Вертикальная цилиндрическая конвекционная трубчатая печь для малотоннажных нефтеперерабатывающих производств

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, к конвекционным трубчатым печам для нагрева углеводородного сырья за счет сжигания топлива. Вертикальная конвекционная трубчатая печь содержит камеру сгорания 3 с горелкой 1, футерованный корпус 4 и размещенные в нем трубчатый змеевик 5, конвекционную камеру 8, стакан 10 подвода горячих газов в конвекционную камеру 8 и дымовые трубы 17. Камера сгорания 3 снабжена цилиндрической предкамерой 2, расположенной тангенциально к ней. Трубчатый змеевик 5 установлен соосно стакану 10 подвода горячих газов, выполнен из двух частей - внутренней 6 и наружной 7, и снабжен подводящим углеводородное сырье коллектором 11, соединенным с обеими частями змеевика 5, и отводящим горячие потоки сырья на выход коллектором 12. Изобретение снижает токсичность и дымность отработавших газов, гидравлические сопротивления при движении сырья в трубчатом змеевике, улучшает условия технического обслуживания и ремонта печи. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к конвекционным трубчатым печам для нагрева углеводородного сырья за счет сжигания топлива.

Известны трубчатые печи, применяемые в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для стабилизации нефти, первичной перегонки нефти и газового конденсата, каталитического крекинга, реформинга, коксования и др. Их используют в качестве нагревательных и нагревательно-реакционных печей.

По способу сжигания топлива известны печи с факельным сжиганием топлива с излучающими стенками топки и настильным пламенем. По способу передачи тепла нагреваемому сырью известны конвекционные, радиантно-конвекционные и радиантные трубчатые печи. По конфигурации печи коробчатого типа, вертикальные, цилиндрические и печи с наклонным сводом [Расчеты основных процессов и аппаратов переработки: Справочник. Рабинович Г.Г., Рябых П.М., Хохряков П.А. и др., под редакцией Судакова Е.Н. - 3-е изд. Перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 568 с.; Трубчатые печи. Каталог. ВНИИНЕФТЕМАШ, 4-е изд. М., 1990]. В данных источниках рассмотрены радиантно-конвекционные печи стационарного типа для крупнотоннажного производства.

Известна вертикальная цилиндрическая трубчатая печь, включающая установленный на фундамент футерованный корпус с настенными секциями вертикального радиантного змеевика, подовыми горелками и конвективную камеру со змеевиком. Для ускорения ремонтно-монтажных работ и улучшения условий труда корпус выполнен из продольных разъемных секций, закрепленных снизу на фундаменте шарнирно [А.с. №1491882, C 10 G 9/20]. При таком техническом решении возникает проблема уплотнения стыков между секциями и не предусмотрены мероприятия по обеспечению интенсивного процесса сгорания топлива и по снижению гидравлических потерь проточной части змеевика.

Известна универсальная цилиндрическая конвекционная трубчатая печь для малотоннажных производств, содержащая установленный на фундаменте футерованный корпус с топочной камерой в нижней части, конвекционную кольцевую камеру с размещенным внутри продуктивным змеевиком [Патент РФ №2028365, C 10 G 9/20]. Печь данной конструкции не обеспечивает высокую полноту сгорания топливовоздушной смеси, малую токсичность и дымность газов из-за отсутствия принудительного интенсивного перемешивания топливовоздушной смеси в камере сгорания. Ей присущи повышенные гидравлические сопротивления проточной части змеевика за счет переменного направления движения углеводородного сырья. В конструкции не предусмотрены мероприятия по удобству монтажно-ремонтных работ.

В основу изобретения положена техническая задача - снижение токсичности и дымности отработавших газов, снижение гидравлических сопротивлений при движении сырья в трубчатом змеевике, улучшение условий технического обслуживания и ремонта печи.

Поставленная техническая задача решается тем, что в вертикальной цилиндрической конвекционной трубчатой печи для малотоннажных нефтеперерабатывающих производств, содержащей футерованный корпус, горелку, трубчатый змеевик, камеру сгорания, конвекционную камеру, дымовые трубы, стакан подвода горячих газов в конвекционную камеру, согласно изобретению камера сгорания снабжена цилиндрической предкамерой, расположенной тангенциально к ней, трубчатый змеевик, расположен соосно стакану подвода горячих газов, выполнен, по крайней мере, из двух частей, внутренней и наружной, снабжен подводящим углеводородное сырье коллектором, соединенным с обеими частями змеевика, и отводящим на выход горячие потоки сырья коллектором.

Для удобства монтажно-ремонтных работ и улучшения условий труда печь имеет один разъем в горизонтальной плоскости, соединяющий нижнюю и верхнюю части корпуса печи, а также разъем в вертикальной плоскости для крепления предкамеры с горелкой. Кроме того, трубчатый змеевик выполнен в виде единого блока.

Снабжение камеры сгорания предкамерой позволяет начать процесс горения в предкамере, что обеспечивает в дальнейшем интенсивное перемешивание и догорание топливовоздушной смеси, приводящее к формированию равномерного температурного поля горячих газов, высокой полноте сгорания и, как следствие, к уменьшению дымности и токсичности отработавших газов. Снабжение змеевика подводящим коллектором, разделяющим входящий поток углеводородного сырья на два и более потоков, и отводящим коллектором, объединяющим горячие потоки сырья в один на выходе из печи, обеспечивает минимальные гидравлические сопротивления проточной части двухзаходного вертикального змеевика за счет снижения скоростей движения жидкой и паровой частей углеводородного сырья в направлении снизу вверх.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 дана схема вертикальной цилиндрической конвекционной трубчатой печи, на фиг.2 - вид по А-А.

