Многочисленные обследования паропотребляющего оборудования, проведённые нашей компанией на предприятиях нефтеперабатывающего и нефтехимического комплекса, позволяют сделать вывод о целесообразности подробного анализа путей интенсификации работы ребойлеров (кипятильников) колонн ректификации.
Пути интенсификации работы ребойлеров
Есть несколько причин, для проведения данного анализа:

значительный перерасход пара относительно нормативных и расчётных показателей,
частые ремонты трубных пучков ребойлеров,
избыточный износ регулирующей арматуры.

С данной точки зрения показательными являются установки ГФУ, в частности ребойлеры (кипятильники) пропановой и бутановых колонн, теплоносителем для которых является пар низкого давления (≤3-4 ати), часто называемый на отечественных предприятиях “мятым паром”.

В качестве теплоносителя в большинстве случаев используется, как уже отмечалось выше, пар низких параметров, полученный в результате применения емкостей-отделителей пара вторичного вскипания. Целесообразность использования подобных емкостей не вызывает сомнения, это классическое применение, которое позволяет добиться значительной экономии пара. Но данное решение не может являться универсальным по причине кардинального изменения химических свойств пара вторичного вскипания относительно исходного высокотемпературного конденсата. На рис. 1 наглядно продемонстрированы изменения концентраций диоксида углерода, амина, а также изменение pH в отделителе пара вторичного вскипания, рассчитанного при Pраб=3,5 ати (50 psig) и массовой доли пара вторичного вскипания 10% от расхода конденсата.

Данный пример отделения пара вторичного вскипания из высокотемпературного конденсата с параметрами Pраб= 10-13 ати и Tраб=184-195°С можно рассматривать как типичный для большинства предприятий нефтепереработки.

Рисунок 1.

Пути интенсификации работы ребойлеровВлияние концентрации диоксида углерода и амина для теплообменников фазового перехода, работающих при малых логарифмических разностях температур, оказывает критическое воздействие. Увеличение концентрации диоксида углерода с 5 ppm до 49,6 ppm увеличивает скорость коррозии в 2,3 раза.

Таким образом, для увеличения срока службы ребойлеров применение прямого редуцирования давления пара видится более оправданным, поскольку при прямом редуцировании изменения химического состава не происходит.

Существует три основные причины перерасхода теплоносителя:

образование в теплообменнике “точки застоя”,
значительная концентрация в паре воздуха и других неконденсирующихся газов,
отсутствие или неверно подобранный узел конденсатоотвода.

“Точка застоя” – эффект, возникающий в теплообменном аппарате при отсутствии достаточной разности давлений в паровом пространстве и конденсатной линии. Следствием данного эффекта является частичное или полное затопление поверхности эффективного теплообмена с паровой стороны конденсатом и, учитывая качественную разницу в коэффициентах теплопередачи, Kst пар-испаряемая среда и Kcond — конденсат-испаряемая среда, приводит к разбалансированию системы регулирования и перерасходу теплоносителя.

Расчёты, проведённые нашей компанией позволяют сделать следующий вывод:

10% затопления приводят к 7-8% перерасхода пара.

Данная зависимость оказывается верна как для насыщенного пара, так и для перегретого. Кроме этого, подтопление парового пространства теплообменника может привести к гидравлическим ударам и как следствие выходу теплообменника из строя.