ВАКУУМНЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована в установках вакуумной перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов.
Известен вакуумный испаритель для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов, содержащий испарительную емкость с наружным электронагревателем, сообщающуюся с вакуум-насосом и подключенную к линии подачи исходного нефтяного сырья и нефтепродуктов и к линиям отвода продуктов перегонки (А.К.Манвелян. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М., Химия, 1999 г., с.53, рис.2.6).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является принятый за прототип вакуумный испаритель для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов, содержащий вертикально расположенную испарительную емкость с торцевыми крышками, наружным электронагревателем, и патрубками для подключения к линии подачи исходного продукта в виде нефтяного сырья и/или нефтепродуктов, к линии вакуумирования испарительной емкости и к линии отвода тяжелых продуктов перегонки (патент РФ №2175340, МПК C10G 7/00, C10G 7/06, приоритет 03.08.2000 г., опубл. 27.10.2001 г.).
К общим недостаткам указанных вакуумных испарителей для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов относятся большие потери тепла, обусловленные наружным расположением электронагревателя испарительной емкости, при котором значительная часть тепловой энергии, вырабатываемой электронагревателем, рассеивается в окружающем электронагреватель пространстве и не доходит до находящегося в испарительной емкости исходного продукта. Вследствие этого, возрастают удельные затраты электроэнергии на перегонку нефтяного сырья и нефтепродуктов в расчете на единицу объема или массы получаемых на выходе испарителя продуктов перегонки. Другим недостатком указанных испарителей является отсутствие в них герметичного и защищенного от взрыва подвода питающих электропроводов к электронагревателю испарительной емкости, в связи с чем не исключается возможность создания взрывоопасной ситуации при работе испарителей во взрывоопасной внешней среде.
Вместе с тем, указанные испарители не позволяют получать фракции легких углеводородов (бензино-дизельные фракции) с высокой степенью их очистки от тяжелых фракций, что сужает область применения указанных испарителей.
Кроме того, недостатком указанных испарителей является отсутствие возможности поддержания их рабочих параметров (температуры и уровня исходного продукта в испарительной емкости, давления в паровой полости последней, объемной подачи исходного продукта в испарительную емкость и др.) в заданных пределах, обеспечивающих оптимальный режим процесса перегонки. При этом указанные испарители имеют недостаточно высокую надежность работы, так как в них отсутствует возможность своевременного выявления неисправных электронагревательных элементов электронагревателя испарительной емкости, в связи с чем возможен неконтролируемый отказ в работе электронагревателя, который может привести к отказу в работе испарителя. Вместе с тем, в указанных испарителях отсутствует возможность защиты испарителя от взрыва при возникновении нештатных ситуаций, к которым относится самопроизвольное (без команды диспетчера) прекращение подачи в испарительную емкость исходного продукта, опасные нарушения режима вакуумирования испарительной емкости, а также превышение температуры исходного продукта в испарительной емкости выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Технической задачей, для решения которой служит предлагаемая полезная модель, является создание вакуумного испарителя для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов, исключающего свойственные прототипу потери тепловой энергии и возможность взрыва при работе испарителя во взрывоопасной внешней среде и обеспечивающего при этом возможность получения фракций легких углеводородов (бензино-дизельных фракций) с высокой степенью их очистки от тяжелых фракций, возможность поддержания рабочих параметров испарителя (температуры и уровня исходного продукта в испарительной емкости, давления в паровой полости последней, объемной подачи исходного продукта в испарительную емкость и др.) в заданных пределах, обеспечивающих оптимальный режим процесса перегонки, возможность своевременного выявления неисправных электронагревательных элементов электронагревателя испарительной емкости и возможность защиты испарителя от взрыва при возникновении нештатных ситуаций, к которым относится включение электронагревателя при расположении уровня исходного продукта в испарительной емкости ниже верхней греющей трубы электронагревателя, самопроизвольное (без команды диспетчера) прекращение подачи в испарительную емкость исходного
продукта, опасные нарушения режима вакуумирования испарительной емкости, а также превышение температуры исходного продукта в испарительной емкости выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемой полезной модели, является снижение удельных затрат электроэнергии на перегонку нефтяного сырья и нефтепродуктов.
