Основные показатели работы печей

Работу трубчатых печей нефтеперерабатывающих установок характеризуют следующие основные показатели: производительность, тепловая мощность, коэффициент полезного действия, теплонапряженность поверхности нагрева, гидравлические потери напора в трубчатом змеевике. Для печей нефтехимических установок, кроме перечисленных, важным показателем является возможность проведения реакций разложения сырья в жестких условиях: при высоких температурах, а также в определенном объеме реакционной зоны змеевика за короткое время контакта, т. е. время пребывания сырья в зоне реакции.

Производительность печи обычно измеряется количеством сырья, проходящего через нее в единицу времени, или количеством продукта, получаемого за определенный период. Например, производительность современной печи установки атмосферной переработки нефти 8000 т/сут, производительность пиролизной печи по этилену 16 - 25 тыс, т/год и т. п. Однако производительность печи недостаточно полно характеризует ее, так как в зависимости от количества переданного тепла размеры печи могут значительно отличаться при неизменной производительности.

Тепловая мощность, или полезная тепловая нагрузка (иногда теплопроизводительность) более точно и полно характеризует работу печи. Она выражает количество тепла, воспринимаемого сырьем в печи в единицу времени [в МВт (Гкал/ч)]. Одна из важных особенностей трубчатых печей состоит в том, что их тепловая нагрузка не имеет точных ограничений, как у другого оборудования, например насосов, компрессоров, колонн т. д. При увеличении расхода топлива и интенсификации процесса его сжигания теплопроизводительность печи может значительно возрасти и превысить допускаемую тепловую нагрузку. Это, в свою очередь, может привести не только к снижению КПД печи, но и к существенному износу ее основных узлов (трубчатого змеевика, подвесок, обмуровки и др.) и сокращению межремонтного периода работы. Теплопроизводительность печей современных установок намного увеличилась: построены печи тепловой мощностью до 87 МВт (75 Гкал/ч).

  Коэффициент полезного действия (КПД) печей показывает, насколько эффективно используется тепло, полученное при сжигании топлива. При полном сгорании его КПД зависит главным образом oт коэффициента избытка воздуха, температуры уходящих топочных газов, а также от состояния тепловой изоляции печи. Снижение коэффициента избытка воздуха, максимальная утилизация тепла отходящих топочных газов способствуют повышению КПД печи. Значения КПД печей находятся в пределах 0,6—0,83.

Теплонапряженность поверхности нагрева характеризует, насколько эффективно используется трубчатый змеевик печи для нагрева сырья. Теплонапряженность определяется количеством тепла, передаваемого через 1 м² поверхности змеевика за 1 ч. Допускаемое значение теплонапряженности поверхности нагрева принимают с учетом жаропрочности и жаростойкости стали печных труб, скорости движения потока сырья, его состава и свойств, чтобы при работе печи не происходили нежелательные реакции из-за перегрева сырья и не образовывались отложения солей и кокса на стенках труб. Низкая теплопроводимость кокса является причиной быстрого повышения температуры стенки труб в местах его отложений, что уменьшает прочность металла труб, увеличивает агрессивность сред, воздействующих на сталь, в результате чего срок службы печных труб резко снижается. Поэтому для сырья, содержащего смолистые соединения, а также при малых скоростях движения потоков теплонапряженность устанавливается невысокой. Далее, чем выше температура нагрева сырья, а значит, и стенок труб (при неизменных скоростях потока), тем ниже допускаемая теплонапряженность поверхности нагрева.

Жесткие рабочие условия в печах риформинга, ароматизации, пиролиза и других высокотемпературных процессов требуют применения для печных труб дорогих высоколегированных аустенитных сталей, специальной обработки их поверхности и установления высоких скоростей движения сырья в целях интенсификации теплопередачи. Средние значения допускаемой теплонапряженности (таблица 1) во многом зависят от равномерного распределения тепловой нагрузки по всей поверхности труб, что достигается оптимальной компоновкой трубчатого змеевика, удачным его размещением в топке, совершенствованием конструкции горелок и методов сжигания топлива.