CC BY
143
УДК 504.3.054
05.00.00 Технические науки
АНАЛИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ВЫБРОСАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ЗАВОДА Г. ТУАПСЕ
Горева Яна Алексеевна
магистрант 20.04.01 Техносферная безопасность Кубанский государственный технологический университет, г.Краснодар, Россия
Короткова Татьяна Германовна
д.т.н., профессор, БРШ-код: 3212-7120
korotkova1964@mail.ru
Кубанский государственный технологический университет, г.Краснодар, Россия
Сай Юлия Васильевна
магистрант 20.04.01 Техносферная безопасность
Кубанский государственный технологический университет, г.Краснодар, Россия
Сиюхова Белла Батмизовна старший преподаватель, БРШ-код: 8926-5622 Майкопский государственный технологический университет, г.Майкоп, Россия
Коблева Мира Мугдиновна
старший преподаватель, БРШ-код: 9485-5199
Майкопский государственный технологический университет, г.Майкоп, Россия
Приведены особенности введенной в эксплуатацию в 2013 г. на Туапсинском нефтеперерабатывающем заводе установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-12. Установка предназначена для обезвоживания и обессоливания нефти. Проанализированы: трубчатая печь Н-1001/1,2 для нагрева отбензиненной нефти и печь Н-2001/1,2,3,4, предназначенная для нагрева прямогонного мазута. Трубчатые печи ЭЛОУ являются одним из основных источников загрязнения воздуха. Выполнен количественный химический анализ газовых выбросов печи ЭЛОУ АВТ. Определено процентное содержание компонентов О2, Ы2, СО в выбросах. Установлено, что содержание оксида углерода в выбросах менее 0,05%, что соответствует нормам. Среднее содержание азота составляет 80%, что также соответствует нормативным показателям
Ключевые слова: ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ, ЭЛЕКТРООБЕЗВОЖИВАЮЩАЯ И ЭЛЕКТРООБЕССОЛИВАЮЩАЯ УСТАНОВКА, ГАЗОВЫЕ ВЫБРОСЫ
UDC 504.3.054 Technical Sciences
ANALYSIS OF AIR EMISSIONS FROM TECHNOLOGICAL FURNACE OF THE OIL REFINERY IN TUAPSE
Goreva Yana Alekseevna undergraduate
Kuban State Technological University, Krasnodar, Russia
Korotkova Tatyana Germanovna Doct.Tech.Sci., professor, SPIN-code: 3212-7120 korotkova1964@mail.ru
Kuban State Technological University, Krasnodar, Russia
Sai Yuliya Vasilevna undergraduate
Kuban State Technological University, Krasnodar, Russia
Siyukhova Bella Batmizovna Senior Lecturer, SPIN-code: 8926-5622 Maikop State Technological University, Maikop, Russia
Kobleva Mira Mugdinovna
Senior Lecturer: SPIN- code: 9485-5199
Maikop State Technological University, Maikop, Russia
The peculiarities of the Tuapse refinery installation of primary oil refining ELOU-AVT-12 commissioned in 2013 were shown. The device is intended for dehydration and desalting of oil. Analyzed: tube furnace N-1001/1,2 for heating oil and oven N-2001/1,2,3,4, for heating the distilled fuel oil. Tube furnace ELOU is one of the main sources of air pollution. We have performed quantitative chemical analysis of gas emissions furnace ELOU AVT and determined percentage of components O2, N2, CO in the emissions. The content of carbon monoxide in emissions was less than 0.05%, which corresponds to the standards. The average nitrogen content is 80%, which also corresponds to standard indicators
Keywords: PRIMARY OIL REFINING, ELECTRO DEHYDRATE AND ELECTRIC DESALTING PLANT, GAS EMISSIONS
йо!: 10.21515/1990-4665-124-084
Особенностью нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) является получение разнообразной продукции из исходного нефтяного сырья. К основным технологическим процессам переработки нефти относятся: подготовка нефти, ее обезвоживание и обессоливание; атмосферная и вакуумная перегонка; деструктивная переработка (крекинг, гидрогенизация, изомеризация); очистка светлых продуктов и получение и очистка масел [1].
На НПЗ нефть подвергают глубокой очистке до содержания солей менее 5 мг/л и воды менее 0,1 % мас. Это производится на комбинированной электрообезвоживающей и электрообессоливающей установке - ЭЛОУ АВТ (атмосферно-вакуумная трубчатка). Технология глубокой перегонки нефти включает две стадии: атмосферную перегонку и перегонку под вакуумом мазута с отбором газойлевых фракций и в остатке гудрона.