Трубчатая печь содержит горелку 1, предкамеру 2, камеру сгорания 3, расположенные в нижней части 4 корпуса печи, а также трубчатый теплообменник 5 в виде змеевика, выполненного из двух частей - внутренней 6 и наружной 7. Змеевик 5 установлен в конвекционной камере 8 верхней части 9 корпуса печи соосно стакану 10 подвода горячих газов и снабжен подводящим коллектором 11, разделяющим подводящий поток углеводородного сырья на два и более потоков, и отводящим коллектором 12, объединяющим горячие потоки сырья в один на выходе из печи. Между витками змеевика расположены жесткие проставки 13. В верхней 9 и нижней 4 частях корпуса выполнены отверстия соответственно 14 и 15 для установки термопар.

С торца предкамеры расположен глазок 16 для визуального контроля наличия пламени в печи, а в стенках верхней части корпуса 9 установлены две дымовые трубы 17. В верхней части корпуса печи расположен клапан 18 для сброса избыточного давления в аварийной ситуации разгерметизации змеевика и разрезной фланец 19, обеспечивающий уплотнение змеевика в верхней части.

Работа трубчатой печи осуществляется следующим образом.

Углеводородное сырье насосом (на чертеже не показан) одним потоком подается в подводящий коллектор 11. Из коллектора сырье выходит двумя потоками: один поток поступает в наружный 7 цилиндрический змеевик, другой - во внутренний 6. Сырье, проходя через змеевик за счет конвекционного теплообмена между горячими газами и поверхностью змеевика, нагревается до требуемых температур и поступает в отводящий коллектор 12 двумя потоками. В отводящем коллекторе два потока объединяются в один и выходят из печи в ректификационную или дистилляционную колонну (на чертеже не показана).

Для обеспечения высокой полноты сгорания жидкого или газообразного углеводородного топлива и минимальной степени дымности и токсичности отработавших газов процесс сгорания топливовоздушной смеси начинается в предкамере 2, в которую топливо и воздух требуемого соотношения подаются и поджигаются стандартной горелкой 1. Предкамера 2 тангенциально (по касательной) соединена с камерой сгорания 3, в которой происходит интенсивное перемешивание и догорание топливовоздушной смеси и формирование равномерного температурного поля горячих газов. Горячие газы из камеры сгорания через стакан 10 поступают в верхнюю часть конвекционной камеры 8.

Пройдя через витки змеевикового теплообменника 5, отработавшие газы из нижней части конвекционной камеры отводятся наружу через две дымовые трубы 17. Петлевая траектория движения горячих газов и их симметричный отвод обеспечивает хорошую эффективность работы печи.

Предкамера, камера сгорания и стакан футерованы огнеупорным кирпичом или жаростойким бетоном, а вся нагревательная печь покрыта теплоизоляционным материалом.

Конструкция предлагаемой трубчатой печи обеспечивает:

- высокую полноту сгорания топливовоздушной смеси и, как следствие, малую дымность и токсичность отработавших газов;

- равномерное температурное поле газов, поступающих из камеры сгорания в конвекционную камеру, и как следствие, равномерный нагрев углеводородного сырья в витках змеевика;

- минимальные гидравлические сопротивления проточной части двухзаходного змеевика за счет снижения скоростей движения жидкой и паровой частей углеводородного сырья в направлении снизу вверх;

- отсутствие застойных полостей в змеевике, исключающих засоряемость проточной части и обеспечивающих слив углеводородного сырья из змеевика при остановке печи;

- защиту змеевика от вибрации и повышенных напряжений за счет межвитковых проставок и закрепления его на отдельной плите;

- возможность технического обслуживания змеевика и его замены при сохранении всех остальных узлов печи;

- удобство монтажно-ремонтных работ и улучшение условий труда за счет того, что печь имеет разъем, соединяющий нижний и верхний корпуса печи, а также разъем для крепления предкамеры, а также за счет выполнения трубчатого змеевика в виде единого блока;

- возможность транспортировки печи в собранном состоянии любым видом транспорта.

Проведенные экспериментальные исследования и эксплуатационные испытания подтверждают хорошую эффективность и надежность разработанной конструкции трубчатой печи при переработке нефти и газового конденсата.

1. Вертикальная цилиндрическая конвекционная трубчатая печь для малотоннажных нефтеперерабатывающих производств, содержащая камеру сгорания с горелкой, футерованный корпус и размещенные в нем трубчатый змеевик, конвекционную камеру, стакан подвода горячих газов в конвекционную камеру, а также дымовые трубы, отличающаяся тем, что камера сгорания снабжена цилиндрической предкамерой, расположенной тангенциально к ней, а трубчатый змеевик установлен соосно стакану подвода горячих газов, выполнен из двух частей, внутренней и наружной, и снабжен подводящим углеводородное сырье коллектором, соединенным с обеими частями змеевика, и отводящим горячие потоки сырья на выход коллектором.

2. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что корпус имеет один разъем в горизонтальной плоскости, соединяющий нижнюю и верхнюю части корпуса печи, а также другой разъем в вертикальной плоскости для крепления предкамеры с горелкой.

3. Трубчатая печь по п.1, отличающаяся тем, что трубчатый змеевик выполнен в виде единого блока.