Размещено на http://www.allbest.ru

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БЄЛОУСОВ АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 66.045.1

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ТЕПЛОВОГО ОБЛАДНАННЯ ПРИ ПЕРВИННІЙ ПЕРЕРОБЦІ НАФТИ

Спеціальність 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2007

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі теплогазопостачання Одеської державної академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

Кандидат технічних наук, професор Полунін Михайло Михайлович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри теплогазопостачання

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних наук, професор Андрійчук Микола Данилович, директор Луганського інституту післядипломної освіти Донбаської національної академії будівництва і архітектури.

2. Кандидат технічних наук Маляренко Олена Євгеніївна, старший науковий співробітник Інституту загальної енергетики НАН України.

Провідна установа - Одеська державна академія холоду Міністерства освіти та науки України.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Одеського національного політехнічного університету Міністерства освіти та науки України.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.т.н., проф. Зайцев О.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

теплообмінний енергетичний генерація вакуумний

Актуальність теми. Удосконалення енергозберігаючих технологій в технологічному процесі нафтопереробки, де енерговитрати становлять 50-70% експлуатаційних витрат на виробництво продукції, є важливим питанням для України, яка відчуває труднощі з власними енергозабезпеченням. У нафтопереробній промисловості України із загальної кількості споживаної енергії на первинну переробку нафти витрачається 55 - 65 % загальної кількості палива. В свою чергу, 35 - 45 % енерговитрат приходиться на теплову і 8 - 12 % на електричну енергію. Середня частка енерговитрат на первину і вторинну переробку нафти дорівнює 53% та 47%, відповідно.

Отже, проблема підвищення ефективності використання енергоресурсів і зменшення енерговитрат на переробку 1 т сировини в тепловому обладнані нафтопереробних заводів є актуальною. Вирішення цієї проблеми можна досягти за рахунок підвищення виходу готової продукції на 1 т сировини, підвищення її якості та скорочення енерговитрат, як в процесі експлуатації теплового обладнання, так і при підготовці устаткування до ремонту.

В процесі експлуатації теплообмінних апаратів (ТА), а саме, атмосферно-вакуумної трубчатої установки (АВТУ) спостерігається забруднення поверхні труб і міжтрубного простору відкладеннями, які викликані окисленням вуглеводнів та виділенням парафінових сполук та відкладень коксу, що обумовлює зниження підігріву сировини в тепловому обладнані з забрудненою поверхнею і негативно впливає на технологічний процес підігріву сировини в трубчатій печі, збільшує її теплове навантаження і призводить до перевитрати органічного палива. Наприклад, при зменшені температури нафти в кожухотрубному ТА на 18 єС витрата палива збільшиться на 104 кг за годину, а відповідна перевитрата палива в трубчатій печі АВТУ становить 824 т/рік при об'ємі переробки нафти 792000 т/рік.

Для зменшення втрат енергії в АВТУ необхідно впровадження енергозберігаючих технологій в процесі підготовки ТА до ремонту шляхом очищення теплообмінної поверхні від шару забруднень нафтопродуктами та їх сполуками.

В теперішній час традиційним способом підготовки ТА до ремонту є використання технології пропарювання, що призводить до втрат енергії 206,8 т. за один підготовчий період (72 години).

Для вирішення задач що входять до вказаної проблеми, необхідно знайти енергоощадний спосіб підвищення ефективності роботи та технічного обслуговування теплового обладнання (теплообмінних апаратів, трубчатої печі і деаератора), розробити та техніко-економічно довести доцільність застосування запропонованої новітньої технології підготовки ТА до ремонту з використанням установки, де реалізовано миття поверхні розчинником і гарячою водою (УМРГВ).

Зв'язок роботи зіз науковими програмами, планами, темами. Основні теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи одержані при виконанні НДР у відповідності Законів України: “Про енергозбереження”, „Про теплопостачання” та “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” за напрямками 3 і 6 “Збереження навколишнього середовища та сталий розвиток”, “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі”, а також “Національної енергетичної програми України до 2010 р.”, „Програми енергозбереження в Одеській області до 2010 р.” та „Планів заходів, щодо збільшення повернення конденсату і раціонального використання теплоти”, затверджених ВАТ „Лукойл - Одеський НПЗ”, 2004 р.ціль

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є науково-технічне обґрунтування та дослідження умов раціонального використання теплообмінників і трубчатої печі атмосферно-вакуумної трубчатої установки (АВТУ) в експлуатаційному технологічному процесі нафтопереробки, а також системах генерації теплоти при підготовці теплообмінних апаратів до ремонту для вирішення проблем енергозбереження та захисту довкілля.