Другим техническим результатом от использования предлагаемой полезной модели является повышение уровня взрывобезопасности испарителя, расширение области применения испарителя за счет обеспечения возможности получения продуктов перегонки из фракций легких углеводородов с высокой степенью их очистки от тяжелых фракций, обеспечение возможности поддержания оптимального режима процесса перегонки за счет поддержания рабочих параметров испарителя в заданных пределах, соответствующих данному режиму, повышение надежности работы испарителя за счет обеспечения возможности своевременного выявления неисправных электронагревательных элементов греющих труб электронагревателя, а также обеспечение возможности защиты испарителя от взрыва при возникновении нештатных ситуаций, достигаемое за счет блокирования включения электронагревателя при расположении уровня исходного продукта в испарительной емкости ниже верхней греющей трубы и за счет отключения электронагревателя при самопроизвольном прекращении подачи в испарительную емкость исходного продукта и опасном нарушении режима вакуумирования испарительной емкости, а также за счет поддержания температуры греющих труб не выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом вакуумном испарителе для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов, содержащем испарительную емкость с торцевыми крышками, электронагревателем и патрубками для подключения к линии подачи исходного продукта в виде нефтяного сырья и/или нефтепродуктов, к линии вакуумирования испарительной емкости и к линии отвода тяжелых продуктов перегонки, в отличие от прототипа, испарительная емкость установлена горизонтально, в одной из торцевых крышек испарительной емкости выполнены поперечные сквозные отверстия, расположенные ниже уровня исходного продукта, а электронагреватель размещен внутри испарительной емкости и выполнен в виде пучка продольных относительно испарительной емкости греющих труб, у каждой из которых один конец герметично
входит в одно из сквозных отверстий торцевой крышки испарительной емкости и жестко закреплен на указанной крышке, торцевое отверстие второго конца заглушено, а во внутренней полости размещено электронагревательное устройство, при этом патрубки для подключения к линии подачи исходного продукта и к линии отвода тяжелых продуктов перегонки расположены в нижней части испарительной емкости, а патрубок для подключения к линии вакуумирования - в верхней части последней.
У каждой греющей трубы электронагревательное устройство может содержать две идентичные по конструкции греющие секции, каждая из которых включает полуцилиндрический кожух, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру греющей трубы, и электронагревательный элемент сопротивления, размещенный в указанном кожухе и закрепленный на внутренней стенке последнего. При этом в каждой греющей секции электронагревательный элемент может быть выполнен в виде проволоки с термостойкими изолирующими элементами, уложенной на внутренней стороне полуцилиндрического кожуха с удержанием на последнем фиксаторами, установленными на внутренней стороне указанного кожуха, и изготовленной из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, из хромалюминиевого сплава.
Патрубок для подключения к линии подачи исходного продукта расположен вблизи торцевой крышки испарительной емкости, на которой закреплены греющие трубы, внутри испарительной емкости установлена герметично прикрепленная к ней ограничительная поперечная перегородка, расположенная вблизи второй торцевой крышки испарительной емкости, а патрубок для подключения к линии отвода тяжелых продуктов перегонки расположен между второй торцевой крышкой испарительной емкости и упомянутой перегородкой, верхний край которой расположен выше пучка греющих труб на расстоянии, составляющем не менее 0,9 наружного диаметра греющей трубы. При этом упомянутая ограничительная перегородка может быть выполнена с возможностью регулировки предельного уровня исходного продукта в испарительной емкости, для чего она может быть выполнена составной с верхней съемной частью и снабжена набором верхних съемных частей, отличающихся друг от друга по высоте. Вторая торцевая крышка испарительной емкости может быть снабжена продольным относительно последней технологическим люком, сообщающимся с внутренней полостью испарительной емкости и герметично закрытым снаружи съемной крышкой, а в ограничительной перегородке может быть выполнено технологическое отверстие на уровне указанного люка, герметично
закрытое съемной крышкой. При этом испаритель может быть снабжен подъемно-поворотным механизмом для снятия и установки съемной крышки упомянутого технологического люка, закрепленным на наружной боковой стенке испарительной емкости.
Испарительная емкость может быть выполнена с возможностью обеспечения продольного волнообразного движения исходного продукта вдоль нее от патрубка для подключения к линии подачи исходного продукта до ограничительной перегородки, для чего внутри испарительной емкости могут быть установлены направляющие поперечные перегородки двух типов, у одного из которых перегородки доходят до днища испарительной емкости и их верхний край расположен на заданном расстоянии от указанного днища, а у второго нижний край перегородок расположен на заданном расстоянии от днища испарительной емкости, а верхний край перегородок находится выше верхнего края ограничительной перегородки, при этом направляющие перегородки выполнены с отверстиями для прохода греющих труб и расположены равномерно между патрубком для подключения к линии подачи исходного продукта и ограничительной перегородкой с чередованием перегородок первого и второго типа, причем первой по ходу движения исходного продукта в испарительной емкости установлена перегородка первого типа, а последней - перегородка второго типа. Направляющие перегородки первого типа могут быть выполнены с возможностью регулировки расстояния от их верхнего края до верхнего края ограничительной перегородки, а направляющие перегородки второго типа - с возможностью регулировки расстояния от их нижнего края до днища испарительной емкости, для чего направляющие перегородки могут быть выполнены составными, при этом каждая направляющая перегородка первого типа может быть выполнена с верхней съемной частью и снабжена набором верхних съемных частей, отличающихся друг от друга по высоте, а каждая направляющая перегородка второго типа - с нижней съемной частью и снабжена набором нижних съемных частей, отличающихся друг от друга по высоте.
