Подогрев нефти и нефтепродуктов на нефтебазах

 

Назначение, способы подогрева и теплоносители

Если светлые нефтепродукты (бензин, керосин) легко транспор­тируются по трубопроводам в любое время года и операции с ними не вызывают особых затруднений, то операции с темными нефте­продуктами (мазут, смазочное масло) вызывают значительные труд­ности. Объясняется это тем, что темные нефтепродукты при пони­жении температуры наружного воздуха становятся более вязкими и снижают подвижность; транспортирование их без подогрева ста­новится невозможным. В связи с этим высоковязкие нефтепродукты подогревают для понижения вязкости до значений, при которых достигается их подвижность и экономичность работы перекачива­ющих насосов и трубопроводных коммуникаций. Подогрев осущест­вляется как при хранении, так и при транспортировке и приемо-раздаточных операциях, включая отстой, осветление и регенерацию масел.

Для подогрева применяют различные теплоносители; водяной дар, горячую воду, горячие нефтепродукты и газы, а также электро­энергию. Наибольшее применение имеет водяной пар, обладающий высоким теплосодержанием и теплоотдачей, легко транспортируемый и в большинстве случаев не представляющий пожарной опасности. Обычно используют насыщенный пар давлением 0,3—0,4 МПа (3—4 кгс/см²), обеспечивающий нагрев нефтепродуктов до 80—100° С. Горячую воду применяют в тех случаях, когда её имеется в боль­шом количестве, так как теплосодержание воды в 5—6 раз меньше теплосодержания насыщенного пара.

Горячие газы имеют ограниченное применение, так как они отличаются малым теплосодержанием, низким коэффициентом тепло­отдачи и малой объемной удельной теплоемкостью и поэтому требу­ются в больших количествах; используются лишь при разогреве нефтепродуктов в автоцистернах и в трубчатых подогревателях при наличии отработанных газов.

Горячие масла в качестве теплоносителей также применяют редко, когда требуется разогреть тугоплавкие нефтепродукты тепло­носителем с высокой температурой вспышки, для которых малоэф­фективен или невозможен разогрев горячей водой и паром.

Электроэнергия — один из эффективных теплоносителей, однако при использовании электроподогревательных устройств необходимо соблюдать повышенные противопожарные требования.

Существует несколько способов подогрева водяным паром: разо­грев острым паром, трубчатыми подогревателями и циркуляционный подогрев.

Подогрев острым (открытым) паром — это такой подогрев, когда насыщенный пар подается непосредственно в нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ применяют главным образом для разогрева топочного мазута при сливе из железнодорожных цистерн. Недостаток данного способа — необходимость удаления в дальней­шем воды из обводненного нефтепродукта.

Подогрев трубчатыми подогревателями заключается в передаче тепла от пара к нагреваемому нефтепродукту через стенки подогревателя, вследствие чего исключается непосредственный контакт теплоносителя с нефтепродуктом. Применяют этот способ во всех случаях, когда не допускается обводнение нефтепродуктов как при хранении в резервуарах, так и при транспорте в железнодорожных цистернах, нефтеналивных судах и т.д. Пар, поступая в трубчатый подогреватель, отдает тепло нефтепродукту через стенку подогревателя, а сконденсировавшийся пар — конденсат отводится через конденсатоотводчики (конденсационные горшки) наружу, благодаря чему исключается обводнение нефтепродукта. Циркуляционный подогрев основан на разогреве основной массы нефтепродукта тем же нефтепродуктом, но предварительно подогретым в теплообменниках. Горячая струя подаваемого насосом в резервуар предварительно разогретого нефте­продукта, попадая в основную массу застывшего нефтепродукта, перемешивается с ним и отдает ему тепло, нагревая до требуемой температуры, обеспечивающей его текучесть. Циркуляционный подо­грев применяют в основном при обслуживании крупных резервуарных парков с устройством централизованной теплообменной уста­новки, а также при разогреве и сливе нефтепродуктов из железно­дорожных цистерн.

 

Конструкции подогревателей

По конструкции подогреватели в зависимости от назначения делятся на: подогреватели при сливе нефтепродуктов из транспорт­ных емкостей, подогреватели при хранении в резервуарах и подогре­ватели трубопроводов.

