Ágrip
Með þróun nútíma iðnvæðingar hefur lítill-kolefnisiðnaður orðið óumflýjanleg þróun. Á ýmsum iðnaðarsviðum hafa verið þróaðir-hagkvæmir og orkusparandi-varmaskiptir í stað hefðbundins varmaskiptabúnaðar. Hins vegar er ekki hægt að ná hámarks orkusparandi-áhrifum fyrir allt framleiðslukerfið með því að bæta afköst varmaskiptara ein og sér.
Byggt á raunverulegum rekstrarskilyrðum í jarðolíuiðnaðinum, fer þessi grein yfir notkunarumhverfi mismunandi tegunda varmaskipta, þróun orkusparnaðar-tækni, auk rannsóknaframfara í því að fjarlægja gróður og gallameðferð. Einnig eru lagðar til nýjar rannsóknarleiðir.
Varmaskipti, einnig þekktur sem varmaskiptir, er tæki sem aðallega er notað til að ná varmaflutningi milli mismunandi vökva. Við jarðolíuframleiðslu þarf oft að hita eða kæla vinnslumiðla. Samkvæmt mismunandi rekstrarskilyrðum og framleiðslukröfum er hægt að velja ýmsar gerðir varmaskipta til að tryggja að vinnsluvökvar nái nauðsynlegum hitastigum og uppfylli kröfur efnahvarfaferla.
Vegna rekstrarreglna og virkni gegna varmaskiptar mikilvægu hlutverki í öllu hreinsunarferlinu. Þeir eru lykilbúnaður til að tryggja rétta hitastýringu vinnsluvökva, viðhalda stöðugum rekstri hreinsunarkerfa og endurheimta úrgangshita til orkusparnaðar. Þar að auki, vegna þess að varmaskiptabúnaður er mikið notaður í jarðolíuiðnaðinum, er hann verulegur hluti af fjárfestingarkostnaði búnaðar. Tengd orkunotkun og málmtap eru einnig stórir þættir sem krefjast athygli.
1. Framfarir í notkun varmaskipta í jarðolíuiðnaði
1.1 Notkun hitapípuvarmaskiptara við endurheimt úrgangshita
Hitapípuvarmaskiptar hefur verið notaður með góðum árangri við erfiðar aðstæður til endurheimts úrgangshita í jarðolíuiðnaðinum, sérstaklega í ferlum sem fela í sér-brennisteinseldsneyti.
Í jarðolíuframleiðsluferlum er há-hitunar- og sprungubúnaður nauðsynlegur. Til dæmis, við framleiðslu á léttum olefínum eru há-hita jarðolíunafta sprunguofnar almennt notaðir. Útblásturshiti frá þessum ofnum getur náð 200–400 gráðum. Vegna alvarlegs rekstrarumhverfis er ekki hægt að losa úrgangsgasið sem myndast beint út í andrúmsloftið.
Loftforhitunarhitapípuvarmaskiptir geta nýtt afgangshita frá útblásturslofti til að forhita brennsluloft, bæta orkunýtni en draga úr umhverfismengun.
Undanfarin ár hafa ýmsar samsetningar pípulaga varmaskipta verið notaðar víða, bæði innanlands og á alþjóðavettvangi, til að ná betri orku-sparnaði og endurheimt úrgangshita. Helstu framleiðsluferlið er sýnt á mynd 1.
1.2 Notkun helical baffle varmaskiptara í kæli- og varmaskiptaferlum
Hringlaga varmaskiptarinn er ný tegund af-afkastamiklum varmaskiptabúnaði. Hugmyndin er upprunnin í spíralplötuhitaskiptanum sem sænska Rosenbland-fyrirtækið lagði til árið 1930, sem fékk síðan einkaleyfi. Síðar þróuðu og framleiddu lönd, þar á meðal Bretland, Bandaríkin, Þýskaland og fyrrum Sovétríkin, svipaðan búnað.
Kína byrjaði að kynna og beita þessari tækni í efnaiðnaðinum á fimmta áratugnum. Um miðjan sjöunda áratuginn höfðu innlendir framleiðendur náð fjöldaframleiðslu með rúllunarferlum. Árið 1973 tók Kína samanValhandbók fyrir spíralplötuhitaskipti teikningar. Nýjasti staðallinn, JB/T4751Spiral plötu hitaskipti(2003 útgáfa), táknar þróunarstig spíralplötuhitaskiptatækni í Kína.
Í samanburði við hefðbundna varmaskipta hafa spíralplötuvarmaskiptar kosti, þar á meðal hærri varmaflutningsstuðla og sjálf-hreinsunargetu af völdum vökvaóróa, sem hjálpar til við að koma í veg fyrir uppsöfnun sets.
