Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В связи возросшими объемами работ по строительству промышленных объектов в Башкирии, Оренбургской области для объединения и координации усилий разрозненных мелких организаций приказом Главнефтемонтажа Минстроя РСФСР в 1958 году в Уфе на базе СМУ-9 Московского треста №7 был создан трест «Востокнефтезаводмонтаж».

Основные направления деятельности ОАО «АК ВНЗМ»:

- выполнение функции генподрядчика;

- сборка и монтаж технологического оборудования массой более 1000 тонн, в том числе колонн вакуумных из биметалла;

- изготовление узлов и монтаж трубопроводов, стальных конструкций, в т.ч. факелов, вышек до 120 метров, а также нестандартного оборудования;

- изготовление, монтаж и ремонт стальных резервуаров емкостью до 50000 куб.м. методом полистовой сборки и рулонным способом, газдольеров;

- монтаж и ремонт насосно-компрессорного оборудования, холодильных станций установок;

- демонтаж стальных резервуаров крупными блоками, перебазировка и монтаж их на новом месте;

- проектирование, изготовление, монтаж, трубчатых печей;

- сварка высоколегированных и теплоустойчивых сталей, титановых и алюминиевых сплавов;

- термообработка и контроль качества сварных соединений;

- проектирование и строительство «под ключ» объектов нефтепереработки, нефтехимии, нефтедобычи и других производств;

- пусконаладочные работы;

- общестроительные работы;

- диагностика оборудования.

1. Производство битумов

битум перегонка нефть насос

Битумы получают переработкой остаточных нефтепродуктов в трех процессах, используемых в сочетании друг с другом или отдельно: вакуумной перегонкой мазутов и гудронов, деасфальтизацией гудронов пропаном и окислением гудронов воздухом.

Основным назначением процесса вакуумной перегонки является (получение дистиллятных фракций, а процесса деасфальтизации - получение деасфальтизата; битум в этих процессах является побочным продуктом.

Процесс окисления воздухом, напротив, имеет целевым назначением производство битумов. При углублении переработки нефти увеличивается объем битумов, получаемых вакуумной перегонкой. Вакуумная перегонка используется также для получения сырья окисления.

Теоретические основы. Получение битумов из нефтяного сырья состоит по существу в загущении последнего.

Целесообразность использования нефти для производства битумов путем перегонки оценивается на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Зависимость между ленетрациен и выходом битума при разных характеризующих факторах (цифры на кривых)

В процессе вакуумной перегонки это происходит в результате отгонки сравнительно низкомолекулярных легкокипящих соединений, в процессе деасфальтизации пропаном - вследствие экстрагирования маловязких компонентов сырья, в процессе окисления воздухом - по причине конденсации низкомолекулярных соединений.

Целесообразность использования нефти для производства битумов путем перегонки оценивается на рисунке 1.1.

В общем виде схема производства битумов состоит в следующем (рисунок 1.2). Остаток атмосферной перегонки нефти подвергается дополнительной перегонке в вакуумной колонне. Глубина вакуумной перегонки определяется свойствами исходной нефти. Вакуумная перегонка обычно осуществляется на установке АВТ.

Рисунок 1.2 - Установка для производства окисленных битумов:

1 - печь технологическая; 2 - вакуумная колонна; 3 - окислительная колонна; 4 - печь сжигания газов окисления; 5 - емкость готовой продукции; / - мазут; // - гудрон; П! - вакуумный газойль; IV - газы окисленця; V - дымовые газы; VI - битум.

В битумную установку поступает уже подготовленный для окисления гудрон. В качестве сырья окисления может использоваться и асфальт, полученный деасфальтизацией гудрона пропаном.

Целесообразность использования асфальта определяется также свойствами нефти. Кроме того, компонентами сырья могут служить экстракты фенольной очистки масляных фракций и сами масляные фракции. Добавка асфальтов и экстрактов к гудрону приводит к снижению температуры размягчения и хрупкости битума и к увеличению дуктильности, добавка масляных фракций действует в противоположном направлении. Сырье окисления поступает из промежуточного парка завода или непосредственно с установки АВТ.

