МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДАХ

METHODS OF REDUCING HARMFUL EMISSIONS INTO THE ATMOSPHERE AT OIL REFINERIES

Valeriy Tashmatov

master's student, Department of Engineering Systems and Technosphere Safety, Pacific National University

Russia, Khabarovsk

Mikhail Shevtsov

scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены механизмы образования вредных выбросов, а также предложены методы снижения вредных выбросов на нефтеперерабатывающих заводах путем внедрения технических изменений.

ABSTRACT

The article discusses the mechanisms of the formation of harmful emissions, as well as proposed methods for reducing harmful emissions at oil refineries through the introduction of technical changes.

Ключевые слова: атмосфера; выбросы; экология.

Keywords: atmosphere; emissions; ecology.

Рост масштабов хозяйственной деятельности человека, бурное развитие техники и технологии способствуют усилению отрицательного воздействия на природу, что привело к нарушению экологического равновесия на планете. За последние десятилетия на дорогах и улицах нашей страны появились огромные массы автомобилей, потребляющие в процессе работы углеводородное топливо – главным образом продукты переработки нефти. Повышение спроса населения на топливо способствует росту их производства. Поэтому нефтеперерабатывающие заводы увеличивают свою производственную деятельность, используя при этом, старые производственные фонды с большим износом и низким КПД. Все это приводит к увеличению загрязнения окружающей среды. Поэтому вопросам, связанным с защитой атмосферного воздуха, необходимо придать особое внимание. Сейчас нефтегазовая отрасль в ряду основных загрязнителей атмосферы занимает примерно четвертое место после цветной и черной металлургии и других промышленных производств. Это связано в первую очередь с сжиганием топлива в трубчатых печах, являющихся главным оборудованием технологических установок нефтеперерабатывающих заводов. В настоящее время на заводах отрасли эксплуатируется около 1500 технологических печей, в которых сжигается 6 – 8 % газообразного и жидкого топлива от общего количества перерабатываемой нефти. В составе нефтезаводских печей находятся в эксплуатации десятки тысяч горелочных устройств, являющихся главными источниками загрязнения воздуха. При этом основная масса НПЗ в нашей стране расположена в городской черте или в непосредственной близости к ней, что оказывает негативное влияние на экологическую обстановку как в промышленной зоне, так и на прилегающей территории. По данным статистики ежегодно в воздушный бассейн от предприятий нефтепереработки выбрасывается более 1 млн 600 тыс. тонн загрязняющих веществ. В том числе: более 1 млн.190 тыс. тонн углеводородов, более 200 тыс. тонн оксидов серы, более 100 тыс. тонн оксида углерода, более 30 тыс. тонн оксида азота, и прочие. Значительная часть современных технологических процессов предприятий нефтепереработки создает экологический риск. В последнее время все острее поднимается вопрос обеспечения экологической безопасности различных производств, и уже сейчас перспективность новых технологий должна представляться с учетом взаимосвязанных с ними негативных экологических последствий загрязнения окружающей среды. Одна из основных проблем окружающей среды от загрязнений – защита атмосферного воздуха. С учетом важности этой проблемы назрела необходимость обобщения результатов исследований применительно к нефтезаводским трубчатым печам с целью определения дальнейшего использования накопленного опыта в практике проектирования и их эксплуатации с точки зрения экологической эффективности. Поэтому разработка и внедрение методов снижения вредных выбросов при сжигании топлива является одной из главных природоохранных задач на НПЗ. Нефтеперерабатывающие заводы-предприятия промышленности, которые оказывают значительное влияние на загрязнение окружающей среды. Сейчас нефтеперерабатывающая отрасль РФ насчитывает более 20 НПЗ которые имеют мощность производства порядка 290-300 млн. тонн в год сырой нефти. Эффективность и рациональность работы этих предприятий при переработке нефти зависит от эффективности работы технологического оборудования завода. По загрязнению атмосферы эта отрасль занимает высокие места наряду с черной и цветной металлургией. В 1950-70-х гг. с ростом потребности в нефтепродуктах происходило увеличение производственных мощностей за счет расширения уже существующих НПЗ, так и путем строительства новых заводов в регионах где потребность в нефтепродуктах была наиболее высока. В то время практически не учитывался вред окружающей среде, от работы предприятий такого рода. Многие предприятия строились в непосредственной близости от жилых домов, зданий, и сооружений.