Þess vegna, í jarðolíuiðnaðinum, eru spíralplötuvarmaskiptar aðallega notaðir til upphitunar og kælingarferla þar sem bensín, dísileldsneyti, ammoníakvatn, klórvatn, saltvatn, sterkar sýrur, sterkar basar og köfnunarefnis-vetni-ammoníakblöndur eru notaðir.
Þeir eru einnig mikið notaðir í upphitunar-, kælingar-, þéttingar- og endursuðukerfi fyrir alkóhól, kvoða, þvagefni, smásameinda einliða, fjölliðuð olefin og tengdar milliafurðir.
Hao Zhenliang o.fl. rannsakað með tilraunum sambandið á milli skel-hliðarþrýstingsfalls og flæðishraða, breytileika í skel-hliðar varmaflutningsgetu með Reynolds tölu (Re) og Nusselt tölu (Nu), og skel-hliðarvarmaflutningsstuðli við einingarþrýstingsfallsaðstæður fyrir þyrillaga skífu og sviðsvarmaskipta.
Rannsóknir þeirra veittu leiðbeiningar um val á búnaði við mismunandi rekstrarskilyrði. Helstu niðurstöður eru þessar:
(1) Við sömu Reynolds-töluskilyrði er hitaflutningsstuðull skeljar-hliðar á hluta varmaskipta með hliðarskilum hærri en þyrillaga varmaskipta.
(2) Við sömu þvermál skeljar og flæðishraða er þrýstingsfall skeljar-hliðar á spírulaga varmaskipta í neikvæðri fylgni við spíruhornið. Hins vegar, burtséð frá valnu þyrluhorni, helst þrýstingsfallið lægra en í hluta varmaskipta.
(3) Ólíkt ofangreindum tveimur ályktunum, þegar hugað er að hitaflutningsgetu á hverja einingu þrýstingsfalls, er varmaflutningsstuðull skeljar-hliðar á spólulaga varmaskiptara hærri. Þegar spíruhornið er um það bil 40 gráður nær varmaflutningsstuðullinn hámarksgildi, sem leiðir til hæsta heildarvarmaflutningsárangurs.
1.3 Orku-sparandi notkun há-afkastamikilla plötuvarmaskipta við olíuhreinsun
Í meðalstórum og stórum-olíuhreinsunarstöðvum geta verið um það bil 400 varmaskipti af ýmsum gerðum. Þessi kerfi starfa oft við háan þrýsting og háan hita. Á alþjóðavettvangi hafa skel-og-rörvarmaskipti náð 8,4 MPa þrýstingi og 1500 gráðu hita, með hitaflutningssvæði sem nær allt að 6.700 m².
Vegna mikils byggingarkostnaðar á olíupöllum á hafi úti hafa soðnir plötuvarmaskipti verið mikið notaðir við olíuframleiðslu á hafi úti vegna þéttrar uppbyggingar þeirra, léttar hönnunar, framúrskarandi hitaflutningsárangurs og lægri kostnaðar.
Helstu notkun þeirra felur í sér kælingu á vélrænni smurolíu og ferskvatni (svo sem kælivatni vélarjakka). Á olíusvæðum er einnig hægt að nota þau til upphitunar á hráolíu og öðrum ferlum.
Helsta áskorunin liggur í hönnun og útreikningum á ferlikerfum. Í raunverulegri framleiðslu stafar orkutap oft af óeðlilegri ferlihönnun.
Chen Jianwei o.fl. fram fræðilegar rannsóknir á þrýstingsfallsútreikningi kæliplötuvarmaskipta sem notaðir eru í jarðolíu. Byggt á eiginleikum varmaskipta og varmaflutningsreglum, gerðu þeir ráð fyrir að vökvafasinn meðfram rennslisrásinni stækki línulega og staðfest tengsl milli lengdar rennslisrásar, raunverulegrar massagufugæða og rúmmálsgufugæða. Niðurstöður útreikninga voru í samræmi við hagnýt rekstrargögn.
Helstu niðurstöður eru þessar:
(1) Við fasa-breytingar, þegar vökvaþrýstingsfall er reiknað út, ætti að líta á vökvann sem tveggja-flæði eða fjölfasa flæði. Eins-flæðislíkön eða einsleit flæðislíkön ættu ekki að nota í staðinn fyrir margfasa flæðisútreikninga. Nota skal aðskilið flæðislíkan.