Испаритель может быть снабжен продольной относительно испарительной емкости взрывозащитной цилиндрической оболочкой, один торец которой герметично закрыт съемной эллиптической крышкой, а второй жестко и герметично закреплен на внешней стороне торцевой крышки испарительной емкости, на которой закреплены греющие трубы, при этом сквозные отверстия указанной торцевой крышки выходят во внутреннюю полость взрывозащитной оболочки, которая выполнена с радиальными сквозными отверстиями с герметичным подводом через них питающих электропроводов к электронагревательным устройствам греющих труб.
Испаритель может быть также снабжен подъемно-поворотным механизмом для снятия и установки съемной крышки упомянутой взрывозащитной оболочки, закрепленным на наружной боковой стенке последней.
Кроме того, испаритель может быть оборудован съемной цилиндрической насадочной колонной, герметично закрепленной в вертикальном положении на испарительной емкости на фланце ее патрубка для подключения к линии вакуумирования и состоящей из корпуса, нижний торец которого закреплен на указанном фланце, съемной вставки, установленной сверху указанного корпуса, и съемной крышки с патрубком для выхода паров, установленной сверху указанной вставки, при этом в нижней части упомянутого корпуса закреплена поперечная опорная решетка, свободное пространство упомянутого корпуса, расположенное выше опорной решетки, заполнено несколькими слоями керамических седловидных насадок типа «Инталлокс», а упомянутая вставка снабжена патрубком для подвода технологического продукта, закрепленным на ее нижней части, поперечным трубчатым распределителем указанного технологического продукта, размещенным в нижней части упомянутой вставки, сообщающимся с упомянутым патрубком последней и выполненным с возможностью формирования равномерно распределенного по поперечному сечению упомянутой вставки потока технологического продукта, направленного вниз в сторону упомянутых слоев керамических насадок, и поперечным сетчатым отбойником, размещенным в верхней части упомянутой вставки и выполненным с возможностью предотвращения капельного уноса указанного технологического продукта парами исходного продукта, поднимающимися по упомянутой вставке.
В линии подачи исходного продукта в испарительную емкость может быть установлен насос, снабженный частотно-управляемым электроприводом. При этом испаритель может быть снабжен автоматизированной системой управления с тиристорным терморегулятором, выполненной с возможностью поддержания в заданных пределах величины тепловой мощности электронагревателя, величины степени вакуумирования испарительной емкости, величины объемной подачи исходного продукта в испарительную емкость и величины объемной подачи технологического продукта к распределителю вставки насадочной колонны, с возможностью аварийного отключения электронагревателя испарительной емкости при превышении температуры стенок греющих труб выше заданного предела, появлении токов утечки на электронагревателе, выходе из строя электронагревательных элементов греющих труб, а также при появлении неисправностей в системе электропитания
электронагревателя испарительной емкости, с возможностью выявления неисправных электронагревательных элементов греющих труб и неисправных тиристоров терморегулятора и возможностью обеспечения защиты испарителя от взрыва путем блокирования включения электронагревателя испарительной емкости при расположении уровня исходного продукта в последней ниже верхней греющей трубы электронагревателя, путем отключения электронагревателя испарительной емкости при прекращении подачи в испарительную емкость исходного продукта и/или при опасном нарушении режима вакуумирования испарительной емкости и путем поддержания температуры греющих труб электронагревателя испарительной емкости не выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Испаритель может быть снабжен комплексом дистанционных датчиков, включающим датчик уровня исходного продукта в испарительной емкости, датчик давления паров в испарительной емкости, датчик давления паров внутри вставки насадочной колонны, датчики температуры стенок греющих труб электронагревателя, температуры исходного продукта в испарительной емкости и температуры внутри насадочной колонны на разных ее уровнях, а также датчик объемной подачи исходного продукта в испарительную емкость и датчик объемной подачи технологического продукта к распределителю вставки насадочной колонны, установленный в линии подвода указанного продукта к упомянутой вставке, при этом выходы упомянутых дистанционных датчиков и вход упомянутого частотно-управляемого электропривода подключены к упомянутой системе управления. Каждый датчик температуры может быть выполнен в виде термопары, размещенной в трубчатом корпусе, при этом корпуса термопар, выполняющих роль датчиков температуры пара в насадочной колонне, выполнены перфорированными, а датчик объемной подачи исходного продукта в испарительную емкость может быть выполнен в виде датчика скорости вращения выходного вала упомянутого частотно-управляемого электропривода.