Відповідно до поставленої мети були сформульовані та розв'язані наступні задачі:

- виконати теоретичні дослідження для енергозберігаючих технологій, що дозволяють визначити впливові фактори на енергетичну ефективність роботи АВТУ в технологічному процесі нафтопереробки та енергоефективність способів підготовки устаткування до ремонту;

- розробити технологію підготовки теплообмінних апаратів для ремонту на засадах енергозбереження;

- визначити ступінь впливу термічного опору забруднення трубного і міжтрубного простору теплообмінного апарату на енергетичні показники АВТУ;

- встановити особливості впливу енергетичних втрат на енергосировинний ККД установки АВТУ.

- виконати експериментальні дослідження щодо вибору ефективного розчинника відкладень нафтопродуктів на поверхні труб теплообмінних апаратів.

- виконати аналіз економічної ефективності впровадження розробленої технології на установці УМРГВ, де реалізовано миття поверхнімийка розчинником і гарячою водою.

Об'єкт дослідження - теплообмінний апарат та трубчата пічобладнання АВТУ технологічного процесу нафтопереробки та система генерації теплоти, яка забезпечує технологічний процес підготовки ТА до ремонту, з метою вирішення проблем енергозбереження та захисту довкілля

Предмет дослідження - теплові процеси в теплообмінному обладнанні АВТУ і системах генерації теплоти при експлуатації та підготовці ТА до ремонту з метою визначення умов їх раціонального використання, підвищення енергетичної та екологічної ефективності технологічного процесу нафтопереробки.

Методи дослідження - при рішенні поставлених в роботі задач використаний комплексний підхід, який поєднує теоретичні і експериментальні методи дослідження, що дозволяють встановити ефективність теплових процесів в елементах АВТУ при змінних режимах та в системах генерації теплоти. При виконанні експериментальних досліджень використовувались статистичні методи планування експерименту і обробки експериментальних даних. Вірогідність теоретичних досліджень оцінювалася шляхом проведення натурних випробувань промислових примірників з використанням сучасних контрольно-вимірювальних приладів. Обробка результатів експерименту здійснювалась методами обчислювальної техніки і програмування. Експериментальні дослідження проводилися на підприємстві ВАТ „Лукойл - Одеський нафтопереробний завод”

Наукова новизна одержаних результатів:

- На базі теоретичних та експериментальних досліджень встановлені впливові фактори, що дозволяють прогнозувати енергетичні втрати і змінення ефективності роботи теплообмінних апаратів при експлуатації АВТУ та систем генерації теплоти, які забезпечують технологічний процес підготовки до ремонту ТА шляхом попереднього очищення їх поверхні від залишків нафтопродуктів.

- На базі теоретичних та експериментальних досліджень встановлені закономірності впливу шару нафтових відкладень на інтенсивність процесу теплообміну в ТА технологічного процесу нафтопереробки, які дозволяють прогнозувати змінення температури підігріву сировини (нафти) і перевитрати палива в трубчатій печі АВТУ.

- Одержані залежності для розрахунку енергосировинного ККД в експлуатаційному періоді роботи АВТУ та в технологічному процесі підготовки ТА до ремонту в функції енергетичних витрат, що дозволяють прогнозуватии зміну ефективності установки первинної переробки нафти.

- Вперше запропоновано схемне рішення та розроблено спосіб зменшення енергетичних витрат в системах генерації теплоти, які вдосконалюють технологічний процес підготовки поверхні ТА до ремонту шляхом очищення поверхні від залишків нафтопродуктів з використанням енергоощадної технології УМРГВ.

- Вперше в натурних умовах експлуатації теплообмінного обладнання технологічного процесу нафтопереробки встановлений характеру впливу теплофізичних характеристик розчинника на темний нафтопродукт і на товщину шару відкладень нафти на теплообмінних трубках.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що:

- Розроблена методика оцінки впливу забруднення поверхні труб і міжтрубного простору теплообмінних апаратів на інтенсивність теплообміну і на температуру нагрівання сировини (нафти), що дозволяє контролювати витрату умовного палива, необхідного для технологічного циклу АВТУ.

- Розроблена енергоощадна технологія УМРГВ очищення поверхні ТА від залишків нафтопродуктів із застосуванням розчинників і гарячої води, що дозволяє скоротити час простою технологічного обладнання АВТУ в ремонті на 48 год., підвищити об'єм переробки нафти на 4800 т/рік; скоротити енергетичні витрати до 15%; збільшити продуктивність АВТУ та зменшити поточні витрати на одиницю продукції, яка виробляється.

Одержані результати дозволили розпочати широке впровадження розробок в технологічний процес нафтопереробних заводів України. Середньорічний економічний ефект від впровадження технології ремонту з використанням УМРГВ становить 238400 грн/рік.

