СПОСОБ И АППАРАТ НАГРЕВА НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2009 года по МПК C10G9/20 B01F3/08 

Изобретение относится к нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической промышленности и может быть использовано для нагрева сырой нефти или нефтепродуктов с целью их последующей переработки.

Известен способ нагрева нефтепродуктов, реализуемый посредством трубчатой печи, описание которой приведено в Каталоге ЦИНТИ-химнефтемаш, Москва, 1990 г., с.23. Нагреваемый нефтепродукт пропускают по трубам радиантного и конвективного змеевиков, размещенных в футерованном корпусе, а нагрев осуществляют длиннофакельными горелками.

Указанное техническое решение как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является высокая температура, образующаяся в горящих факелах при сжигании топлива в горелках, что требует применения жаростойких материалов для конструкционных элементов печи.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является снижение максимальной температуры в факеле горения.

Согласно техническому решению, предложенному в рамках настоящей заявки на изобретение, поставленная задача решается новой последовательностью и новым режимом выполнения операций нагрева нефтепродуктов.

Предложенный способ осуществляется с помощью аппарата нагрева нефтепродуктов, который совместно с указанным способом составляет группу изобретений, реализующих единый изобретательский замысел. Аппарат нагрева содержит печь с факельной горелкой и змеевиками, по которым прокачивается нефтепродукт. Температура нефтепродукта на выходе из печи регулируется изменением производительности факельной горелки. При работе печи происходит нагрев ее конструкционных элементов. Для факельных горелок характерным является то, что распределение температуры по факелу неравномерно - локальный максимум температуры имеет место в зоне максимального диаметра факела горелки. Наличие высокой температуры предопределяет применение дорогостоящих высоколегированных сталей для конструкционных элементов печи. Для того чтобы снизить максимальную температуру факела горелки, в качестве сжигаемого жидкого топлива применена мелкодисперсная водотопливная эмульсия (ВТЭ), которая без снижения эффективности нагрева нефтепродукта позволяет снизить максимальную температуру факела горелки примерно на 200°С. А это в свою очередь позволяет применить более дешевые марки стали. Чтобы удерживать заданную температуру горения ВТЭ, необходимо строго поддерживать содержание воды в ВТЭ, например 20%. Для этого в предложенном изобретении осуществляют приготовление мелкодисперсной ВТЭ в двух резервуарах путем налива мерных количеств жидкого топлива и воды в строгом соотношении и смешения их с помощью диспергатора, затем поочередно из двух резервуаров подают на факельную горелку. После опорожнения одного резервуара переключают на другой резервуар, а в пустом резервуаре готовят новый объем ВТЭ.

Исходя из нормативного расхода ВТЭ для работы горелки, резервуары должны иметь объем, достаточный для непрерывной работы аппарата нагрева нефтепродуктов в течение, например, 3-х суток. Так как ВТЭ после приготовления может храниться без расслаивания достаточно долго (месяцами), то 3-суточный режим переключения резервуаров вполне приемлем.

Таким образом, способ нагрева нефтепродуктов согласно изобретению предусматривает подачу нефтепродукта в змеевики аппарата нагрева, подачу жидкого топлива на факельную горелку и использование в качестве топлива мелкодисперсной водотопливной эмульсии, при этом подачу ВТЭ к горелкам осуществляют поочередно из двух резервуаров, приготовление мелкодисперсной ВТЭ в резервуарах производят также поочередно после опорожнения путем налива мерных количеств жидкого топлива и воды и смешения их с помощью диспергатора, затем осуществляют ее хранение до момента соединения резервуара с насосом подачи ВТЭ к факельной горелке.

Аппарат нагрева нефтепродуктов содержит печь с факельной горелкой и змеевиками и блок подготовки ВТЭ.

Прототипом может служить трубчатая печь для огневого нагрева нефтепродуктов по патенту РФ №2140434 с приоритетом от 6 апреля 1998 года.