Температура сырья не должна превышать 130-150°С, с тем чтобы облегчить поддержание теплового баланса окислительной колонны. Поскольку окисление происходит в барботажном слое, в котором перемешивание окисляемой жидкой фазы близко к идеальному, с точки зрения свойств продукции безразлично, с какой высоты колонны выводить готовый битум. Практически же целесообразно выводить битум с низа колонны во избежание накопления твердых примесей. При получении битумов с большей степенью окисления, чем дорожные, охлаждения реакционной смеси сырьем недостаточно и для поддержания теплового баланса процесса окисления часть битума охлаждают и возвращают в колонну.

Таким образом, заданную температуру окисления поддерживают, регулируя температуру сырья и рециркулята, а также количество рециркулята. Уровень в колонне поддерживают, регулируя откачку готового битума. Заданную глубину окисления выдерживают, регулируя соотношение сырья и воздуха, подаваемых в колонну.

Для обеспечения взрывобезопасности процесса окисления обеспечивают низкую объемную концентрацию кислорода в газовом пространстве реактора-окислителя -- до 5%. Этого достигают путем использования колонн с достаточной высотой рабочей зоны и оптимальных температур окисления или, что менее желательно, подают в газовое пространство окислителя инертный газ (чаще водяной пар).

Отработанные газы окисления, состоящие из азота, водяных паров, диоксида и оксида углерода, остаточного кислорода и органических веществ, выводят из окислительного аппарата на термическое обезвреживание -- сжигание.

Битум с температурой не выше 230 °С направляют в емкости готовой продукции, расположенные (во избежание трудностей, связанных с перекачкой вязкого продукта на значительные расстояния) непосредственно на битумной установке на постаментах. Слив битума в железнодорожные цистерны и бункеры, в автобитумовозы и в бумажные мешки осуществляется самотеком.

Взрывобезопасность емкостей обеспечивается объемным содержанием кислорода в их газовом пространстве не выше 5%.

С этой целью можно рекомендовать соединение дыхательных линий емкостей -- через огнепреградитель с газовым трактом окислительных колонн.

При переработке высокопарафинистых нефтей для обеспечения качества продукции необходимо изменение обычной схемы: вначале следует проводить окисление мазута или его части, а затем вакуумную перегонку окисленного мазута или смеси его с неокисленным мазутом. Остаток вакуумной перегонки -- дорожный битум -- может быть затем дополнительно окислен в других колоннах до получения битумов более глубокой степени окисления.

Мощность установок. В РФ в настоящее время эксплуатируют и проектируют битумные установки, сильно различающиеся по мощности. Относительно крупные установки -- от 150 до 600 тыс. т/год -- используются в нефтеперерабатывающей промышленности, являющейся основным поставщиком битумов разных марок.

В отраслях, потребляющих битумы, производится ограниченное количество дорожных и кровельных битумов, мощность установок измеряется здесь в среднем десятками тысяч тонн продукта в год. Мощности битумных установок за рубежом существенно не отличаются от отечественных,

При проектировании установок необходимо учитывать ярко выраженную сезонность строительных работ, связанных с использованием битума. В связи с этим коэффициент использования мощности битумных установок невелик и должен составлять 0,7-0,9 в зависимости от климатических условий района расположения производства и марок вырабатываемых битумов.

В районах с большей длительностью сезона строительных работ этот коэффициент выше. Выше он и при изготовлении кровельных битумов по сравнению с дорожными, так как использование последних в большей степени зависит от погодных условий.

2. Назначение и область применения

1. Колонна окислительная К-1 предназначена для окисления гудрона до битума путем продувки воздухом.

2. Колонна окислительная К-1 предназначена для эксплуатации в 111-ем районе по скоростному напору ветра со средней температурой наиболее холодной пятидневки до минус 40 Cє сейсмичностью менее 7 баллов.

3. Характеристика среды: Взрывоопасная, Пожароопасная. Класс опасности 4 по ГОСТ 12.1.007-76.