Результати роботи були впроваджені на підприємствах ВАТ „Лукойл - Одеський НПЗ і ЗАТ „Лисичанська нафтова інвестиційна компанія (ЛІНІК)”, де прийнята до впровадження запропонована автором технологія УМРГВ щодо підготовки ТА до ремонту.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні та експериментальні дослідження виконані особисто, а впровадження розробок здійснювалось при безпосередній участі автора. В наукових працях [1,3,4,5,8], що написані в співавторстві, автору належить: розробка методики аналізу енергетичної ефективності АВТУ, розробка математичної моделі теплових процесів при змінних режимах роботи ТА, що дозволяє забезпечити зведеність балансу при зменшені числа ітерацій; розробка методики експериментальних досліджень впливу розчинників на темний нафтопродукт (мазут) і нафтові відкладення на поверхні труб теплообмінних апаратів; аналіз впливу відкладень на поверхні ТА АВТУ на втрати енергії; опрацювання та аналіз результатів експерименту, які дозволили встановити найбільш ефективні нафтові розчинники темного нафтопродукту та нафтових відкладень на теплообмінних поверхнях та розробка рекомендації щодо їх застосуваннявживання; розробка нової технології УМРГВ підготовки ТА до ремонту. В самостійних публікаціях [2,6,7] автору належить розробка та аналіз ефективності технології УМРГВ, теоретичні та експериментальні результати щодо визначення енергосировинного ККД при експлуатації АВТУ та при підготовці ТА до ремонту.

Апробація.випробування Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на: ІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції “Україна наукова 2002” (Дніпропетровськ,2002 р.); науково-технічній конференції ОДАБА (Одеса, 18-19 травня 2005 р.); науково-практичній конференції КНУБА (Київ, 19 квітня 2006 р.); VI міжвузівській студентській науково-технічній конференції ОДАХ “Еколого-енергетичні проблеми початку ХХІ століття” (Одеса, 25-26 квітня 2006 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Енергомашинобудування ЭМ-2006” (Севастополь, 17-20 травня 2006 р.); науково-технічній конференції ОНМУ (Одеса, 16-18 травня 2006 р.); науково-технічної конференції ОДАБА (Одеса, 17-19 травня 2006 р.); ІV Міжнародній науково-практичній Інтернет-конференції “Енерго- і ресурсозбереження ХХІ століття ” (Орел, березень-червень 2006 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 наукових праць, з них 8 статей (3 одноосібні) у фахових виданнях, визнаних ВАК України. 4 тези доповідей (одноосібні) опубліковані в збірникахзбірник наукових праць.

Структура та обсяг роботи складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Викладена на 193 сторінках, містить 35 рисунків на 29 стор., 14 таблиць на 17 стор., список використаних джерел з 112 найменувань на 10 стор. і 8 додатків на 48 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи з урахуванням сучасних еколого-енергетичних проблем енергетики, сформульовано мету і задачі досліджень, викладена наукова новизна, практична значимість одержаних результатів, обговорюється особистий внесок та наведені відомості щодо апробації роботи.

В першому розділі виконано аналіз сучасного стану енерготехнологій при експлуатації та обслуговані енергетичного обладнання первинної переробки нафти. Проаналізовано фактори, що впливають на енергетичні показники атмосферно-вакуумної трубчатої установки (АВТУ) при первинній переробці нафти за результатами робіт: (Кільтау В.А., Сичева В.Б., Титова И.Е., Кліменка В.Л., Костеріна Ю.В., Лейтеса И.Л., Матє С., Михайловера М.В., Мостового Н.В., Степанова А.В., Терентьєва О.М., Флемінга Дж., Дакхома Г.И., Стайслінгера Дж., Маляренко О.Є. та інш.). За рекомендаціями Степанова А.В. ефективність виробництва оцінюється загальним енергосировинним балансом технологічної установки і установки, що виробляє теплоту і електричну енергію.

Критерієм ефективності приймається енергосировинний ККД, як відношення енергії отриманих продуктів нафтопереробки до сумарної витраченої енергії:

, (1)

де - сумарна енергія продуктів нафтопереробки, кДж/год;

- витрата сировини і паливапальне, відповідно, кг/год;

- енергія сировини, кДж/кг;

- нижча теплота згорання палива, кДж/кг;

- підведена (+) або відведена (-) теплота, кДж/кг,;

- ККД отримання теплоти;

Е - підведена електроенергія, кДж/кг,;

- ККД отримання електроенергії;

- сумарна енергія побічних продуктів, кДж/год.

Виходячи з основної складової рівняння (1) підведення енергії палива, враховується вплив зазначених факторів витрату палива.

При цьому науковий інтерес представляє визначення факторів впливу не тільки в умовах експлуатації АВТУ, але і при виводі ТА в ремонт, коли мають місце значні втрати енергії, особливо, при застосуванні традиційної технології пропарювання забрудненої поверхні теплообмінників. Впливовими факторами для теоретичного та експериментального дослідження є:

• термічний опір забруднень труб і міжтрубного простору;

• інтенсивність процесу теплообміну в ТА;

• температура потоку сировини (нафти), що обігрівається, на виході зіз теплообмінного апарату;

• енергетичні втрати, що пов'язані з неповерненням чистого конденсату в процесі пропарювання поверхні ТА;

• енергетичні втрати, що пов'язані з нагрівом хімочищеної води в деаераторі в процесі пропарювання поверхні ТА.