Основными недостатками отрасли являются не большая глубина переработки нефти, низкое качество производимых нефтепродуктов, устаревшая структура производства, высокий износ технологического оборудования. Российские НПЗ отличаются низким уровнем переработки сырой нефти в более ценные продукты. В среднем по России основные виды топлива (бензин, ДТ) производимые на НПЗ уступает по качеству аналогичным видам топлива в странах с развитой нефтеперерабатывающей отраслью.  Из-за небольшой глубины переработки нефти российские НПЗ загружены примерно на 70-75%, в то время как для мировой нефтепереработки из-за высокого спроса и высоких цен на нефть и продукты нефтепереработки характерна 100% загрузка. Многие владельцы заводов стараются как можно больше получить прибыли, затратив при этом меньшее количество средств забывая о модернизации или замене устаревшего оборудования на более современное. Все это негативно сказывается на экологии окружающей среды вблизи НПЗ. Трубчатые печи предназначены для нагрева нефти или нефтепродуктов до высоких температур в процессе переработки. При необходимости также нагреваются углеводородные газы, вода, и другие вещества. В нагревательных печах могут быть установлены парогенераторы технологического пара, занимающие около 20% от общей поверхности нагрева. Трубчатые печи входят в состав основного технологического оборудования НПЗ. В развитии конструкций трубчатых печей можно выделить следующие тенденции. Первые трубчатые печи были кострового типа и представляли несколько труб, соединенных в змеевик расположенных над камерой сгорания. В таких печах некоторые трубы нагревались неравномерно: для труб, расположенных в верхних рядах доходила незначительная часть тепла, в то время как в нижних рядах тепловая нагрузка была настолько высока что трубы быстро прогорали. В дальнейшем появились печи конвекционного типа, в которых трубы образующие печной змеевик был защищен от излучения факела специальной стенкой. Однако и в этих печах трубы прогорали, так как топочные газы поступали к печному змеевику с достаточно высокой температурой, вследствие чего трубы, расположенные в нижних рядах, получали высокую тепловую нагрузку. Для снижения температуры топочных газов была применена рециркуляция дымовых газов т. е возвращение части охлажденных продуктов сгорания в топочную камеру, а именно в ту зону, где горение топлива было завершено. высока. Однако этот способ требовал установки дымососа, потребляющего электроэнергию и работающего в условиях высоких температур. В настоящее время использование рециркуляции дымовых газов используется достаточно редко. В последствие был найден наиболее эффективный метод снижения температуры топочных газов: экранирование топки т.е. установка части печного змеевика в топочной камере. Первоначально экранные трубы, получающие тепло в основном за счет излучения факела, выполняли вспомогательную роль, а решающее значение имели конвекционные трубы, расположенные за перевальной стенкой и получающие тепло за счет конвекции дымовых газов. Однако было установлено что экранные трубы благодаря равномерной тепловой нагрузке, допускают работу с более высокими температурами, чем конвекционные трубы, поэтому экранные трубы получили решающее значение, а конвекционная секция труб стала играть второстепенную роли. Так появились радиантно-конвекционные и чисто радиантные печи. Было разработано много различных конструкций радиантных и радиантно-конвекционных трубчатых печей. В первых радиантных печах трубчатый змеевик располагался только на потолке. В дальнейшем стали экранировать также стены и под печи, доводя степень экранирования до 0,8 т.