способ регулирования теплового режима реактора замедленного коксования

Формула изобретения

1. Способ регулирования теплового режима реактора замедленного коксования, включающий измерение температурного параметра, сравнение фактического температурного параметра с заданным и, в зависимости от величины рассогласования, уменьшение этой величины путем изменения расхода теплоносителя или хладагента в реактор, отличающийся тем, что в качестве температурного параметра используют профиль температур стенки секций реактора от продолжительности стадии прогрева или охлаждения для каждой секции реактора, расположенных последовательно по высоте реактора, а заданный профиль температур для каждой секции реактора вычисляют по формуле:

t _i=K·x_i,

где t_i - заданная температура стенки реактора, °С;

x_i - продолжительность от начала стадии прогрева или охлаждения реактора до момента замера параметра, мин;

K - коэффициент - допустимая скорость изменения температуры стенки секции реактора, зависящий от ее толщины и материала, °С/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способам регулирования теплового режима реактора замедленного коксования.

Известен способ регулирования процесса разогрева и охлаждения реактора путем изменения расхода подаваемого теплоносителя или хладоагента в зависимости от температуры верха реактора (Сюняев З.И. Замедленное коксование нефтяных остатков. М., Химия, 1967, стр.12).

Недостатком известного способа является отсутствие контроля и регулирования расхода потоков по температуре и скорости изменения температуры стенки по высоте реактора, что повышает опасность появления остаточных температурных деформаций корпуса реактора, образование трещин в сварных швах и сокращает продолжительность эксплуатации реактора.

Известен способ автоматического управления процессом разогрева и охлаждения реактора замедленного коксования (Г.Г.Валявин и др. Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья. Санкт-Петербург, Недра, 2010, с.121) путем регулирования подачи теплоносителя или хладоагента в зависимости от величины деформации корпуса реактора, определяемой по изменению высоты реактора.

Недостатком известного способа является большая инерционность системы регулирования, отсутствие прямой информации по профилю температуры стенки реактора от продолжительности стадии разогрева или охлаждения по всей поверхности корпуса реактора, имеющих привязку к регламентированным данным, что приводит к появлению дефектов, снижающих надежность работы реактора и сокращает срок службы аппарата.

Наиболее близким по существенным признакам является способ регулирования теплового режима реактора в процессе получения кокса, включающий определение разности температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него, для чего дополнительно измеряют температуру на выходе и входе каждой секции печи и определяют их разность, сравнивают найденную разность температур сырья на входе в реактор и паров на выходе из него с заданной и определяют их среднеарифметическое значение, по которому вычисляют необходимую разность температур сырья на выходе и входе каждой секции печи, которую сравнивают с измеренной, и в зависимости от величины рассогласования, изменяют температуру сырья на выходе каждой секции печи изменением расхода топлива соответствующей секции (авт.св. SU № 1778134, опубл. 30.11.92, БИ № 44).

Недостатком известного способа является отсутствие данных по профилю температур и скорости изменения температуры стенки секций реактора от продолжительности стадий прогрева или охлаждения реактора, а также большая сложность и инерционность системы регулирования, что приводит к появлению трещин, снижающих продолжительность эксплуатации реактора.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в уменьшении температурных остаточных деформаций корпуса реактора путем улучшения качества регулирования процесса разогрева и охлаждения реактора замедленного коксования.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования теплового режима реактора, включающем измерение температурного параметра, сравнение фактического температурного параметра с заданным и, в зависимости от величины рассогласования, уменьшение этой величины путем изменения расхода теплоносителя или хладоагента в реактор, согласно изобретению, в качестве температурного параметра используют профиль температур стенки секций реактора от продолжительности стадии разогрева или охлаждения для каждой секции реактора, а заданный профиль температур стенки секций реактора вычисляют по формуле

t_i=K·x _i

где t_i - заданная (расчетная) температура стенки реактора, °С;

x_i - продолжительность от начала стадии разогрева или охлаждения реактора до момента (точки) замера параметра, мин;

K - коэффициент - допустимая скорость изменения температуры стенки, зависящий от ее толщины и материала, °С/мин.

Выбор в качестве температурного параметра профиля температуры стенки секций реактора позволяет оперативно контролировать и регулировать процесс разогрева и охлаждения реактора по секциям, расположенным по высоте реактора в соответствии с заданной (расчетной) величиной, и тем самым снизить температурные деформации корпуса реактора и увеличить срок службы аппарата.

Система управления должна быть реализована на средствах вычислительной техники, например на программируемых логических контроллерах.

Анализ на новизну предлагаемого способа показал наличие нового приема по сравнению с прототипом - использование в качестве температурного параметра профиля температур стенки секций реактора от продолжительности стадии разогрева или охлаждения для каждой секции реактора с последующим сравнением полученного параметра с заданным, поэтому можно сделать вывод о соответствии предлагаемого способа условию патентоспособности - новизне.

