В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности на различных стадиях технологических процессов требуется нагревание или охлаждение продуктов, в том числе с высокой вязкостью.
Применение пластинчатых теплообменников для решения задач передачи тепла позволяет:
- повышать эффективность технологических циклов;
- экономить тепловую энергию путем оптимизации тепловых процессов;
- снижать эксплуатационные и ремонтные затраты.
В настоящей статье рассмотрены возможности использования пластинчатых теплообменников на примере реконструкции Установки Первичной Подготовки Нефти (УППН).
В технологическую цепочку установки первичной подготовки нефти входит большое количество теплообменных аппаратов, служащих в основном для нагрева и охлаждения нефти в процессе ее очистки. В настоящее время для этих целей используются трубчатые аппараты марок ТТ и ТП. Вследствие их невысокой тепловой эффективности для обеспечения требуемого подвода или съема тепла на каждом этапе подготовки нефти устанавливаются группы из 5—8 таких теплообменников.
- Принципиальная схема установки первичной подготовки нефти
Естественно, стоимость группы трубчатых теплообменников, монтажные и эксплуатационные затраты на нее высоки. Кроме того, надежность таких аппаратов оставляет желать лучшего. Нередки случаи, когда трубки выходят из строя, и происходит смешение сырой и товарной нефти или товарной нефти и воды. Это ведет к ухудшению сортности товарной нефти и дополнительным затратам на восстановление работоспособности всей системы.
При работе с тяжелой нефтью требуется высокий нагрев для ее очистки и достижения качества не ниже1-госорта. После этого нефть необходимо охладить для сдачи на узел учета. Трубчатые теплообменники зачастую не могут эффективно охладить товарную нефть до заданной температуры, особенно в летнее время.
Примером подобной ситуации служит работа блока рекуперации установки первичной подготовки нефти, на котором установлены девять теплообменников типа «труба в трубе» ТТ-31—48/89. Для обеспечения дополнительного охлаждения товарной нефти эксплуатирующей организации пришлось смонтировать водяную систему оросительного охлаждения (фото 1).
Эта система орошения, конечно, частично помогла решить проблему охлаждения товарной нефти, но принесла с собой следующие недостатки:
- при ее работе началась интенсивная коррозия наружной поверхности трубок;
- отобранное ею тепло бесполезно терялось и не передавалось сырой нефти т. к. охлаждающая вода сбрасывалась в окружающую среду.
- Типовая схема охлаждения и нагрева нефти на УППН с помощью трубчатых теплообменников и дополнительного оросительного охлаждения
Поэтому специалисты компании «Ридан», будучи привлечены к решению проблемы охлаждения товарной нефти, предложили отказаться от использования трубчатых теплообменников с водяной системой охлаждения и установить на блоке рекуперации установки первичной подготовки нефти пластинчатые теплообменники.
После обследования блока рекуперации были подобраны и установлены два специальных пластинчатых теплообменника S86 (фото 2), обладающих высоким коэффициентом полезного действия для заданных параметров нефти и способных за один проход охладить товарную нефть до требуемых температур. В данном случае разделение на два аппарата вызвано не недостатком теплообменной поверхности, а вопросами резервирования и надежности.
- Оптимизация блока рекуперации УППН с помощью пластинчатых теплообменников «Ридан», установленных взамен трубчатых аппаратов
Такое технологическое решение имеет следующие достоинства:
- Температура охлаждаемой нефти понизилась на 10°С за счет применения грамотно подобранного оборудования, обладающего коэффициентом теплопередачи на порядок выше, чем трубчатые теплообменники.
- Как следствие появилась возможность повысить температуру нагрева нефти до 80°С в процессе ее очистки и повысить сортность сдаваемой нефти.
- Также произошло повышение температуры сырой нефти подаваемой на очистку. Эффект рекуперации вырос более чем на 170% за счет более эффективного теплосъема и отсутствия сброса тепла в окружающую среду водяной системой охлаждения. Это привело к экономии тепла, подаваемого на нагрев сырой нефти для ее очистки.
- Вес одного пластинчатого теплообменника равен трем тоннам, против 13 тонн для трубчатого. Таким образом, процесс монтажа упрощается и для него не требуется применять крупные ГПМ.
- Небольшая площадь под монтаж для нового оборудования позволила смонтировать его на существующей площадке.
Это только одно из решений, которое позволило эффективно устранить ряд проблем и достичь заданных параметров подготовки нефти на блоке рекуперации установки первичной подготовки нефти. Возможна и дальнейшая замена трубчатых теплообменников на остальных блоках технологической цепочки установки первичной подготовки нефти.
Это даст, как минимум:
- экономию средств при замене самого оборудования на 50%;
- высвобождение от 30 до 50% площадей;
- снижение монтажных и эксплуатационных затрат в 4 раза.
А как максимум — оптимизацию теплового процесса, экономию энергоресурсов и возможность точного управления процессами нагрева и охлаждения нефти.