Проблемы эксплуатации коксовых камер на нефтеперератывающих заводах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы эксплуатации коксовых камер на нефтеперератывающих заводах

Т.С. Паргачёва

А.В. Копарчук

Е.М. Астафьева

Аннотации

Представлены проблемы эксплуатируемых коксовых камер, рассмотрены виды нагрузок, действующих на коксовые камеры, а также места и причины возникновения дефектов в коксовых камерах.

Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: установка замедленного коксования; коксовые камеры; дефекты; виды нагрузок.

OPERATIONal Problems of coke DRUMS AT REFINERIES

Pargacheva T., Koparchuk A., Astafieva E.

Irkutsk State Technical University,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The paper presents the operational problems of coke drums, researches the types of loads on coke drums, as well as location and causes of defects in coke drums.

Sources: 4 refs.

Keywords: delayed coking plant; coke drums; defects; types of loads.

Процессы переработки нефтяных остатков решают важнейшую задачу по углублению переработки нефти, увеличивая ресурсы сырья для производства моторных топлив, а также обеспечивая безотходность производства.

Установка замедленного коксования (УЗК) предназначена для переработки тяжелых нефтяных остатков: крекинг-остатка и гудрона с целью получения кокса нефтяного, в т.ч. электродного, бензина коксования, дизельного топлива, легкого и тяжелого газойля, газов непредельных.

Практика показывает, что наиболее слабым звеном в технологической цепи УЗК на сегодняшний день являются коксовые камеры.

Недостаточная эксплуатационная надёжность коксовой камеры создает неблагоприятные условия для достижения длительных межремонтных пробегов, снижает производительность установки и качество кокса, увеличивает затраты на ремонт. коксование нефтяной крекинг

В данной статье представлен обзор существующих коксовых камер на нефтеперерабатывающих заводах, и рассматриваются виды нагрузок, действующих на коксовые камеры, а также места возникновения дефектов в существующих коксовых камерах.

Большинство эксплуатируемых на НПЗ в настоящее время коксовых камер представляют собой цилиндрические вертикальные пустотелые аппараты, снабженные верхним (полушаровым) и нижним (коническим) днищами с горловинами для ввода гидрорежущего инструмента и выгрузки кокса соответственно. Открытие и закрытие крышек горловин осуществляется вручную.

Подача сырья, как правило, производится через боковой ввод, расположенный на нижней горловине под углом к продольной оси аппарата. Для предотвращения или снижения пенообразования в процессе коксования сырья за счет выделения газовой фазы из него в верхней части цилиндрической обечайки имеется штуцер ввода антипенной присадки.

Верхняя горловина имеет штуцеры для отвода газообразных продуктов реакции и подвода теплоносителя при прогреве камеры.

В стенке корпуса, выполненной из цилиндрической стальной обечайки, после формирования коксового пирога при температуре 460-480 єС и последующего его охлаждения водой до 80-90 єС для проведения гидровыгрузки кокса из коксовой камеры возникают дополнительные растягивающие напряжения, вследствие того, что коэффициент линейного термического расширения стал в 2-3 раза больше, чем у кокса [1].

Таким образом, длина рабочего цикла, в зависимости от перерабатываемого сырья и получаемого продукта, может колебаться от 24 до 60 часов, рабочая температура в течение одного цикла меняется от 30 до 500 єС и обратно к 30 єС, а рабочее давление увеличивается от 0 до 6 кгс/см 2 и снижается до 0 кгс/см 2. Эти условия усугубляются неравномерностью и нестабильностью распределения температуры как по высоте, так и по периметру сечения коксовых камер.

Как показывают исследования и практические наблюдения, на коксовые камеры в процессе эксплуатации действуют три группы нагрузок: силовые, термические и динамические.

К первой группе относятся:

- статическое деформирование за счет внутреннего давления при повышенных температурах;

- периодическое осевое сжатие нависшим монолитом кокса в процессе его гидроудаления;

- сжимающая нагрузка от собственного веса аппарата;

- ветровая и сейсмические нагрузки на опору.

Ко второй группе можно отнести:

- периодическое действие температуры;

- изгибающие и скручивающие нагрузки из-за неравномерности распределения температуры по сечению и высоте аппарата;

- локальные перегревы и переохлаждения стенок аппарата.