е. почти вся поверхность кладки в печах заэкранированна. Подобное повышение степени экранирования стало результатом стремления уменьшить размеры печей и по возможности выровнять тепловые напряжения поверхности нагрева. Вместе с тем повышение степени экранирования понижает относительную эффективность работы поверхности нагрева. Степень экранирования в современных конструкциях печей колеблется от 0,4 до 0,5. Исключение составляют цилиндрические печи (с экранированием до 70 %), поэтому тепловое напряжение поверхности нагрева у них низкое. В других конструкциях печей наблюдается тенденция развития поверхности лучеотражающей кладки, что достигается либо увеличением общих габаритов топочной камеры, либо установкой дополнительных радиирующих перегородок. В печах с экранами двухстороннего облучения обычно кладка топки вообще не экранируется. Выбором места расположения радиирующих устройств можно в некоторой степени выравнивать тепловую нагрузку отдельных участков печного змеевика. Наряду с новыми типами трубчатых печей на НПЗ продолжают эксплуатировать ранее построенные двухскатные двухкамерные печи тепловой мощностью от 7-60 МВт. Свод такой печи сделан наклонным для выравнивания тепловых нагрузок на трубчатые змеевики потолочного экрана. Большой объем топочного пространства позволяет сжигать топливо в длинном факеле и обеспечивает интенсивный лучистый теплообмен. Усовершенствование конструкции подобных печей с наклонными сводами достигается увеличением числа горелок, установкой однорядных экранов вместо двухрядных. Печи отличаются простотой устройства, удобством обслуживания и проведения ремонтных работ. Однако конструкция двухскатных печей обладает существенными недостатками. Габаритные размеры печей очень велики, и они обусловлены сравнительно низкими теплотехническими показателями. Одностороннее облучение длинными факелами создает неравномерность нагрева труб по окружности и длине змеевика, а в случае форсирования режима горения возможен прогар труб. Из-за высоких удельных затрат металла и огнеупоров, а также низкой эффективности эксплуатации взамен двухскатных печей сооружаются более экономичные трубчатые печи. В настоящее время особое внимание при конструировании трубчатых печей обращается на сокращение расхода металла и других материалов, повышение надежности, увеличение межремонтного интервала, уменьшение стоимость печи в целом. В частности, на основе изучения физической сущности протекающих в трубчатых печах процессов анализа накопленного опыта эксплуатации печей были введены понятия о максимально допустимом и фактическом тепловом напряжении радиантной поверхности как о пределе форсирования тепловой работы экранных труб. Установлено, что не следует стремиться к выравниванию тепловых напряжений по всей поверхности экрана, как это делалось ранее, а следует работать на допустимых тепловых напряжениях что позволяет в 1,5-2 раза увеличить теплосъем с единицы поверхности.

Список литературы:

1. Абросимов А.А Исследование, разработка и внедрение методов повышения уровня экологической безопасности нефтеперерабатывающего производства [Текст] / А.А. Абросимов // Автореферат дис. д-ра техн. наук. – М.: ГАНТ, 1998.
2. Катин, В.Д. Разработка новых конструкций малотоксичных и малошумных горелочных устройств для нефтезаводских трубчатых печей [Текст] / В. Д. Катин, В.И. Келарев, В.А. Максюта /НТИС: Нефтепереработка и нефтехимия. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003, №12.
3. С Катин, В.Д. Способ снижения выбросов оксидов азота в воздушный бассейн при двухступенчатом сжигании топлива [Текст] / В. Д. Катин //Материалы заочной конф. «Безопасность XXI века.» –СПб. : МАНЭБ, 1999.
4. Дьяченко, С.Н. Влияние состава нефтезаводских газов на образование оксидов азота в трубчатых печах [Текст] / С. Н. Дьяченко // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2000, №9
5. Габайдуллин, М.М. Снижение загрязнения воздуха на установках первичной переработки нефти/ М.М. Габайдуллин, В.И. Новиков, И.В. Гудцов [Текст] // Тематический обзор, серия: Охрана окружающей среды. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1985.