Нефтяные котлы-утилизаторы, теплотехнические расчеты. Константин Владимирович Ефанов

стоящей работе показано применение котлов-утилизаторов для сжигания газа возможно взамен факельных установок с целью полезного использования теплоты отработанных газов.

      Приведена теория расчета процессов сгорания топлива по методике теплотехники, теория теплового расчета котла-утилизатора. Теория представлена на основании результатов, полученных в ВолгГТУ (Волгоград). По остальным вопросам нефтепереработки автор отдает предпочтение работам из РГУ нефти и газа им. Губкина и МЭИ (Москва).

      В компаниях, занимающихся проектированием для нефтепереработки, существует ответвление по печам и теплообменным устройствам. Содержание текста относится к этому направлению, для поверхностного ознакомления с теплотехническими расчетами котлов-утилизаторов, и адресуется конструкторам и технологам по нефтепереработке и химии.

      Интерес представляет совместное упоминание методики расчета процессов горения из инженерной химии, в которой должны быть указаны все химические соединения и методики из теплотехники, в которой указывается состав углеводорода нефти в виде ряда элементов с их массовыми долями.

      Приведенные данные по топливам полезны для изучения химмотологии моторных топлив.

      Посвящается Творцу Вселенной,

      благодарность моей маме, инженеру-машиностроителю.

      1. Углеводородные газы для котлов-утилизаторов

      В процессах нефтедобычи совместно с нефтью из недр извлекается попутный газ, который оделяют от нефти. "Природный" газ добывается в газодобыче.

      В процессах нефтепереработки первичной и вторичной вырабатываются технологические газы в количествах по данным Капустина В.М. [1] 5…20%масс. Состав технологического газа как правило включает алканы С1…С4, алкены С2…С4, сероводород, водород и соединения азота.

      Автор настоящей работы в свое время работал во ВНИПИнефть, когда В.М. Капустин занимал должность генерального директора института.

      Наличие сероводорода учитывается при выборе материального исполнения стенки оборудования (должно быть стойким к сероводородному растрескиванию). Из сероводорода вырабатывают серную кислоту и элементную серу S2, S6, S8 [2].

      Газы могут перерабатываться в товарные продукты. Тематика переработки газов не рассматривается.

      Газы могут утилизироваться сжиганием с рекуперацией тепла или без нее (то есть с использованием теплоты отходящих газов на нагрев продукта).

      Капустин отмечает [2,с.379], что для уменьшения выбросов соединений серы, её удаляют из газового потока, то есть газы подвергают очистке перед сжиганием. Например, в процессе окисления гудрона, серу необходимо удалять из отработанных газов перед подачей на сжигание.

      Стадия очистки газов в технологической схеме установки является очень важной и должна быть глубоко проработана. Лучшим способом утилизации каких-либо отходов нефтепереработки является перевод их в товарные продукты.

      Также Капустин [2] отмечает о том, что сокращение содержания соединений азота в отработанных газах обеспечивается за счет абсорбции или каталитического восстановления.

      Данные для сжигания газов в факельных системах могут быть использованы для разработки процессов сжигания газов в котлах-утилизаторах. Тема факельных установок широко описана в соответствующей литературе по нефтепереработке.

      Капустин указывает [2,с.381] о применении факельных установок для утилизации горючих газов. И мероприятием по снижению выбросов на факельной установке может быть прекращение сжигания газов на факелах.

      "На факел" подают по данным [3,с.236] газы аварийного сброса, газы от опорожнения оборудования, газы от пуска установок, отработанные газы и сдувки, образующиеся в процессах нефтепереработки.

      Капустин указывает [3] о применении на заводах нефтепереработки общей, отдельной и специальной факельной системы. Специальные системы используются, если сжигаемые в них вещества не могут сжигаться на общих системах. Применение специальный факелов целесообразно для газов, содержащих сероводород в количестве от 8% масс.

      Кроме факельных установок в настоящее время применяются установки котлов-утилизаторов в блочной компоновке. Главным оборудованием установки является печь, в которой происходит процесс сжигания. Можно встретить название "инсинератор".

      В настоящей работе рассматривается тема сжигания газов в котлах-утилизаторах.

      2. Теория расчета теплоты сгорания

      Нефть является смесью углеводородов, поэтому в литературе приводят ряд элементов, из которых состоит нефть и указывается доля каждого элемента.

      По таким исходным данным методами инженерной химии тепловой расчета выполнить представляется не решаемым, поэтому может быть использован подход, применяемый в теплотехнике.

      На современном уровне расчеты выполняются в программных пакетах методом конечных элементов. Результатом расчетов являются цветные диаграммы по сечению котла с наличием шкалы, по которым проектировщик может сделать заключение