Для розробки енергоощадної технології переробки нафти, яка призведе до зниження енергетичних втрат АВТУ при виводі ТА в ремонт, був виконаний аналіз існуючих способів підготовки і очищення поверхні ТА, який показав, що традиційні способи не відповідають сучасним принципам енергозберігаючих технологій і не можуть бути рекомендовані до застосування при підготовці теплообмінного обладнання до ремонту.

Аналіз досвіду роботи АВТУ при виводі ТА в ремонт показав, що через особливості експлуатації теплообмінних апаратів, які пов'язані з високими температурами нагріву нафтопродуктів (мазуту і нафти) та утворенням шару відкладень на поверхні ТА, застосування лише гарячої води для миття ТА є недостатньо ефективним.

Найбільші перспективи має спосіб комбінованого використання розчинника відкладень нафти та миючої гарячої води зіз циркуляцією її в замкнутому контурі.

У другому розділі виконані теоретичні дослідження впливу термічних опорів забрудненої стінки ТА на енергетичні показники АВТУ які передбачають:

- дослідження впливу термічного опору на температуру потоку, що обігрівається в ТА,

- дослідження впливу зміни температури потоку, що обігрівається, на енергетичні втрати і витрату палива в трубчатій печі технологічної установки АВТ (рис.1, 2).

Методика розрахунку рівняння теплового балансу при змінних режимах полягає в тому, що при допустимих значеннях термічних опорів r_{г,і ,} r_х,і і товщини шару забруднення визначається баланс теплоти і розраховується термічний опір R. При цьому для досягнення балансу теплоти підбирається різниця температур t = t_г,вх - t_х,вих. Зведення теплового балансу здійснюється підбором температури на виході обігріваємого потоку, ітераційним методом. Для зменшення числа ітерацій t можна визначити зіз рівняння, справедливого при F = const і Q = Q'

, (2)

де К - коефіцієнт теплопередачі при зміні термічного опору зі сторони потоку, що обігрівається (r_х) та зі сторони гріючого потоку (r_г), Вт/(мІ ·К);

К- коефіцієнт теплопередачі ТА, Вт/(мІ·К);

t - температурний напірнапір в ТА, К;

t - температурний напірнапір при зміні t₃ температури потоку на виході з ТА, К.

Одержані результати дозволяють прогнозувати змінення підведеної теплоти Q_L в трубчатій печі АВТУ та витрати В палива в функції зміни температури t₃ потоку, що обігрівається (рис. 3 і 4).

Результати, що одержані на експериментальному примірнику ТА дозволяють прогнозувати змінення коефіцієнта теплопередачі К в функції товщини _х шару відкладень холодного теплоносія (нафти) і товщини _г шару відкладень гарячого теплоносія (мазуту) (рис. 5- 8).

У третьому розділі приведені результати теоретичного дослідження впливу енергетичних витрат на енергосировинний ККД АВТУ при експлуатації та при підготовці теплообмінних апаратів для ремонту.

Встановлено, що зниження коефіцієнту теплопередачі з 188,1 до 160,3 Вт/(м²•К) призводить до зменшення температури потоку, що обігрівається, на 18 єС (рис. 1). Зниження коефіцієнта теплопередачі призводить до збільшення температурного напору (рис. 2), що є причиною нерівномірного теплообміну й енергетичних втрат.

При виведенні установки АВТ з експлуатації до ремонту теплообмінних апаратів мають місце енергетичні втрати, які викликані недосконалістю процесу пропарювання. Величина енергетичних втрат визначається з рівняння теплового балансу деаератора теплогенеруючої установки.

Рівняння для визначення балансу теплоти в деаераторі включає додаткову витрату хімочищеної води і пари.

Вплив енергетичних втрат на ефективність роботи АВТУ оцінюється за критерієм ефективності - енергосировинним ККД. Баланс установки складається на основі урахування повноїцілковитий енергії потоків, що підводяться до установки,

де - нижча теплотворна здатність речовини, кДж/кг;

і - ентальпія потоку, кДж/кг .

Без урахування втрат теплоти від безповоротності процесів вираз для визначення енерговитрат приймає виглядвид:

, (3)

З урахуванням досліджуваних факторів рівняння для визначення енергетичних витрат приймає вигляд:в

(4)

де втрата енергії від забруднення труб і міжтрубного простору теплообмінного апарату при експлуатації АВТУ, кг у.п.;

- втрата енергії від неповернення конденсату пара в лінію постачальної води генератора теплоти при пропарюванні теплообмінних апаратів, кг у.п.;

- втрата від додаткового нагріву хімочищеної води в деаераторі для заповнення втрат конденсату, кг у.п;

- енергетична втрата від збільшення витрати споживаної електроенергії на насоси підготовки ХВО, кг у.п.