4. Прибавка для компенсации коррозии, мм;

- обечайки корпуса, днищ 5;

- опорной обечайки 2.

5. Группа аппарата - по ПБ 03-584-03 1.

6. Класс герметичности аппарата по ОСТ 26.260.14-2001 5.

7. Срок службы, лет, не менее 20.

8. Число циклов нагружения за весь срок службы, не более 103.

9. Объем номинальный, м 242.

10. Габаритные размеры, мм:

- высота 24760;

- ширина 4628.

3. Описание и обоснование выбранной конструкции

1. Конструкция колонны в целом соответствует требованиям ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», ПБ 03-584-03 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных», ОСТ 26 291-94, ГОСТ 24444-87 и техническому заданию УК 722.00.000 ТЗ.

2. Колонна окислительная К-1 представляет собой цельносварной вертикальный цилиндрический аппарат с двумя эллиптическими днищами, установленный на цилиндрической опоре.

3. В колонне для интенсификации процесса окисления устанавливается внутренняя секция в виде цилиндрической обечайки, опирающаяся на обечайку корпуса колонны.

4. Для внутреннего осмотра колонны, монтажа и демонтажа внутренних устройств в верхней и нижней частях предусмотрены люки.

5. Для обеспечения работы колонны в заданном режиме предусмотрены штуцеры ввода сырья, рециркулята, а также штуцеры вывода битума, газов окисления.

6. Колонна окислительная К-1 оснащена штуцером для подачи инертного газа. Для пропарки колонны используется штуцер ввода гудрона.

7. Для измерения температуры по высоте колонны и по сечению предусмотрены штуцеры для подсоединения приборов измерения температуры.

8. На верхнем днище колонны предусмотрены штуцеры для подсоединения приборов измерения давления и штуцер для установки предохранительного клапана.

9. Исполнение уплотнительных поверхностей штуцеров и люков - выступ-впадина.

10. Конструкция узла ввода рециркулята обеспечивает равномерное его распределение по кольцевому сечению колонны.

11. Для внутреннего осмотра колонны по верху внутренней обечайки предусмотрена решетчатая площадка обслуживания.

12. С целью уменьшения уноса капельных частиц битума с газами окисления в верхней части колонны устанавливаются каплеотбойники из просечно-вытяжного листа.

13. Для измерения уровня окисленного битума и пены на верхнем днище предусмотрены штуцеры для установки уровнемеров и направляющие трубы с отверстиями

14. Для контроля за составом газов окисления в верхней части колонны предусмотрен штуцер под стационарный газоанализатор, регистрирующий содержание кислорода.

15. В опорной обечайке предусмотрены отверстия для подвода технологических трубопроводов.

16. В качестве опорных элементов внутренней секции использованы лапы с основными геометрическими размерами опорной лапы 1-63000 ГОСТ 26296-84.

Основные размеры опорного узла приняты в соответствии с АТК 24,200.04-90 «Опоры цилиндрические и конические вертикальных аппаратов. Типы и основные размеры».

17. Колонна снабжена строповыми устройствами, приспособлениями для выверки вертикальности при установке на фундамент.

18. На корпус колонны приварены скобы для крепления изоляции в соответствии с ГОСТ 17314-81.

Колонна изолируется от теплопотерь минераловатными матами толщиной 190 мм.

19. При монтаже и эксплуатации должны соблюдаться требования безопасности по ГОСТ 12.2.003-91, ПБ 03-576-03, ПБ 09-540-03, ПБ 09-563-03 и Инструкции по монтажу и эксплуатации.

20. Колонна окислительная К-1 не является источником шума, вибрации и загазованности в зоне обслуживания при эксплуатации в расчетном режиме.