Поиск по отличительному признаку выявил способ регулирования процесса термодеструкции нефтяных остатков в трубчатой печи (пат. РФ № 2367679, опубл. 20.09.2009, МПК С10В 55/00), в котором для управления процессом термодеструкции также используют в качестве температурного параметра профиль температур, однако определяют профиль температур для каждой секции другого аппарата - змеевика трубчатой печи, что позволяет снизить закоксовывание печи и увеличить продолжительность ее пробега.

Предлагаемый способ направлен на достижение нового технического результата - снижение температурных деформаций корпуса реактора и, как следствие, увеличение срока службы реактора, поэтому можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности - изобретательскому уровню.

Способ регулирования процесса разогрева и охлаждения реактора осуществляют следующим образом.

На действующей установке замедленного коксования (фиг.1) исходное сырье (гудрон) 1 подают через печь 2, змеевик камеры конвекции 3 в кубовую часть ректификационной колонны 4, где оно смешивается с рециркулятом 5 - тяжелым газойлем коксования и через радиантный змеевик 6 печи 2 с температурой потока 485-510°С направляется в реактор 7 на коксование, где тяжелая часть - коксовый пирог остается в реакторе, а пары нефтепродуктов: газа, бензина, легкого и тяжелого газойлей и водяного пара по шлемовому трубопроводу 8 через распределительный узел 9, отводную линию 10, направляют в колонну 4 на разделение: газ, бензин, воду 11, легкий 12 и тяжелый 13 газойли.

Для снижения скорости закоксовывания змеевика 6 и шлемового трубопровода 8 в загрузку печи 2 подают турбулизатор по линии 14 (водный конденсат), а в шлемовый трубопровод 8 вводят газойль по линии 15.

Параллельный реактор 16 после охлаждения и гидровыгрузки коксового пирога закрывают, прогревают, спрессовывают параллельными потоками водяного пара с температурой около 240°С по всем секциям одновременно с индивидуальной регулировкой профиля температуры стенки каждой секции реактора от продолжительности согласно заданному профилю температуры, вычисленному по формуле t_i=K·x _i, где t_i - заданная температура стенки секции реактора, °С; x_i - продолжительность от начала стадии, мин; K - коэффициент допустимой скорости изменения температуры стенки, °С/мин, путем изменения расхода теплоносителя (хладоагента) в зависимости от величины рассогласования при сравнении фактического температурного параметра с заданным, направленным на уменьшение этой величины. Водяной пар подают по линии 17, коллектору 18, линии 19, клапану-регулятору 20, управляемому прибором 21 с термопарой 22, в секцию 23 реактора; коллектору 18, линии 24, клапану-регулятору 25, управляемому прибором 26 с термопарой 27, в секцию 28 реактора; коллектору 18, линии 29, клапану-регулятору 30, управляемому прибором 31 с термопарой 32, в секцию 33 реактора; коллектору 18, линии 34, клапану-регулятору 35, управляемому прибором 36 с термопарой 37, в секцию 38 реактора; коллектору 18, линии 39, клапану-регулятору 40, управляемому прибором 41 с термопарой 42, в секцию 43 реактора; коллектору 18, линии 44, клапану-регулятору 45, управляемому прибором 46 с термопарой 47, в секцию 48 реактора и освобождают от конденсата (дренируют) по линии 44 в емкость 49 или прикамерную площадку 50. После этого разогрев параллельного реактора 16 продолжают по вышеприведенной методике парами нефтепродуктов, поступающими из реактора 7 через шлемовый трубопровод 8, распределительный узел 9, параллельный шлемовый трубопровод 51, коллектор 18, по линиям 19, 24, 29, 34, 39, 44 соответственно через клапаны-регуляторы 20, 25, 30, 35, 40, 45, управляемые соответствующими приборами в секции 23, 28, 33, 38, 43, 48 реактора, а жидкую фазу (конденсат) дренируют по линии 44 в емкость 49.

Паровую и жидкую фазы из емкости 49 направляют по линиям 52, 53 или на блок улавливания нефтепродуктов (на фиг.1 не показан) или по линии 10 в колонну 4. После прогрева реактора 16 поток сырья из печи 2 переключают с реактора 7 на реактор 16 и процесс коксования повторяют аналогичным образом. На реакторе 7 проводят подготовительные операции, идентичные вышеописанным для реактора 16. После заполнения реактора 16 коксовой массой его вначале охлаждают по вышеприведенной методике водяным паром, который подают по линии 17, коллектору 18, линиям 44, 39, 34, 29, 24 соответственно через клапаны-регуляторы 45, 40, 35, 30, 25, управляемые соответствующими приборами в секции 48, 43, 38, 33, 28, 23 реактора соответственно и выводят по линии 19, шлемовому трубопроводу 51, распределительному узлу 9, линии 10 в колонну 4 или по линиям 52, 53 на блок улавливания нефтепродуктов (не показан), соответственно. Затем охлаждение реактора продолжают по вышеприведенной методике водой, которую подают по линии 54, коллектору 18, линиям 44, 39, 34, 29, 24, соответственно, через клапаны-регуляторы 45, 40, 35, 30, 25, управляемые соответствующими приборами в секции 48, 43, 38, 33, 28, 23 реактора, соответственно, и выводят по линии 19, шлему 51, распределительному узлу 9, линии 10 в колонну 4 или по линиям 52, 53 на блок улавливания нефтепродуктов (не показан).

