Медленное коксование

Установки замедленного коксования типа 21-10/300 и 21-10/600 оборудованы  камерами диаметром 4,6 м, а установки типа 21-10 — диаметром 5 м. Особенность конструкции камеры установки типа 21-10/6 — корпус из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, допускающей температуру нагрева 525 °С при рабочем давлении наверху 0,6 МПа. На расстоянии 1300 мм от верха цилиндрического корпуса расположены три штуцера Ду 50/25 для подачи с  помощью  форсунок  антипенной   присадки.

На действующих установках замедленного коксования реакторный  блок включает от двух до четырех камер. Для предотвращения выноса пены из реакционной камеры предусмотрен контроль за максимальной высотой заполнения камер коксом с помощью радиоактивных сигнализаторов уровня. По этой же причине высота заполнения камер равна 14—17 м, что составляет 55—65%   от реакционного объема  камеры.

 

4.2 Ректификационный аппарат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — штуцер для предохранительного  клапана; 2 — люк; 3 — штуцер для  регулятора уровня; / — сырье; // —  пары из коксовых камер; /// —  остаток; IV — пусковой газойль; V — легкий газойль; VI — пары; VII — орошение; VIII — пары легкого газойля; IX — верхнее циркуляционное орошение; X — фракция тяжелого газойля; XI — пары тяжелого газойля. Рисунок  4.2 -  Ректификационная колонна установки 21-10/6

 

Ректификационная колонна  предназначена для разделения продуктов коксования, поступающих из коксовых камер, на отдельные фракции: газ, бензин, легкий и тяжелый газойль. Кроме того, в колонне проводят нагрев исходного сырья и его разбавление газойлевыми фракциями путем прямого контакта с горячими  продуктами  из  коксовых  камер.

Колонна представляет собой сварной цилиндрический вертикально установленный аппарат переменного сечения с коническим переходом. Диаметр корпуса в широкой части 4,5 м, в узкой 2,6 м. Широкая часть корпуса биметаллическая (стали 16ГС и 0X13), переходная и узкая части — из стали 16ГС.

Толщина стенки корпуса в верхней части 20 мм, в нижней — 32 мм. Верхнее эллиптическое  днище изготовлено из стали 16ГС (толщина стенки 20 мм), нижнее полушаровое — из сталей 16ГС   и  0X13 (толщина стенки 26 мм).

Внутри колонны имеется 37 тарелок. Четыре каскадные тарелки, на которых первичное сырье контактирует с парами, выходящими из коксовых камер, расположены в испарительной части аппарата. Над верхней каскадной тарелкой установлен распределитель для равномерного распределения первичного сырья. Предусмотрен ввод сырья также под нижнюю каскадную тарелку. Над каскадными тарелками в широкой части аппарата расположены 13 тарелок с S-образными элементами. Из них нижние девять тарелок двухпоточные, остальные — четырехпо-точные.

В узкой части колонны расположено 20 прямоточных однопоточных клапанных тарелок. Клапанные тарелки рассчитывают так, чтобы при небольшой производительности по парам работали только легкие клапаны, а при значительной — все клапаны. Клапанные тарелки обеспечивают работу в сравнительно широком диапазоне нагрузок по потоку паров и жидкости, Недостаток их — возможность  засорения   или  закоксовывания.

 

4.3 Трубчатые  печи

 

На действующих установках замедленного коксования применяют  радиантно-конвекционные трубчатые печи шатрового типа, а также типа ГС для термообработки вторичного сырья и типа ГН для нагрева сырья и теплоносителя.

Узкокамерные печи ГС и ГН имеют верхний отвод дымовых  газов; ГС — вертикально-факельного сжигания топлива с одной камерой  радиации; ГН — объемно-настильного сжигания топлива с двумя камерами радиации. Камера конвекции у печей обоих типов расположена над камерой радиации. На установках замедленного коксования применяют вариант этого типа печей — с двухпоточной конвекционной камерой, разделенной поперечной  металлической  перегородкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Раздел автоматизации

5.1 Автоматический контроль технологического процесса

 

Коксование  нефтяных остатков и высококипящих  дистиллятов вторичного происхождения используют для получения малозольного электродного кокса, применяемого в алюминиевой промышленности. Одновременно получаемые коксовые дистилляты вовлекаются в дальнейшую переработку для получения светлых нефтепродуктов. Коксование ведут при давлении 0,1 — 0,3 МПа и температуре 480—540 °С.

