《炼油设备培训》PPT幻灯片

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1、1,炼油设备,流体输送设备 加热设备 换热设备 传质设备 反应设备 容器,2,流体输送设备作用、种类,输送各种液体（如原油、汽油、柴油、水等）和气体（油气、空气、蒸气等）；使物料压力升高或降低。 输送液体的机械主要是泵，常用的有离心泵、往复泵、旋涡泵等。 输送气体的机械主要有压缩机、鼓风机、真空泵等。除此之外，流体输送设备还包括各类管线、阀门等。,3,炼油厂的“动脉”,常减压蒸馏装置中，泵的投资约占总投资的5； 催化裂化装置中仅主风机和气体压缩机约占总投资的6； 加氢裂化装置压缩机的动力消耗相当于整个装置的60。 一个炼油工艺装置所需的阀门数经千计，管线总长可达万米以上。,4,加热设备,把原油

2、加热到一定的温度，使油品气化或为油品进行反应提供足够的热量和反应空间，都需采用加热设备。常用的是管式加热炉。 （一）管式加热炉的结构和作用 （二）管式炉的主要工艺指标,5,（一）管式加热炉的结构和作用,管式炉主要由辐射室、对流室、炉管、燃烧器及烟道等组成。 1.辐射室与对流室 管式炉四周有炉墙(由耐火层、保温层等组成）,里面排有炉管.原料油或油品从对流室的炉管（称对流管）进入,经辐射室的炉管（辐射管）加热到要求的温度后离开炉子。燃料油和（或）燃料气在炉膛里燃烧,以辐射方式直接加热原料油。燃烧产生的高温烟气进入对流室,以对流方式把热量传给原料,最后从烟囱中排出。在加热炉里7080的加热任务是在辐

3、射室里完成的。对流室除用以加热油品以外,有时还有部分炉管用来生产过热蒸汽供装置内用。 2.炉管 排列在辐射室里的炉管,一般材料为优质碳钢（10 号钢）；处理高温或有腐蚀性的原料油则采用铬钼合金钢（如Cr5Mo 等）。为了增加传热面积,强化传热过程,对流室炉管外表面可以带有钉头。 3.燃烧器 是喷散燃料与空气混合的设备,以使燃料完全燃烧。加热炉所用的燃料有两种：一种是重质油品,即燃料油,另一种是燃料气。烧燃料油时,一般采用蒸汽与燃料混合,经油嘴高速喷出,使油雾化,空气从风门中选入,选行燃烧。常用的燃烧器是同时使用燃料油和燃料气的油气联合燃烧器。,6,几种常见的管式炉结构,目前炼油厂中应用较广泛的

4、管式炉是圆筒炉、立式炉、无焰炉等。 三种炉型的结构示意图分别见图3-5、图3-6 和图3-7。,7,圆筒炉,炉膛为直立圆筒形,辐射管在炉膛周围垂直排成一圈,炉底装有一圈燃烧器,即辐射室内燃烧器和管排成同心圆布置。辐射管距火焰的相对位置匀称,炉管径向的辐射热量均匀,同时便于布置成多程并联(即一个以上的进出口)。圆筒炉的结构紧凑,材料用量、投资和占地面积均小于立式炉。 但这种炉型由于受辐射管高度与炉管节圆直径（即以辐射管中心连线所形成圆的直径）之比的限制(约在2.5 左右),所以沿管长受热不均匀,辐射管的平均热流密度也较低。为了弥补大型圆筒炉炉膛热流密度低的缺点,有的圆筒炉除沿炉膛周边排炉管外,又

5、在炉膛中间布置了炉管，除能充分利用炉膛空间外，由于中间设置的炉管承受双面辐射,所以还可提高辐射管的平均热流密度,从而节省材料用量。 圆筒炉的方形对流室在圆筒体（辐射室）上部,对流管均为横排的。水蒸气管一般在对流管的中部。,8,立式炉,炉膛为长方型,辐射管水平排列在两侧,所以又叫卧管立式炉。这种炉型的高宽比小,且燃烧器沿管长布置,故辐射管受热均匀,平均热流密度较高。 由于在两排燃烧器之间有一火墙,辐射管沿两面侧墙排列,故适用于布置双程并联。 立式炉炉管沿管长方向受热虽较均匀,但沿辐射室高度方向因受燃烧器形式和焰形的制约,各部位的炉管热流密度仍有差异。 为改善这种状态,可选用较合适的燃烧器或在炉管