Облік всіх видів енергії, зокрема потоку, палива, що вноситься, і втраченої енергії - всі види енергії через теплоту згорання умовного палива.

Тоді формула для визначення критерію ефективності технологічної установки АВТ (енергосировинний ККД) з урахуванням впливових факторів буде:

 (5)

або (6)

де кДж/кг

В теперішній час енергетична ефективність технологічної установки АВТ оцінюється за питомими витратами палива, теплоти і електроенергії на одиницю сировини, що переробляється, або отриманої продукції. Але цих показників недостатньо і вони не можуть служити базою для наукового обґрунтування норм витрати енергоресурсів.

Ефективність виробництв необхідно оцінювати на основі загального енергосировинного балансу технологічної установки і установки, що виробляє теплоту і електроенергію.

, (7)

де - витрата пара на пропарювання теплообмінних апаратів, кг/год;

- ентальпія пара, кДж/кг;

- ентальпія конденсату, кДж/кг;

- тривалість пропарювання теплообмінних апаратів, год.

Енергія на нагрівання хімочищеної води в деаераторі установки генерації теплоти визначається за рівнянням:

, (8)

де - витрата пари на деаератор при нагріванні хімочищеної води в процесі пропарювання теплообмінних апаратів, кг/год.

Витрата пари на деаератор визначається зіз рівняння теплового балансу:

 (9)

, (10)

де - витрата хімочищеної води, кг/год;

- ізобарна теплоємність води, кДж/ (кг · К);

- температура хімочищеної води на виході зіз підігрівача ХВО, єС;

- температура хімочищеної води на вході в підігрівач, єС;

- ентальпія насиченої пари при Р = 1,2 ата і води, кДж/кг.

Результати розрахунку ефективності АВТУ в функції від енергетичних витрат

У четвертому розділі виконані експериментальні дослідження впливу властивостей нафтових розчинників на темний нафтопродукт і експлуатаційні відкладення.

Обґрунтуванням вибору в якості нафтових розчинників дизельного палива (ДП) і реактивного палива (РП) є: однокомпонентність; безвідходне застосування; продукт власного виробництва, немає витрат на транспортування і утилізацію; відповідають вимогам екологічної безпеки.

Експериментальні дослідження особливостей впливу нафтових розчинників (пальне РП і пальне ДП) на темний нафтопродукт (паливний мазут) проводилися при температурах нагріву паливного мазуту 20, 30 ііз 40°С, при температурах нагріву розчинників типу РП та ДП 10, 20 і 30 °С.

За результатами експериментальних досліджень встановлені найбільш ефективні температури розчинення шару мазуту на стінках теплообмінних апаратів (рис.9).

Експериментальні дослідження щодо виявлення особливостей впливу розчинників нафти (типу РП та ДП) на відкладення мазуту на трубках в процесі експлуатації теплообмінних апаратів проводилися при різних температурах нагріву і тривалості дії.

Проводився загальний аналіз експлуатаційних відкладень, відібраних з трубного і міжтрубного простору теплообмінного апарату АВТУ.

Експериментальні лабораторні дослідження для розчинення шару експлуатаційних відкладень на стінках металевої трубки в натурних умовах проводилися при різних температурах нагріву розчинників типу РП та ДП, при різній тривалості часу витримування забрудненого примірника в розчиннику 10…120 хв. та до 10 діб (рис. 10).

Аналіз результатів експерименту показав, що найбільш ефективним розчинником нафтопродуктів, що містить карбени та карбоіди, асфальтени, смоли і парафіни, є, реактивне паливо. Проте, з урахуванням техніко-економічних показників (в технологічному процесі вихід РТ становить 10 %, а ДП - 55 %, собівартість одержання ДП на 8 % менше ніж РТ)., раціонально використовувати розчинник типу ДП.

Рис. 9. Залежність відсотка очищеної поверхні трубки при t_м= 40 ^оС і t_р= 30 ^оС від кількості занурень

Рис. 10. Залежність відсотка очищеної поверхні міжтрубного простору при t_р,ДП = 50 ^оС і t_р,РП = 40 ^оС від часу розчинення

У п'ятому розділі визначена економічна ефективність від впровадження запропонованої технології УМРГВ (рис.11). Економічна ефективність визначалася шляхом зіставлення умовно змінних статей витрат на існуючу технологію підготовки нафтових теплообмінних апаратів АВТУ до ремонту і розроблену технологію.