Автоматическая  система контроля и регулирования режима трубчатой печи установки замедленного коксования предназначена для стабилизации основных параметров нагрева первичного и вторичного сырья перед коксованием.

На установках замедленного коксования первичное  сырье (смесь гудрона или крекинг-остатка) нагревается в конвекционных змеевиках трубчатой печи, после чего направляется в ректификационную колонну, где за счет контакта с нефтяными парами, поступающими из реакторов, обогащается рециркулирующими продуктами. В результате образуется вторичное сырье, которое насосами подается в реакционные змеевики печи для скоростного высокотемпературного нагрева. Для создания высоких скоростей и предотвращения коксоотложения в трубах печи в поток вторичного сырья при входе в печь подается турбулизатор (конденсат водяного пара). Нагретое в печи до 490—510 °С вторичное сырье поступает в реактор, где .завершается начавшийся в печи процесс частичного испарения, деструктивного разложения сырья и замедленного коксования.

Ввиду высоких  температур и вязкости нагреваемого сырья склонности его к коксованию, наличия механических примесей, малых расходов турбулизатора и других факторов автоматизация трубчатых печей затруднена.

Основным  фактором, влияющим на производительность и длительность межремонтного пробега, является скорость закоксовывания змеевика трубчатой печи, которая зависит в основном от качества сырья и режима работы печи. Температурный режим печи необходимо вести так, чтобы в змеевике протекали преимущественно физические процессы нагревания и испарения, а процессы крекинга, конденсации и уплотнения, т. е. образования кокса, происходили бы в реакторах.

Трубчатые печи установки замедленного коксования работают в жестких условиях, характеризующихся высокой температурой нагрева сырья и малыми допустимыми отклонениями ее от заданного значения. Даже кратковременное отклонение температуры от заданной приводит к закоксовыванию и прогару труб, нарушению технологического процесса установки и сокращению межремонтного пробега.

Учитывая  важность достоверного контроля тепловой нагрузки печи по каждому (левому и правому) потоку сырья, при оценке состояния реакционной зоны змеевиков целесообразно' наряду с измерением расходов сырья и общего расхода топливного газа измерять расход газа в каждую камеру сгорания печи. В качестве характеристики состояния змеевика печи (степени ее закоксованности) можно использовать перепад температур на коксующемся участке.

Одним из важнейших  параметров процесса замедленного коксования, определяющим условия работы печей, количество и качество продуктов фракционирования, является коэффициент рециркуляции сырья (К_Р):

 

где F_вт.с, F_пер.с — расходы соответственно вторичного и первичного сырья; ρ_вт.с, ρ_пер.с - плотности соответственно вторичного и первичного сырья.

Фактически  установка содержит две аналогичные по устройству и системам печи, работающие на параллельных потоках сырья. По схеме управления автоматическому контролю подлежат следующие параметры:

- общий расход первичного сырья в печь;

- общий расход вторичного сырья в печь;

- расходы вторичного сырья в каждом потоке печи;

- коэффициент рециркуляции   сырья;

- температуры по длине каждого змеевика;

- перепад температур на коксующейся части каждого   змеевика;

- расход газа в каждую камеру сгорания.

Автоматическому регулированию подлежат следующие параметры: давление топливного газа, температуры нагрева вторичного сырья в точке каждого змеевика печи, предшествующей зоне   активного   коксообразования (изменение подачи топливного газа в камеру сгорания обеспечивается регуляторами температуры; расход турбулизатора  (пара), подаваемого во вторичное сырье.

Система автоматического  контроля коэффициента рециркуляции сырья работает следующим образом. Сигналы с датчиков расхода соответственно вторичного и первичного сырья и плотномеров поступают в вычислительное устройство, которое реализует приведенное выше уравнение для расчета К_р. По значению коэффициента рециркуляции оператор судит о работе печи и реактора. В зависимости от производственной необходимости можно улучшить качество получаемого кокса, увеличивая коэффициент рециркуляции, однако производительность установки при этом снижается.

 

 Основные приборы контроля

 

Средства  измерения и преобразования. Для  измерения большей части технологических параметров в условиях внедрения АСУТП разработан комплекс измерительных преобразователей Сапфир-22, на выходе которых образуется унифицированный токовый сигнал.

