НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Классификация теплообменных аппаратов

В аппаратах, назначением которых является нагрев или охлаждение, реализуется теплообмен между двумя средами, при этом температура одной из них повышается, а другой понижается. Поэтому невзирая на то, что будет целевым функционалом аппарата: понижение или повышение температуры потока, их называют теплообменными аппаратами.

Применительно к прозводствам нефтепереработки теплообменные аппараты принято классифицировать по способу теплопередачи и назначению.

По способу теплопередачи теплообменные аппараты делят на 2 группы:

1. Поверхностные теплообменные аппараты - аппараты, в которых теплопередача между средами обменивающимися теплом реализуется через поверхность (стенку), которая эти среды разделяет.
2. Аппараты смешения - аппараты, в которых теплопередача между средами обменивающимися теплом реализуется при их непосредственном взаимодействии. Чтобы изготовить теплообменные аппараты смешения нужно, как правило, меньше количество металла и во большинстве случаев они реализуют более эффективный обмен тепла. Но аппараты смешения в производственых процессах нефтепереработки зачастую неприменимы из-за недопустимости непосредственного взамиодействия теплообменивающихся потоков.

Исходя из назначения теплообменных аппаратов, они делятся на 4 группы:

• Теплообменники - аппараты, в которых температура одного из потоков повышается за счет тепла другого потока, образующегося в технологическом процессе и требующего охлаждения. Использование теплообменников в технологических схемах позволяет снизить расходы тепла подводимого в систему (уменьшить расход топлива, нагревающего водяного пара и т.д.) и охлаждающих агентов.

  К настоящей группе аппаратов относят:

  • теплообменники для подогрева нефти на установках нефтепереработки, достигаемого за счет рекуперации тепла выводимых с установки дистиллятных потоков, кубовых остатков, а также промежуточного циркуляционного орошения;
  • котлы-утилизаторы, где вырабатывается водяной пар за счет рекуперации тепла нефтепродуктов, продуктов сжигания топлива или катализатора на установках каталитического крекинга;
  • регенераторы холода и др.
• Нагреватели, испарители, кипятильники - аппараты, в которых повышение температуры потока или его частичное испарение реализуется благодаря высокотемпературным потокам нефтепродуктов или индивидуальных теплоносителей (водяной пар, масло, пары даутерма и др.).

  В подобных аппаратах повышение температуры одной среды или её испарение - целевой процесс, а охлаждение высокотемпературного потока - побочный процесс и диктуется потребностью повышения температуры исходного низкотемпературного потока.

  Примером аппаратов данной группы могут являться:

  • нагреватели сырья, в которых используется тепло водяного пара;
  • кипятильники, благодаря которым в кубовую часть ректификационных колонн подается тепло, требуемое для ректификации, и т.д.
• Холодильники и конденсаторы - аппараты, используемые для охлаждения среды или перевода в жидкое состояние паров за счёт отдельного низкотемпературного агента (воздух, вода, пропан, испаряющийся аммиак и др.). Снижение температуры и перевод в жидкую фазу в этих аппаратах считаются целевыми процессами, а повышение температуры низкотемпературного агента побочным. К подобным аппаратам следует относить холодильники и конденсаторы в любой технологической схеме нефтепереработки, используемые для снижения температуры и перевода в жидкое состояние вырабатываемых продуктов.

  При использований тепла дистиллятов и кубовых остатков их завершающее охлаждение до температуры, необходимой по требованиям транспортировки и хранения, обычно выполняется в холодильниках.

• Кристаллизаторы - аппараты, применяемые для снижения температуры соответствующих жидкофазных потоков до температур, при которых происходит выпадение кристаллов определенных компонентов в смеси веществ. Исходя из температурного профиля образования кристаллов в этих аппаратах, как охлаждающий агент при меняется вода или индивидуальные хладагенты в виде низкотемпературных рассолов, пропана, испаряющихся аммиака и др.

