Использование современных методов и средств измерений для определения фактического КПД трубчатых печей НПЗ, в целях четкой наладки режимов горения и достоверного нормирования расхода топлива, а также контроля его экономии

Промышленная трубчатая печь, это аппарат, предназначенный для огневого нагрева, испарения и разложения нефти и вторичных продуктов её переработки. Печи применяются на предприятиях нефтепереработки (НПЗ) в технологических установках различного назначения, таких как перегонка нефти и мазута, производство и очистка масляных дистиллятов, пиролиз различных углеводородов, каталитический риформинг, крекинг, гидроочистка и т.д.

В современных условиях развития нефтеперерабатывающей промышленности актуальной задачей становится повышение эффективности применяемого в отрасли топливоиспользующего оборудования, в особенности трубчатых печей, так как они являются основным потребителем энергоресурсов на нефтеперерабатывающих предприятиях. По данным полученным нами, в ходе выполнения работ на НПЗ, расход топлива на собственные нужды нефтеперерабатывающего предприятия составляет от 2 до 5% от массы нефти принятой в переработку.

Одной из важнейших задач энергоэффективности нефтеперерабатывающих предприятий в топливном аспекте является обеспечение при планировании и применение в производстве технически и экономически обоснованных прогрессивных норм расхода топлива с целью осуществления режима экономии и рационального их использования.

Эффективность работы печей характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД) и зависит от правильной наладки режимов горения в топочном пространстве печи. Индикатором нормальной работы трубчатой печи предприятия является ежесменное сопоставление и анализ фактического потребления топлива и нормативно установленного.

Норма расхода топлива трубчатой печью это плановый показатель расхода газообразных, жидких и твердых (кокс) топлив на единицу сырья (продукции) установленного качества.

В виду того, что все натуральные топлива отличаются по своей калорийности, то для приведения массы расходов топлив к общему знаменателю при технико-экономических расчетах введено понятие и единица измерения «Условное топливо». Нормы расхода топлива для трубчатых печей НПЗ устанавливаются в килограммах (метрах кубических) условного топлива на единицу сырья или готовой продукции.

Нормирование расхода топлива проводится на печах, у которых проведены мероприятия по наладке режима горения в соответствии с параметрами, установленными в режимной карте на печь и связано с необходимостью инструментального определения теплотехнических характеристик печей в условиях их эксплуатации.

Для установления нормы расхода топлива на трубчатой печи используются данные, полученные со стационарных средств измерения установленных на печи, показания переносных средств измерения служб предприятия или средств измерения сторонней экспертной организации, качественные показатели сырья и топлива по данным аналитической лаборатории, параметры и характеристики из документации на трубчатую печь, справочные данные по термодинамическим характеристикам индивидуальных веществ.

Норма расхода топлива определяется через отношение количества теплоты переданной сырью в печи к располагаемой теплоте, которая определяется как произведение низшей теплоты сгорания топлива на КПД трубчатой печи.

КПД печи определяют как отношение полезно используемой теплоты Q_пол к выработанной теплоте Q_прих методами прямого или обратного баланса.

Для определения КПД печей нами используется метод обратного баланса с инструментальным измерением трех составляющих потерь тепла:

• потери тепла с уходящими газами Q₂;
• потери тепла от химического неполноты сгорания топлива Q₃;
• потери тепла через ограждающие конструкции Q₅.

Для определения фактических потерь тепла с уходящими газами Q₂ нами используется метод определения секундного мольного расхода топлива, воздуха и продуктов горения по результатам измерения температур воздуха и дымовых газов, а также его состава, определяемого газовым анализатором.

Потери от химической неполноты сгорания топлива (недожёга) определяются по известной зависимости исходя из наличия в дымовых газах продуктов, характеризующих неполное сгорание таких как окись углерода СО, водород Н₂ и метан СН₄ определяемых газовым анализом.

