Как используется теплообменник в нефтепереработке?

Теплообменник представляет собой устройство, при помощи которого происходит теплообмен между теплоносителями с разными температурами.

По такому критерию, как принцип действия, они делятся на регенераторы и рекуператоры.

В последних, между движущимися теплоносителями, есть стенка.  Такой тип конструкции является наиболее распространенным. В регенераторах теплоносители с различными температурами поочередно входят в контакт с одной и той же поверхностью.

Теплообменное оборудование

Назначение теплообменников заключается в проведении теплообменных процессов, если есть необходимость повысить или понизить температуру рабочей  среды в целях её последующей переработки или утилизации.

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Типы теплообменных устройств

Теплообменники классифицируют по следующим критериям:

• по типу их конструкции:

1. устройства, сделанные из труб (кожухотрубчатый, оросительный, змеевиковый, погружной типы, а также типы  «труба в трубе» и с воздушным охлаждением);
2. устройства, в которых теплообменная поверхность сделана из листовых материалов (сотовые, спиральные и пластинчатые);
3. теплообменники, поверхность которых изготовлена из неметаллического материала (стеклянные, пластмассовые, графитные и так далее).

• по виду своего назначения:

1. подогреватели;
2. холодильники;
3. конденсаторы;
4. испарители.

1. противоточного типа;
2. прямоточного типа;
3. теплоносители  перекрестного тока и так далее.

В нефтеперерабатывающей и химической промышленности примерно 80-т процентов теплообменников относятся к аппаратам так называемого кожухотрубчатого типа. Их достаточно просто изготавливать, они отличаются высокой степенью надежности и одновременно являются в достаточной степени  универсальными.

Теплообменные аппараты змеевиковой конструкции и конструкции  «труба в трубе»  в общем количестве выпускаемой  теплообменной аппаратуры занимают примерно 8 процентов,  а чугунные оросительные устройства – примерно 2 процента.

Теплообменные аппараты кожухотрубчатого типа

Кожухотрубчатые устройства, как было сказано выше, распространены наиболее широко. Они применяются как охладители, нагреватели и конденсаторы не только в  промышленности, но  и на транспорте, и работают как с жидкими, так и с газообразными жидкими средами.

Основные элементы конструкции  кожухотрубчатых теплообменников:

1. корпус, называемый кожухом;
2. трубный пучок;
3. патрубки;
4. камеры-крышки;
5. запорная арматура;
6. регулирующая арматура;
7. аппаратура для текущего контроля процесса;
8. опоры, держащие  устройство;
9. каркас.

Кожух такого теплообменника сваривается в цилиндрической форме  из одного или нескольких листов (как правило – стальных). При определения необходимой толщины стенки кожуха, в первую очередь  учитывается значение  максимального давления рабочей среды, которое возникает в межтрубном пространстве, а также  диаметром самого устройства.

Дно камер может иметь  сферическую форму (для сварных камер), либо эллиптическую форму (для штампованных). Плоские днища встречаются гораздо реже. Толщина днища должна  быть либо равна, либо превышать  толщину стенок корпуса.

Вертикально расположенным теплообменникам отдается предпочтение, поскольку при горизонтальном расположении требуется значительно большая площадь, да и расположение в рабочем помещении вертикальных устройств является более удобным.

Пучок теплообменного аппарата может изготавливаться  из гладких бесшовных труб, сделанных из различных материалов (сталь, латунь или медь). Их форма может быть как  прямой, так и   U- либо W-образной, а диаметр варьируется  от нескольких  до 57 миллиметров.  Длина  колеблется от нескольких сантиметров до шести, а то и девяти  метров. Диаметр корпуса может доходить до 1,4 метра, а иногда – и  больше.

Элементы конструкции теплообменного аппарат кожухотрубчатого типа

В устройствах холодильного типа также используются кожухотрубные и секционные конструкции, оборудованные низкими накатными ребрами продольной, радиальной и спиралевидной формы.  Значение высоты продольного ребра, как правило, не более 12-ти – 25-ти миллиметров, а этот показатель для выступа катаных труб составляет от полутора до трех миллиметров (при количестве ребер от 600 ло 800 штук на один метр длины).

Читать также: Виды насосов для добычи нефти и их характеристики

Внешний диаметр труб с накатными низкорадиальными ребрами, как правило, почти не отличается  от этого значения для изделий с гладкой поверхностью, однако значение общей площади теплообменной  поверхности при использовании ребристых поверхностей увеличивается в полтора – два с половиной раза. Особая форма такой теплообменной поверхности значительно повышает тепловую эффективность устройства при работе с различными средами, отличающимися друг от друга своими  теплофизическими характеристиками.

В зависимости от того, какова конструкция гладкого или накатного пучка, трубы могут закрепляться следующим образом (как в одно-, так и в двухтрубных решетках):

• с помощью развальцовки;
• при помощи разбортовки;
• сварным способом;
• с применением технологии спайки;
• соединениями сальникового типа.

Последний метод закрепления, как наиболее затратный и сложный, применяется гораздо  реже прочих, хотя такое соединение позволяет трубам перемещаться в продольной плоскости при тепловых удлинениях.

Способы размещения труб в трубных решетках:

• шахматный (по вершинам и сторонам  шестиугольников правильной формы);
• коридорный (по вершинам и сторонам квадратов);
• круглый (в форме концентрической окружности);
• по вершинам и сторонам шестиугольников, диагональ которых смещена на угол  β.

Первый способ размещения труб на площади трубной решетки используется чаще остальных. Прямоугольный тип размещения чаще применяется в теплообменниках, предназначенных для работы с  загрязненными жидкостями, поскольку такое размещение значительно облегчает очистку межтрубного пространства.