На Туапсинском НПЗ в 2013 г. введена мощная российская установка первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-12. В 2012 г. В рамках контракта, заключенного между ОАО «Ижорские заводы» и ООО «РН-Туапсинский НПЗ» (входит в структуру НК «Роснефть»), в 2010 г. было изготовлено шесть тяжеловесных емкостных аппаратов, предназначенных для глубокой переработки нефти и получения высококачественного топлива стандарта Евро5. На церемонии пуска ЭЛОУ-АВТ-12 присутствовал Президент Российской Федерации Владимир Владимирович Путин. Президент ОАО «НК «Роснефть» Игорь Иванович Сечин отметил, что это уникальная установка, аналогов которой нет в нашей стране, а всего в мире существует шесть установок с такой производительностью [2].
На установке ЭЛОУ-АВТ-12 предусмотрена трубчатая печь Н-
1001/1,2 для нагрева отбензиненной нефти (рисунок 1), установленная перед атмосферной колонной Т-1002.
Рисунок 1 - Печь технологическая ЭЛОУ-АВТ-12
Печь состоит из двух секций. Секция 2 является зеркальным отображением секции 1. Печь является радиантно-конвективной, коробчатой со встроенным пароперегревателем и с вертикальным расположением труб радиантного змеевика и горизонтальным расположением конвективного змеевика. Предусмотрен верхний отвод дымовых газов в дымоход.
Радиантная камера оснащена вертикальной системой змеевиков. Трубы расположены на опорах, на поде и на подвесках, которые закреплены на стенах печи. Это способствует обеспечению заданной структуры теплового потока и равномерности температуры в пределах периметра труб. Конвективный змеевик каждой камеры печи изготовлен из оребренных труб, размещенных в шахматном порядке. Первые три ряда труб выполнены гладкими для защиты оребренных труб от прямой радиации. Змеевик пароперегревателя каждой камеры печи расположен в камере конвекции в рассечку с сырьевым змеевиком и является горизонтальным и однопоточным. Восемнадцать дутьевых газовых горелок размещены в поде печи для ее нагрева.
Каждая секция печи включает четыре блока, из которых один радиантный блок и три конвективных камеры. На каждой секции печи устанавлены три шибера с пневмоприводами, с ручным и автоматическим управлением. Продукты сгорания проходят радиантные и конвективные камеры и направляются по дымоходам в воздухоподогреватель и далее в отдельно стоящую дымовую трубу.
Облицовка внутренней поверхности печи (боковые стены и своды камер радиации) выполнена химически стойкими и теплоизоляционными матами из керамического волокна с плотностями равными 96 кг/м , 128
33
кг/м , 160 кг/м . Остальная футеровка изготовлена из жаростойкого бетона на глиноземистом цементе. Ретурбентные камеры конвекции теплоизолированы матами минераловатными прошивными. Перекидки между камерами конвекции и радиации облицованы муллитокремнеземистым войлоком и покрыты оцинкованным листом. Муллитокремнеземистый войлок изготовлен из волокон муллито-кремнеземистого состава, полученного плавкой в электрической печи чистых оксидов алюминия и кремния с последующим образованием волокна методом раздува. Для придания материалу прочности и упругости в волокна добавлено связующее. Температурные швы забиты муллитокремнеземистой ватой.
Структура футеровки:
под радиантной камеры 250 мм;
стены радиантной камеры 150 мм;
свод 200 мм;
камера конвекции 150 мм;
газосборник 100 мм;
переходник 75 мм.
Режим сушки футеровки включает: сушку технологическими горелками печи при обязательной циркуляции теплоносителя через
змеевики печи; бетон на глиноземистом цементе для достижения проектной прочности выдержан в течение 3 суток от начала сушки; подъем температуры в печи в строгом соответствии с графиком режима сушки футеровки; контроль режима сушки по технологическим термопарам, установленным на выходе из камеры радиации (на перевале).
Каркас печи включает в себя лестницы, стремянки для технического обслуживания элементов печи, приборов КИПиА, шиберов, змеевиков, смотровых люков для контроля и регулировки пламени горелок, предохранительные взрывные окна. На случай аварийных ситуаций предусмотрена система пожаротушения: паровая завеса печи, подача пара в камеру печи, подача пара в змеевики печи.