6、的排列上作适当调整。辐射管沿两面侧墙排列,适于布置双重并联。一般在热负荷较大时使用。,9,无焰炉,炉体为长方形,辐射室炉管排在中间,两面受热,燃烧器排在两侧炉墙上,形成无焰燃烧,所以炉管受热均匀,允许热强度大,金属耗量小,炉墙散热少,热效率高。 无焰炉的特点是采用了无焰燃烧器。燃料气以高速(300400 米/秒)通过喷嘴把空气由风门中带入,在混合管中混合,通过分布室分布到燃烧孔道中去,以极高的速度在孔道中完成全部燃烧过程,因此看不到火焰。孔道温度很高,把炉墙烧至高温,形成一面温度均匀的辐射墙,由炉墙把热量传给炉管,因比,炉管受热比较均匀。 由于无焰炉必须使用燃料气，且燃烧器较多，操作麻烦，故只

7、有在炉管受热均匀程度要求较高的情况下才使用这种炉型,如焦化装置中常用无焰炉。,10,（二）管式炉的主要工艺指标,管式炉除了保证将原料油加热到要求的温度外,还应具有节省燃料、低金属耗量、长周期运转、结构简单紧凑、便于安装检修、噪音小等特点。这些特点是相互联系和制约的。 1热负荷 2热效率 3炉管表面热强度,11,1热负荷,燃料在加热炉内燃烧所产生的热量并非全为原料油所吸收。原料油在炉内所吸收的热量叫做炉子的热负荷,单位是千焦/时。 例如一套处理量为250 万吨/年的常减压蒸馏装置,其常压炉的热负荷约为16750 万千焦/时。当炉子尺寸相同时,能承担的热负荷越大,则表明炉子的性能越好。,12,2热

8、效率,热负荷与燃料燃烧放出的总热量之比叫做炉子的热效率,以百分数表示。 管式炉的热效率一般为6585,先进的热效率可达8590,甚至更高。热效率越高,对相同的热负荷而言,所消耗的燃料量就越少。 燃料燃烧时所放出的热量,除被原料油吸收以外,其余的热量都被烟气带走和炉体散热损失掉。所以要提高炉子的热效率,除应使燃料燃烧完全外,还应尽量减少这两部分热量的损失,其途径有： (1)采用新型燃烧器,使燃料燃烧完全。燃烧器在燃料燃烧过程中所起的作用,一是主要借喷嘴将预热的燃料油进行雾化；二是通过调风口使空气进入火道和炉膛形成旋流式空气动力场,与雾化的燃料油充分混合,促使燃料燃烧完全。雾化越细,混合越充分,燃

9、烧效率越高。因此,燃烧器的结构是影响燃料燃烧效率的 重要因素之一。燃烧器的型号很多,我国目前主要采用V1 和SJ 型两种油-汽联合燃烧器。在烧渣油时V1型结焦情况稍优于SJ 型。 (2)控制过剩空气系数。要保证燃料完全燃烧,入炉的空气量必须大于理论所需空气量。实际进入炉膛的空气量与理论空气量之比,叫做过剩空气系数,烧油时,过剩空气系数一般为1.21.3,烧气时为1.1。此值过小,燃烧不完全；过大则表明入炉空气太多，烟气带走的热量也多,降低炉子的热效率。因此,要控制加热炉在合适的过剩空气系数条件下操作。 (3)在经济合理的前提下,充分回收烟气余热。利用烟气余热发生蒸汽和预热空气,不仅可以扩大蒸汽

10、来源,而且热空气能促进燃料的燃烧速度,提高燃料的燃烧效率。 (4)采取一定措施减少炉子漏气及炉体的散热损失。,13,3.炉管表面热强度,每平方米炉管表面积每小时所传递的热量叫做炉管表面热强度,以千焦/(米2时)表示。炉管表面热强度越高,则炉管用量越少,在管式炉的总投资中，炉管系统所占的比例很大。因此,提高炉管表面热强度,不仅可以降低炉子的金属耗量,还可以缩小炉膛尺寸。但是炉管表面热强度不能无限提高,一方面随着炉管表面热强度的增加,管壁温度升高,易引起原料油分解结焦,缩短炉管使用时效,严重时可能引起炉管烧穿,影响炉子的运转周期和安全操作,增加设备的维修费用。另一方面,因为各个炉管之间及同一根炉管

11、的各个部位距火焰、炉墙的位置不同,受热不均匀,所以,炉子不同部位的炉管其表面热强度有一定差别。 为了使最大热强度不超过允许值,平均热强度就不能太高,对原油常减压装置而言,一般常压炉辐射炉管的允许平均表面热强度为90850136070 千焦/（米2时）（圆筒炉）或90850164540 千焦/（米2时）（立式炉）； 减压炉为90850113460 千焦/米2时（圆筒炉）或90850181700 千焦/（米2时）（立式炉）。如前所述，无焰炉炉管受热较均匀,因此允许炉管表面热强度可高达209340251200 千焦/（米2时）。 加热炉在炼油厂建设和生产上都占有重要地位。一般用作炼厂加热炉的自用燃料

