Колонны, работающие под вакуумом

Вакуум в колоннах. Создание и поддержание в вакуумных колоннах необходимого по технологической карте вакуума является основным вопросом их эксплуатации. Обычно вакуум в колоннах создается комбинированием двух способов; конденсацией паров, отводимых с верха аппарата, и отсасыванием несконденсировавшихся газов.

Барометрические конденсаторы смешения. Смесь газов и паров, состоящая из продуктов разложения, воздуха, водяных паров и незначительной части паров легких фракции, по шлемовым трубам отводится с верха колонны в барометрический конденсатор.

На рис. 11.1. приведена конструкция барометрического конденсатора смешения, применяемого сейчас на типовых мазутоперегонных установках. В таком конденсаторе происходят конденсация паров и охлаждение газов; охлаждающим агентом служит вода. Наибольший диаметр аппарата составляет 1800 мм, общая высота равна 2100 мм. Для выравнивания скоростей движения паров и газов верхняя часть аппарата, заканчивающаяся эллиптическим днищем, имеет меньший диаметр (1200 мм). К нижней конической части присоединяют барометрическую трубу, куда стекают охлаждающая вода и конденсат.

Шлемовые трубы колонны соединены со штуцерами 1 под нижней каскадной тарелкой. Каскадные тарелки 2 представляют собой перфорированные полки с отбортовкой к верху около слива. Линия слива делит площадь поперечного сечения полок на две части: 1/3 свободная площадь, 2/3 площадь тарелки.

Вода в нужном количестве подается по штуцеру 3 (см. Рис. 11.1) на первую каскадную тарелку. Часть воды стекает через многочисленные отверстия тарелки, создавая дождевую завесу, остальное количество через отбортованный слив, образуя сплошной водослив. Таким образом, пары и газы, поднимающиеся снизу, хорошо контактируют с охлаждающей водой. Каскадные тарелки расположены так, чтобы обеспечивалось встречное направление слива, и в плане перекрывают друг друга, в результате чего значительная часть жидкости попадает на соседнюю нижележащую тарелку, а оставшееся количество на следующую.

Рис. 11.1. Барометрический конденсатор смешения:
1 – ввод паров; 2 – каскадная тарелка; 3 – ввод воды; 4 – вывод несконденсировавшихся паров и газов; 5 – штуцер для подсоединения барометрической трубы; 6 – люк.

Конденсатор смешения подвешивают на лапах к металлоконструкции или специальным кронштейном, приваренным к жестким элементам колонны на высоте, обеспечивающей непрерывный сток воды и парового конденсата через барометрическую трубу в колодец. Высота трубы должна быть не менее 10 м; конец ее погружен в бетонный колодец для создания гидрозатвора. Газы и несконденсировавшиеся водяные пары отсасываются из конденсатора механическим способом через штуцер 4.

Описанные аппараты отличаются простотой конструкции и обслуживания; ремонт их обычно ограничивается сменой каскадных тарелок. Поэтому следует отказаться от сварной неразъемной конструкции и собирать такой конденсатор из отдельных секций, затаскиваемых через люк 6. Секции с одной стороны крепятся к опорному уголку, с другой к жесткой поперечной балке. При неизменном расходе воды диаметр новых каскадных тарелок и число отверстий в них, а также высоту отбортовки необходимо выдержать проектными, иначе вся вода может провалиться в отверстия и водяной завесы не будет. При большом уменьшении расхода воды диаметр и число отверстий следует пересчитать.

Тарелки и корпус конденсатора подвержены в основном сероводородной коррозии. Сильный износ наблюдается при применении морской воды в качестве охлаждающего агента. Корпус конденсатора, выполненный из углеродистой стали (толщина стенок 10 мм), служит до 3-5 лет.

Недостаток рассмотренного барометрического конденсатора заключается в том, что сконденсировавшиеся нефтепродукты из колодца вместе со сточными водами попадают в ловушку, перегружая ее. Подсчитано, что при работе вакуумных колонн в режиме получения автолового дистиллята через барометрические конденсаторы теряется до 40 т/сутки газойля.

Комбинированные барометрические конденсаторы. На вакуумных установках продолжительное время эксплуатируются так называемые комбинированные барометрические конденсаторы, работающие одновременно по принципу поверхностного теплообмена и теплообмена смешением.

