CC BY
23
УДК 674.816.2
М. А. Таймаров, Р. Г. Сунгатуллин, Т. О. Степанова, Р. С. Альмухаметов
ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В РАДИАНТНОЙ ТОПКЕ
Ключевые слова: топка, топливный газ, дымовые газы, катализатор, теплонапряженность, радиантный змеевик.
В данной статье излагаются результаты по оптимизации управления радиантными топками в печах ОН-1000/1,2 на установке гидроочистки вакуумного газойля АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания». Изучена возможность оптимизации и регулирования допускаемых величин теплонапряженности радиантных змеевиков нагрева технологического продукта по значениям температуры дымовых газов на перевале топки
Keywords: fire chamber, fuel gas, combustion gases, catalyst, thermal stress, radiant coil.
In this article results on optimization of management of radiant fire chambers in OH-1000/1,2furnaces on installation of hydrotreating of vacuum gasoil of JSC Ryazan Oil Refining Company are stated. The possibility of optimization and regulation of the allowed sizes of thermal stress of radiant coils of heating of a technological product on values of temperature of combustion gases on the pass of a fire chamber is studied.
Введение
В данной статье излагаются результаты по оптимизации управления радиантными топками в печах ОН-1000/1,2 на установке гидроочистки вакуумного газойля АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания». Изучена возможность оптимизации и регулирования допускаемых величин теплонапряженности радиантных змеевиков нагрева технологического продукта по значениям температуры дымовых газов на перевале топки. Необходимость управления процессом горения вызвана тем, что в связи с 3-х летним циклом работы катализатора процессе гидроочистки газойля от серы катализатор теряет свои свойства и возникает необходимость поддержания более высокой температуры нагрева вакуумного газойля при необходимости соблюдении предельных значений поверхностной
теплонапряженности металла труб радиантных змеевиков. Для поднятия температуры нагрева продукта используется топливный газ с более высокой теплотой сгорания и повышается расход газа на печь. Выбору оптимальных соотношений расхода топливного газа, теплоты его сгорания, температуры на перевале печи, которые не должны превышать допустимых регламентированных значений теплонапряженности радиантных змеевиков посвящена данная работа.
Описание химического объекта для управления технологическим процессом
Фрагмент технологической линии по управлению процессом нагрева вакуумного газойля для гидроочистки приведен на рис. 1. После емкости 7 сырьё направляется насосом высокого давления на подогрев и смешение с водородсодержащим газом (ВСГ) в теплообменник 8, а затем в печь 1 для нагрева газо-сырьевой смеси. Затем продукт идет в реактор 5 гидроочистку и крекинг при давлении около 89 кгс/см2 и температуре около 350-390°С.
Результаты расчетов по управлению технологическим процессом
На рис. 2 приведено изменение теплотворной способности топливного газа в зависимости от продолжительности цикла работы катализатора. Видно, что к концу цикла, равного 36 месяцам, теплота сгорания топливного газа возрастает. На практике [5-21] сложность регулирования заключается в том, что в начале цикла используется топливный газ с низшей теплотой сгорания и эксплуатация печи сопровождается увеличением расхода топливного газа с добавлением значительной доли низкокалорийного
водородсодержащего газа, который сгорает с увеличением температуры на перевале печи.
Рис. 1 - Схема регулирования технологического процесса при нагреве вакуумного газойля: 1 - печь, 2 - горелка, 3 - измерение температуры и состава дымовых газов на перевале, 4 - радиантные змеевики, 5 - реактор для гидроочистки газойля, 6 -насос, 7 - емкость промежуточного хранения сырья- вакуумного газойля, 8 - теплообменник предварительного нагрева, 9 - измерение расхода и теплоты сгорания топливного газа, 10 - измерение температуры и давления сырья после нагрева
мес.
