Конденсационно-вакуумсоздающие системы вакуумных колонн

Заданная глубина вакуума в вакуумных колоннах создается с помощью конденсационно-вакуумсоздающих систем (КВС) установок АВТ путем конденсации паров, уходящих с верха колонн, и эжектирования неконденсирующихся газов и паров (водяной пар, H2S, СО2, легкие фракции и продукты термического распада сырья и воздух, поступающий через неплотности КВС).
Конденсационно-вакуумсоздающая система современных установок АВТ состоит из системы конденсации, системы вакуумных насосов, барометрической трубы, газосепаратора и сборника конденсата.
Для конденсации паров на практике применяются следующие два способа:

1) конденсация с ректификацией в верхней секции вакуумной колонны посредством

  • верхнего циркуляционного орошения (ВЦО) или (и)
  • острого орошения (ОО);

2) конденсация без ректификации вне колонны в выносных конденсаторах-холодильниках:

  • поверхностного типа (ПКХ) теплообменом с водой или воздухом;
  • барометрического типа (БКС) смешением с водой или газойлем, выполняющим роль хладоагента и абсорбента;
  • в межступенчатых конденсаторах водой, устанавливаемых непосредственно в пароэжекторных насосах (ПЭК).

Для создания достаточно глубокого вакуума в колонне не обязательно использование одновременно всех перечисленных выше способов конденсации. Так, не обязательно включение в КВС обоих способов конденсации паров с ректификацией в верхней секции колонны: для этой цели вполне достаточно одного из двух способов. Однако ВЦО значительно предпочтительнее и находит более широкое применение, поскольку по сравнению с ОО позволяет более полно утилизировать тепло конденсации паров, поддерживать на верху вакуумной колонны оптимально низкую температуру в пределах 60-80°С, тем самым значительно уменьшить объем паров и газов. Из способов конденсации паров без ректификации вне колонны на установках АВТ старых поколений применялись преимущественно барометрические конденсаторы смешения, характеризующиеся низким гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью теплообмена, кроме того, при этом отпадает необходимость в использовании газосепаратора. Существенный недостаток БКС - загрязнение нефтепродуктом и сероводородом оборотной воды при использовании последней как хладоагента. В этой связи более перспективно использование в качестве хладоагента и одновременно абсорбента охлажденного вакуумного газойля. По экологическим требованиям в КВС современных высокопроизводительных установок АВТ, как правило, входят только поверхностные конденсаторы-холодильники в сочетании с газосепаратором.

В качестве вакуум-насосов в настоящее время применяют струйные насосы - одно- и преимущественно двух- или трехступенчатые эжекторы на водяном паре и промежуточной его конденсацией (ПЭН). Пароэжекционные вакуумные насосы обладают рядом принципиальных недостатков (низкий коэффициент полезного действия, значительный расход водяного пара и охлажденной воды для его конденсации, загрязнение охлаждающей воды и воздушного бассейна и т.д.).
По признаку связи с окружающей средой различают сборники конденсата открытого типа - барометрические колодцы (БК) и закрытого типа - емкости-сепараторы (Е). Вместо широко использовавшихся ранее барометрических колодцев на современных установках АВТ применяют сборники преимущественно закрытого типа, обеспечивающие более высокую экологическую безопасность для обслуживающего персонала.
КВС установок АВТ обязательно включают барометрическую трубу (БТ) высотой не менее 10 м, которая выполняет роль гидрозатвора между окружающей средой и вакуумной колонной.
Глубина вакуума в колоннах при прочих идентичных условиях зависит в значительной степени от температуры хладоагента, подаваемого в выносные конденсаторы-холодильники. При вакуумной перегонке с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при температуре их конденсации:

Температура воды, ° С 10 15 20 25 30 40 50
Давление насыщенных паров воды, гПа 1,25 17,1 23,4 32,2 42,5 74 124

Поэтому обычно летом вакуум падает, а зимой повышается. Практически давление вверху колонны больше вышеуказанных цифр на величину гидравлического сопротивления потоков паров в трубопроводах и выносных конденсаторах-холодильниках.
В последние годы на вакуумных колоннах ряда НПЗ (Московском. Мозырском. Мажейкяйском, Комсомольском. «Уфанефтехиме» и др.) внедрена и успешно эксплуатируется новая высокоэффективная экологически чистая КВС с использованием жидкостного струйного устройства - вакуумного гидроциркуляционного (ВГЦ) агрегата. В ВГЦ агрегате конденсация паров и охлаждение газов осуществляется не водой, а охлаждающей рабочей жидкостью (применительно к АВТ - газойлевой фракцией, отводимой из вакуумной колонны). По сравнению с традиционным способом создания вакуума с использованием паровых эжекторов КВС на базе ВГЦ агрегатов обладает следующими преимуществами:

  • не требует для своей работы расхода воды и пара;
  • экологически безопасно, работает с низким уровнем шума, не образует загрязненных сточных вод;
  • создает более глубокий вакуум (до 67 Па или 0,5 мм рт. ст.);
  • полностью исключает потери нефтепродуктов и газов, отходящих с верха вакуумной колонны;
  • значительно уменьшает потребление энергии и эксплуатационные затраты на тонну сырья;
  • позволяет дожимать газы разложения до давления, необходимого для подачи их до установок сероочистки.