Типы теплообменников применяемых на промыслах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт дополнительного образования

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Типы теплообменников применяемых на промыслах»

 

 

 

Выполнил: Петров Д.С.

Проверил: Гусев А.А

 

 

 

 

 

Тюмень 2015

 

Содержание

Введение

1. Использование теплообменников в нефтедобыче.
2. Использование теплообменников в нефтепереработке.
3. Использование теплообменников в газопереработке.
4. Устройство и принцип действия кожохотрубного теплообменника.

 

 

 

Введение

 

Теплообменниками называются аппараты, в которых происходит теплообмен, между рабочими средами не зависимо от их технологического или энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, концентраторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и д.р.)

Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль. 
1. Использование теплообменников в нефтедобыче.  
 
В настоящий момент в России насчитывается порядка 250 нефтедобывающих компаний. В секторе нефтедобычи большинство функционирующих теплообменников представляют собой кожухотрубные конструкции. Всего 16% нефтедобывающих предприятий используют пластинчатые конструкции теплообменных аппаратов. Все остальные компании применяют только кожухотрубные аппараты. При этом, все предприятия при добычи нефти, использующие пластинчатые теплообменники, используют и кожухотрубные аппараты, количество которых существенно превышает количество пластинчатых теплообменников в техническом парке предприятия. 
 
Количество пластинчатых теплообменников варьирует в зависимости от каждого конкретного предприятия. Можно выделить три типа предприятий нефтедобычи по типам используемых теплообменных аппаратов: 
• используют только кожухотрубные; 
• используют незначительное количество пластинчатых, наряду с кожухотрубными;  
• используют значительное количество пластинчатых в сравнении с кожухотрубными. 
 
Распределение предприятий нефтедобычи по используемым типам теплообменных аппаратов. 
 
Тип используемого теплообменника Доля от общего количества предприятий, % 
только кожухотрубные 84 
преимущественно кожухотрубные с незначительным количеством пластинчатых 14 
большая доля пластинчатых 2 
 
Наибольшее количество предприятий нефтедобычи применяют только кожухотрубные теплообменные аппараты. Начинают появляться в структуре технического парка «нефтедобытчиков» пластинчатые теплообменники, но, в своем большинстве, только в качестве единичных аппаратов. Только единичные предприятия предпринимают усилия по полному перевооружению своего теплообменного парка. Доля пластинчатых теплообменных аппаратов на данных предприятиях составляет от 40% до 60% от общего количества теплообменников.  
 
Основными видами кожухотрубных теплообменников, применяемых в сфере нефтедобычи, являются: 
• «труба в трубе»; 
• прямотрубные; 
• У-образные.

На некоторых предприятиях установлены печи для подогрева нефти, которые также требуют замены на теплообменные аппараты. 
В процессе нефтедобычи теплообменники используются в следующих случаях: 
• при обессоливании нефти; 
• при обезвоживании; 
• при сепарации. 
 
Данные процессы называются «подготовкой нефти» к транспортировке, после которой она уже уходит на завод для первичной переработки. В среднем, на одном предприятии по добычи нефти присутствует 40 теплообменников. Данный показатель варьирует от 1-2 теплообменных аппаратов до 100 аппаратов на одном месторождении. Количество аппаратов также очень сильно зависит от свойств нефти на конкретном месторождении: в процессе подготовки нефти могут быть «пропущены» некоторые стадии или наоборот присутствовать сложный механизм подготовки, включающий в себя большое количество теплообменных аппаратов. 
 
2. Использование теплообменников в нефтепереработке.

 
В России первичной переработкой нефти занимаются порядка 140 предприятий – нефтеперерабатывающих заводов. В отрасли первичной нефтепереработки пластинчатые теплообменные аппараты встречаются намного чаще, чем в нефтедобывающих предприятиях. Около 37,5% предприятий используют в производстве такие виды теплообменного оборудования. Соответственно, 62,5% предприятия используют в производственном цикле только кожухотрубные теплообменные аппараты.  
 