На рис. 11.2 приведена конструкция такого конденсатора. Она позволяет первоначально конденсировать пары воды и нефтепродуктов за счет отдачи тепла охлаждающей воде, прокачиваемой через трубный пучок (иногда пучков бывает несколько), расположенный на их пути. Сконденсировавшийся нефтепродукт вместе с водой отводится с низа конденсатора и отстаивается в мерниках. Несконденсировавшиеся пары и газы поступают в верхнюю, суженную часть аппарата, которая представляет собой конденсатор смешения с несколькими каскадными тарелками. Отработанная вода по барометрической трубе поступает в колодец, а газы сверху отсасываются пароструйным эжектором или вакуум-насосом.

Эти аппараты сложны в эксплуатации, поскольку трубный пучок с большим числом труб (до 5000) быстро изнашивается, и нарушаются герметичность развальцовок и крепления плавающих крышек. Именно поэтому и из-за небольшого градиента температур тепло конденсации не рекомендуется использовать для подогрева сырья.

Ремонт комбинированных аппаратов очень трудоемок и требует продолжительного простоя установки. Для уменьшения частоты ремонта рекомендуется применять трубки из латуни, а каскадные тарелки из стали 1Х18Н9Т. Если в охлаждающей воде мало ила, трубный пучок изготавливают из U-образных труб.

В процессе эксплуатации особое внимание следует уделять герметичности всех вакуумсоздающих аппаратов и барометрических труб во избежание резкого нарушения вакуума, что может быть причиной засасывания воды в колонну, т. е. серьезной аварии.

Рис. 11.2. Комбинированный барометрический конденсатор вакуумной установки:
1 – корпус; 2 – маточник для ввода воды: 3 – каскадные тарелки; 4 – чаша дли сбора воды; 5 – трубные пучки; 6 – колпак; 7 – ввод паров из вакуумной колонны; 8 – вывод несконденсировавшихся газов к эжекторам; 9 – вывод конденсата.

Пароструйные эжекторы. Для отсасывания газов и частично паров воды из верхней части барометрического конденсатора применяют, как указывалось выше, пароструйные эжекторы или вакуум-насосы.

Пароструйные эжекторы в зависимости от давления пара, которым они питаются, могут быть двух-, трех- и многоступенчатыми. На вакуумных установках наибольшее распространение получили двухступенчатые эжекторы. На рис. 11.3 приведен двухступенчатый пароструйный эжектор вакуумной колонны, работающий в паре с барометрическим конденсатором смешения.

Газы и нескондеисировавшиеся пары воды из конденсатора через штуцер 1 поступают в камеру всасывания первой ступени 2. По центру диффузора 3 установлено паровое сопло 4, которое вмонтировано в паровую головку 5, снабженную штуцером 6 для подвода острого пара. Пар эжектирует содержимое камеры всасывания, создавая в ней вакуум, и проваливается в промежуточный конденсатор 7, где конденсируется водой, подаваемой через штуцер 9 и распылитель 8. Вода вместе с паровым конденсатом проваливается в присоединяемый к штуцеру 10 спускной трубопровод и по нему в колодец барометрического конденсатора.

Рис. 11.3. Двухступенчатый пароструйный эжектор:
1 – ввод паров и газов; 2 – камера всасывания; 3 – диффузор; 4 – паровое сопло; 5 – паровая головка; 6 – ввод пара; 7 – промежуточный конденсатор; 8 – распылитель воды; 9 – ввод воды; 10 – штуцер для подсоединения спускного трубопровода; 11 – выхлоп.

Газы и остаток несконденсировавшихся паров воды отсасываются второй ступенью эжектора, которая отличается от описанной первой ступени только размерами. Из второй ступени газы и пары по диффузору 11 выбрасываются в атмосферу или в колодец. В первом случае сопротивление меньше, но больше шума, во втором наоборот.

Пароструйные эжекторы удобны в эксплуатации и легко ремонтируются. Чугунные детали эжекторов служат довольно долго. Сравнительно чаще изнашиваются паровые сопла и распылители воды. Последние иногда забиваются илом, поэтому отверстия в них не следует делать особенно мелкими. Сопла изготавливают из высокопрочных и коррозионноустойчивых сталей. При ревизии следует проверить состояние острых кромок: наличие зазубрин на них свидетельствует о непригодности сопел. Сравнительно редко выходят из строя диффузоры.

Конструктивно эжекторы выполнены так, что имеется доступ к любым деталям. При сборке необходимо следить за качеством сопрягаемых поверхностей, так как опрессовка эжектора после ремонта затруднительна, а неплотности в соединениях приведут к снижению производительности эжектора и вакуума в колонне.

Пароструйные эжекторы имеют очень низкий к.п.д., поэтому в последнее время их заменяют вакуум-насосами.

Дата добавления: 2014-01-03