Рис. 36. Переносные подогреватели для разогрева нефтепродуктов:

а — установка змеевика в железнодорож­ной цистерне; б — змеевик в сборе; 1 — центральный змеевик; 2 — боковые змееви­ки; 3 — трубы для подвода пара и отвода конденсата;

 

Подогреватели при сливе нефтепродук­тов различаются по способу подогрева и типу транспортной ем­кости.

Для подогрева нефтепродуктов в железнодорожных цистернах применяют следующие подогреватели.

Подогреватели острым паром — по конст­рукции представляют собой перфорированные трубчатые штанги, помещенные в толщу жидкости, при этом пар поступает через отвер­стия в штангах. Используются только для разогрева мазута, допу­скающего частичное обводнение.

Подогреватели глухим паром — подразде­ляются на переносные и стационарные. Переносные подогреватели помещают внутрь железнодорожной цистерны только на время разо­грева, а по окончании их извлекают. Подогреватели (рис. 36), из­готовленные из дюралюминиевых труб размером

38 х 2 мм, состоят из трех секций — центральной и двух боковых (изогнутых), помеща­емых в железнодорожную цистерну поочередно. В зависимости от типа железнодорожных цистерн и сорта подогреваемого нефтепро­дукта применяют подогреватели поверхностью нагрева 4,5—23,2 м² при давлении пара до 0,3 МПа (3 кгс/см²). Стационарные подогре­ватели находятся внутри железнодорожной цистерны постоянно.

Подогреватель циркуляционного подогрева представляет собой теплообменную установку (УРС-2), близко расположенную от сливно-наливных устройств и предназна­ченную для подогрева нефтепродукта, подаваемого в виде горячей струи в железнодорожную цистерну (рис. 37). Горячая струя размы­вает и нагревает мазут, который забирается из цистерны. Благодаря перемешиванию происходит интенсивный разогрев основной массы нефтепродукта (мазута). Внутри цистерны устанавливают раскла­дывающееся гидромониторное устройство, осуществляющее воз­вратно-поступательное движение сопел вдоль нижней образующей цистерны для лучшего прогрева жидкости. Такую подогреватель­ную установку применяют преимущественно для слива одиночных цистерн, так как при маршрутном сливе требуются теплообменники и насосное оборудование большой мощности.

 

Рис.37. Установка циркуляционного подогрева и герметизированного слива УРС-2:

1 — гидромониторное устройство УР-5; 2 — шарнирный трубопровод; 3 — кран-укосина с лебедкой; 4 — гибкий шланг; 5 — установка нижнего слива АСН-8Б; 6 —электродвигатель; 7 — винтовой насос МВН-10; 8 — продуктопровод от теплообменника к насосу; 9, 11 —

вентили; 10 — теплообменник;

 

Разновидностью подогревателей этого типа является совмещенный погружной насос-пароподогреватель (рис. 38), включающий два трубчатых подогревателя со встроенными в них шнековыми насосами, электродвигатель и систему передачи тепловой и электрической энергии.

Раскладка подогревателей по нижней образующей цистерны перед подогревом и поворот их в нерабочее положение перед уборкой из цистерны осуществляются системой тросов. После подачи пара в подогреватель, запускают шнековые насосы, которые, забирая жидкость из внутренней полости теплообменников, подают ее в на­правлении к сливному прибору и к торцам цистерны, чем обеспечи­вается интенсивная циркуляция (конвекция), ускоряющая процесс слива.

Подогреватели «паровые рубашки» предста­вляют собой неотъемлемую часть железнодорожных цистерн и являются наиболее эффективными, так как сокращают расход пара, исключают обводнение топлива и уменьшают его остаток в нижней части котла.

Электроподогреватели представляют собой по­гружные электрогрелки в виде нагревателей сопротивления, смонти­рованных на изоляторах. Известно несколько типов электрогрелок, в том числе круглая и двойная раскладная.

Двойная раскладная электрогрелка со­стоит из двух шарнирно-соединенных секций, которые раскрываются по мере разогрева нефтепродукта, увеличивая тем самым зону разо­грева. Мощность электрогрелок составляет 50—70 кВт. Обычно применяют их для подогрева вязких нефтепродуктов (масел), име­ющих высокую температуру вспышки и коксуемость.

Для безопасного обслуживания аппаратуру и оборудование (рас­пределительные щиты, котел цистерны, железнодорожные пути) надежно заземляют. Электроэнергия включается только после полного погружения электрогрелки в жидкость. Слив производят после окончания подогрева, выключения электроэнергии и удаления грелки из цистерны, так как при включенной электрогрелке может воспламениться нефтепродукт.