Размещение электронагревателя внутри испарительной емкости ниже уровня исходного продукта и выполнение его в виде пучка продольных относительно указанной емкости греющих труб с установленными в них электронагревательными элементами позволяет исключить свойственные прототипу потери тепловой энергии, благодаря чему снижаются удельные затраты электроэнергии на единицу объема или массы получаемых на выходе испарителя продуктов перегонки. Снабжение испарителя взрывозащитной оболочкой в зоне подвода к электронагревателю питающих электропроводов с герметичным выполнением указанного подвода предотвращает
возможность взрыва при работе испарителя во взрывоопасной внешней среде. Вместе с тем, оборудование испарителя насадочной колонной с керамическими насадками и орошением восходящих по указанной колонне паров исходного продукта технологическим продуктом расширяет область практического применения испарителя, поскольку указанные конструктивные отличия позволяют повысить степень очистки фракций легких углеводородов от тяжелых фракций, и получать за счет этого продукты перегонки высокого качества, которые не могут быть получены с помощью испарителя, принятого за прототип. Кроме того, снабжение испарителя автоматизированной системой управления обеспечивает возможность поддержания его рабочих параметров в заданных пределах, обеспечивающих оптимальный режим процесса перегонки, возможность своевременного выявления неисправных электронагревательных элементов греющих труб, а также возможность защиты испарителя от взрыва при возникновении нештатных ситуаций, достигаемую за счет блокирования включения электронагревателя при расположении уровня исходного продукта ниже верхней греющей трубы и за счет отключения электронагревателя при прекращении подачи в испарительную емкость исходного продукта и опасном нарушении режима вакуумирования испарительной емкости, а также за счет поддержания температуры греющих труб не выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, исключающими недостатки, присущие прототипу, и обеспечивающими решение поставленной технической задачи и достижение технического результата от использования предлагаемой полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - общий вид предлагаемого вакуумного испарителя;
на фиг.2 - фрагмент электронагревателя испарительной емкости;
на фиг.3-сечение В-В на фиг.2;
на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.1.
Вакуумный испаритель для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов содержит горизонтально установленную испарительную емкость 1 (фиг.1) с размещенным в ней электронагревателем 2, нижним патрубком 3 для подключения емкости 1 к линии 4 подачи с помощью шестеренного насоса 5 исходного продукта в виде нефтяного сырья и/или нефтепродуктов, нижним патрубком 6 для подключения емкости 1 к линии 7 отвода тяжелых продуктов перегонки и верхним патрубком 8 для
подключения к линии 9 вакуумирования испарительной емкости 1 и отвода из нее паров, соединенной с вакуум-насосом 10 через конденсатор паров 11, выход которого сообщается с емкостью 12 для сбора продуктов конденсации паров. Испарительная емкость 1 содержит цилиндрический корпус 13 с двумя опорами 14, к которому приварены с одной стороны торцевая эллиптическая крышка 15, ас другой -переходная обечайка 16 с цилиндрическим переходником 17 и фланцем 18, на котором герметично крепится съемная торцевая крышка 19 со сквозными отверстиями 20 (фиг.2), расположенными ниже уровня 21 исходного продукта. При этом электронагреватель 2 установлен ниже уровня 21 исходного продукта и выполнен в виде пучка  продольных относительно испарительной емкости 1 греющих труб 22, у каждой из которых один конец герметично входит в одно из сквозных отверстий 20 торцевой крышки 19 и приварен к последней, торцевое отверстие второго конца закрыто заглушкой 23, а во внутренней полости размещено электронагревательное устройство 24, содержащее две идентичные по конструкции греющие секции 25 (фиг.2,3), каждая из которых включает полуцилиндрический кожух 26, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру греющей трубы 22, и электронагревательный элемент сопротивления 27, размещенный в кожухе 26 и выполненный, преимущественно, в виде проволоки с термостойкими (например, керамическими) изолирующими элементами 28, изготовленной из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением (например, из хромалюминиевого сплава) для увеличения срока службы и конструктивной прочности элементов 27 и уложенной на внутренней стороне кожуха 26 с фиксацией на последнем с помощью фиксирующих прижимов 29, закрепленных на внутренней стороне кожуха 26.