Печь Н-2001/1,2,3,4 предназначена для нагрева прямогонного мазута колонны Т-1002, направляемого в вакуумную колонну Т-2001. Печь состоит из четырех секций. Секции 1 и 3 одинаковые, а секции 2 и 4 являются их зеркальным отражением. Трубчатая печь установлена на открытой площадке, является радиантно-конвективной, узкокамерной, коробчатой с горизонтальным расположением труб радиантного и конвективного змеевиков со встроенным пароперегревателем и с верхним отводом дымовых газов в дымоход.
Продукты сгорания проходят радиантные и конвективные камеры и направляются по дымоходам в воздухоподогреватель и далее в отдельно стоящую дымовую трубу, представленную на рисунке 2.
Рисунок 2 - Дымовая труба технологической установки
Радиантная камера имеет горизонтальную систему змеевиков. Трубы расположены на подвесках, закрепленных на стенах печи. Тем самым обеспечивается заданная структура теплового потока и хорошая равномерность температуры в пределах периметра труб и максимальная занятость радиантного пространства печи трубами. Конвективный змеевик секции печи выполнен горизонтальным, двухпоточным, из оребренных труб, размещенных в шахматном порядке. Змеевик пароперегревателя секции печи расположен в камере конвекции в рассечку с сырьевым змеевиком и также выполнен горизонтальным и однопоточным.
Нагрев печи осуществляется с помощью размещенных в поде печи десяти дутьевых горелок с принудительной подачей подогретого воздуха от системы воздухоподогрева печи Н-2001/1,2,3,4. Продукты сгорания проходят радиантные и конвективные камеры и направляются по дымоходам в воздухоподогреватель и далее в отдельно стоящую дымовую трубу. На каждой секции печи установлено по одному шиберу с пневмоприводом, с ручным и автоматическим управлением.
Боковые стены и своды камер радиации облицованы матами из керамического волокна с плотностями равными 96 кг/м3, 128 кг/м3, 160 кг/м3. Вся остальная футеровка выполнена из жаростойкого бетона на глиноземистом цементе. Ретурбентные камеры конвекции теплоизолированы матами минераловатными прошивными. Перекидки между камерами конвекции и радиации облицованы муллитокремнеземистым войлоком и покрыты оцинковочным листом. Структура футеровки, режим сушки футеровки, каркас печи и система пожаротушения аналогичны рассмотренным выше.
Обезвоженная и обессоленная на установке ЭЛОУ АВТ нефть нагревается и разделяется на фракции в ректификационных колоннах.
Трубчатые печи, не герметичность технологического оборудования (неорганизованные источники) являются основными источниками загрязнения воздуха. При сжигании жидкого или газообразного топлива в составе продуктов горения содержатся углеводороды, сажа, оксиды азота, оксид углерода, бенз(а)пирен, сероводород и т.д. Перечень загрязняющих веществ от дымовых газов технологических печей АВТ, значения их предельно допустимых концентраций (ПДК), класс опасности и выбросы (г/сек, т/год) представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в
атмосферу от технологических печей АВТ
Наименование Код ПДКм^., ПДКс.с., ОБУВ Класс Выбросы
загрязняющего загрязня- мг/м мг/м мг/м3 опас- загрязняющих
вещества ющего ности веществ
вещества г/сек т/год
Азота диоксид 0301 0,2 0,04 - 3 13,8676 141,2743
Азота оксид 0304 0,4 0,06 - 3 3,3696 35,0936
Углерода оксид 0337 5,0 3,00 - 4 19,4864 262,0162
Серы диоксид 0330 0,5 0,05 - 3 8,8614 107,0010
Бенз(а)пирен 0703 - 1,000 - 1 0,00000936 0,0000793
Сажа 0328 0,15 0,05 - 3 0,8811 5,8854
Всего - - - - - 46,46610936 551,2705793
Примечание - ПДКмр. - предельно допустимая концентрация максимальная разовая; ПДКс.с. - предельно допустимая концентрация среднесуточная; ОБУВ -
ориентировочный безопасный уровень воздействия вещества.
Анализ атмосферного воздуха в выбросах печи (таблицы 2 и 3) выполнен по методике ПНД Ф 13.1:2.22-98 «Количественный химический анализ атмосферного воздуха и выбросов в атмосферу. Методика выполнения измерений объемных долей водорода, кислорода, азота, метана, оксида и диоксида углерода в воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах методом газовой хроматографии». По данной методике проводится определение объемной доли водорода, кислорода, азота, метана, оксида и диоксида углерода в воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах (дымовых газах нагревательных печей, выбросах газомоторных компрессоров, реакторов каталитических процессов и т.п.). Диапазон измерений объемной доли определяемых компонентов, %: водород от 0,1 до 1,0 вкл.