В таблицах 1-9 приведены экспериментально-расчетные данные предлагаемого способа (пример 1) и прототипа (пример 2).

Для прототипа информация получена с действующей типовой установки замедленного коксования, а для предлагаемого способа - расчетным путем по алгоритмам и программам, разработанным для проектирования промышленных установок. Так как величина рассогласования между заданными по профилю температур и фактическими параметрами не превышает ±5% относит., в таблицах приведены единые данные для предлагаемого способа, имеющие достаточную достоверность, позволяющую провести сравнение с известным способом.

В табл.1, 2 приведены данные процесса разогрева и опрессовки реактора водяным паром предлагаемого и известного способов.

Как видно из табл.1, у предлагаемого способа профиль температур (t_i °C) прямо пропорционален (t _i=K·x_i) продолжительности (x_i , мин) стадии разогрева для каждой секции реактора при постоянном коэффициенте допустимой скорости изменения температуры стенки (K), равном 0,65°С/мин, рекомендуемом для реакторов диаметром 5500 мм с толщиной стенки 26 -32 мм, изготовленных из материала корпуса стали 16 ГС и плакирующего слоя 08Х13.

Приведенный коэффициент неравномерности температуры стенки по высоте реактора определяется как частное от деления максимальной величины температурного параметра на минимальную величину при постоянном значении продолжительности, он показывает относительную величину градиента температур между секциями реактора, вызывающих температурные напряжения в стенках, которые могут сопровождаться остаточными температурными деформациями корпуса реактора. У предлагаемого способа этот коэффициент в 1,6-3,6 раза меньше, чем у прототипа, следовательно, вероятность появления остаточных температурных деформаций также имеет минимальную величину, в этом случае положительный эффект достигается за счет улучшения качества регулирования процесса разогрева реактора. В табл.2 скорость изменения температуры стенки реактора (°С/мин) определяется как частное от деления разности температур (t_i °C) между точками замера параметра в данной секции на отрезок времени ( x_i) между этими замерами.

Скорость изменения температуры стенки реактора в процентах определяется переводом абсолютной скорости (°С/мин) относительно допустимой скорости, равной 0,65°С/мин, принятой за 100%.

Максимальный коэффициент превышения допустимой скорости изменения температуры стенки реактора устанавливается как частное от деления максимальной абсолютной или относительной скорости на величину допустимой скорости в соответствующей размерности 0,65°С/мин или 100%.

Приведенные в табл.2 показатели качества регулирования процесса прогрева реактора характеризуют образование внешних факторов воздействия на стенки реактора и, соответственно, вероятность появления дефектов, снижающих надежность работы реактора и сокращение срока эксплуатации аппарата. Как видно, предлагаемый способ имеет постоянную стабильную скорость изменения температуры стенки реактора, которая в 1,4-1,8 раза меньше, чем у прототипа, следовательно, вероятность образования остаточных деформаций также имеет минимальную величину, в данных обстоятельствах положительный эффект достигается за счет улучшения качества регулирования процесса разогрева реактора.

В табл.3 и 4 приведены данные процесса разогрева реактора парами нефтепродуктов с использованием аналогичных показателей, что и в предыдущих табл.1 и 2, показывающих повышенное качество регулирования процесса у предлагаемого способа по сравнению с прототипом, позволяющего уменьшить в 1,3-1,7 раза коэффициент неравномерности температуры стенки по высоте реактора, в 1,5-3,0 раза снизить максимальный коэффициент превышения допустимой скорости изменения температуры стенки реактора и, в конечном итоге, достичь положительного эффекта - повышения надежности работы реактора и увеличение продолжительности эксплуатации аппарата.

В табл.5, 6 приведены данные процесса охлаждения реактора водяным паром с использованием аналогичных показателей, что и табл.1 и 2, показывающих их повышенное качество регулирования процесса у предлагаемого способа по сравнению с прототипом, позволяющего уменьшить в 1,4-1,6 раза коэффициент неравномерности температуры стенки по высоте реактора, в 1,54-2,0 раза снизить максимальный коэффициент превышения скорости изменения температуры стенки относительно допустимой скорости и обуславливающего достижение положительного эффекта.

В табл.7, 8 приведены данные процесса охлаждения реактора водой с использованием показателей, примененных в табл.1 и 2, показывающих их улучшенное качество регулирования процесса у предлагаемого способа по сравнению с прототипом, позволяющего уменьшить в 1,8-2,5 раза коэффициент неравномерности температуры стенки по высоте реактора, в 1,46-3,0 раза снизить максимальный коэффициент превышения скорости изменения температуры стенки относительно допустимой скорости и обуславливающего достижение положительного эффекта.

В табл.9 приведены данные, показывающие улучшенное качество регулирования стадии подготовки реактора у предлагаемого способа по сравнению с прототипом, позволяющее увеличить продолжительность эксплуатации реактора в 2 раза.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить качество регулирования процессами разогрева и охлаждения реактора по всем показателям и увеличить срок службы реактора коксования в 2 раза.