Назначение и типы трубчатых печей

Назначение

Одним из основных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслей промышленности являются трубчатые печи, которые оказывают значительное влияние на режим работы всех последующих аппаратов технологической цепи.

Назначение трубчатых печей сводится к тому, чтобы сообщить нефтяному сырью необходимое количество тепла, обеспечивающее испарение из него заданного процента фракций, являющихся целевым продуктом для данной заводской установки; в основном они применяются при следующих операциях:

1) при нагревании технологических жидкостей или газов (нагрев и вакуумная перегонка, перегрев пара и т.д.);

2) при нагревании и выпаривании веществ, служащих для переноса тепла, например неорганических солей, минеральных масел и др.;

3) для сообщения реакционного тепла эндотермическим реакциям путем прямого нагрева реакционного пространства (термический крекинг, пиролиз бензинов, пиролиз этан-пропановой смеси, коксование и др.).

Нагревательные печи

В настоящее время имеются трубчатые печи различных типов. По технологическим признакам они разделяются на нагревательные и нагревательно-реакционные. К нагревательным относятся печи, обеспечивающие:

1) нагрев сырья без его испарения;

2) нагрев и испарение сырья;

3) вакуумную перегонку мазута;

4) вторичную перегонку мазута;

5) нагрев сырья установок депарафинизации;

6) нагрев раствора остаточных масел;

7) замедленное коксование;

Нагревательно-реакционные печи

К нагревательно- реакционным относятся трубчатые печи:

1) крекинг-процесса;

2) процесса полимеризации;

3) пиролизных установок;

4) специальные.

По способу передачи тепла трубчатые печи подразделяются на конвекционные, радиантные и радиантно-конвектиционные.

Подавляющее большинство трубчатых печей относится к радиантно-конвекционному типу. Конвекционные или радиантные печи применяются редко. Трубчатые печи большой тепловой мощности, а также печи для нагрева нескольких потоков до разных температур имеют несколько камер радиации и конвекции.

 

Технологические и теплотехнические особенности трубчатых печей

Особенности трубчатых печей

Основными технологическими и теплотехническими особенностями трубчатых печей являются следующие:

1) одновременная передача тепла тремя способами, различающимися по физическим особенностям: теплопроводнодностью, конвекцией и излучением;

2) однократное испарение, обеспечивающее более глубокий отгон при заданной конечной температуре нагрева сырья или достижение заданного отгона при более низкой температуре;

3) большая скорость прохождения сырья через печной змеевик, обеспечивающая высокие коэффициенты теплопередачи;

4) высокие тепловая эффективность и тепловая мощность;

5) непродолжительное (не превышает нескольких минут) пребывание сырья в зоне высоких температур, что уменьшает возможность разложения сырья и коксоотложения в трубах; при необходимости последнее обстоятельство позволяет нагревать сырье до более высоких температур;

6) меньшая пожарная опасность вследствие того, что в зоне нагрева единовременно находится относительно небольшое количество нефтепродуктов.

 

Схема трубчатой печи с контрольными точками,  

Характеризующими ее тепловой режим

Рис. 1

 

Тепловая работа трубчатой печи в наибольшей мере характеризуется и определяется ее температурным и тепловым режимами.

Температурный режим

Температурный режим трубчатых печей является одним из показателей эффективности их работы. Важнейшими точками контроля являются: (Рис. 1) температуры на входе сырья в змеевик печи (1), на выходе сырья из змеевика печи (5), на входе топочных газов в боров печи (2), над перевальной стенкой (6), на входе сырья в радиантную камеру (7), на входе водяного пара в пароперегреватель (3) и на выходе водяного пара из пароперегревателя (4). Для обеспечения установки водяным паром в трубчатой печи устанавливают пароперегреватель.

Температура сырья на входе в трубчатую печь зависит от системы регенерации тепла на установке и не превышает 150-250 ^оС. Чем выше температура поступления сырья в трубчатую печь, тем выше температура уходящих топочных газов и, следовательно, тем ниже КПД трубчатой печи. Рекуперация тепла уходящих топочных газов позволяет несколько увеличить КПД трубчатой печи путем ввода горячего воздуха в ее топку.

Температура на выходе сырья из змеевика печи зависит от природы сырья, давления на выходе из печи и заданной глубины отбора.

 Температура топочных газов, направляющихся в боров и далее в дымовую трубу, зависит от температуры поступающего в печь сырья и превышает ее на 120-160оС.

Температура топочных газов над перевальной стенкой зависит от доли тепла, передаваемого радиацией (прямая отдача), рода топлива, избытка воздуха и конструкции печи.

Температура водяного пара, поступающего в пароперегреватель, зависит от его состояния (мятый, насыщенный или перегретый). Параметры поступающего пара влияют на его температуру на выходе из пароперегревателя.

Типы трубчатых печей

В настоящее время четко наметилась тенденция строительства трубчатых печей большой единичной мощности, которые в отличие от малопроизводительных печей эксплуатируются в более жестком технологическом режиме. Работа печей в тяжелых условиях (при высоких температурах и давлениях и в агрессивных средах) стала возможной благодаря новым конструктивным решениям и применению новых жаропрочных и жаростойких материалов.

Печь двускатная двукамерная

Наряду с новыми типами печей на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах продолжают эксплуатироваться ранее построенные двухскатные двухкамерные печи (Рис. 2) тепловой мощностью от 7-8 до 45-60 МВт (от 6-8 до 40-50 Гкал/час). Свод такой печи сделан наклонным для выравнивания тепловых нагрузок на трубчатые змеевики потолочного экрана. Большой объем топочного пространства позволяет сжигать топливо в длинном факеле и обеспечивает интенсивный лучистый теплообмен. Для равномерного обогрева змеевиков вдоль боковых стен печи в амбразурах из огнеупорного кирпича рассредоточены комбинированные горелки.