Патрубок 3 приварен к днищу конусной обечайки 16 вблизи торцевой крышки 19, а испарительная емкость 1 снабжена герметично закрепленной на ней ограничительной поперечной перегородкой 30 (фиг.1,4), расположенной вблизи торцевой крышки 15 и ограничивающей своим верхним краем максимальную величину уровня 21 исходного продукта в емкости 1. При этом верхний край перегородки 30 расположен на заданной высоте Н над днищем емкости 1, а патрубок 6 приварен к днищу корпуса 13 между торцевой крышкой 15 и перегородкой 30. Для предотвращения опасного для работы электронагревателя 2 опускания уровня 21 исходного продукта в емкости 1 ниже верхней греющей трубы 22 верхний край перегородки 30 расположен выше пучка греющих труб на расстоянии h от верхнего края верхней греющей трубы 22, составляющем не менее 0,9 наружного диаметра трубы 22. Ограничительная перегородка 30 может быть выполнена с возможностью регулировки предельного
уровня 21 исходного продукта в испарительной емкости 1 за счет изменения ее высоты Н, для чего она может быть выполнена составной с верхней съемной частью 31 и при этом может быть снабжена набором верхних съемных частей 31, отличающихся друг от друга по высоте. Для удобства монтажа электронагревателя 2 в испарительной емкости 1, а также для обеспечения возможности осмотра внутренней полости емкости 1 и проведения внутри последней очистных и ремонтных работ к крышке 15 приварен технологический люк 32, сообщающийся с внутренней полостью испарительной емкости 1 и герметично закрытый снаружи съемной крышкой 33, а в ограничительной перегородке 30 выполнено технологическое отверстие 34 (фиг.4), расположенное на уровне люка 32 и герметично закрытое съемной крышкой 35. Для облегчения снятия и установки массивной крышки 33 на наружной боковой стенке корпуса 13 испарительной емкости 1 может быть установлен подъемно-поворотный механизм (не показан), обеспечивающий механизацию операций по снятию и установке крышки 33.
Для ускорения нагрева исходного продукта и интенсификации процесса перегонки испарительная емкость 1 выполнена с возможностью обеспечения направленного волнообразного движения исходного продукта вдоль нее от патрубка 3 к перегородке 30, отмеченного пунктирной линией 36. Для обеспечения возможности указанного направленного движения исходного продукта внутри испарительной емкости 1 установлены направляющие поперечные перегородки 37 и 38, расположенные поочередно и равномерно между патрубком 3 и ограничительной перегородкой 30 и выполненные с отверстиями для прохода греющих труб 22. При этом перегородки 37 доходят до днища емкости 1, а их верхний край расположен на заданном расстоянии h1 (фиг.5) от указанного днища. У перегородок 38 нижний край расположен на заданном расстоянии h2 от днища емкости 1, а верхний край находится выше верхнего края ограничительной перегородки 30. Причем первой по ходу движения исходного продукта в испарительной емкости 1 установлена перегородка 37, а последней -перегородка 38. Направляющие перегородки 37 могут быть выполнены с возможностью регулировки расстояния h1, а направляющие перегородки 38 - с возможностью регулировки расстояния h2, для чего указанные перегородки могут быть выполнены составными, при этом каждая направляющая перегородка 37 может быть выполнена с верхней съемной частью 39 (фиг.1) и может быть снабжена набором верхних съемных частей 39, отличающихся друг от друга по высоте, а каждая направляющая перегородка 38 может быть выполнена с нижней съемной частью 40 и
может быть снабжена набором нижних съемных частей 40, отличающихся друг от друга по высоте.
Для предотвращения возможности взрыва при работе испарителя во взрывоопасной окружающей среде испаритель со стороны подвода кабелей 41 к электронагревательным устройствам 24 греющих труб 22 снабжен взрывозащитной цилиндрической оболочкой 42, приваренной к внешней стороне торцевой крышки 19 в продольном относительно испарительной емкости 1 положении и герметично закрытой с внешнего торца съемной эллиптической крышкой 43. При этом сквозные отверстия 20 (фиг.2) крышки 19 выходят во внутреннюю полость 44 взрывозащитной оболочки 42, которая выполнена с радиальными сквозными отверстиями (не показаны) для герметичного подвода через них кабелей 41 (фиг.1), а в каждой греющей трубе 22 свободное от греющих секций 25 пространство в зоне расположения токоподводящих проводов 45 заполнено теплоизоляционным материалом 46, который удерживается в трубе 22 с помощью крышки 47, закрывающей торцевое отверстие трубы 22 со стороны взрывозащитной оболочки 42. Крышка 47 выполнена с отверстием 48 для прохода проводов 45 и крепится к съемной торцевой крышке 19 при помощи закрепленных на последней шпилек 49 и поджимных гаек 50. Для облегчения снятия и установки массивной крышки 43 на наружной боковой стенке взрывозащитной оболочки 42 может быть установлен подъемно-поворотный механизм (не показан), обеспечивающий механизацию операций по снятию и установке крышки 43.