Для енергоощадної технології УМРГВ зниження собівартості визначалося з урахуванням зниження витрат теплоти і електрики, а також збільшення річної продуктивності технологічної АВТУ. Технологія дегазування ТА підігрітою водою при t = 60 … 70 єC, здійснюється в системі замкнутого контуру, який включає насос подачі підігрітої води, підігрівач, трубопроводи, теплообмінний апарат, що миється, і відстійний резервуар. Для дегазування теплообмінних апаратів після залишку темних нафтопродуктів попередньо здійснюється розчинення залишків нафтопродуктів розчинниками в системі замкнутого контуру. Визначено, що річний економічний ефект від зниження собівартості на річний об'єм переробки нафти за рахунок впровадження установки УМРГВ складе 238400 грн/рік.

Таблиця 2

Порівняльні енергетичні показники існуючої технології вживання пропарювання ТА із із запропонованою технологією УМРГВ

Найменування	Познач.	Ед. вим.	Пропарювання	Миття розчинником і гарячою водою
1	2	3	4	5
Енергія пари на процес пропарювання		кг у п	180832	-
Час на роботу електродвигунів насосів ХВО живлення котла при пропарюванні		година	72	-
Час на роботу електродвигунів насосів ХВО живлення котла при дегазуванні гарячою водою		година	-	10
Втрати енергії потоком конденсату при пропарюванні ТА		кг ув,біля. п	24819	-
Час на дегазування гарячою водою		година	-	10
Час на розчинення нафтозалишків		година		14
Енергія пари на нагрів гарячої води		кг у.п	-	7365
Енергія пари на нагрів розчинника (ДП)		-//-	-	243
Споживана електроенергія електро-двигунами насосів нової технології		-//-	-	220,81
Енергія зіз потоком конденсату зіз підігрівача в деаератор при дегазуванні гарячою водою		-//-	-	42,06
Всього		кг у.п	206759	8021

ВИСНОВКИ

1. Виконаний аналіз впливових факторів, що впливають на інтенсивність теплових процесів при експлуатації АВТУ та на ефективність використання теплоти і електроенергії при підготовці теплообмінних апаратів до ремонту, показав, що критерієм ефективності технологічної установки АВТ є енергосировинний ККД. Визначено вплив енергетичних втрат на енергосировинний ККД.

2. Запропонована, розроблена і впроваджена раціональна технологія УМРГВ для підготовки поверхні теплообмінних апаратів до ремонту на засадах енергозбереження.

3. Аналіз змінного режиму роботи теплообмінника з плаваючою головкою дозволив визначити вплив термічного опору шару експлуатаційних забруднень стінки на коефіцієнт теплопередачі, температурний напір і температуру потоку на виході апарату. Встановлено, що зменшення температури нафти на 18 °С приводить до збільшення витрат палива в трубчатій печі АВТУ на 824 т/рік при об'ємі переробки 100 т/год. Визначена ступінь впливу термічного опору забруднення трубного і міжтрубного простору теплообмінного апарату на енергетичні показники АВТУ.

4. Встановлені особливості впливу енергетичних втрат на енергосировинний ККД технологічної АВТУ і встановлені недоліки традиційного способу підготовки ТА до ремонту шляхом пропарювання. Сумарні енергетичні витрати при експлуатації АВТУ протягом року внаслідок забруднення поверхні ТА і при підготовці до ремонту становлять 1130,63 т.у., що призводить до зменшення енергосировинного ККД з 96,5 до 92 %. Традиційне пропарювання призводить до втрат енергії 180,8 т.у.п за 72 годинний цикл підготовки ТА до ремонту.

5. Експериментальним шляхом визначено ефективність нафтових розчинників різного типу на паливний мазут та встановлений раціональний розчинник відкладень нафтопродуктів на теплообмінних поверхнях АВТУ, яким є дизельне паливо. Встановлені особливості впливу температури розчинника на експлуатаційні відкладення нафтопродуктів.

6. Порівняльний аналіз енергетичних показників традиційної технології пропарювання з запропонованою енергоощадною технологією УМРГВ підготовки теплообмінних апаратів до ремонту показує, що енергетичні втрати АВТУ знижуються на 198,74 т.ув. (15%) за одну підготовку ТА до ремонту, скорочується строк ремонтного періоду на 48 годин, збільшується об'єм переробки нафти на 4800 т/рік. Аналіз економічної ефективності УМРГВ-технології показує, що економічний ефект становить 238400 грн/рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

В фахових виданнях, визнаних ВАК України:

1. Белоусов А.А., Полунин М.М. Способ очистки теплообменных аппаратов для повышения эффективности при эксплуатации // Вісник ОДАБА. - 2002. - Вип. 7. - С. 3 - 6.

2. Белоусов А.А. Эффективные способы подготовки нефтепроводов к ремонту // Вісник ОДАБА. - 2002. - Вип. 8. - С. 10 - 12.