4. Дополнительное оборудование

Насосы. Для перекачивания битумов обычно используют поршневые паровые насосы, которые устанавливают в закрытых помещениях. На старых битумных установках -- насосы типа 4ПТ, 1НПНС, НПН-10, на новых -- ПДГ-25/40, ПДГ-40/30, ПДГ-125/30 и ПДГ-125/40,

Опыт эксплуатации паровых поршневых насосов для перекачивания сырья, дорожных и строительных битумов показал их приемлемость. При производстве высокоплавких битумов стараются избегать их перекачивания. Кубы располагают на постаменте, и битумы сливаются самотеком. При необходимости транспортирования битума насос обогревают: к рабочей части насоса приваривают рубашку для водяного пара (Уфимский НПЗ) или вплотную к рабочей части монтируют пустотелые коробки для теплоносителя (Херсонский НПЗ). Обогрев позволяет устанавливать насосы, на открытом воздухе.

Центробежные насосы с электроприводом проще в эксплуатации и менее энергоемки. Использование центробежных насосов для перекачивания гудрона практикуется широко. Накоплен также положительный опыт эксплуатации центробежных насосов для перекачивания дорожного битума (Хабаровский и Киришский НПЗ).

При охлаждении центробежный насос теряет способность продавливать продукт по трубопроводу, что «особенно опасно при перекачивании строительных битумов. Поэтому на битумной установке Мозырского завода наряду с использованием центробежных насосов типа НК в качестве основных предусмотрены паровые поршневые насосы в качестве резервных.

Перед пуском центробежного насоса трубопроводы следует «прокачивать» горячей дизельной фракцией. Опыт эксплуатации центробежных насосов в открытой насосной в условиях суровой зимы 1978-1979 гг. показал их пригодность для перекачивания строительных битумов [54]. Опыт эксплуатации центробежных насосов с обогревом заслуживает распространения.

На зарубежных битумных установках для перекачивания *битумов обычно используют ротационные шестеренчатые насосы с электрическим приводом. Насосы в основном имеют обогрев -- паровую рубашку или электронагревательный кожух.

Холодильники на битумных установках используют для регулирования температуры окисления и для охлаждения готового продукта перед подачей в резервуар. На Уфимском НПЗ на кубовой батарее непрерывного действия установлен оросительный холодильник. Эксплуатация такого холодильника связана со следующими неудобствами: на внешней поверхности трубок образуется накипь и постепенно ухудшается теплопередача.

На Новоуфимском и некоторых других НПЗ для охлаждения сырья или битума используют водяные погружные однопоточные холодильники. Змеевик холодильника расположен в металлическом ящике или бетонированном котловане.

Для предупреждения застывания битума на внутренней поверхности труб и резкого снижения по этой причине коэффициента теплопередачи рекомендуется температуру воды в холодильнике поддерживать не ниже 60-100 °С (в зависимости от марки битума), а перед включением холодильника в работу разогреть воду открытым паром. Эксплуатация таких холодильников особенно при получении строительных битумов связана с постоянной опасностью застывания продукта.

Известно использование в качестве воздушных холодильников трубчатых змеевиковых реакторов.

Например, на Киришском и Сызранском НПЗ с вводом в эксплуатацию более эффективных окислительных аппаратов - колонн высвободившиеся трубчатые реакторы стали использовать для охлаждения продукта, направляемого в резервуары.

Используют на битумных установках и типовой воздушный холодильник АВГ-ВВ, разработанный для охлаждения высоковязких продуктов. Холодильник представляет собой пучок горизонтально расположенных трубок диаметром 80 мм; трубки охлаждаются воздухом.

Для интенсификации охлаждения предусмотрен принудительный обдув трубок при помощи вентилятора, расположенного непосредственно под холодильником.

Для разогрева холодильника предусмотрена подача пара по трубам, расположенным в центре каждой рабочей трубки холодильника.

Недостаток холодильника -- слишком быстрое охлаждение продукта, что приводит к застыванию битума, особенно строительного. В последнем случае разогрев холодильника водяным паром, может быть неэффективным.

Тем не менее опыт эксплуатации холодильников АВГ-ВВ на Киришском [75], Омском и Хабаровском НПЗ показывает, что при обеспечении постоянного потока битума через холодильник он работает достаточно удовлетворительно. Во избежание застывания битума в зимнее время закрывают жалюзи, что позволяет при выключенных вентиляторах сохранять теплый воздух в объеме секций, или через холодильник рециркулируют теплый воздух. Охлаждающий воздух предварительно можно подогреть паром.

