Технические науки/ 12.Автоматизированные системы управления на производстве.

Лапшина А.Ю., Попова Т.Ю., доцент Сизова Н.А.

Самарский государственный технический университет, Россия

Анализ работы установки замедленного коксования нефтяных остатков.

Рассмотри Новокуйбышевский НПЗ, на котором действует УЗК 21-10/3М производительностью 600 тыс. тонн в год по сырью. В общем случае сырьем являются мазуты, гудроны, остатки производства масел (асфальты, экстракты), остатки термокаталитических процессов, тяжелая смола пиролиза, крекинг-остатки, тяжелый газойль каталитического крекинга. (Рис.1) В связи с высокой потребностью в нефтяном коксе, необходимо увеличение объемов производства путем модернизации УЗК.

Рис.1 - Принципиальная технологическая схема УЗК нефтяного сырья.

I— сырье; II — стабильный бензин; III — легкий газойль; IV— тяжелый газойль; V — головка стабилизации; VI — сухой газ; VII — кокс; VIII-пары отпарки камер; IX — водяной пар;

Настоящая работа посвящена анализу действующей технологии установки замедленного коксования нефтяных остатков. С целью повышения выработки производительности был проведен расчет числа камер установки, а для внедрения автоматической системы контроля-регулирования режима трубчатой печи был найден коэффициент рециркуляции. Данное исследование позволит сформировать технические требования к системе, а также предложить пути совершенствования её работы.

Особенностью реакторов установки замедленного коксования является периодичность их работы. На установках с низкой производительностью для непрерывной работы установки требуются две или три коксовых камеры при одной трубчатой печи. Для мощных установок число камер может быть равным 4—6. В этом случае предусматривается параллельная работа камер и нагревательных печей.

Для модернизации УЗК 21-10/3М необходимо определить размеры, число реакционных камер:

Известно, что: сырье смесевое гудрон + ТГ плотностью производительность установки по сырью 1940,3 т/сут.; производительность установки по коксу 446,27 т/сут.; объемная скорость подачи сырья плотность косового слоя линейная скорость движения паров в камере U = 0,2 м/с; объем паров, проходящих через камеру температура поступающего сырья t = 478 °С; время коксования

Найдем производительность одной камеры:

Посчитаем объем образовавшегося кокса в одной камере: - объем образовавшегося кокса (м3/сут); - масса образовавшегося кокса (т/сут);

- плотность коксового слоя (т/м3). Определим реакционный объем камер: - реакционный объем камер (м³); - производительность установки по сырью (т/сут); -плотность сырья; - объемная скорость подачи сырья (ч^-1).

Находим сечение камеры (F , м²): - объем паров проходящих через камеру (м³/сек);U - линейная скорость движущихся паров (м/с).

Подсчитываем высоту цилиндрической части камеры (, м): - реакционный объем камеры (м³); - сечение камеры (м²).

Находим объем кокса образовавшегося за 1 час (м³/час): - объем образовавшегося кокса (м³/сут).

Определяем приращение высоты коксового слоя в камере (, м/с):

- объем кокса, образовавшегося за 1 час (м³/час); F - сечение камеры (м²).

Подсчитываем высоту коксового слоя в заполненной коксом камере (h₁,м), - приращение высоты коксового слоя (м/час); - время коксования (часов).

Для расчета высоты вспученной массы необходимо подсчитать коэффициент вспучивания ; t – температура поступающего сырья; ;

Определяем высоту вспучивания массы в камере (h₂ , м):

- коэффициент вспучивания; - приращение коксового слоя (м/час).

. Найдем общую высоту коксового слоя (Н , м): H = h₁ + h₂, h₁- высота коксового слоя (м); h₂ - высота вспученной массы (м).

H = 13,9 + 2,34 = 16,24(м).

Определим общую высоту камеры, (, м): - высота цилиндрической части камеры (м); d – диаметр камеры (м); - высота конусной части (м).

Проведем проверку выполнения условия заполнения цилиндрической части камеры, исходя из пропорции:

В результате расчетов, получаем результат меньше 100%, делаем вывод о том, что двух камер достаточно, но диаметр нужно увеличить до 6,2 м.

Ввиду высоких температур и вязкости нагреваемого сырья склонности его к коксованию, наличия механических примесей и других факторов работа трубчатых печей затруднена. Нужно регулировать температурный режим печи, чтобы в змеевике протекали преимущественно физические процессы нагревания и испарения, а процессы крекинга, конденсации и уплотнения происходили бы в реакторах. Автоматическая система контроля и регулирования режима трубчатой печи установки замедленного коксования будет внедрена для стабилизации основных параметров нагрева первичного и вторичного сырья перед коксованием.

Автоматическому регулированию будут подлежать следующие параметры: давление топливного газа, температуры нагрева вторичного сырья в точке каждого змеевика печи, расход турбулизатора (пара), подаваемого во вторичное сырье.

Система автоматического контроля будет определять количество и качество продуктов функционирования, т.е. коэффициент рециркуляции сырья. Сигналы с датчиков расхода соответственно вторичного, первичного сырья и плотномеров будут поступать в вычислительное устройство, которое реализует приведенное уравнение для расчета К_р.

По значению коэффициента рециркуляции оператор будет судить о работе печи и реактора. В зависимости от производственной необходимости можно улучшить качество получаемого кокса, увеличивая коэффициент рециркуляции до 1,6.

В результате проведенных расчетов и исследований действующего производства, анализа инженерных основ процесса замедленного коксования нефтяных остатков было установлено, что наиболее эффективным способом совершенствования работы действующей УЗК является:

· установка автоматизированной системы контроля и регулирования режима трубчатой печи;

· установка двух камер с большим диаметром.

Автоматизированная система контроля и регулирования режима трубчатой печи позволит повысить качество сырья, избежать закоксовывания и прогара труб. Использование автоматизированных технических средств повышает достоверность информации о технологическом процессе установки. Она позволяет выбрать температурный режим работы печи, чтобы увеличить выход нефтепродуктов. На двухкамерных установках можно получить большую экономию за счет отсутствия дублирования теплообменников, трубопроводов, резаков и оборудования для выгрузки кокса. Понижение трудовых затрат связано с тем, что на двухкамерной установке требуется одна бригада для выгрузки кокса, а на четырехкамерной - 2 бригады. Увеличение объема камер приводит к снижению капиталовложений и эксплуатационных расходов.

Литература:

1. Габбасов Р.Г., Валявин Г.Г., Запорин В.П., Калимуллин Т.И. Направления развития процесса замедленного коксования в схемах отечественных нефтеперерабатывающих заводов // Нефтегазовое дело. – 2010. – Т. 8. No 2. – С. 90-93.

2. Ахметов С.А. Технологические расчеты реакционных аппаратов нефтепереработки.- Уфа: Учеб. пособие, 2013, 167 с.