Одной из сложных в определении теплотехнических характеристик трубчатых печей является относительная величина потерь тепла в окружающую среду через обшивку корпуса печи, дымоходов и вспомогательного оборудования Q₅. На практике данная характеристика не исследуется, а принимается равной величине установленной расчетным путем при проектировании трубчатой печи. Такой подход вносит в результаты работ по нормированию расхода топливно-энергетических ресурсов и наладке режимов горения дополнительную ошибку, величина которой зависит от неточности принимаемой величины тепловых потерь.

Величина тепловых потерь Q₅ изменяется с течением времени по причине износа ограждающих конструкций трубчатой печи и зависит от климатических условий: периода времени года; температуры окружающего воздуха и его влажности; скорости ветра; наличия и количества осадков.

В основу методики ООО «КИПЭНЕРГО» по определению фактических потерь тепла через ограждающие конструкции трубчатых печей заложен измерительный способ инфракрасной термографии.

Используя данный метод, мы учитываем все существующие виды теплопередачи:

• радиационная (электромагнитное излучение открытых поверхностей печи);
• конвективная (теплообмен между открытой поверхностью и воздухом);
• теплопроводность (теплопередача грунту через изоляцию пода при наземной установке печи).

При этом учитывается не только теплонапреженность температурного поля определяемая с помощью ИК-спектрометрии но и состояние окружающей среды: температура, влажность и давление воздуха, скорость и направление ветра, вид и количество осадков в момент теплотехнического испытания.

Для получения точных значений температур поверхностей ограждающих конструкций трубчатой печи на месте её эксплуатации выполняют измерения излучательных характеристик поверхности опытным путем. На каждой трубчатой печи следует определять собственные коэффициенты излучения, отражения и поглощения для их поверхностей, поскольку условия работы печей предприятия и качественное состояние их покрытия могут значительно различаться.

На величину тепловых потерь оказывает влияние установленная тепловая мощность печи, выбранный режим горения, качественное состояние и защитные свойства наружного покрытия ограждающих конструкций. Следует отметить, что зачастую на предприятиях цвету покрытия печей и его качественному состоянию не придается особого значения, отмечается частое нарушение покрытия, ржавление металла или окрашивание конструкций в темные тона. Использование наружного покровного слоя с низким коэффициентом излучения поверхности ε (листовой алюминий, оцинкованная или нержавеющая сталь, алюминиевая или другая краска светлых тонов) обеспечит нормативный уровень тепловых потерь.

Компания располагает достаточным для разработки норм расхода топлива перечнем средств измерений и программного обеспечения:

• При выполнении измерений температуры поверхности ограждающих конструкций трубчатых печей применяется тепловизор FLIR.
• При выполнении измерения температуры и состава дымовых газов применятся переносной анализаторы дымовых газов TESTO.
• При измерении линейных размеров поверхности печи и ее элементов используются рулетки измерительные металлические второго класса точности.
• Для измерения скорости ветра используется анемометр TESTO.
• Для измерения температуры окружающего воздуха используется термометр цифровой ТЦМ.
• Для обработки и вычисления результатов измерений применяют персональные компьютеры с программным обеспечением (электронные таблицы Excel, обработка термограмм FLIR TOOLS, аппроксимация Table Curve).

ВЫВОД:

1. Применение инструментальных методов контроля теплотехнических характеристик трубчатых печей НПЗ позволяет определять их фактический КПД методом обратного баланса, что в свою очередь позволяет правильно нормировать расход топлива и составлять режимные карты в зависимости от изменения климатических факторов.

2. Более четкая наладка режимов горения и установления норм расхода топливно-энергетических ресурсов обеспечит достоверный контроль отклонения фактического потребления от нормативного и контроль соблюдения рабочих (режимных) параметров горения, что положительно скажется на экономичной работе печного оборудования и устойчивости показателей технологического процесса нефтепереработки.

3. Потери тепловой энергии, определенные по нашей методике могут рассматриваться, как исходная база для оценки сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, составления энергетических характеристик и количественной оценки теплового режима трубчатых печей, а также для обнаружения дефектов и разработки технических мероприятий по снижению потерь тепловой энергии.