Как показали наши наблюдения, режим охлаждения должен поддерживаться таким, чтобы температура охлажденного битума была не ниже 180-190 °С. Это обеспечивает работоспособность холодильника, а большей степени охлаждения практически не требуется. Надежность работы холодильника повышается, если трубки разогревать не водяным паром, а жидким органическим теплоносителем, рабочая температура которого достигает 260-280 °С.

Тепло экзотермической реакции окисления можно утилизировать, сочетая охлаждение продукта с нагревом сырья. С этой целью используют теплообменники типа «труба в трубе» (поверхность теплообмена примерно 150 м2); для более полной утилизации тепла и облегчения чистки теплообменника по трубному пространству следует направлять битум, а по межтрубному -- гудрон. Для предупреждения разгерметизации необходимо предусматривать теплокомпенсаторы.

На зарубежных битумных установках тепло битума, откачиваемого из окислительного аппарата, используют для производства водяного пара.

Отсутствие холодильников или теплообменников на установках приводит к снижению эффективности работы окислительных аппаратов, так как требуется снижать температуру окисления до 240-250 °С (температура, с которой в резервуар поступает продукт, не должна быть выше 230 °С; от 250 до 230 °С он охлаждается' в трубопроводе за счет тепловых потерь). В связи с этим оснащение битумных установок холодильниками или теплообменниками должно быть практически обязательным.

Резервуары. Полученный в окислительных аппаратах битум перед сливом в транспортные средства или мелкую тару какое-то время (необходимое для проведения паспортного анализа и до подхода транспортных средств) хранится в горячем жидком состоянии в резервуарах. Резервуары (емкости) с целью сокращения затрат на перекачивание располагают воз- /# можно ближе к окислительному узлу (резервуарный парк). Хранят битумы в основном в типовых стальных резервуарах вместимостью около 400 м3, диаметром 8 м, высотой 9м.

Резервуары снабжены теплоизоляцией, но, как правило, не имеют средств обогрева (на новой битумной установке Павлодарского НПЗ в нижней части резервуаров под тепловой изоляцией расположен паровой змеевик, обогрев паром замедляет остывание битума. В резервуарах хранят как дорожные, так и строительные битумы; для обеспечения слива битумов самотеком резервуары возводят на постаменте.

В отдельных случаях используют наземные резервуары вместимостью примерно 700 и 1000 м (Хабаровский и Новогорьковский НПЗ), предназначенные для хранения менее вязких продуктов и не оснащенные средствами обогрева. В случае перевода установки на непрерывную схему окисления (в трубчатых реакторах или колоннах) хранят битумы также в высвободившихся окислительных кубах. Наконец, рубраксы и другие высокоплавкие битумы, получаемые в кубах периодического действия разной емкости, хранят до слива непосредственно в кубах.

Общая вместимость резервуаров на установках производительностью 400-700 тыс. т в год составляет 4-8 тыс. м3.

На многотоннажных зарубежных битумных установках используют резервуары большей вместимости -- 3,2, 5,0 тыс. м3 (Occidental Petroleum), 15,9 тыс. м3; в основном это -- наземные вертикальные теплоизолированные резервуары, оборудованные системой обогрева. Общая емкость резервуаров также выше; например, для установки производительностью 400 тыс. т в год разных сортов битумов она составляет 25 тыс. м3 [54].

Для повышения безопасности хранения битумов резервуары иногда оборудуют системой подачи инертного газа. Увеличение вместимости отдельных резервуаров сокращает их число и упрощает тем самым обслуживание, а увеличение общей вместимости резервуарного парка практически делает независимой работу установки от неритмичности отгрузки и позволяет вести отгрузку крупными партиями.