12、约占全厂原油加工量的38。在炼油装置中,加热炉约占总建设费用的15左右,总设备制造费用的30以上。,14,三、换热设备,把热量从高温流体传给低温流体的设备,叫做热交换器或换热器。炼油厂使用换热器的目的是加热原料、冷凝、冷却油品,并从中回收热量、节约燃料。这些设备也叫冷换设备。 在炼油装置中,各种换热器的钢材耗量占炼油厂工艺设备总重量的40以上；建设投资在原油蒸馏装置中约占20，在催化重整和加氢脱硫装置中约占15。一个年处理量为250 万吨的炼油厂,各个装置所需的换热器在200 台以上。 根据使用目的的不同,可将换热设备分为换热器、冷凝器、冷却器、重沸器等。用于回收热量的叫换热器；用水或空气作冷

13、却介质的叫冷却器；将介质从蒸汽状态冷凝为液体状态的叫冷凝器；重沸器是一种特殊形式的换热器,安装在精馏塔底部,用以加热塔底液体使之部分气化。 换热器的类型很多，在炼油工艺装置中应用较多的是管壳式换热器和空气冷却器,个别装置还使用套管式换热器,沉浸式、喷淋式冷却器等。,15,（一）几种换热器的结构和作用,1管壳式换热器 2套管式换热器 3沉浸式（或水箱式）换热器 4.喷淋式换热器 5.空气冷却器,16,管壳式换热器结构,17,1.管壳式换热器,管壳式换热器外形是卧式圆筒体,筒体内排列许多小管子。冷热两种流体分别在管内外流动,在管内流动的叫管程流体,在管外流动的叫壳程流体。热流通过管壁把热量传给冷流

14、。 管壳式换热器主要由管束、管箱、壳体、折流板、管板、头盖等几部分组成,如图3-8所示。 管束由许多根管子组成,以一定的方式固定在管板上。管子一般采用10 号碳钢或不锈钢无缝钢管,常用的排列方式是正方形斜转45 度和正三角形。 管箱置于管束之前,管程流体先进入管箱,再到管束中去。管箱的作用是分配流体及配置管程数。管程数是指管程流体从管束一端流至另一端,往返流动的次数。流动次数为1 叫单管程,两次的叫双管程,依此类推,有四管程、六管程、八管程等。管箱里的隔板起着配置管程数的作用。管程数越多,管内流动的流速越大,对流传热系数也越大,但是流动阻力也越大,冷热流的平均温差降低。所以常用的是二、四、六管

15、程。 为了提高壳程流体的流速和减少流动死角,在壳体内安装有若干折流板(个数不等)。折流板有多种形式,常用的是弓形折流板。在对着壳程入口的管束上安装有防冲板,防止流体进入时冲刷管束。,18,管壳式换热器其他类型,19,管壳式换热器的形式,管束一端的管板通常是固定在管箱（或壳体）上，而另一端与壳体的连接方式有三 种，因此,管壳式换热器的形式也就有以下三种。 固定管板式换热器其两端管板与壳体固定连接,管束与壳体不能相对运动。这种换热器结构简单,制造成本低。但当管子与壳体温度相差较大时,由于膨胀程度不同,会产生较大的热应力；另外,壳程无法进行机械清洗,所以一般适用于壳体和管束温差小,壳程物料比较清洁,

16、不易结垢的场合。当壳体和管束之间的温差较大(大于50)而壳体承受压力不太高时,仍可采用固定管板式，但须在壳体上加上热补偿结构以消除过大的热应力。图3-9 为壳体上具有补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器。 浮头式换热器两端的管板有一端(称活动管板)不与壳体相连,可以沿管长方向在壳体内自由伸缩（此端称为浮头）,管束还可以拉出来清洗。因此这种形式的换热器适用于壳体与管束间的温差比较大,管子内外经常需要清洗的场合。但其缺点是结构比较复杂,金属耗量多,制造成本高。 U 形管式换热器如图3-10 所示,只有一块管板,每根管子都弯成U 形,管子的两端分别安装在固定管板的两侧,并用隔板将封头隔成两室。管束利用本身的U 形弯头来解决胀缩问题。缺点是管内的清洗比较困难。因此适用于温差大、管内流体清洁的场合。 以上三种管壳式换热器,尤以浮头式换热器用得最为广泛,因为其具有对换热介质的流量、温度适应性强,又不受冷热介质温差限制的特点。固定管板式换热器和U 形管式换热器使用较少。根据实际需要,浮头式换热器和固定管板式换热器在我国已经系列化生产,可根据工艺要求选择适当的规格。,20,2套管