К третьей группе относятся:

- вибрационные нагрузки при гидроудалении кокса за счет гидроударов струи высокого давления о стенки аппарата;

- ударные нагрузки при падении крупных кусков кокса на нижнее днище при гидроудалении.

В течение цикла коксования имеет место различная комбинация указанных нагрузок, которая вызывает возникновение характерных дефектов в оболочке камеры: выпучин, гофр, трещин в сварных швах и самом металле, прогибов крышек, отклонение камер относительно вертикальной оси, скручивание оболочки аппарата [2].

Наиболее часто дефекты появляются в корпусе камеры, в местах приварки опоры к корпусу аппарата и в самом сварном шве. Эти дефекты имеют место практически на всех УЗК, эксплуатирующихся на НПЗ России. Трещины, как правило, вначале возникают в основном металле и по мере углубления переходят на плакирующий слой.

Не менее серьезным дефектом камер коксования, наряду с образованием трещин, является деформация фланцев нижней и верхней горловины, деформация в конусной части и самого аппарата в целом. Конусная часть камеры деформируется вследствие бокового расположения штуцера ввода, через который подается горячее сырье, водяной пар, а при охлаждении - вода. Деформация фланцевых соединений люков камер также является следствием неравномерности температур нагрева их отдельных участков.

Деформационные явления в камере приводят к неприятным последствиям, связанным с неполным прилеганием крышки к фланцам люков, а, следовательно, пропускам сырья при коксовании. Как правило, следствием всего этого является частое загорание люков камер, еще больше деформирующее камеру. Однако на нефтеперерабатывающих заводах не уделяется должного внимания техническому состоянию коксовых камер.

Еще один недостаток - это большие потери тепла через стенку коксовых камер, приводящие к значительному перепаду температуры между верхом и низом аппарата, и как следствие, кокс в камере получается с высоким выходом летучих веществ и низкой механической прочностью. Для получения кокса, достаточно однородного по всей коксовой камере, необходимо разработать и создать изоляцию, при которой температура металла стенки максимально приближалась бы к температуре подаваемого в аппарате сырья.

Из данных по эксплуатации зарубежных установок [2] видно, что подобные аварийные ситуации в камерах возникают так же часто, как и на отечественных установках [3].

К сожалению, анализ состояния коксовых камер и сварных опорных швов показывает, что дефекты выявляются лишь с появлением явных признаков нарушения целостности аппарата или потерей устойчивости.

Неконтролируемый рост дефектов может привести к серьезной аварии, связанной с возможностью просадки коксовой камеры, поэтому их конструктивному исполнению уделяется такое пристальное внимание. В связи с этим при проведениях внутреннего осмотра коксовых камер особое внимание должно уделяться сварным швам и состоянию плакирующего материала металла (если коксовая камера из биметаллических материалов), результатам внутреннего осмотра, а также дефектоскопии сварных швов крепления опоры. Такие внутренние осмотры должны проводиться регулярно и очень тщательно, что позволит правильно оценить состояние аппарата и выдать конкретные рекомендация, направленные на повышение его надежности.

Еще одним из эффективных способов повышения усталостной прочности корпусов коксовых камер установки замедленного коксования является снижение термических нагрузок на этапах прогрева реактора перед его заполнением и охлаждением кокса. Для этого необходимо очень четко определить режимы подачи водяного пара и воды, для чего на коксовых камерах устанавливаются поверхностные термопары, фиксирующие степень неравномерности и характер изменения температуры стенки коксовых камер в течение этих операций. Установка поверхностных термопар позволяет также осуществлять непрерывный контроль над температурой, что в значительной мере облегчает процесс прогнозирования долговечности коксовых камер.

Следует отметить, что модернизация установок замедленного коксования, которая проходит в настоящее время, затрагивает не только изменение применяемой технологии, но и конструкцию коксовых камер.

Библиографический список

1. Таушев В.В., Хайрудинов И.Р., Таушев Е.В., Низамов Г.И. Реактор установки замедленного коксования // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2012. - № 4.

2. Кузеев И.Р., Филимонов Е.А. Долговечность реакторов замедленного коксования. Тематический обзор. - М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1986.

3. Petroleum Engineer, IX, V. 32, № 10, 1960.

4. Соловьёв A.M., Походенко Н.Т., Седов П.С., Сухов C.B. Пути повышения надежности работы камер на установках замедленного коксования // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1986. - №10. - С. 30-34.

Размещено на Allbest.ru