Для отечественных НПЗ разработаны технические проекты резервуаров с конической крышей на 1, 2 и 3 тыс. м3 (диаметр соответственно 12, 15 и 19 м, высота 9, 12 и 12 м (разработчик -- ЦНИИпроектстальконструкция). Резервуары предназначены для хранения битумов при 165-240 °С; предусмотрен внутренний обогрев.

Таким образом, для повышения эффективности битумных установок следует увеличивать их резервуарный парк и использовать резервуары повышенной вместимости.

Компрессоры. На битумных установках воздух в окислительные аппараты подается с помощью компрессоров разных марок: 2СГ-4, 305ВП-40/3, 305ВП-50/8, ВП-50/8, ВП-50/8М, ЦК-135/8 и др. Компрессоры типа СГ производительностью 1560 м3/ч применяют на старых установках, а на новых устанавливают компрессоры типа ВП производительностью до 3000 м3/ч (на новой установке Павлодарского НПЗ используют компрессоры ЦК производительностью 8100 м3/ч).

В связи с тем что на установках, введенных в начале семидесятых годов, в качестве окислительных аппаратов использовали трубчатые реакторы, характеризующиеся повышенными потерями давления, были приняты компрессоры с повышенным давлением нагнетания -- до 0,9 МПа. При использовании колонн следует применять компрессоры с меньшим давлением нагнетания, что снижает энергетические затраты. Так, при затрате 3,6 МДж электроэнергии компрессор 305ВП-40/3 с избыточным давлением нагнетания 0,35 МПа дает 13,5 м3 воздуха, а компрессор 305ВП-30/8 с давлением 0,8 МПа -- только 11,3 м3.

Печи. Трубчатые печи, используемые на многих битумных установках для нагрева сырья, не отличаются от общепринятых в нефтепереработке, и при правильной организации тепловых потоков не обязательны для ведения экзотермического процесса (на период пуска отключают холодильники на АВТ и на битумную установку подают горячий гудрон), поэтому здесь они не рассматриваются.

На битумных установках, вырабатывающих окисленные битумы, выделяются отработанные газы. Для их термического обезвреживания используют специальные печи. На Киришском НПЗ, например, используется трехкамерная печь (рис. 88) с внутренним сечением 1,3X2,1 м и длиной 9 м. Печь рассчитана на сжигание 6000 м3/ч газов.

С целью интенсификации горения в печи предложено установить карборундовый муфель, температура наружной поверхности которого достигает 1000°С, что способствует восполнению дефицита тепла, необходимого для воспламенения газов. Состав продуктов сгорания на выходе из печи следующий: 9,6% (об.) диоксида углерода и диоксида серы, 3% (об.) кислорода, 87,4% (об.) азота и отсутствие оксида углерода.

Двухступенчатая циклонная печь, разработанная ВНИИПК-нефтехимом, отличается от обычных циклонных топок раздельным сжиганием в разных камерах подсвечивающего топлива и токсичных газов. Это позволяет полностью сжечь подсвечивающее топливо в оптимальных условиях, обеспечить наличие высокотемпературных центров воспламенения, создать оптимальные условия для эффективного тепло- и массообмена. В первой ступени печи циклонно-вихревым способом сжигается топливо. Через пережим 6 продукты сгорания (1700-1900 °С) поступают во вторую ступень, куда через тангенциальные сопла подаются газы окисления. Эти газы попадают в кольцевое пространство между раскаленной футеровкой и высокотемпературным потоком продуктов сгорания из первой ступени. Как отмечают разработчики, содержание остаточных органических веществ в отходящих из печи газах соответствует ПДК для территории нефтеперерабатывающих заводов, и эти газы меньше загрязняют атмосферу, чем дымовые газы ряда паровых котлов ТЭЦ (где допускается химический недожог топлива до 100 мг органических веществ на 1 м3 дымовых газов).

Для футеровки печей используют шамотные или диатомовые кирпичи. На горизонтальных плоскостях печи -- диатомовая засыпка, борова -- высокоглиноземистые плиты. Печь и боров лежат на высокоглиноземистых плитах, которые, в свою очередь, уложены на бетоне.

Размещено на Allbest.ru