Для обеспечения возможности слива исходного продукта из испарительной емкости 1 после вынужденной или плановой остановки работы испарителя емкость 1 снабжена патрубком 51 для подключения емкости 1 к сливной линии 52. Внутри патрубка 8 установлен сетчатый отбойник 53 для предотвращения капельного уноса исходного продукта восходящими по патрубку 8 парами. Для повышения степени очистки конечных продуктов перегонки, получаемых после конденсации паров в конденсаторе 11 испаритель может быть оборудован съемной цилиндрической насадочной колонной 54, герметично закрепленной в вертикальном положении на фланце патрубка 8. Колонна 54 состоит из корпуса 55, верхней съемной вставки 56 и крышки 57 с патрубком 58 для выхода паров. В нижней части корпуса 55 закреплена поперечная опорная решетка 59, выше которой засыпается несколько слоев 60 керамических седловидных насадок (например, типа «Инталлокс»), а вставка 56 снабжена приваренным к ее нижней части патрубком 61 для подвода к ней технологического продукта (например, дизельного топлива - при перегонке мазута), подаваемого к патрубку 61 по линии 62 с помощью центробежного насоса 63 и
используемого для орошения восходящих к линии 9 паров исходного продукта. В нижней части вставки 56 размещен поперечный относительно последней трубчатый распределитель 64 технологического продукта, соединенный с патрубком 61 и выполненный с возможностью формирования равномерно распределенного по поперечному сечению вставки 56 потока технологического продукта, направленного вниз в сторону слоев 60 керамических насадок, заполняющих корпус 55, а в верхней части вставки 56 размещен сетчатый отбойник 65 для предотвращения капельного уноса технологического продукта парами исходного продукта, восходящими по колонне 54. Патрубок 8, корпус 55, вставка 56 и крышка 57 снабжены торцевыми соединительными фланцами, благодаря чему обеспечивается возможность в процессе эксплуатации испарителя выполнять очистку или замену сетчатых отбойников 53 и 65, промывку или замену керамических насадок, ремонт или замену распределителя 64.
Испаритель выполнен с возможностью обеспечения плавной бесступенчатой регулировки в заданных пределах величины объемной подачи исходного продукта в емкость 1. Для этого насос 5 снабжен частотно-управляемым электроприводом 66. Аналогичным образом частотно-управляемым электроприводом могут быть снабжены центробежный насос 63 - для регулировки в заданных пределах величины объемной подачи технологического продукта к распределителю 64 и вакуум-насос 10 - для регулировки в заданных пределах величины остаточного давления в паровой полости емкости 1. Для регулировки указанной подачи технологического продукта при постоянных оборотах рабочего вала насоса 63 и при отсутствии у последнего упомянутого частотно-управляемого электропривода может быть использован регулируемый дроссель (не показан), подключенный своим входом к линии 62 и своим выходом - к сливной линии (не показана), а для регулировки указанного остаточного давления при постоянных оборотах рабочего вала вакуум-насоса 10 и при отсутствии у последнего упомянутого частотно-управляемого электропривода может быть использован регулируемый редукционный клапан (не показан), подключенный к линии 9.
Испаритель снабжен автоматизированной системой управления (не показана), выполненной с возможностью обеспечения:
- поддержания величины тепловой мощности электронагревателя 2, величины степени вакуумирования испарительной емкости 1 и  величины объемной подачи исходного продукта в емкость 1 и технологического продукта к распределителю 64 в заданных пределах, обеспечивающих оптимальный режим процесса перегонки;
- аварийного отключения электронагревателя 2 при превышении температуры стенок греющих труб 22 выше заданного предела, появлении на электронагревателе 2 токов утечки, выходе из строя электронагревательных элементов 27 греющих труб 22, а также при неисправностях в системе электропитания электронагревателя 2;
- выявления неисправных элементов 27 электронагревателя 2 и неисправностей в системе электропитания электронагревателя 2;
- взрывозащиты испарителя за счет:
а) блокирования включения электронагревателя 2 при расположении уровня 21 исходного продукта ниже верхней греющей трубы 22 электронагревателя 2;
б) отключения электронагревателя 2 при прекращении подачи в испарительную емкость 1 исходного продукта и/или при опасном нарушении режима вакуумирования испарительной емкости 1;
в) поддержания температуры греющих труб 22 не выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Для обеспечения возможности функционирования указанной системы управления испаритель оборудован комплексом дистанционных датчиков, включающим датчик 67 уровня 21 исходного продукта в испарительной емкости 1, закрепленный на верхнем патрубке 68 последней, датчик 69 давления паров в испарительной емкости 1, установленный на патрубке 70, приваренном к патрубку 8, датчик 71 давления паров внутри вставки 56 колонны 54 испарительной емкости 1, установленный на патрубке 72, приваренном к вставке 56, датчики температуры, выполненные в виде термопар 73-82, установленных в трубчатых корпусах, датчик 83 скорости вращения выходного вала частотно-управляемого электропривода 66 насоса 5 и датчик 84 объемной подачи технологического продукта к распределителю 64. Термопары 73-76 (фиг.1,5) служат для контроля температуры стенок греющих труб 22, при этом у каждой из них корпус закреплен на одной из греющих труб 22 продольно последней и проходит через сквозные отверстия в торцевой крышке 19 и съемной эллиптической крышке 43 с выходом наружу из крышки 43 конца термопары с токовыводящими проводами и обеспечением герметичности указанных сквозных отверстий. Термопары 77 и 78 (фиг.4) служат для контроля температуры исходного продукта в емкости 1 и направлены поперек последней, при этом у каждой из них один конец корпуса закреплен на ограничительной перегородке 30, а второй конец корпуса герметично и жестко закреплен в сквозном отверстии корпуса 13 с выходом наружу из корпуса 13 конца термопары с токовыводящими проводами. Термопары 79-82 (фиг.1) служат для контроля температуры пара в насадочной колонне 54 и направлены радиально к
последней, при этом трубчатый корпус каждой из них выполнен перфорированным (не показано) и жестко и герметично закреплен свой средней частью в сквозном отверстии, выполненном в корпусе 55 колонны 54, с выходом наружу из корпуса 55 конца термопары с токовыводящими проводами. Выходы всех дистанционных датчиков 67-84 и вход частотно-управляемого электропривода 66 насоса 5 соединены с упомянутой системой управления.