(2) Við kæliferli í jarðolíuiðnaði getur þétting að hluta átt sér stað, sem leiðir til myndunar vökvafilma á hitaflutningsflötum. Þess vegna, þegar þú velur fyrirferðarlítinn varmaskipta eins og plötu-ugga varmaskipti, þarf að taka tillit til burðarbreyta til að ná sanngjörnum og hagkvæmri hönnun. Það er ekki nóg að auka varmaflutningssvæðið og bæta við öryggismörkum.
1.4 Notkun þunnfilmuuppgufunarbúnaðar í þéttingar- og þurrkunarferlum
Þunn filmu uppgufunartæki eru almennt notuð í jarðolíuvinnslu eins og styrk ætandi gos, uppgufun natríumsúlfíðs, plastefnisþurrkun og gúmmíþurrkun. Þeir veita verulegan efnahagslegan ávinning.
Í samanburði við hefðbundinn búnað eins og uppgufunarpönnur úr steypujárni, hafa þunnfilmu uppgufunarvarmaskipti sem hituð eru með varmaolíuofnum eftirfarandi kosti:
(1) Hægt er að minnka fótspor búnaðarins um næstum 6%. Ferlið gerir vélvædda uppgufun kleift, einfaldar rekstur og breytir hléum framleiðslu í samfellda framleiðslu og bætir þar með iðnaðarhagkvæmni.
(2) Knúið áfram af snúningssköfunni er hitaflutningsframmistaðan verulega bætt. Hægt er að stytta uppgufunartímann á yfirborðinu í minna en eina mínútu, sem dregur úr keðjumyndun og kolefnisútfellingu. Varan er ólíklegri til að brotna niður og hentar fyrir hita-viðkvæm efni. Jafnframt minnkar setmyndun sem leiðir til auðveldara viðhalds og hreinsunar.
(3) Í samanburði við uppgufunarpönnur úr steypujárni getur stoðvarmaolíuofninn dregið úr kolanotkun um það bil 50%. Það getur starfað við hitastig allt að 300 gráður en viðhalda öruggri notkun við aðstæður án-þrýstings.
(4) Búnaðurinn er hentugur fyrir uppbyggingar-ferla og getur komið í stað hefðbundinna ketilþurrkara af -gerð. Við stóra-framleiðslustækkun er frávikið sem stafar af uppstækkun tiltölulega lítið.
Hins vegar eru enn nokkrar tæknilegar áskoranir í hagnýtum forritum.
For example, scraper grooves are usually made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which has excellent corrosion resistance but limited high-temperature resistance. One possible solution is to use materials such as graphite that provide both corrosion resistance and high-temperature resistance (>280 gráður).
Aðferðarleiðslur eru venjulega gerðar úr óaðfinnanlegum pípum, sem gæti þurft að skipta um á um það bil 30 daga fresti. Möguleg framför er að nota ryðfrítt stálrör eða rör með tæringarþolnum -innri fóðringum, svo sem flúorplasti-fóðruðum varmaskiptarörum.
Að auki krefjast tæringarvandamála sem tengjast hringrásardælum einnig frekari lausna.
2. Fjarlæging óhreininda og mótvægisaðgerðir fyrir varmaskiptabúnað í jarðolíuiðnaði
Samkvæmt Steinhagen o.fl. sýndi könnun á 3.000 mismunandi gerðum varmaskipta á Nýja-Sjálandi að meira en 90% varmaskipta áttu í vandræðum með að gróa. Samanburður á óhreinindum milli mismunandi gerða varmaskipta er sýndur á mynd 2.
Innlendar og erlendar rannsóknir benda til þess að árlegur kostnaður við gróðurhreinsun í olíuhreinsun og efnaiðnaði nái um það bil 15,6 milljónum, sem hefur í för með sér verulegt efnahagslegt tap og auðlindanotkun.
Við raunverulegar rekstraraðstæður í jarðolíuiðnaði er hægt að skipta myndunaraðferðum og flokkun óhreininda aðallega í eftirfarandi flokka:
Módel með tæringu
Módel fyrir storknun
Yfirborðsefni-framkallað fósturlíkön
Gasfasa-græðslulíkön
Efnafræðileg viðbrögð gróðursetningarlíkön
Við spá og greiningu á hagnýtum aðgerðum er hægt að flokka óhreinindi eftir þessum aðferðum. Með því að velja viðeigandi gerðir varmaskipta í samræmi við mismunandi rekstraraðstæður og reikna út ákjósanlegt hreinsunartímabil er hægt að draga úr efnahagslegu tapi.
