ВАКУУМСОЗДАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ АППАРАТОВ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для перегонки нефтепродуктов, в том числе мазута, 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. F04F5/02, 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 эжектирующей струе 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.
Известна вакуумсоздающая система для создания вакуума в промышленных аппаратах, в том числе в вакуумных колоннах для перегонки мазута, содержащая контур циркуляции рабочей жидкости, выполненный с возможностью обновления рабочей жидкости по линиям ввода подпитки, и содержащий главную, сопряженную и совмещенную части контура циркуляции, включающими, по меньшей мере, первый струйный эжектор в главной части, по меньшей мере, второй струйный эжектор и основной сепаратор под давлением предпочтительно выше атмосферного в сопряженной части, и, по меньшей мере, вакуумный сепаратор, теплообменный аппарат и высоконапорный насос в совмещенной части, а также содержащую линии вывода из контура циркуляции газов, воды и распитки, как балансового избытка рабочей жидкости, при этом, сопряженная часть контура циркуляции рабочей жидкости снабжена линиями вывода воды в жидкой фазе, а теплообменный аппарат выполнен с обеспечением возможности контролируемой подготовки рабочей жидкости с охлаждением и поддержанием ее температуры не ниже 40°С.(Евразийский Патент №017594, кл. C10G 7/06, B01D 3/10, 30.01.2013).
Недостатком данной конструкции является недостаточная дегазация (вакуумирование) рабочей жидкости в вакуумном сепараторе, разделенного гидрозатворной перегородкой на первую и отстойную (вторую) зоны. Насыщенная газами, парами воды и жидкими углеводородами рабочая жидкость из основного сепаратора сопряженной части контура циркуляции (второй ступени), смешиваясь в отстойной зоне вакуумного сепаратора с, частично вакуумированной в первой зоне вакуумного сепаратора рабочей жидкостью из первого струйного эжектора (первой ступени), насыщает последнюю газами, парами воды и жидкими углеводородами, тем самым снижая эффективность вакууммирования суммарной рабочей жидкости в вакуумном сепараторе. Ограниченная поверхность испарения (зеркало жидкости) в отстойной зоне вакуумного сепаратора также снижает глубину дегазации (вакууммирования) суммарной рабочей жидкости. Учитывая ограниченное время пребывания циркулирующей рабочей жидкости в вакуумном сепараторе, она не успевает достичь фазового равновесия, что приводит к недостаточной дегазации рабочей жидкости и, как следствие, увеличению содержания в ней растворенных газов, паров воды и жидких углеводородов. В результате снижается ее вакуумсоздающая способность (повышается давление насыщенных паров), что требует увеличения расходов подпитки и рабочей жидкости или же снижается глубина создаваемого вакуума. Для компенсации снижения эффективности вакууммирования и достижения фазового равновесия рабочей жидкости необходимо увеличить время пребывания жидкости в сепараторе, что приводит к увеличению объемов и размеров оборудования, в частности сепараторов, и, соответственно, увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты на систему.
Сущность полезной модели
Цель изобретения - повышение эффективности дегазации (вакууммирования) рабочей жидкости в вакуумном сепараторе, увеличение захватывающей и компримирующей способности струйных эжекторов, а также снижение сопротивления в них, что в комплексе позволяет повысить эффективность системы, углубить вакуум, создаваемый вакуумсоздающей системой в аппарате для перегонки нефтепродуктов или снизить количество циркулирующей в системе рабочей жидкости, снижая тем самым энергозатраты на циркуляцию и тепловую нагрузку на теплообменные аппараты.
Поставленная цель достигается тем, что используют вакуумсоздающую систему аппаратов для перегонки нефтепродуктов, содержащую контур циркуляции рабочей жидкости, выполненный с возможностью обновления рабочей жидкости по линиям ввода подпитки и содержащий главную, сопряженную и совмещенные части контура циркуляции, с использованием в главной и сопряженных частях, по меньшей мере, по одному струйному эжектору и трехфазный стабилизатор под давлением предпочтительно выше атмосферного в сопряженной части и, по меньшей мере, вакуумный сепаратор, теплообменный аппарат и высоконапорный насос в совмещенной части, а также содержащую линии вывода из контура циркуляции газов, воды и распитки, как балансового избытка рабочей жидкости, при этом в вакуумный сепаратор снабжен контактным устройством, выполненным с обеспечением возможности вакуумирования рабочей жидкости из трехфазного стабилизатора, а струйные эжекторы выполнены с обеспечением возможности сонаправленного ввода парогазовой смеси к эжектирующей струе рабочей жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения над контактным устройством может быть установлено распределительное устройство безнапорного или напорного типа.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения линия ввода парогазовой смеси в первый струйный эжектор выполнена вертикально. При этом напротив выкида стояка рабочей жидкости первой ступени может быть установлен отбойник. Кроме того, на выходе из стояка может быть сделано расширение.