В состав комплекса  входят преобразователи абсолютного давления (Сапфир-22 ДА), избыточного давления (Сапфир-22ДИ), разрежения (Сапфир-22ДВ); давления — разрежения (Сапфир-22ДИВ), разности давлений (Сапфир-22ДИВ), гидростатического давления (Сапфир-22ДГ), пневмоэлектрический. (Сапфир-22ППЭ).

Преобразователи разности давлений могут применяться  для? преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газа, а преобразователи гидростатического давления-уровня жидкости.

Взрывобезопасные  преобразователи Сапфир-22-Ех изготовляют с видом взрывозащиты «искробезопасная цепь», уровнем взрывозащиты «особовзрывобезопасный» и маркировкой «ОЕх1а 11СТ6» в комплекте с БПС-24.

Преобразователь состоит из измерительного элемента и электронного устройства. Деформация чувствительного элемента, пропорциональная значению измеряемого параметра, вызывает изменение сопротивления кремниевых тензорезисторов. Электронное устройство преобразует это изменение в стандартный выходной сигнал постоянного тока. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство высокой надежности и отличаются лишь конструкцией- измерительного блока.

Преобразователи изготовляют в виде многопредельных  приборов с возможностью настройки на минимальный, максимальный и промежуточные пределы измерения (перестройка большинства моделей в отношении 6:1).

Рабочая характеристика преобразователя может быть смещена в широких пределах —от минус 100 до 84% максимального диапазона измерения. При этом расширяются функциональные возможности преобразователя и повышается фактическая точность измерения и регулирования параметров контролируемых процессов.

Искробезопасность электрических цепей преобразователя достигается за счет ограничения тока и напряжения в цепях. Для этого в блоке преобразования сигналов БПС-24, осуществляющем питание преобразователей, предусмотрены барьер защиты и гальваническое разделение в сигнальной цепи и цепи питания.

Питание преобразователей может осуществляться и от других источников постоянного тока напряжением в диапазоне 15—42 В.

Ниже приведены  технические данные преобразователей:

Верхние пределы  измерения, кПа:

Сапфир-22ДА        2,5….16*10³

Сапфир-22ДИ        0,25…1*10⁶

Сапфир-22ДВ        0,25…100

Сапфир-22ДИВ       ±0,125…-10

±0,125…+24*10²

Сапфнр-22ДД       0,25…16*10³

Сапфир-22ДГ       2,5…250

Сапфир-22ППЭ       20…100

 

Для преобразования с высокой точностью (погрешность измерения, включая нелинейность, гистерезис и повторяемость составляет ±0,2 и ±0,4%) избыточного давления и разности давлений жидких и газообразных сред, находящихся под высоким рабочим (статическим ) давлением, могут быть использованы соответственно Сапфир-312ДИ и Сапфир-342ДД.

Для измерения уровня электропроводных и неэлектропроводных жидкостей (включая агрессивные и взрывоопасные) в АСУТП используют, кроме того, датчики емкостные ДУЕ-1.

Датчик имеет  обыкновенное (ДУЕ-10) и искробезопасное (ДУЕ -1В) исполнения. Принцип действия датчика основан на измерении электрической емкости первичного преобразователя, которая зависит от положения уровня контролируемой среды.

Датчик состоит  из первичного (ПП-О или ПП-В) и  передающего измерительного (ПП-О или ПН-В) преобразователей, соединенных между собой кабелем. Первичный преобразователь включает емкостной чувствительный элемент и встроенный преобразователь «емкость — напряжение», размещенный в головке первичного преобразователя. Емкостной чувствительный элемент, в зависимости от диапазона измерения и условий эксплуатации, имеет различные конструктивные исполнения.

Для преобразования сигналов датчиков температур в АСУТП находят применение индивидуальные преобразователи Ш-704, Ш-705 и групповой Ш-.

Индивидуальный  преобразователь Ш-704 предназначен для работы с термометрами сопротивления. Преобразователи этого типа относятся к одноканальным устройствам непрерывного действия с линейной зависимостью между входными и выходными сигналами, без гальванической связи между входными и выходными цепями, с классом точности 0,4. Полное сопротивление датчиков может меняться от 90 до 5000 Ом. Соединение каждого преобразователя с датчиком осуществляется трехпроводной линейной связью с сопротивлением каждого провода не более 5 Ом. Мощность, потребляемая от сети, не более 9 ВА; масса ≤2,3 кг; габариты 60x162x350 мм; средний срок службы 10 лет. Обеспечивается контроль исправности.