При этом датчик 83 скорости вращения выходного вала частотно-управляемого электропривода 66 выполняет роль датчика объемной подачи исходного продукта в емкость 1, равной геометрической подаче жидкости шестернями насоса 5 за один оборот его рабочего вала (определяется конструктивными параметрами качающего узла насоса 5), умноженной на число оборотов рабочего вала насоса 5 в единицу времени, фиксируемое датчиком 83. В качестве датчика 84 может быть использован типовой дистанционный датчик расхода, используемый в расходомерах жидкостей.
Вакуумный испаритель для перегонки нефтяного сырья и нефтепродуктов работает следующим образом.
С помощью насоса 5 по линии 4 в испарительную емкость 1 подают исходный продукт (например, нефть, мазут, смесь нефти и мазута и т.п.). После подъема фиксируемого датчиком 67 уровня 21 исходного продукта выше верхней греющей трубы 22, включают электронагреватель 2, вакуум-насос 10 и центробежный насос 63. В дальнейшем производят по заданной технологии перегонки одновременно подачу исходного продукта в емкость 1 с заданной величиной объемной подачи последнего, фиксируемой с помощью датчика 83, нагрев исходного продукта в емкости 1 с помощью греющих труб 22 электронагревателя 2 до заданной температуры, фиксируемой термопарами 77 и 78, вакуумирование паровой полости испарительной емкости 1 до заданного остаточного давления, фиксируемого датчиком 69 и орошение отводимых через патрубок 8 паров технологическим продуктом, поступающим к распределителю 64 по линии 62 с заданной объемной подачей указанного продукта, фиксируемой с помощью датчика 84.
В процессе перегонки в паровой полости емкости 1 происходит выпаривание широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), которые с помощью вакуум-насоса 10 совершают циркуляцию последовательно через патрубок 8, отбойник 53, решетку 59, слои 60 керамических насадок, вставку 56 и крышку 57 и из выходного патрубка 58 поступают в линию 9. При этом к слоям 60 керамических насадок через распределитель 64 подается технологический продукт, который орошает восходящие по колонне 54 пары исходного продукта, за счет чего повышается степень очистки
ШФЛУ от тяжелых фракций углеводородов и, соответственно, повышается качество конечных продуктов перегонки на выходе линии 9. Наличие слоев 60 керамических насадок увеличивает площадь контакта технологического продукта с восходящими парами исходного продукта, за счет чего возрастает степень и скорость массообмена между парами исходного продукта и технологическим продуктом. В конденсаторе 11 происходит конденсация паров ШФЛУ с получением конденсата в виде легких продуктов перегонки, которые поступают в емкость 12 для их хранения и при необходимости подвергаются вторичной перегонке.
Одновременно с этим исходный продукт благодаря направляющим перегородкам 37 и 38 совершает медленное волнообразное движение вдоль испарительной емкости 1 от патрубка 3 до перегородки 30, показанное пунктирной линией 36. В процессе указанного волнообразного движения исходный продукт многократно проходит через пучок греющих труб 22, нагревающих исходный продукт до заданной температуры. При этом вся тепловая энергия, излучаемая греющими трубами 22, используется практически без потерь и только по прямому назначению - для нагрева исходного продукта в емкости 1. Тяжелый продукт перегонки (гудрон), формируемый в результате нагрева и вакуумирования исходного продукта, перетекает через верхний край ограничительной перегородки 30 и попадает в патрубок 6 и затем по линии 7 отводится в емкость для хранения.