40Ü0 BOGO 8000 ккал/г/
Рис. 2 - Теплотворная способность топливного газа в зависимости от продолжительности цикла работы катализатора
Температура на перевале является регламентным показателем работы печи, по которому ведется процесс нагрева. В этой связи по методикам [1-4] был произведен в программе Mathcad расчет зависимостей температуры на перевале от теплоты сгорания топливного газа, от расхода топливного газа, а также зависимости температуры на перевале от теплонапряженности поверхностей нагрева радиантных змеевиков, результаты которых приведены на рис. 3 и рис. 4.
tprnr tprnn
900
680
860
840
820
800
0,8 1,2 1 8 2 25 25,5 26 26,6 27 Qrtnn*10 Qnrnn
Рис. 3 - Графики для определения температуры на перевале tprnn(0C), и теплоты сгорания Qnrnn (МДж/м3) топливного газа, поглощаемого тепла радиантными трубами Qrtnn (кДж/ч) при поверхностной теплонапряженности qnrtnn равной 38,26 кВт/м2
tprnn 900 -
880 -860 -840 -820 -
800 ■ i i
1,1 1,2 1,3 1,4 2U 30 40 50 Bggnn*10" qnrtnn
Рис. 4 - Графики для определения значений расхода топливного газа Bggnn (м3/ч) при поверхностной теплонапряженности qnrtnn равной 38,26 кВт/м2
Из графиков видно, что при приемлемой для практики эксплуатации поверхностной
теплонапряженности qnrtn равной 38,26 кВт/м2
температура на перевале равна 855 0С для значений расхода Bggnn равном 1270 (м3/ч) и теплоты
сгорания Опт равной 26,12 (МДж/м3) топливного
газа при количестве тепла поглощаемого тепла радиантными трубами Ог!пп 14500 (МДж/ч).
Для печей 0Н-1000/1,2 площадь поверхности радиантных змеевиков при эксплуатации с тепловой нагрузкой по топливному газу 1395 м3/ч, которая требуется в конце цикла работы катализатора является недостаточной для соблюдения нормы РД 3688-00220302-003-04 (пункт 3.1.10) по теплонапряжености 42,52 кВт/м2 для радиантных змеевиков. По расчету для соблюдения нормы требуется для одной печи площадь поверхности 111,687 м2, а существующая площадь поверхности 96,6 м2. При существующей площади поверхности нагрева теплонапряженность радиантных змеевиков для расхода газа 1395 м3/ч равна 46,254 кВт/м2, для расхода газа 1375 м3/ч равна 45,297 кВт/м2.
Выводы
1. Встречающиеся в практике эксплуатации печей нагрева вакуумного газойля высокие значения температуры продуктов сгорания на перевале 870..877 0С являются следствием повышенных расходов 1375...1395 м3/ч топливного газа с низкой теплотой сгорания 26,683 МДж/м3, который используется для поддержания повышенной температуры сырья на выходе из радиантных змеевиков для обеспечения работоспособности катализатора в конце рабочего цикла.
2. При эксплуатации печей в конце цикла работы катализатора с существующими в радиантной части поверхностями нагрева 96,6 м2 рекомендуется снизить расход топливного газа до 1282 м3/ч с целью соблюдения допускаемого значения теплонапряженности 42,52 кВт/м2 для радиантных змеевиков по требованиям РД 3688-00220302-003-04 (пункт 3.1.10).
Литература
1. Таймаров М.А Повышение эффективности работы энерготехнологических агрегатов. Научное издание. Казань, КГЭУ, 2010. 108 с.
2.Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. Технологические расчеты установок переработки нефти. М., Химия, 1987. 352 с.
3. Сарданашвили А. Г., Львова А.И., Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М., Химия, 1980. 256 с.
4. Руководящий документ. Трубчатые нагревательные печи. Требования к проектированию, изготовлению и эксплуатации. РД 3688-00220302-003-04. ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ» 2004 г. 20 с.
5. Патент РФ № 2184909. Установка для сжигания газовых выбросов/ Сафин Р.Г., Лашков В.А., Грачев А.Н. и др. - Бюл. № 34, 2002.
6. Патент 2274851 С2, МПК G01N25/50. Устройство для определения параметров воспламенения и горения твердых материалов / Н.Ф. Тимербаев;
'Г!
патентообладатель НТЦ РПО. - №2004111030/28 ; заявл. 10.1.2005 ; опубл. 20.04.2006.
7. Тимербаев, Н.Ф. Автоматизация работы газовоздушного тракта печей и котельных агрегатов работающих на древесных отходах / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, А.Р. Садртдинов. // Вестник Казанского технолог. ун-та. - 2010. - № 9. - С. 438-443.
