Конденсационно-вакуумсоздающая система

    Как уже отмечалось выше, мазут перегоняют в вакуумной колонне при пониженном давлении (вакууме) [9]. Заданная глубина вакуума создается с помощью конденсационно-вакуумсоздающих систем (КВС) установок АВТ путем конденсации паров, уходящих с верха колонн, и эжектирования неконденсирующихся газов и паров (водяной пар, H₂S, CO₂, легкие фракции и продукты термического распада сырья и воздух, поступающий через неплотности КВС).

Для конденсации паров на практике применяют следующие два способа (рисунок 1.6).

ВЦО – верхнее циркуляционное орошение; ОО – острое орошение; ПКХ – поверхностные конденсаторы-холодильники; БКС – барометрический конденсатор смешения; ПЭК – промежуточные конденсаторы пароэжекторного насоса; Е – емкость-сепаратор; КБ – колодец барометрический

Рисунок 1.6 – Основные способы конденсации паров, применяемые в конденсационно-вакуумсоздающих системах вакуумных колонн

- конденсация с ректификацией в верхней секции вакуумной колонны посредствомверхнего циркуляционного орошения (ВЦО) или (и)острого орошения (ОО);

- конденсация без ректификации вне колонны в выносных конденсаторах-холодильниках:

- поверхностного типа (ПКХ) теплообменом с водой или воздухом;

- барометрического типа (БКС) смешением с водой или газойлем, выполняющим роль хладагента и абсорбента;

- межступенчатых конденсаторахводой, устанавливаемых непосредственно в пароэжекторных насосах (ПЭК).

    Для создания достаточно глубокого вакуума в колонне не обязательно использование одновременно всех перечисленных выше способов конденсации [10].

    Конденсационно-вакуумные системы в недавнем времени состояли из двух ступеней конденсации и системы вакуумных насосов. Двухступенчатую конденсацию паров применяли для снижения потерь углеводородов вследствие интенсивного образования «тумана» и для разделительной конденсации нефтяных и водяных паров. В качестве первой ступени наиболее часто использовали циркуляционное орошение, поскольку по сравнению с острым орошением оно позволяет более полно утилизировать тепло конденсации паров, поддерживать в верхней части вакуумной колонны оптимально низкую температуру, тем самым уменьшить объем паров и газов [10]; в качестве второй ступени применяли конденсаторы смешения (барометрического типа) и поверхностные конденсаторы. Вакуумный насос эвакуировал несконденсированные пары и инертные газы после конденсаторов.

    В качестве вакуумных насосов в нефтепереработке применяют струйные насосы одно, двух и трехступенчатые эжекторы на водяном паре с промежуточной его конденсацией [5].

    По признаку связи с окружающей средой различают сборники конденсата открытого типа – барометрические колодцы (БК) и закрытого – емкости-сепараторы (Е).

    Из способов конденсации паров без ректификации вне колонны, как уже упоминалось раннее, на установках АВТ старых поколений применялись преимущественно барометрические конденсаторы смешения, характеризующиеся низким гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью теплообмена, кроме того, при этом отпадала необходимость использования газосепаратора [10].

    Барометрический конденсатор (рисунок 1.7а) представляет собой сосуд цилиндрической формы с каскадными ситчатыми тарелками. В низ аппарата поступают пары из вакуумной колонны, на верх конденсатора подается охлаждающая вода [5]. Нижняя (суженная) часть конденсатора соединяется с барометрической трубой (высотой не менее 10 м) погруженной в колодец.      Загрязненная нефтепродуктами вода направляется через колодец в канализацию и далее на очистные сооружения завода.     Несконденсировавшиеся газы разложения с верха конденсатора отсасываются пароэжекторными насосами в атмосферу. При такой работе объем стоков, загрязненных нефтепродуктами и сероводородом, составляет значительную величину. Одновременно при этом увеличивается потеря нефтепродуктов [9]. Позже предлагалось использовать оборотную воду, чтобы снизить загрязнение сточных вод, но в результате увеличивалась ее температура, а вакуум стал снижаться [8].

а – схема устройства барометрического конденсатора; б – схема пароструйного эжектора; 1 – корпус бароконденсатора; 2 – тарелка; 3 – барометрическая труба; 4 – гидравлический затвор; 5 – колодец; 6 – сопло; 7 – камера всасывания; 8 – камера смешения; 9 – диффузор; 10 – камера сжатия; линии:I – пар и газы из вакуумной колонны; II – несконденсированные газы разложения и воздух; III – холодная вода; IV – сток воды в канализацию; V – ввод паров и газов; VI – ввод перегретого водяного пара; VII – выход смеси паров и газов

Рисунок 1.7 – Принципиальные схемы барометрического конденсатора и пароструйного эжектора

    Взамен конденсаторов смешения установки оборудовались поверхностными конденсаторами кожухотрубчатого типа. При этом непосредственный контакт между охлаждающей водой и парогазовой смесью отсутствует (так же, как в кожухотрубчатых конденсаторах и холодильниках) [9]. Это позволило снизить потери нефтепродуктов и значительно уменьшить загрязненность сточных вод [4]. Пары и газы из вакуумной колонны направляются в этом случае в межтрубное пространство поверхностных конденсаторов, а по трубам стекает холодная вода. За счет охлаждения и конденсации паров, объем их резко уменьшается, и в колонне образуется вакуум. Газы разложения также отсасываются за счет эжекторов [6].