Согласно заявленному изобретению на линии ввода рабочей жидкости из трехфазного стабилизатора в вакуумный сепаратор могут быть последовательно установлены средненапорный насос и/или теплообменный аппарат.
На линии вывода рабочей жидкости из вакуумного сепаратора к высоконапорному насосу может быть установлен средненапорный насос, выполненный с обеспечением возможности подачи части или всей рабочей жидкости в теплообменный аппарат.
В частном случае осуществления изобретения в эжекторе между распределительными трубками с форсунками могут быть установлены дополнительные распределительные трубки с форсунками.
В частном случае осуществления изобретения, перед первым струйным эжектором могут быть установлены бустерный эжектор и конденсационно-холодильная и сепарационная система.
В частном случае осуществления изобретения на линии вывода парогазовой смеси из вакуумного сепаратора может быть установлено смесительное устройство, выполненное с обеспечением возможности откачки, компримирования и вывода из системы части 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 эжектирующей струе рабочей жидкости.
Пунктирные линии на схеме относятся к некоторым возможным вариантам реализации решения.
Предлагаемая вакуумсоздающая система (фиг.1) включает бустерный эжектор 2, конденсационно-холодильную и сепарационную систему (КХСС) 3, первый струйный эжектор 5, стояк ввода рабочей жидкости первой ступени 8, вакуумный сепаратор 9, отбойник 10, разделительную перегородку 12, теплообменный аппарат 13, дегазирующее контактное устройство 16, распределительное устройство 15, «гребенка» вывода парогазовой смеси из вакуумного сепаратора 17, второй струйный эжектор 18, трехфазный стабилизатор 21, средненапорный насос 25, смесительное устройство 27, высоконапорный насос 30, средненапорный насос 32, теплообменный аппарат 33.
На фиг.2 общий вид эжектора с сонаправленным вводом парогазовой смеси к эжектирующей струе рабочей жидкости, с, по меньшей мере, первым штуцером ввода рабочего тела 34, внешней распределительной трубкой (коллектора) рабочей жидкости 35, внутренними распределительными трубками 36 с установленными в них соплами 37, дополнительные распределительные трубки 38 с установленными в них соплами 37. На соплах 37 могут быть установлены патрубки постоянного или переменного диаметра (на чертеже не указан). Ввод парогазовой смеси осуществляется через полости (на фиг.2 заштрихованы).
Раскрытие варианта осуществления полезной модели
Вакуумсоздающая система согласно полезной модели работает следующим образом. Парогазовая смесь по линии 1 подается в бустерный эжектор 2, где рабочим телом (паром или жидкостью, 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 вакуумный сепаратор 9. Напротив выхода из стояка установлен отбойник 10 для компенсации гидроудара. Для снижения скорости парожидкостной смеси на выходе из стояка может быть установлено расширение. Попадая в первую зону вакуумного сепаратора, часть паров воды и углеводородных газов испаряется из рабочей жидкости первой ступени и по линии 11 выводится из вакуумного сепаратора. Из первой зоны вакуумного сепаратора рабочая жидкость через разделительную перегородку 12 переливается во вторую (отстойную) зону вакуумного сепаратора, где она смешивается с частично вакуумированной рабочей жидкостью из трехфазного стабилизатора (второй ступени). Во второй (отстойной) зоне из суммарной рабочей жидкости испаряется оставшаяся часть паров воды и углеводородных газов. Часть испарившейся паров и газов выводится из вакуумного сепаратора по линии 11, а другая часть попадает на дегазирующее контактное устройство и контактирует с, при необходимости, подогретой рабочей жидкостью второй ступени из трехфазного стабилизатора. Подогретая, при необходимости, в теплообменном аппарате 13 рабочая жидкость второй ступени вводится в вакуумный сепаратор по линии 14 через распределительное устройство 15 и подается на дегазирующее контактное устройство 16. Рабочая жидкость из трехфазного стабилизатора, распыленная в форсунках распределительного устройства, имеет большую площадь испарения, что позволяет частично дегазировать (вакуумировать) ее еще до попадания на дегазирующее контактное устройство 15. Большая поверхность контактного устройства также увеличивает эффективность дегазации (вакууммирования). Парогазовая смесь суммарной рабочей жидкости, контактируя с подогретой рабочей жидкостью второй ступени на контактном устройстве, как испаряющий агент, снижает давление насыщенных паров рабочей жидкости, что увеличивает эффективность дегазации (вакууммирования). С контактного устройства рабочая жидкость второй ступени самотеком поступает во вторую (отстойную) зону вакуумного сепаратора. Парогазовая смесь, испарившаяся из рабочей жидкости второй ступени, выводится вместе с парогазовыми смесями из первой зоны и суммарной рабочей жидкости по линии 11. Для снижения сопротивления вывод парогазовой смеси из вакуумного сепаратора может осуществляться в двух и более точках по линиям 17. Парогазовую смесь, представляющую собой концентрат газов и воды, выводят из вакуумного сепаратора 9 и направляют