В среднем, на предприятиях, использующих в процессе первичной нефтепереработки теплообменные аппараты, применяется 6,1% пластинчатых теплообменников от их общего числа. В целом же в данной отрасли промышленности данный показатель существенно варьирует в зависимости от каждого конкретного предприятия – от 0,7% до 17,6%. Спецификой данной отрасли с точки зрения потребления теплообменных аппаратов является абсолютное доминирование кожухотрубных теплообменников на всех предприятиях. Это связано с большим количеством процессов переработки нефти на одном предприятии, что требует значительного количества теплообменных аппаратов. С другой стороны, в сравнении с нефтедобычей модернизация отрасли (замена кожухотрубных теплообменников на пластинчатые) идет более быстрыми темпами – многие нефтеперерабатывающие предприятия уже начинают применять пластинчатые аппараты вместо кожухотрубных. 
 
В среднем, на одном предприятии по нефтепереработки используется 406 теплообменных аппаратов. Это в 10 раз больше, чем аналогичный показатель для предприятий нефтедобычи. Количество теплообменных аппаратов зависит от количества процессов переработки нефти на предприятии. Небольшие предприятия используют от 2 до 5-8 теплообменных аппаратов. Крупные переработчики нефти используют 800-1000 аппаратов на предприятии.  
 
Большое количество используемых при нефтепереработке теплообменных аппаратов определяют большое многообразие их типов: 
• витые; 
• прямотрубные; 
• с плавающей головкой; 
• спиральные; 
• труба в трубе; 
• У-образные. 
 
Наиболее часто на предприятиях можно встретить у-образные кожухотрубные теплообменники и теплообменники типа «труба в трубе». Количество предприятий, применяющих другие виды кожухотрубных теплообменников, существенно уступает вышеуказанным. Минимальное количество нефтепереработчиков использует витые и спиральные кожухотрубные теплообменные аппараты. 
 
При первичной переработки нефти предприятия используют теплообменные аппараты в следующих процессах: 
• висбрекинг; 
• реформинг; 
• гидроочистка; 
• ректификация. 
 
Это основные процессы нефтеперерабатывающий промышленности, в рамках которых наиболее часто используются теплообменные аппараты. В качестве сопутствующих процессов первичной переработки нефти встречаются следующие:  
• установки органического синтеза; 
• установки серной кислоты; 
• установки этилена; 
• установки фенол-ацетона. 
 
 
3. Использование теплообменников в газопереработке.

 
Переработка природного газа осуществляется на газоперерабатывающих предприятиях (ГПЗ). В России таких предприятий 43, в том числе те предприятия, которые перерабатывают не только природный газ, но и попутный нефтяной газ. 
 
На всех предприятиях установлены кожухотрубные теплообменники. Как и в сфере нефтепереработки, при переработке газа достаточно активно (активнее, чем в газо- и нефтедобыче) происходит процесс модернизации оборудования - замена кожухотрубных теплообменников на пластинчатые. Только кожухотрубные теплообменные аппараты использует 25-27% от общего количества газоперерабатывающих заводов (10-12 предприятий). Соответственно, пластинчатые и кожухотрубные аппараты использует 31-33 предприятия по переработки газа. 
 
В среднем, на одном предприятии по газопереработке используется 500 теплообменных аппаратов. Это соответствует, примерно, аналогичному показателю для предприятий нефтепереработки. При этом, варьирование количества теплообменных аппаратов на предприятиях газопереработки минимально в сравнении с другими отраслями – от 300 до 650 аппаратов.  
 
Доля пластинчатых теплообменных аппаратов от общего количества теплообменников на предприятиях составляет от 2% до 4% (12-25 теплообменников). На предприятиях по переработки газа используются следующие виды теплообменных кожухотрубных аппаратов: 
• прямотрубные; 
• «труба в трубе»; 
• У-образные 
 
Наиболее часто на предприятиях можно встретить у-образные кожухотрубные теплообменники и теплообменники типа «труба в трубе». Количество предприятий, применяющих прямотрубные теплообменные аппараты, существенно уступает вышеуказанным.  
 