Ennfremur, með hliðsjón af háum-hita og háum-þrýstiumhverfi í unnin úr jarðolíu, eru helstu meðferðaraðferðirnar:
Aukning hitaflutnings
Vélrænar hreinsunaraðferðir
Efnafræðilegar hreinsunaraðferðir
Vöktun á netinu og rauntíma-hreinsunartækni
3. Bilunargreining og viðhald varmaskipta í jarðolíuiðnaði
3.1 Forvarnir gegn tæringu og sliti í varmaskiptum
Við rekstur varmaskipta í jarðolíuiðnaðinum verða oft tæringarlekaslys. Þessar bilanir geta truflað stöðuga framleiðslu og er talið eitt helsta búnaðarvandamálið í jarðolíukerfum.
Slík lekavandamál eru aðallega flokkuð í veðrunsleka og tæringarleka. Núverandi lausnir beinast aðallega að því að gera við skemmdan búnað eftir bilanir, bæta framleiðsluferla til að koma í veg fyrir bilanir og draga úr niðurbroti búnaðar með réttu vali á efnum og gerðum varmaskipta.
3.1.1 Orsakir tæringar og slits í varmaskiptum
Greining frá sjónarhóli hráefna
Hráefnin sem notuð eru í jarðolíuframleiðslu, sérstaklega hráolía, innihalda flókna efnahluta. Að auki hefur hráolía almennt mikla seigju og inniheldur fastar agnir af óreglulegri stærð.
Þess vegna er vinnslumiðillinn í snertingu við yfirborð varmaskipta mjög flókinn. Búnaðurinn verður oft fyrir bæði vélrænni skemmdum af völdum líkamlegs núnings og alvarlegrar efnatæringar.
Greining frá sjónarhóli efnaferla
The entire petrochemical production chain often involves high-temperature (>1000 gráður) og háþrýstiskilyrði-. Ýmsar tegundir tæringar geta átt sér stað samtímis og haft samskipti sín á milli.
Til dæmis er mikill flæðishraði sem krafist er í framleiðsluferlum bein orsök fyrir tæringu á tæringu, en flýtir einnig fyrir núverandi vandamálum með tæringarleka.
Þess vegna, í bilun í varmaskipti, eru leki og tæringu venjulega nátengd og geta skapað samlegðaráhrif sem flýta fyrir hnignun búnaðar.
3.1.2 Flokkun á tæringu og sliti varmaskipta og mótvægisaðgerðir í jarðolíuiðnaði
(1) Yfirborðs tæring og slit varmaskipta
Yfirborðs tæring er algengasta orsök leka varmaskiptaröra, sem er um það bil 90% tilvika.
Ferlmiðillinn sem notaður er í jarðolíuframleiðslu hefur oft ákveðna seigju og viðloðun. Háhraðavökvar sem innihalda fastar agnir og loftbólur hafa stöðugt áhrif á hitaflutningsyfirborð og mynda staðbundinn yfirborðsþrýsting allt að 10 MPa, sem getur valdið þreytueyðingu og yfirborðsskemmdum á málmi.
Þess vegna eru vinnslukröfur oft tilgreindar að miðflæðishraði eigi að vera meiri en 2 m/s.
(2) Rafefnafræðileg tæring af völdum yfirborðsútfellinga
Við jarðolíuhreinsunarferla hafa vinnslumiðlar venjulega mikla seigju og geta orðið fyrir storknun við ákveðnar aðstæður. Þetta getur valdið því að efni safnast fyrir á yfirborði varmaskipta og mynda útfellingar.
Óstöðug, ósamfelld og ójöfn einkenni þessara útfellinga geta leitt til sprungna og bila. Mismunur á súrefnisstyrk milli innan og utan þessara bila getur valdið rafefnafræðilegri tæringu.
Tæringarviðbrögðin eru aðallega:
Málmupplausnarhvörf, nefnilega anodisk oxun;
Kaþódísk lækkunarviðbrögð;
Stigvaxandi stækkun tæringar af völdum rafefnafræðilegs ójafnvægis.
(3) Tæring á yfirborði vatnshliðar varmaskiptaröra
Í varmaskiptakerfum er vatn oft notað sem varmaflutningsmiðill, sem gerir vatn-hliðartæringu að algengu vandamáli.
Helstu tæringaraðferðirnar eru:
Lækkun á pH gildi;
Inngangur vatnsgufu;
Árás af völdum uppleysts súrefnis;
Klóríðjóna (Cl⁻) tæring;
Súlfíðjón (S²⁻) tæring.
Þessum viðbrögðum má almennt skipta í efnatæringu og rafefnafræðilega tæringu.