Возможны различные технологические варианты осуществления процесса перегонки нефтяного сырья и/или нефтепродуктов с применением предлагаемого вакуумного испарителя с использованием различных по величине режимных параметров процесса перегонки: температуры исходного продукта, остаточного давления в паровой полости емкости 1, уровня 21 исходного продукта, объемной подачи исходного продукта в емкость 1, объемной подачи технологического продукта к распределителю 64 и др. Различными по величине могут быть также конструктивные параметры предлагаемого испарителя, в том числе параметры Н, h, h1 и h2.
В ходе процесса перегонки автоматизированная система управления испарителем осуществляет контроль режимных параметров указанного процесса: уровня 21 исходного продукта в испарительной емкости 1 - с помощью датчика 67, давления паров в испарительной емкости 1 - с помощью датчика 69, давления паров внутри вставки 56 колонны 54 - с помощью датчика 71, температуры стенок греющих труб 22 -с помощью термопар 73-76, температуры исходного продукта в емкости 1 - с помощью термопар 77 и 78, температуры пара в насадочной колонне 54 - с помощью термопар 79-82, объемной подачи исходного продукта в емкость 1 - с помощью датчика 83,
объемной подачи технологического продукта к распределителю 64 - с помощью датчика 84. При отклонении величины указанных режимных параметров от заданного значения система управления осуществляет их регулировку до достижения исходных заданных величин режимных параметров, обеспечивающих оптимальный режим процесса перегонки. При этом температурные параметры процесса перегонки настраиваются до заданного уровня с помощью входящего в систему управления испарителем тиристорного терморегулятора (не показан), величина давления в паровой полости емкости 1 и внутри вставки 56 - путем регулировки скорости вращения рабочего вала вакуум-насоса 10 или путем регулировки его редукционного клапана, величина уровня 21 и величина объемной подачи исходного продукта в емкость 1 -путем регулировки скорости вращения рабочего вала насоса 5 с помощью его частотно-управляемого электропривода 66, а величина объемной подачи технологического продукта к распределителю 64 - путем регулировки скорости вращения рабочего вала центробежного насоса 63 или путем регулируемого слива части технологического продута из линии 62 с помощью регулируемого дросселя.
Вместе с тем система управления испарителем обеспечивает щадящий для испарителя выход из опасных для него нештатных ситуаций путем аварийного отключения электронагревателя 2 при превышении температуры стенок греющих труб 22 выше заданного предела, появлении токов утечки на электронагревателе 2, выходе из строя электронагревательных элементов 27 греющих труб 22, а также при появлении неисправностей в системе электропитания электронагревателя 2. Кроме того, система управления выявляет неисправные электронагревательные элементы 27 греющих труб 22, а также неисправные тиристоры терморегулятора и передает информацию об этом диспетчеру.
С целью обеспечения защиты испарителя от взрыва система управления осуществляет блокирование включения электронагревателя 2 при расположении уровня 21 исходного продукта ниже верхней греющей трубы 22, отключение электронагревателя 2 при прекращении подачи в испарительную емкость 1 исходного продукта и/или при опасном нарушении режима вакуумирования испарительной емкости 1 и поддержание температуры греющих труб 22 не выше заданного предела, при котором исключается взрывоопасная ситуация в зоне испарителя.
Предлагаемое исполнение вакуумного испарителя с размещением электронагревателя 2 внутри испарительной емкости 1 обеспечивает полное использование тепловой энергии, вырабатываемой электронагревателем, что может дать существенный экономический эффект при практическом использовании
предлагаемой полезной модели. При этом обеспечивается возможность поддержания величины тепловой мощности электронагревателя 2 в заданных пределах, обеспечивающих оптимальный режим процесса перегонки исходного нефтяного сырья или нефтепродукта, и исключается возможность неконтролируемого отказа в работе электронагревателя и в целом испарителя в случае выхода из строя одного или нескольких электронагревательных элементов 27 греющих труб 22 или тиристоров терморегулятора. Горизонтальное расположение испарительной емкости 1 и греющих труб 22 упрощает монтаж и демонтаж кожухов 26 с электронагревательными элементами 27 и, вместе с тем, позволяет увеличить отношение площади поверхности зеркала уровня 21 исходного продукта в испарительной емкости 1 к площади поверхности объема, занимаемого указанным продуктом в емкости 1, благодаря чему ускоряется процесс вакуумного выпаривания исходного продукта и, соответственно, повышается производительность вакуумного испарителя. При этом расположение электронагревателя 2 внутри испарительной емкости 1 не снижает уровень пожаро- и взрывобезопасности вакуумного испарителя, что обеспечивается за счет герметичного подвода кабелей электропитания 41 к электронагревателю 2 с расположением зоны подключения указанных кабелей к электронагревательным элементам 27 во взрывозащитной оболочке 42. Оборудование испарителя насадочной колонной 54 позволяет повысить степень очистки продуктов перегонки, получаемых из фракций легких углеводородов.