Подогреватели для нефтеналивных су­дов применяют в различных конструктивных схемах в зависи­мости от типа судна.

Змеевиковые и секционные подогреватели с продольным или поперечным расположением греющих элементов применяют для тан­керов, выгрузка которых происходит из каждого танка самостоятельно. Здесь в каждом танке имеется свой индивидуальный подогреватель (секционный или змеевиковый).

Для судов, у которых все отсеки соединены и слив производят одновременно из всех танков (речные баржи), наиболее распространена прямоточная схема, позволяющая регулировать ветви подогре­вателя, которые проходят по ряду танков вдоль судна.

На большинстве судов в качестве источника энергии (тепла) для подогрева нефтяных грузов используется водяной пар.

Типичная схема змеевикового подогревателя показана на рис. 39. Для подвода к змеевикам пара и отвода его имеются две магистрали — паровая 2 и конденсатная 9. От обеих магистралей к каждой группе танков отходят отростки с клапанными коробками (распредели­тельной 3 и сборной 6), к которым присоединены зме­евики подогревателя 5.

Свежий пар поступает в подогревательную систе­му из котла через редук­ционный клапан 1, а от­работанный пар и конден­сат через контрольный бак 11 поступают в питатель­ную систему котла. На­значение контрольного ба­ка — предотвращение по­падания нефти или нефте­продукта в конденсат. Это тем более важно, что при повреждении труб подогревателя выпуск конденсата за борт может привести к загрязнению водоема нефтью или нефтепродуктами. Для той же цели предназначен и контрольный кран, который откры­вается при впуске пара в змеевик.

Греющие элементы подогревателя обычно изготовляют из алюминиево-медных сплавов, обладающих хорошей теплопроводностью и коррозионной стойкостью.

В некоторых случаях при разогреве нефтепродуктов в нефтена­ливных судах применяют электрогрелки мощностью 90 кВт.

 

Рис. 38. Погружной совмещенный насос-пароподогреватель ПГМП-4:

1 — трубчатый подогреватель; 2 — шарнир; 3 — редуктор; 4 — шнековый насос; 5 — горизонтальный вал; 6 — вертикальный вал; 7 — паровые трубы; 8 — электро­двигатель;

 

Подогреватели в резервуарах выполняются различных конструктивных форм — змеевиковые и секционные из трубчатых элементов. Для лучшего подогрева их размещают по всему поперечному сечению резервуара с равными промежутками между витками или секциями. Наибольшее применение имеют подогрева­тели, собираемые из отдельных унифицированных элементов сек­ционного типа (рис. 40).

Наряду с общим подогревом всего нефтепродукта (или нефти), который используется для предварительного подогрева и отстоя, применяют так называемый местный подогрев. Местные подогрева­тели располагают поблизости от приемо-раздаточных устройств; монтируют их также из типовых секций подогревательных элемен­тов, которые заключаются обычно в экранированные коробки, внутрь которых вводится заборное устройство раздаточного трубопровода.

 

Рис. 39. Схема паровых подогревателей в танкере:

1 — редукционный клапан; 2 — паровая магистраль;

3 — распределительная коробка; 4 и 8 — клапаны; 5 — подогреватель;

6 — сборная коробка; 7 — кон­трольный кран; 9 — конденсатная магистраль; 10 — разобщительные клапаны; 11 — контрольный бак;

 

При циркуляционном методе подогрева нефтепродукт отбирается из нижней части резервуара и насосом прокачивается через внешний подогреватель-теплообменник. В этом случае внутри резервуара уста­навливают кольцевой подающий трубопровод с насадками и местный подогреватель у заборной трубы. Теплообменники устанавливают индивидуально у каждого резервуара или в виде групп для обслужи­вания нескольких резервуаров.

Подогреватели трубопроводов применяют при транспорте вязких нефтепродуктов во избежание их застывания в трубах вследствие больших тепловых потерь. Известно несколько видов подогревателей, однако основными являются паровые подо­греватели и электрические. Паровые подогреватели выполняются в виде паровых спутников-паропроводов, прокладываемых вместе и параллельно с нагреваемым трубопроводом.