3. Белоусов А.А., Синицына В.Ф. Применение нефтяных теплообменных аппаратов для подогрева воды // Вісник ОДАБА. - 2002. - Вип. 9. - С. 31 - 35.

4. Белоусов А.А., Синицына В.Ф. Влияние свойств нефтяных растворителей на темные растворители // Вісник ОДАБА. - 2004. - Вип. 13. - С. 53 - 57.

5. Белоусов А.А., Синицына В.Ф. Влияние свойств нефтяных растворителей на накапливающиеся на трубках трубного и межтрубного пространства эксплуатационные отложения // Вісник ОДАБА. - 2004. - Вип.. 16. - С. 21 - 28.

6. Белоусов А.А. Зависимость влияния загрязнения теплообменных труб на температуру нагрева нефти и коэффициент теплопередачи // Вісник ОДАБА. - 2005. - Вип. 17. - С. 30 - 36.

7. Белоусов А.А. Исследование влияния энергетических потерь на энергосырьевой КПД технологической установки АВТ // Вісник ОДАБА. - 2005. - Вип. 18. -С. 9 - 18.

8. Синицына В.Ф., Белоусов А.А. Пути снижения энергетических затрат при подготовке нефтяных теплообменных аппаратов под ремонт // Холодильна техніка і технологія. - 2005. - № 5 (97). - С. 57 - 60.

В збірниках наукових праць:

9. Бєлоусов А.О. Підвищення ефективності енергозбереження//Матеріали Другої всеукраїнської науково-практичної конференції “Україна наукова 2002”. - Дніпропетровськ, 2002. - С.16 - 17.

10. Белоусов А.А. Исследование факторов, влияющих на энергосырьевой КПД установки АВТ//Матерыали VI міжвузівській студентській науково-технічній конференції ОДАХ “Еколого-енергетичні проблеми початку ХХІ століття” - Одеса, 2006. - С.13.

11. Белоусов А.А. Повышение эффективности использования теплового оборудования при первичной переработке нефти// Материалы международной научно-технической конференции “Энергомашиностроение ЭМ - 2006” - Севастополь, 2006. - С.9 - 10.

12. Белоусов А.А. Сокращение потерь энергии в тепловом оборудовании при переработке нефти//Материалы ІV-ой международной научно-практической интернет-конференции “Энерго- и ресурсосбережение ХХІ век” - Орёл (Россия), 2006. - С.95-96.

АНОТАЦІЯ

Бєлоусов А.О. Підвищення ефективності використання теплового обладнання при первинній переробці нафти. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06. - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика, Одеський національний політехнічний університет, м. Одеса, 2007.

Дисертація присвячена зниженню енергетичних втрат в теплових процесах використання теплового обладнання установки АВТ і в системах генерації теплоти при підготовці теплообмінних апаратів для ремонту.

Аналіз традиційних способів підготовки поверхні теплообмінних апаратів дозволив виявити недоліки традиційного способу пропарювання та запропонувати енергоощадну УМРГВ-технологію підготовки ТА до ремонту.

Аналіз змінного режиму теплообмінного апарату АВТУ з плаваючою головкою дозволив визначити, що зниження температури потоку нафти на 18 °С призводить до збільшення витрат палива в трубчатій печі на 824 т/рік при об'ємі переробки нафти 792000 т/рік.

Аналіз впливу енергетичних втрат на енергосировинний ККД дозволив встановити, що ефективність роботи АВТУ знижується з 96,5 % до 92 %.

Експериментальним шляхом встановлено характер впливу різних нафтових розчинників (пальнереактивне та дизельне паливо) на паливний мазут і експлуатаційні відкладення на поверхні ТА. В раціональний розчинникпальне експлуатаційних відкладень.

Порівняльний аналіз енергетичних показників традиційного способу пропарювання із запропонованою УМРГВ-технологію підготовки теплообмінних апаратів до ремонту показав, що енергетичні втрати на АВТУ знижуються на 198,74 т.. (15 %) на одну підготовку до ремонту. В результаті скорочення енергетичних втрат економічний ефект на АВТУ від впровадження нової технології дорівнює 238400 грн/рік.

Ключові слова: технологічна установка АВТ, теплообмінний апарат, трубчата піч, теплові процеси, пропарювання, гаряча вода, нафтовий розчинник, замкнутий контур.

АННОТАЦИЯ

Белоусов А.А. Повышение эффективности использования теплового оборудования при первичной переработке нефти. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06. - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Одесский национальный политехнический университет. Одесса, 2007.

Диссертация посвящена снижению энергетических потерь в тепловом оборудовании технологической установки АВТ и в системах генерации теплоты при подготовке загрязненных теплообменных аппаратов к ремонту.