по линии 11 во второй струйный эжектор 18, относящийся к сопряженному контуру циркуляции рабочей жидкости. Сюда же по линии 19 подают под высоким давлением часть рабочей жидкости из совмещенной части контура ее циркуляции. Так же как и в первом струйном эжекторе, рабочая жидкость, частично испаряясь, смешивается в эжекторе 18 с парогазовой смесью и сжимает на выходе суммарную смесь. Образовавшуюся в результате сжатия парогазожидкостную смесь направляют из второго струйного эжектора по линии 20 в трехфазный стабилизатор под давлением выше атмосферного 21, снабженный коалесцером (на чертеже не указан). Из этого трехфазного стабилизатора выводят газы и часть воды (или всю воду) в паровой фазе и этот поток в парогазовой фазе направляют по линии 22 на утилизацию. Балансовый избыток рабочей жидкости и водный конденсат (при его образовании) выводят по линии 23. По линии 24 выводят рабочую жидкость с остаточным содержанием газов и воды, которая самотеком или с помощью средненапорного насоса 25 направляют по линии 26 частично или полностью в теплообменный аппарат 13 и по линии 14 подают в вакуумный сепаратор 9, возвращая тем самым рабочую жидкость из сопряженной части циркуляции в совмещенную часть. При необходимости часть парогазовой смеси может через смесительное устройство 27, выполненное с обеспечением возможности откачки и компримирования парогазовой смеси, выводится с установки по линии 28. Суммарная вакуумированая рабочая жидкость выводится из вакуумного сепаратора по линии 29 идет на прием высоконапорного насоса 30. При необходимости часть или вся рабочая жидкость из вакуумного сепаратора по линии 31 через средненапорный насос 32 может подаваться в теплообменный аппарат 33. Подпитка может подаваться в систему по линии 34 в линию вывода рабочей жидкости из вакуумного сепаратора 29 и/или в вакуумный сепаратор 9.
Циркуляцию рабочей жидкости по главной и совмещенной частям контура циркуляции осуществляют по контуру «вакуумный сепаратор 9 -высоконапорный насос 30 - первый струйный эжектор 5 - вакуумный сепаратор 9».
Циркуляцию рабочей жидкости по сопряженной и совмещенной частям контура циркуляции осуществляют по контуру «вакуумный сепаратор 9 -высоконапорный насос 30 - второй струйный эжектор 18 - трехфазный стабилизатор 21 - средненапорный насос 25 - вакуумный сепаратор 9».
Предварительное вакуумирование (дегазация) рабочей жидкости из трехфазного стабилизатора на контактном устройстве, установленным в вакуумном сепараторе, отдельно от рабочей жидкости из первого струйного эжектора, предварительно дегазированной в первой зоне вакуумного сепаратора, обеспечивает более полную дегазацию суммарной рабочей жидкости, по сравнению с совместным вакуумированием смеси рабочих жидкостей в соответствии с известными способами, включая прототип.
Ввод парогазовой смеси в струйные эжекторы сонаправленно к эжектирующей струе 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.
Эти существенные отличительные признаки предлагаемого решения вносят основной вклад в повышение эффективности работы вакуумсоздающей системы: позволяют снизить количество циркулирующей в системе рабочей жидкости или увеличить глубину создаваемого вакуума.
Установка распределительного устройства над контактным устройством позволяет увеличить поверхность испарения рабочей жидкости из трехфазного стабилизатора и равномерно распределить ее на контактное
устройство.
Вовлечение теплообменного аппарата и средненапорного насоса в сопряженную часть контура циркуляции рабочей жидкости позволяет, во-первых, интенсифицировать процесс вакуумирования (дегазации) на контактном устройстве за счет нагрева рабочей жидкости и последующего ее распыла в форсунках распределительного устройства за счет давления, создаваемого средненапорным насосом, во-вторых, транспортировать рабочую жидкость из трехфазного стабилизатора в вакуумный сепаратор при любом их расположении относительно друг друга.
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 смесительного устройства на линии вывода парогазовой смеси из вакуумного сепаратора позволяет снизить нагрузку на второй струйный эжектор за счет откачки и компримирования части парогазовой смеси с последующим выводом ее с установки.
Установка на сопла эжекторов патрубков постоянного или переменного диаметров позволяет формировать струю рабочей жидкости в зависимости от параметров работы системы.
Совокупность существенных признаков предлагаемого решения вакуумсоздающей системы позволяет увеличить глубину дегазации (вакуумирования) рабочей жидкости и повысить эффективность работы эжекторов. В результате снижается давление насыщенных паров рабочей жидкости и сопротивление в эжекторах, что позволяет увеличить глубину создаваемого вакуума в аппаратах для перегонки нефтепродуктов.
Таким образом, предлагаемая вакуумсоздающая система позволяет повысить эффективность ее функционирования, увеличить глубину создаваемого вакуума или снизить количество циркулирующей по главному и сопряженному контурам количество рабочей жидкости, что позволяет снизить энергозатраты на перекачку, и тепловую нагрузку на теплообменные аппараты.