Указанная печь снабжена радиантным и конвективным змеевиками, воздухоподогревателем и частью двойников, выполненными из эллиптических труб с расположением малых осей сечений радиантных труб по нормали к футеровке, больших осей сечений труб конвективных и воздухоподогревателя вдоль потока дымовых газов, причем между нижними двойниками радиантного змеевика и подом радиантной камеры размещено ложное днище с рядом отверстий в месте примыкания ее к футеровке и над горелками, а внутренний слой выполнен из высокотеплопроводного материала.

Недостатком указанного изобретения является высокая максимальная температура факела горелки, которая обуславливает применение высоколегированных дорогостоящих сталей для конструкционных элементов печи, а также приводит к повышенному коксообразованию на внутренней поверхности змеевиков в зоне максимальной температуры.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является уменьшение температурных нагрузок на конструкционные элементы печи за счет снижения максимальной температуры факела горелки, что позволит использовать более дешевые марки стали.

Поставленная задача решается введением в состав аппарата нагрева нефтепродуктов новых элементов, их особым выполнением и расположением.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид аппарата нагрева нефтепродуктов, на фиг.2 - печь в разрезе, на фиг.3 - фрагмент печи с факельной горелкой, на фиг.4 - схема блока подготовки ВТЭ.

Цифрами на чертежах обозначены:

1 - блок подготовки водотопливной эмульсии (ВТЭ);

2 - трубчатая нагревательная печь;

3 - горелка трубчатой нагревательной печи с гидромеханической форсункой;

4 - насос подачи ВТЭ к горелке печи;

5 - дымовая труба;

8, 9 - резервуары для подготовки ВТЭ;

10 - патрубок налива мерной дозы жидкого топлива в резервуар подготовки ВТЭ;

11 - патрубок налива мерной дозы воды в резервуар подготовки ВТЭ;

12 - кольцевой трубопровод для обеспечения приготовления ВТЭ после залива в резервуар (либо 8, если он был опорожнен к моменту залива, либо 9) жидкого топлива и воды;

14 - диспергатор (кавитационный преобразователь, который обеспечивает при прокачке через него с помощью насоса 18 приготовление мелкодисперсной ВТЭ в резервуаре 8 или 9);

15 - клапаны, которые обеспечивают соединение (отключение) резервуара 8 или 9 с всасывающим патрубком насоса 18, кольцевой магистралью 12 и диспергатором 14 для обеспечения поочередного приготовления ВТЭ в том или другом резервуаре;

16 - клапаны соединения (отключения) резервуара 8 или 9 с всасывающим патрубком насоса 4, который подает ВТЭ на горелку печи и неиспользованную (не прошедшую через форсунку) часть ВТЭ возвращает в резервуар 8 или 9;

17 - датчики уровня, дающие сигнал о том, что резервуар опорожнен и необходимо произвести переключение на другой резервуар;

18 - насос диспергатора;

21 - силовая оболочка печи;

22 - оболочка теплоизоляции;

23 - стойки крепления змеевиков;

24 - радиантный экран;

25 - конвективный змеевик;

26 - радиантный змеевик;

27 - теплоизоляция;

28 - патрубки отвода дымовых газов;

29 - под печи;

30 - крыша печи;

31 - взрывной клапан.

Работает аппарат нагрева нефтепродуктов следующим образом.

В резервуар 8 подают мерные дозы жидкого топлива и воды с обеспечением, например, соотношения 20% воды в ВТЭ. Далее включают насос 18 и диспергатор 14 и открывают клапаны 15, соединяющие резервуар 8 с кольцевой магистралью 12. В течение 2-х, 3-х часов производят приготовление ВТЭ в резервуаре 8.

Затем включают насос 4 и открывают соответствующие клапаны 16 (клапаны резервуара 8) и подают ВТЭ на горелку 3 трубчатой печи 2. Включают насос подачи нефтепродукта в змеевики печи 2 (не показан).