    Действие эжекторов основано на энергии движения водяного пара высокого давления. На рисунке 1.7б приведена схема пароструйного эжектора. Рабочий пар истекает из сопла со сверхзвуковой скоростью. За счет турбулентного перемещения вихревых масс паровой струи с частичками окружающей среды, в камере всасывания происходит засасывание несконденсировавшихся газов и увлечение их в сужающую насадку – камеру смешения, служащую для более полного перемешивания пара с газом. Из горловины поток пара, смешанный с отсасываемым газом, поступает в расширяющуюся насадку – диффузор, предназначенный для перевода кинетической энергии потока в работу по выталкиванию смеси из аппарата.

    Конденсаторы устанавливаются между ступенями для конденсации водяного пара предыдущей ступени и, таким образом, уменьшается расход водяного пара на следующих ступенях. Засасывая газы и пары из поверхностного конденсатора, эжектор создает в нем дополнительное разряжение. Сконденсировавшиеся в межтрубном пространстве нефтепродукты и вода отдаются через систему труб в емкость. Концы труб с поверхностных и промежуточных конденсаторов должны быть введены в емкость под уровень нефтепродукта и воды для создания гидравлического затвора с целью предотвращения засасывания воздуха в вакуумную систему. Нескондесировавшиеся газы разложения и сероводород с третьей ступени эжекторов отводятся для сжигания в топочное пространство печи [6].

    Пароэжекционные вакуумные насосы обладают рядом принципиальных недостатков (низкий КПД, значительный расход водяного пара и охлажденной воды для его конденсации, загрязнение воды и воздушного бассейна и т.д.) [10].

    На рисунке 1.8 показаны наиболее распространенные принципиальные схемы КВС с барометрическим конденсатором, применяемые в нефтепереработке при перегонке мазута. Эти схемы различаются связью с окружающей средой. Так, схема а полностью «открыта»: воду и конденсат сбрасывают в открытую систему. А схемы б и в являются «полуоткрытыми» или «полузакрытыми» [5].

а – КВС с верхним циркуляционным орошением (ВЦО) и барометрическим конденсатором; б – КВС с ВЦО, поверхностными конденсаторами-холодильниками (ПХК) и конденсаторами смешения, Е – емкость-сепаратор; в – КВС с острым орошением и с поверхностными конденсаторами-холодильниками

Рисунок 1.8 – Принципиальные схемы конденсационно-вакуумных систем вакуумных колонн

    К тому же, глубина вакуума в колоннах зависит в значительной степени от температуры хладагента, подаваемого в выносные конденсаторы-холодильники. При вакуумной перегонке с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при температуре их конденсации, поэтому обычно летом вакуум падает, а зимой повышается [10].

    В описанной выше вакуумсоздающей системе, используемой в недалеком прошлом можно выделить следующие недостатки:

- чтобы углубить вакуум, требовалось больше ступеней эжекции;

- затрачивалось большое количество водяного пара и воды;

- загрязнение промышленных стоков, содержащих H₂S, HCl, нефтепродукты, - загрязнение атмосферы [18].

    Конденсационно-вакуумсоздающая система современных установок состоит из системы конденсации, системы вакуумных насосов, барометрической трубы, газосепаратора и сборника конденсата [10].

    В последние годы на вакуумных колоннах НПЗ стали внедрять и эксплуатировать новую КВС с использованием жидкоструйного устройства – вакуумного гидроциркуляционного агрегата (ВГЦ). В ВГЦ–агрегате конденсация паров и охлаждение газов осуществляется не водой, а охлаждающей рабочей жидкостью. По сравнению с традиционным способом создания вакуума с использованием паровых эжекторов у КВС на базе ВГЦ–агрегатов есть преимущества [10], которые будут рассмотрены в разделе 2.8.

    Все чаще предлагают отказаться от применения водяного пара в вакуумных колоннах как отпаривающего агента, так как он
приводит к:

- трудности по созданию глубокого вакуума, особенно в летнее время из-за высокой температуры конденсации (35 ^оС), когда температура оборотной воды, подаваемой в холодильники составляет 35–38 ^оС [19];

- сбросу вместе с конденсатом в водоемы вредных веществ;

- увеличению расхода его как первичного энергоресурса [20].

    Плюсы от отказа применения водяного пара будут следующими:

- уменьшится обводняемость нефтепродуктов;

- уменьшится нагрузка на шлемовые трубы;

- температуру верха можно поддерживать допустимо низкой, что позволит углубить вакуум, а это приведет к увеличению четкости разделения масляных фракций [21].