В процессе эксплуатации теплообменных аппаратов технологической установки АВТ происходит загрязнение поверхности труб и межтрубного пространства. В результате отложений на поверхности труб и межтрубного пространства теплообменного аппарата снижается интенсивность теплообмена, что приводит к снижению температуры обогреваемого потока (нефти), увеличению расхода топлива в трубчатой печи технологической установки АВТ.

Анализ существующих способов подготовки поверхности теплообменных аппаратов позволил разработать энергосберегающую УМРГВ-технологию.

Исследованиями установлено, что снижение температуры обогреваемого потока от 100 до 82°С в кожухотрубном теплообменном аппарате, приводит к увеличению расхода топлива в трубчатой печи на 824 т/год при годовой переработке нефти 792000 т.

Дегазация остатков нефтепродуктов на поверхности труб и межтрубного пространства теплообменных аппаратов, осуществляется методом пропаривания сухим насыщенным паром. Процесс пропаривания осуществляется в незамкнутом пространстве и сопровождается значительными энергетическими потерями.

Анализ влияния энергетических потерь на энергосырьевой КПД технологической установки АВТ позволил установить, что в результате загрязнения поверхности теплообменного аппарата потери энергии равны 1130,6 т.у.т за год эксплуатации АВТУ.

Применение пропаривания теплообменных поверхностей приводит к потере энергии 180,8 т.у.т. за 72 часовый цикл подготовки ТА к ремонту. Энергетические потери при деаэрации воды в процессе пропаривания теплообменных аппаратов составляет 24,8 т.у.т. за 72 часовый цикл подготовки ТА к ремонту. Энергетические потери от увеличения расхода потребляемой электронасосами ХВО для подготовки питательной воды котла, из-за невозвращения конденсата в схему деаэрации воды в процессе пропаривания теплообменных аппаратов составляют 1,1 т.у.т. В результате энергетических потерь энергосырьевой КПД технологической установки АВТ снижается с 96,5 до 92 %.

Выполнены экспериментальные исследования, позволившие установить особенности влияния нефтяных растворителей (типа ДТ и РТ) на темный нефтепродукт (мазут) и эксплуатационные отложения, имеющие место на поверхности труб и межтрубного пространства теплообменных аппаратов. Установлен рациональный растворитель для УМРГВ-технологии подготовки ТА к ремонту.

Эффективность предлагаемой УМРГВ-технологии подготовки теплообменных аппаратов для ремонта по сравнению с традиционным методом пропаривания позволяет снизить потери энергии на 198,8 т.у.т. (15 %), в том числе:

- энергии при дегазации теплообменных аппаратов горячей водой на 173,2 т.у.т.;

- энергии на потребляемое электричество электродвигателей насосов ХВО на 0,74 т.у.т.;

- энергии от возврата чистого конденсата в деаэратор, линию питательной воды котла на 24,8 т.у.т.

Экономический эффект по технологической установке АВТ от энергосберегающей УМРГВ-технологии составит 238400 грн/год.

Ключевые слова: технологическая установка АВТ, теплообменный аппарат, трубчатая печь, тепловые процессы, пропаривание, горячая вода, нефтяной растворитель, замкнутый контур.

SUMMARY

Belousov A.A. Increaserise of efficiency of useutillizing of thermal equipment at the primary processing of oil. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of technical sciences by specialty 05.14.06 - “Technical thermophysics and industrial heat-and-power engineering”, Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2007

Dissertationthesis is devoted to the declinelowering of power losses in the thermal processes of heat equipment of AVT unit and in generation heat systems during preparation of heat-exchangers for repair.

Analysis of existent methods of preparation of surface of heat-exchangers allows developing SWSHW technology of preparation of heat-exchangers for repair.

The calculation-theoretical estimationappraisal of the variable moderegime of heat-exchangers with a floating head allows defining that declinelowering of temperature of the heated stream (oils) on 18 °C results in multiplying the expense of fuel in a tubular stove on 824 t/year, at the annual processing of oil 792000 tons.

The analysis of results of research of influencing of power expenses on raw energy material OIR of AVT unit allows to make conclusionevaluate, that efficiency of work of setting of AVT reduce from 96,5 % to 92 %.

Experimental researches of influencing of oil solvents (reactive and diesel fuel) on operating deposits on the surface of heat equipment pipe allows to establish rational solvent for SWSHW technology of preparation of heat-exchangers for repair.

The comparative analysis of energy factors shows that using energy saving SWSHW technology (washingsink by hot water and oil solvent in reservedexclusive contour) extend of traditional steaming thoroughly method allows to reduce energy losses in AVT unit on 198,8 t.c.f. (15 %) for one cycle of heat-exchangers repair. As a result an economic effect from using offered technology for AVT unit equals 238400 UAH/year.

Keywords: technological unit AVT, heat-exchanger, tubular stove, thermal processes, steaming thoroughly, hot water, oil solvents, reservedexclusive contour.

Размещено на Allbest.ru

...