Включают горелку 3 трубчатой печи 2, происходит зажигание ее факела. По технологическому регламенту производят подъем температуры в печи 2 до выхода на режим. Нагрев нефтепродуктов в двух соединенных между собой змеевиках (конвективном 25 и радиантном 26) осуществляется горячими газами - в факеле горелки 3 газы, образующиеся при сгорании ВТЭ, поднимаются вверх до крыши 30 печи 2, разворачиваются на 180 градусов и через кольцевую щель между оболочкой теплоизоляции 22 печи 2 и конвективным змеевиком 25 опускаются вниз к дымовому патрубку 28, откуда отводятся в дымовую трубу 5. В случае, если змеевики установлены последовательно, например конвективный змеевик 25 установлен над радиантным 26, горячие газы будут проходить прямо вверх до крыши 30 печи 2, т.е. без поворота на 180 градусов, и уйдут в дымовую трубу 5. Но при таком расположении змеевиков высота печи 2 увеличится примерно в 2 раза. Таким образом, при любом расположении змеевиков горячие газы нагревают последовательно радиантный 26 и конвективный 25 змеевики печи 2 и нефтепродукт, прокачиваемый через них.

После опорожнения резервуара 8 включают соответствующие клапаны 16 и переключают подачу ВТЭ из резервуара 9. А в резервуаре 8 готовят новый объем ВТЭ описанным выше способом.

Реализация предложенного способа и аппарата нагрева нефтепродуктов позволяет снизить максимальную температуру продуктов сгорания, образующихся при работе жидкотопливной пламенной горелки, и тем самым обеспечить применение нежаропрочных (недорогостоящих) сталей для конструкционных элементов печи.

Изобретение может быть использовано для нагрева сырой нефти или нефтепродуктов с целью их последующей переработки. В резервуар 8 подают жидкое топливо и воду. Включают насос 18 и диспергатор 14, открывают клапаны 15, соединяющие резервуар 8 с кольцевой магистралью 12. Производят приготовление водотопливной эмульсии (ВТЭ) в резервуаре 8. Затем подают ВТЭ на горелку, снабженную гидромеханическими форсунками, трубчатой печи. После опорожнения резервуара 8 включают соответствующие клапаны 16 и переключают подачу ВТЭ из резервуара 9. Изобретение позволяет снизить максимальную температуру в факеле горения и обеспечить применение нежаропрочных сталей для W конструкционных элементов печи. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ нагрева нефтепродуктов, включающий подачу нефтепродукта в змеевики аппарата нагрева, подачу жидкого топлива на факельную горелку, использование в качестве топлива мелкодисперсной водотопливной эмульсии (ВТЭ), отличающийся тем, что подачу ВТЭ к горелке, снабженной гидромеханическими форсунками, осуществляют поочередно из двух резервуаров, при этом приготовление мелкодисперсной эмульсии в резервуарах производят также поочередно по мере опорожнения путем налива в опорожненный резервуар мерных количеств жидкого топлива и воды и смешения их с помощью диспергатора, затем осуществляют ее хранение до момента соединения резервуара с насосом подачи ВТЭ к горелке аппарата нагрева.2. Аппарат нагрева нефтепродуктов, содержащий печь нагревательную с радиантной и конвективной камерами нагрева, факельную горелку, блок подготовки мелкодисперсной водотопливной эмульсии и насос подачи ее к горелке, отличающийся тем, что горелка печи снабжена гидромеханическими форсунками, а блок подготовки ВТЭ выполнен в виде двух резервуаров, каждый из которых снабжен патрубками для налива мерных количеств жидкого топлива и воды, а также кольцевым трубопроводом, соединяющим верхнюю часть резервуара с нижней, и имеющим диспергатор для приготовления ВТЭ, при этом каждый резервуар снабжен патрубком с регулирующим клапаном, соединенным с насосом подачи ВТЭ к горелке печи, и датчиком уровня для отключения подачи эмульсии из опорожненного резервуара и включения подачи из полного резервуара.3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что радиантная и конвективная камеры установлены одна в другой и разделены металлическим экраном.4. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что радиантная и конвективная камеры установлены последовательно.