Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки наружной поверхности трубчатых змеевиков внутри нагревательного оборудования

Способ очистки наружной поверхности трубчатых змеевиков внутри нагревательного оборудования

Изобретение относится к области нефтехимической переработки, в частности к оборудованию для нагрева углеводородного сырья, и может быть использовано в печах и в других видах нагревательного оборудования с трубчатыми змеевиками для обеспечения эффективной очистки их наружных поверхностей от зольно-сажевых отложений.

При переработке углеводородного сырья его нагревают до температуры 300-2000°С в трубчатых змеевиках, расположенных в печи нагрева. При этом наружная поверхность змеевиков под воздействием высокой температуры покрывается сажей, окалиной и другими загрязнениями, которые приводят к снижению температурного воздействия и соответственно к снижению коэффициента полезного действия (КПД) нагревательного оборудования. Поэтому поверхности приходится периодически очищать от слоя загрязнений.

Известные способы очистки включают механическое соскребание, пескоструйную и абразивную очистку, или с помощью жидких очищающих сред. Для этого требуется остановить нагрев печи с трубчатым змеевиком, что негативно сказывается на процессе переработки углеводородного сырья.

Известен способ очистки турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания от загрязнений (заявка на патент РФ 94027939, МПК F02B 77/04, опубликовано 27.06.1996 г.), заключающийся в подаче во внутреннюю полость газовой турбины потока газообразной углекислоты со взвешенными в нем частицами твердой углекислоты.

Известен струйно-абразивный метод промышленной очистки поверхностей (заявка на патент РФ 2011123948, МПК В08В 7/00, опубликовано 27.12.2012 г.), в котором воздушно-абразивная струя, содержит две рабочие компоненты, одна из которых - гранулы сухого льда (твердой углекислоты), имеет термодинамический механизм очистки, а другая - гранулы водного льда, образует абразивную компоненту, причем, с целью уменьшения повреждения внешнего слоя очищаемой поверхности, степень абразивного воздействия регулируется соотношением рабочих компонент в струе и температурой гранул льда, охлаждаемых в течение заданного времени до требуемой температуры в присутствии гранул сухого льда.

Однако указанные способы не приемлемы для очистки наружной поверхности трубчатых змеевиков без остановки технологического процесса.

Известен способ наружной чистки труб печей в режиме работающего оборудования, включающий инжекцию водного раствора химического реагента через специальные инжекционные штанги с распыляющими соплами во внутреннее пространство печей и котлов. Инжекция идет под давлением рабочего раствора 6-7 атм. (www.magicrot.ru). Однако, информация на сайте носит рекламный характер, состав реагента не указан, поэтому его эффективность не доказана.

Задачей изобретения является создание эффективного способа очистки наружной поверхности трубчатых змеевиков внутри нагревательного оборудования.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного действия нагревательного оборудования за счет эффективной очистки наружной поверхности трубчатых змеевиков без остановки процесса переработки углеводородного сырья и значительной экономии топлива, сжигаемого на горелках.

Технический результат достигается способом очистки наружной поверхности трубчатых змеевиков внутри нагревательного оборудования, включающим обработку загрязненных участков поверхности направленной под давлением струей распыленного реагента, представляющего собой воздушную смесь, состоящую из трех компонентов: диамида угольной или диамида щавелевой кислот; солей аммония угольной или щавелевой кислот и оксида кремния, посредством которого обеспечивают химико-механическое воздействие на обрабатываемый слой загрязненной поверхности, способствующее растрескиванию, размягчению, растворению, а также срыву с поверхности зольно-сажевых углеводородных отложений с образованием мелкодисперсной и газообразной среды и их удаление под воздействием струи, причем очистку проводят в процессе работы нагревательного оборудования и без прекращения движения нагреваемой жидкости внутри трубчатых змеевиков.

Технический результат изобретения достигается благодаря следующему. Входящие в состав реагента диамид угольной или щавелевой кислот и соли аммония угольной или щавелевой кислот при взаимодействии с горячей поверхностью трубчатого змеевика, температура которого составляет не менее 300°С, разлагаются с образованием газов: NH₃, N₂, СО₂, Н₂, и др. В этих условиях происходят следующие реакции:

1) Термолиз смеси диамида угольной кислоты (карбамида) 1 и соли аммония угольной кислоты (карбоната аммония) 2

или термолиз смеси диамида щавелевой кислоты (оксамида) 3 и соли аммония щавелевой кислоты (оксалила аммония) 4

2) Паровое окисление монооксида углерода

3) Термическое разложение аммиака

Образованные компоненты способствуют растрескиванию, размягчению, растворению и срыву с загрязненной поверхности зольно-сажевых углеводородных отложений. Процесс усиливается механическим воздействием оксида кремния, входящего в состав струи реагента.

Способ осуществляют следующим образом.

При помощи струйного аппарата реагент подают внутрь нагревательного оборудования, например, секций нагревательной печи, находящейся в рабочем режиме эксплуатации. Температура поверхности секций составляет более 300°С. В результате процесса горения и движения дымовых газов в печи на поверхностях стенок образуются зольно-сажевые углеводородные отложения. Реагент, попадая на горячую поверхность труб змеевиков, разлагается с образованием газов, способствующих растрескиванию, размягчению, растворению и срыву с поверхности зольно-сажевых углеводородных отложений, которые превращаются в мелкодисперсную и газовую среду. Образовавшиеся частицы и газ под воздействием струи и за счет тяги дымовой трубы в печи удаляются в атмосферу, не принося вреда окружающей среде.

Пример конкретного выполнения.

В период 11-15.06.2017 г. была выполнена очистка по предложенному способу от зольно-сажевых углеводородных отложений наружных поверхностей змеевиков камеры радиации в печи П-300 установки каталитического реформинга в перевалах Н1-Н4. Температура дымовых газов в перевалах печи составляла до 910°С. Очистку выполняли при помощи компрессора под давлением 12 атмосфер и аппарата для бластинга реагента. Струю воздуха с реагентом направляли на поверхности змеевиков через смотровые окна площадок обслуживания на уровне 1,5 м от пода печи и на перевале.

В таблице 1 приведено среднесуточное изменение температуры дымовых газов на перевалах печи. В таблице 2 приведен расход условного топлива (у.т.), которое состоит из жидкого (ж.т.) и газообразного топлива (г.т.), до очистки и после очистки наружных поверхностей змеевиков в печи.

Как видно из приведенных в таблице 1 данных, по результатам очистки наружной поверхности змеевиков в перевалах печи достигнуто снижение температуры дымовых газов перевалов на 49-78°С. Это привело к снижению расхода топлива и соответственно повышению КПД печи для требуемого нагрева углеводородов. Как следует из таблицы 2 эффект по снижению расхода условного топлива в результате очистки за счет повышения коэффициента теплопередачи составил 5,8%.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет осуществлять эффективную очистку наружной поверхности трубчатых змеевиков внутри нагревательного оборудования в непрерывном технологическом цикле без остановки его работы и процесса переработки углеводородного сырья, что приводит к повышению КПД нагревательного оборудования.