Kröfurnar um tæringarþolin efni á vatnshlið varmaskiptaröra eru:
Góð hitaleiðni og sterk yfirborðsviðloðun;
Frábær viðnám gegn hitabreytingum og nægilega hörku;
Sterk viðnám gegn tæringu jóna;
Góð afköst gegn-kvörðun;
Framúrskarandi viðnám gegn inngöngu vatnsgufu.
3.1.3 Ryðvarnaraðferðir fyrir varmaskipti
Eins og er eru tæringarvarnaraðferðir fyrir varmaskipti í jarðolíuiðnaði aðallega:
(1) Fórnarskautsvörn
Þessi aðferð verndar varmaskiptaefni með því að nota virkari málm sem fórnarskaut til að koma í veg fyrir tæringu á aðalbúnaðinum.
(2) Þróun og notkun á-tæringarvarnarhúð
-Tæringarhúð er mikið notað í varmaskiptavörn. Með því að setja mjög þunnt málmhúð eða ólífræna húð á snertiflötinn er hægt að einangra skaðleg efni og óhreinindi á áhrifaríkan hátt.
Algengt notað húðun er CH-784 epoxý amínó ryðvarnarhúðunarkerfi.
(3) Endurbætur á varmaskiptaefnum
Til að koma í veg fyrir tæringu af völdum vatnsgæða og árásargjarnra miðla er hægt að velja endurbætt efni.
Varmaskiptarar úr ryðfríu stáli, koparblendi og títanblendi veita yfirleitt framúrskarandi tæringarþol. Hins vegar takmarkar hærri efniskostnaður þeirra notkun þeirra í sumum atvinnugreinum.
3.2 suðutækni fyrir flanssprunguviðgerðir á varmaskipti
Sem stendur er kaldsamruna suðuviðgerðartækni mikið notuð til viðhalds á iðnaðarsviðum.
Cold fusion suðutækni er ný viðgerðartækni sem er þróuð byggð á gassuðutækni-varið. Það er oft notað við viðgerðir og viðhald á skemmdum varmaskiptum í jarðolíuiðnaði.
Helstu einkenni þess eru:
(1) Lágt hitainntak og stuttur suðutími
Hitinn sem myndast við suðu er mjög lítill. Suðuferlið tekur aðeins nokkra tugi millisekúndna og forðast vandamál eins og aflitun við glæðingu.
(2) Lítil suðulaug og framúrskarandi viðgerðargæði
Rúmmál suðulaugar er minna en 2 mm³. Álagsdreifingin er dreifð, sem dregur úr einbeittri álagi á viðgerða íhlutinn.
Ferlið veldur ekki sprungum eða aflögun. Að auki kemur óvirk gasvörn í veg fyrir myndun svitahola og loftbóla, sem leiðir til slétts og hreins viðgerðar yfirborðs.
(3) Fyrirferðalítill búnaður og hentugur til-viðgerðar á staðnum
Suðubúnaðurinn er lítill og hentugur fyrir-rauntímaviðgerðir á vettvangi.
Hægt er að velja um fjölbreytt úrval af suðuvírum, sem gerir kleift að gera við varmaskipti úr mismunandi efnum.
4. Framtíðarþróunarhorfur
Þess má geta að mismunandi ferliskröfur krefjast mismunandi gerða varmaskipta. Að auki hefur samhliða eða röð fyrirkomulag varmaskipta veruleg áhrif á rekstrarafköst alls vinnslukerfisins.
Val og samsvörun íhluta eru einnig mikilvægir þættir. Áreiðanleika-hönnun krefst þess að íhlutir hafi nægilega aðlögunarhæfni til að standast ýmis rekstrarskilyrði, tilviljunarkenndar breytingar á álagi og álagsbreytingar sem almennt er að finna í jarðolíuiðnaði. Þessi hönnunarhugmynd veitir umbætur yfir takmörkum hefðbundinna hönnunaraðferða.
Hvað varðar orkusparnað og minnkun losunar ætti framtíðarþróun ekki aðeins að einbeita sér að því að bæta varmaskiptamannvirki heldur einnig að huga betur að þróun háþróaðra varmaskiptaefna.
Meðal þessara rannsóknarsvæða hefur yfirborðshúðunartækni hitaskipta verulega möguleika. Framtíðarstefna húðunarþróunar felur í sér:
Létt hönnun;
Hár-hiti og hár-þrýstingsþol;
Frábær tæringarþol;
Lægri framleiðslukostnaður;
Hagkvæmari rekstur og viðhald.
Sem stendur er þróun hermitækni og verkfræðihugbúnaðar einnig að verða mikilvæg rannsóknarstefna. Þessi tækni getur veitt árangursríkar leiðbeiningar um spá um gróðursetningu, fínstillingu hreinsunarferils og mat á rekstrarafköstum.