  При переработке нефти кристаллизаторы применяются при:

  • депарафинизации масел;
  • обезмасливании парафинов;
  • фракционировании ксилолов;
  • производстве серы и др.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

Классификация кожухотрубчатых теплообменных аппаратов основана на их конструктивных особенностях:

1. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками.

   Подобные аппараты имеют цилиндрический формы кожух, в котором смонтирован пучок теплообменных труб при помощи трубных решеток. Трубные решетки с развальцованными (и обваренными при необходимости) трубками крепятся посредством фланцевых соединений к кожуху аппарата. С одной стороны кожуха теплообменный аппарат ораничен распределительной камерой, а с противоположной - крышкой. Аппарат снабжен штуцерами для сред обменивающихся теплом, одна из которых перемещается по трубкам, а другая протекает по межтрубному пространству.

   По признаку количества перегородок устанволенных в распределительной камере кожухотрубчатые теплообменные аппараты делятся на:

   • одно-, двух- и много-ходовые в трубном пространстве;
   • многоходовые по межтрубном пространстве, имеющие продольные перегородки;
   • с поперечными перегородками сегментными, секторными, кольцевыми и др.
2. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с подвижной трубной решеткой (с плавающей головкой).

   Подобные аппараты являются самыми востребованным типом поверхностных аппаратов. Плавающая головка позволяет трубному пучку перемещаться без привязки к корпусу. В аппаратах подобного конструктива появление температурных напряжений возможно лишь при значительной разнице температур трубок.

   Трубчатый пучок может иметь опирание на расположенную рядом с плавающей головкой перегородку, толощина которой больше, чем у остальных перегородок, а при существенных габаритах и массе пучок опирается на катковые опоры.

3. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с компенсатором температурных деформаций.

   В подобных аппаратах для компенсации деформации от колебаний температуры применяются специальные гибкие элементы (компенсаторы, расширители), которые устанавливаются на корпусе.

4. Кожухотрубчатые теплообменники с U-образными трубками.

   Подобные аппараты имеют единственную трубную решетку, в которой методом вальцовки закреплены оба концатрубок, имеющих U-образную конфигурацию, что позволяет трубкам свободно удлиняться и укорачиваться при их нагреве и охлаждении соответственно. Достоинством теплообменников с U-образными трубками является отсутствие внутри кожуха фланцевого соединения, что делает возможным их успешное применение при повышенных давлениях. Минусом подобных аппаратов считается трудность очистки внутренней и внешней поверхности трубок, вследствие чего они в основном эксплуатируются на чистых средах.

5. Испаритель с паровым пространством (рибойлер).

   Подобный аппарат состоит из кожуха и трубчатых пучков (от одного до трёх). Чтобы обеспечить достаточную поверхность зеркала испарения и вместимости парового объёма удаление от верха сливной перегородки до верхней образующей кожуха принимают не менее трети поперечного сечения кожуха. Уровень жидкой среды в испарителе обеспечивается сливной перегородкой, которая имеет зубчатый контур кромки, чтобы жидкость переливалась равномерно. В испарителях с паровым пространством используются трубчатые пучки аналогичные аппаратам с подвижной трубной решеткой или U-образными трубками. При этом сечение неподвижной трубной решетки немного больше, что требуется свободного прохождения плавающей головки в собранном виде через горловину при разборке аппарата.

6. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с двойными трубками.

   В подобных аппаратах предусмотрены 2 трубные решетки, которые размещаются с одной стороны аппарата. В одной из трубных решеток крепятся трубки меньшего сечения с открытыми верхними концами, во второй - трубки большего сечения с заглушенными нижними концами. Такая конструкция позволяет трубкам независимо удлиняться.

7. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с витыми трубками.

   Данные аппараты используются в нефтеперерабатывающей промышленности для обмена теплом между потоками, один из которых прокачивается под высоким давлением. Такой теплообменник является цельносварным, состоит из кожуха, трубных решеток, в которых развальцованы (и, при необходимости оварены) медные или к трубки, спирально накрученные на сердечник. Сердечник представляет собой катушку для навивки трубок и в то же время является несущей деталью, которая разгружает корпус и трубные решетки.