Рис. 40. Компоновка секционных подогревателей в резервуаре объемом 5000 м³

 

Применяют два спо­соба прокладки паровых спутников — внутренний и наружный. При внутреннем обогреве спутник прокладывается внутри нефте­провода. Этот способ отличается сложностью монтажа и поэтому находит ограниченное применение. При наружном обогреве спутники прокладываются параллельно с нагреваемым трубопроводом, и за­ключаются в общую с ним тепловую изоляцию или прокладываются в канале.

В зависимости от диаметра трубопровода, характеристики пере­качиваемого нефтепродукта и температуры теплоносителя приме­няют схему обогрева трубопровода с одним (рис. 41) или двумя спутниками, заключенны­ми в общую теплоизоля­цию. Монтаж изоляции трубопроводов со спутни­ками выполняют с приме­нением формованных из­делий (пенопластиков), ма­стик или минераловатных скорлуп с покрытием шту­катуркой или металличе­скими кожухами.

В качестве электриче­ских подогревателей при­меняют гибкие нагрева­тельные элементы (ГНЭ), представляющие собой уз­кую эластичную ленту, со­стоящую из медных и нихромовых проволок, опле­тенных стеклонитью. Для придания влагостойкости ленту покрывают кремне органической резиной, которая служит также защитной электроизоляционной оболочкой. В таком виде ленту наматывают на нагреваемый трубопровод и покрывают сна­ружи слоем тепловой изоляции.

Гибкие нагревательные элементы, которые можно собирать дли­ной до 200 м, обеспечивают нагрев мощностью 30—300 Вт на 1м длины. Изменяя шаг намотки ленты, можно менять интенсивность нагрева.

На рис. 42, а, б показана схема гибкой электронагревательной ленты конструкции СКВ «Транснефтьавтоматика». Для быстрого подключения к сети нагревательная лента снабжена штепсельным разъемом. Известны также и другие способы электроподогрева, например, при помощи электрокабелей, прокладываемых внутри трубопровода или привариваемых снаружи.

Иногда трубопроводы обогреваются специальными инфракрас­ными излучателями. Однако этот способ можно применять только для трубопроводов небольшой протяженности, так как мощность излучателей не превышает 1,5 —2 кВт.

При расчете подогревателей определяют поверхность теплообме­на, расход теплоносителя и конструктивные размеры подогревателей. Для этого необходимо знать начальную и конечную температуру подогрева нефтепродукта (или нефти).

Когда неизвестна начальная температура подогреваемого нефте­продукта в резервуаре, т. е. температура остывания, ее определяют специальным расчетом в зависимости от температуры окружающей среды, продолжительности хранения, температуры первоначального залитого продукта и др.

Рис. 41. Теплоизоляция нефтепродуктопровода со спутником:

1 — нефтепродуктопровод; 2 — минераловатные скор­лупы; 3 — бандаж из полосовой стали; 4 — плетеная сетка; 5 — подкладка под спутник; 6 — крепление прокладки из проволоки; 7 — паровой спутник;

 

Рис. 42.Гибкая электронагрева­тельная лента:

 

а — схема; б — присоединение ленты к арматуре; 1 — штепсельный разъем; 2 — заливка; 3 — герметизирующее покрытие; 4 — тканевая основа;

5 — подогреватель­ные провода; 6 — токонесущие провода;

7 — концевая заглушка;

 

Конечная температура подогрева должна соответствовать опти­мальной температуре, т. е. такой температуре, когда при минималь­ном расходе тепла, а следовательно, и затрат, обеспечивается необ­ходимая операция по сливу и наливу нефтепродукта. При этом имеется в виду обеспечение нормальных условий всасывания; пере­качки по трубопроводам или самотечной выдачи в транспортные ем­кости в установленное время.

В некоторых случаях за оптимальную температуру подогрева при наливе транспортных емкостей принимается такая температура, при которой слив нефтепродукта в пункте назначения возможен без подогрева. Оптимальную температуру выбирают на основании технико-экономических расчетов в зависимости от конкретных усло­вий перекачки и опыта эксплуатации. Например, рекомендуемую температуру подогрева мазута в резервуарах перед перекачкой при­нимают в зависимости от марки мазута: 50—60° С — для мазута марок 12 и 20; 70—75° С — для мазута марок 40 и 60 и 80—85° С — для мазута марок 80 и 100.

В любом случае оптимальная температура нефти и нефтепродук­тов должна находиться между температурой застывания и темпера­турой вспышки (по соображениям пожарной безопасности) и отвечать условиям наименьшего расхода энергии на подогрев и перекачку.