При переработке газа нефти предприятия используют теплообменные аппараты в следующих процессах: 
• низкотемпературная конденсация 
• абсорбция 
• низкотемпературная ректификация 
• низкотемпературная сепарация 

4. Устройство и принцип действия кожохотрубного теплообменника.

 
Широкое распространение получили кожухотрубные теплообменники. Данные аппараты применяются для осуществления теплообмена между потоками веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях:

• пар-жидкость;
• жидкость-жидкость;
• газ-газ;
• газ-жидкость.

Конструкция аппарата включает пучок труб, который располагается внутри цилиндрического корпуса. Корпус кожутрубного аппарата чаще всего сварен из листовой стали, реже изготовлен методом литья.

 
Кожухотрубный теплообменник

Трубки подгоняются к двум трубным решеткам посредством вальцевания или сварки. Способ подгонки зависит от типа конструкционного материала. Длина труб, как правило, составляет 5-7 м. Трубки, составляющие пучок, располагаются в шахматном порядке, по вершинам равностороннего треугольника. Шаг составляет s=(1,25-1,30)·dП, где dП это величина наружного диаметра труб. Теплообменник данного типа оснащается двумя крышками со штуцерами. Крышки являются съемными и предназначены для входа и выхода теплоносителя, который течет по трубам. Межтрубное и трубное пространство разделяются. Второй теплоноситель находится в межтрубном пространстве, которое также имеет входной и выходной штуцеры. Для удобства очистки, по трубам течет то вещество, которое содержит твердые включения. Вещество находится под воздействием высокого давления и обладает агрессивными свойствами, что способствует предохранению труб от коррозии. Коэффициент теплоотдачи со стороны межтрубного пространства является более низким, так как площадь проходного сечения межтрубного пространства значительно больше общего суммарного живого сечения труб. При этом, объемные расходы теплоносителей одинаковы. Чтобы устранить описанное явление, увеличивают скорость движения теплоносителя посредством размещения различных перегородок в межтрубном пространстве.

Кожухотрубные теплообменники могут располагаться в вертикальном или горизонтальном положении в зависимости от местных условий. Такие аппараты могут соединяться последовательно, если есть необходимость удлинить пути теплоносителей. Параллельное соединение используется в случаях, если размещение необходимого числа труб в одном корпусе невозможно.

Многоходовые теплообменные аппараты используются с целью увеличения скорости и интенсификации теплового обмена посредством удлинения теплоносителей.

 
Двухходовой кожухотрубный теплообменный аппарат

Конструкция двухходового кожухотрубного аппарата предусматривает перегородку в верхней крышке, благодаря которой, теплоноситель проходит сначала по трубам через половину пучка, а в обратном направлении – сквозь вторую половину пучка. Вторая среда перемещается в межтрубном пространстве, где путь удлиняют сегментарные перегородки. Существуют также трех- и шестиходовые теплообменные аппараты.

В целом, все многоходовые теплообменные аппараты характеризуются жестким креплением трубного пучка и корпуса. Такие теплообменники используются при условии небольших разностей температур обоих теплоносителей. При соблюдении данного условия, термические напряжения воспринимаются без опасных деформаций. При условии большой разницы температур сред протекающих в трубах и межтрубном пространстве, многоходовые аппараты оснащаются компенсирующими устройствами.

Наиболее несложной конструкцией среди компенсаторов является линзовый компенсатор. Данный тип компенсаторов используется при низких давлениях в межтрубном пространстве (до 1 МПа).

Аппараты, оснащенные плавающей головкой, практически не имеют ограничений в области компенсации температурных удлинений. Такие аппараты имеют две решетки: одна жестко закреплена, а вторая свободно перемещается. В таких конструкциях трубный пучок может быть демонтирован для ремонта и очистки. Для максимальной надежности разобщения трубного и межтрубного пространства штуцер от плавающей головки выводят через крышку аппарата посредством сальникового уплотнения.