Способ размещения, при котором трубы на решетке размещаются по вершинам и сторонам шестиугольника с диагональю, смещенной на угол β, применяется в кожухотрубных конденсирующих устройствах с горизонтальным расположением, поскольку такой способ размещения дает возможность  уменьшить на внешней поверхности труб  значение термического сопротивления, которое вызывается образованием пленки конденсата. При этом  в пространстве между трубами решетки остаются  свободные проходы, через которые проходит пар.

В случаях, кого  обе решетки прямого трубного пучка зажимают между нижними и верхними фланцами крышек и  корпуса аппарата, такие теплообменники имеют жесткую конструкцию. Аппараты с жесткой конструкцией используются, если  разность температур, которыми обладают  корпус и трубы, сравнительно невелика (в пределах 25-ти – 30-ти градусов Цельсия), а так же если  и при производстве корпуса,  и при изготовлении труб применялись материалы с близкими показателями  коэффициентов их удлинения.

В процессе проектирования теплообменных аппаратов обязательно  рассчитываются значения напряжений, которые возникают в процессе тепловых удлинений, происходящих с  трубами трубной решетки. Особенно важно рассчитать напряжения  в тех местах, где трубы соединяются  с поверхностью решетки.

Читать также: Типы и характеристики погрузчиков для склада

По рассчитанным заранее значениям  напряжений при проектировании каждого конкретного теплообменника можно сразу определить, подходит для конкретных целей устройство с жестким типом  конструкции или нет. Если такая конструкция непригодна, есть варианты теплообменников кожухотрубчатого типа с нежестким видом конструкции.

В случаях применения в теплообменных устройствах труб  U-образной или  W-образной формы,  оба конца таких труб крепятся одной (в основном – верхней) трубной решетке. Каждая из таких труб в пучке имеет возможность свободно удлиняться, вне зависимости  от тепловых удлинений других труб решетки  или прочих  элементов конструкции устройства. Стоит сказать, что даже при наличии существенных тепловых удлинений напряжений в местах соединения трубы с поверхностью трубной решетки, а также  в местах соединения самой решетки с кожухом – не возникает.

Теплообменники такого типа применяются в случаях, если значение давления обрабатываемых теплоносителей достаточно высоко. Однако, теплообменные устройства  с изогнутыми трубами признать безоговорочно лучшими нельзя, поскольку при их изготовлении возникают  трудности  с созданием различных радиусов изгиба, а также в процессе их эксплуатации такие трубы  сложно заменять и очень  неудобно чистить.

В кожухотрубчатых аппаратах, в которых используются двойные трубы, каждый элемент конструкции представляет из себя две трубы: наружную, в которой нижний конец является закрытым; и внутреннюю  (с открытым концом). На внутренней трубе (как правило –  меньшего диаметра) верхний конец закрепляется либо  развальцовочным способом, либо с помощью сварки, на поверхности верхней трубной решетки. Трубу большего диаметра закрепляется на поверхности  нижней решетки. Такой монтаж позволяет любому двухтрубному элементу конструкции устройства   свободно удлиняться, про этом  тепловые напряжения – не возникают.

Нагреваемая технологическая среда проходит по внутренней трубе, а после этого посредством кольцевого канала, соединяющего внутреннюю и наружную трубу, переходит далее. От греющей среды к нагреваемой тепловой поток  передается через стенку трубы, являющейся в конструкции  внешней. Помимо этого,  в процессе теплопереноса также принимает участие и поверхность  трубы внутренней, поскольку значение  температуры нагреваемой среды, проходящей через кольцевой канал, больше значения температуры этой же среды, которая находится в трубе, являющейся внутренней.

Читать также: Состав комплекса буровой установки для бурения нефтяных скважин

Теплообменники на нефтеперерабатывающих предприятиях

На НПЗ в составе любой технологической линии есть теплообменник. Нефтепереработка является сферой, где без таких устройств – просто не обойтись.

Количество теплообменников  на предприятиях, производящих  первичную нефтепереработку, в основном   зависит от:

• объема выпускаемой продукции;
• количества применяемых перерабатывающих технологий.

Чем больше предприятие выпускает продукции, тем больше на нем технологических линий, а чем больше таких линий – тем больше нужно теплообменных устройств.

Если рассматривать конкретные цифры, то разброс количества этих аппаратов на предприятиях нефтепереработки очень велик – от двух до 1 тысячи 250-ти. В среднем, одно перерабатывающее  предприятие имеет в составе своего оборудования  406 теплообменных устройств.

Технологическими средами, с которыми работают на НПЗ такие аппараты, являются:

• бензины;
• дизельные топлива;
• керосины;
• сырая нефть;
• нефтяные масла;
• мазуты;
• гудроны;
• битумы;
• пар;
• этилен;
• пропилен;
• фенол-ацетон;
• парафин.

Чаще всего такими средами являются бензины, дизтоплива, керосины, масла, мазуты и нефть-сырец. Давление в теплообменниках, применяемых на НПЗ, варьируется от трех до сорока атмосфер. Наиболее распространены агрегаты с давлениями от 10-ти до 25-ти атм.

Диаметры патрубков теплообменных устройств на НПЗ колеблются от 350-ти до 1 000 – 1 200 миллиметров. Гораздо реже встречаются диаметры 1 400, 1500 и 2 000 миллиметров. Самые распространенные кожухотрубные теплообменники – с патрубками 325 миллиметров.  Температуры рабочих сред на НПЗ варьируются  от 50-ти до 450-ти градусов Цельсия.