8. Тимербаев, Н.Ф. Техника и технологии термической переработки отходов деревообрабатывающей промышленности : монография / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, З.Г. Саттаров // М-во образ. и науки РФ, Казан. Гос. Технол. Ун-т. - Казань : КГТУ, 2010. - 172 с.
9. Сафин Р.Р., Сафин Р.Г., Валеев И.А. Математическое моделирование процесса пиролиза древесины при регулировании давления среды // Вестник Московского государственного университета леса // №2. - 2005.-С. 168-174.
10. А.Н. Грачев Математическая модель термического разложения древесины / А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, А.В. канарский, А.Т. Сабиров, Р.Г. Хисматов // ИВУЗ. Проблемы Энергетики, 2010. №6, -С.79-85
11. Макаров А.А. Математическая модель термического разложения древесины в абляционном режиме / А.А. Макаров, А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, А.Т. Шаймуллин // «Вестник КГТУ». -2011 .№8, - С.68-73
12. Тунцев Д.В. Математическая модель термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов разложения / Д.В. Тунцев, А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №14. - С. 130137.
13. Сафин Р.Г. Моделирование процесса сушки древесных частиц при кондуктивном подводе тепла / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, А.Р. Хисамеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. -№4. - С. 84-88.
14. Тимербаев Н.Ф. Моделирование процесса пиролиза древесины в установке для производства древесного
угля / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, И.И. Хуснуллин // Вестник Казанского технологического университета. -2011. - №9. - С. 51-56.
15. Тимербаев, Н.Ф. Моделирование процесса прямоточной газификации древесных отходов [Текст] / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, А.Р. Садртдинов, А.Р. Хисамеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 7. -С.75-80.
16. Тимербаев, Н.Ф. Моделирование процесса энерготехнологической переработки древесных материалов методом прямоточной газификации [Текст] / Н.Ф. Тимербаев // Вестник Казанского технологического университета. -2012. -№ 1. -С.94-98.
17. Тимербаев, Н.Ф. Математическое описание процесса термической переработки влажных древесных отходов методом прямоточной газификации [Текст] / Н.Ф. Тимербаев // Вестник Казанского технологического университета. -2012. -№ 1. -С.101-105.
18. Тунцев, Д.В. Переработка лигнина термокондуктивным пиролизом [Текст]/ Д.В. Тунцев, М.Р. Хайруллина, Э.К. Хайруллина// Деревообрабатывающая промышленность. -2015.-№ 4. -С.19-22.
19. Салдаев, В.А. Исследование влияния влажности древесных частиц на формирование древесно -полимерной композиции [Текст]/ Салдаев В.А., Мазаров И.Ю., Просвирников Д.Б. // Сборник статей Международной научно-практической конференции: в 3-х частях. 2016. С. 49-52.
20. Сафин Р.Г., Зиатдинова Д.Ф., Сафина А.В., Степанова Т.О., Крайнов А.А. Современные направления переработки лесных ресурсов. // Вестник технологического университета. - 2015. -Т. 18. №15. - С. 144-148.
21. Сафин Р.Г., Галиев И.М., Степанова Т.О., Разработка террасных досок и плит из древесины-полимерных композиционных материалов / Деревообрабатывающая промышленность. 2015, в.3, с.56-60.
© М. А. Таймаров - д-р техн наук, профессор кафедры КУПГ КГЭУ, Taimarovma@yandex.ru; Р. Г. Сунгатуллин - старший преподаватель кафедры энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий КГЭУ, raesg@mail.ru; Т. О. Степанова - магистрант каф. ПДМ КНИТУ, stepanova-211190@yandex.ru; Р. С. Альмухаметов - магистрант каф. ПДМ КНИТУ, almukhametov.rinat@mail.ru.
© M. A. Taimanov - Dr. of technical Sciences, Professor, DEP. COPG of the KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY, Taimarovma@yandex.ru; R. G. Sungatullin - senior lecturer of the chair of energy supply of enterprises and energy saving technologies of the University raesg@mail.ru; T. O. Stepanova - postgraduate of the chair. VSD, KNRU, stepanova-211190@yandex.ru; R. S. Almukhametov - graduate student, DEP. VSD, KNRTU, almukhametov.rinat@mail.ru.