кислород от 1,0 до 21 вкл.
азот от 70 до 90 вкл.
метан от 0,05 до 10 вкл.
оксид углерода от 0,05 до 10 вкл.
диоксид углерода от 0,3 до 5,0 вкл.
Таблица 2 - Условия испытаний (замер 1) 12.10.2016 г.
Место отбора ЭЛОУ-АВТ-12, труба печи
Способ отбора пробы шприц
Температура 21,6 0С
Атмосферное давление 759 мм рт ст
Влажность 55 %
Метод отбора проб ПНД Ф 12.1.1-99
Методика выполнения измерений ПНД Ф 13.1:2.22-98
Наименование О2, % СО, % Коэффициент
' т / Л111" т) ЛТПЛИЯ точки отбора N2, % избытка
воздуха (а)
Н-1001/1 5,25±0,89 78,92±13,4 <0,05 1,33
Н-1001/2 5,36±0,91 79,37±13,5 <0,05 1,34
Н-2001/1 9,24±1,57 79,16±12,9 <0,05 1,84
Н-2001/2 9,79±1,66 76,20±13,0 <0,05 1,93
Н-2001/3 9,48±1,61 75,95±12,9 <0,05 1,88
Н-2001/4 8,06±1,37 76,73±13,0 <0,05 1,65
Таблица 3 - Условия испытаний (замер 2) 19.10.2016 г.
Место отбора ЭЛОУ-АВТ-12, труба печи
Способ отбора пробы шприц
Температура 22,0 0С
Атмосферное давление 765 мм рт ст
Влажность 38 %
Метод отбора проб ПНД Ф 12.1.1-99
Методика выполнения измерений ПНД Ф 13.1:2.22-98
Наименование О2, % СО, % Коэффициент
' т / Л111" т) лтПЛИЯ точки отбора N2, % избытка
воздуха (а)
Н-1001/1 5,22±0,89 81,08±13,8 <0,05 1,32
Н-1001/2 5,83±0,99 80,16±13,6 <0,05 1,38
Н-2001/1 6,33±1,08 78,03±13,3 <0,05 1,44
Н-2001/2 7,06±1,20 78,80±13,4 <0,05 1,51
Н-2001/3 6,28±1,07 79,13±13,5 <0,05 1,43
Н-2001/4 3,70±0,63 79,85±13,6 <0,05 1,21
Анализ результатов количественного химического состава (таблицы 2 и 3) показал, что содержание оксида углерода в выбросах менее 0,05 %, что соответствует нормам. Оксид углерода (угарный газ) попадает в атмосферный воздух при любых видах горения. Он обладает способностью активно связываться с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, и блокирует передачу кислорода тканевым клеткам. Это приводит к гипоксии. Оксид углерода нарушает биохимическое равновесие в тканях. Азот относится к инертным газам. И хотя не является токсичным, но когда его больше 84 %, то люди не могут действовать адекватно. А при концентрации азота в 94 % смерть вероятна через несколько вдохов [3].
Вывод. Количественный химический анализ выбросов печи ЭЛОУ АВТ показал, что содержание компонентов О2, К2, СО в выбросах соответствует нормативным показателям.
Список литературы
1. Бондалетова Л.И. Промышленная экология: учеб. пособие / Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. -247 с.
2. Ввод в эксплуатацию на Туапсинском НПЗ самой мощной российской установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-12 [Электронный ресурс].-Режим доступа: http://www.omz-izhora.ru/about/proekty-sobytiya-daty/?ELEMENT ID=687 (дата обращения: 3.12.2016).
3. Азот-опасность и защита http://sache.org/beacon/files/2012/06/ru/read/2012-06-Beacon-Russian-s.pdf
References
1. Bondaletova L.I. Promyshlennaya ekologiya: ucheb. posobie / L.I. Bondaletova, V.G. Bondaletov. - Tomsk: Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2008. - 247 s.
2. Vvod v ekspluatatsiyu na Tuapsinskom NPZ samoy moshchnoy rossiyskoy ustanovki pervichnoy pererabotki nefti ELOU-AVT-12 [Elektronnyy resurs].- Rezhim dostupa: http://www.omz-izhora.ru/about/proekty-sobytiya-daty/?ELEMENT_ID=687 (data obrashcheniya: 3.12.2016).
3. Azot-opasnost i zashchita
http://sache.org/beacon/files/2012/06/ru/read/2012-06-Beacon-Russian-s.pdf
