараты. Меньшее количество аппаратов и упрощение системы повышает надежность ее работы.
Эти существенные отличительные признаки предлагаемого решения вносят основной вклад в повышение эффективности работы вакуумсоздающей системы: позволяют снизить количество циркулирующей в системе рабочей жидкости, и/или увеличить глубину создаваемого вакуума, а также снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
Установка бустерного эжектора и конденсационно-холодильной и сепарационной системы перед первым струйным эжектором позволяет сконденсировать часть парогазовой смеси при большем давлении (за счет компримирования в бустерном эжекторе) снижая тем самым нагрузку на первый струйный эжектор и вакуумсоздающую систему в целом.
Установка в третью секцию сепаратора нагревателя позволяет ускорить испарение паров воды и углеводородных газов, до достижения рабочей жидкостью фазового равновесия с парогазовой смесью. Это позволяет снизить время пребывания жидкости в сепараторе, и, следовательно, размеры аппарата.
Установка средненапорного насоса на линии между сепаратором и теплообменным аппаратом позволяет транспортировать рабочую жидкость при любом их взаимном расположении относительно друг друга.
Установка компримирующего устройства на линии вывода парогазовой смеси позволяет компримировать последнюю до заданного давления и, при необходимости, использовать ее в дальнейших технологических процессах.