Результаты теплотехнического обследования трубчатых печей с целью определения фактического КПД печей и разработки норм расхода топлива

Объектами исследования, при выполнении работ специалистами ООО «КИПЭНЕРГО», являются трубчатые печи предприятия, утилизационное оборудование, водогрейные и паровые котлы, их теплотехническое состояние и фактический расход энергии на нагрев сырья, полуфабрикатов, пара и воды.

Цель работ: определение основных показателей работы трубчатых печей предприятия для разработки норм удельного расхода условного топлива на собственные нужды на технологических установках завода по технологическим блокам переработки (процессам) и режимам, а также оценка потенциала снижения потерь топлива на предприятии.

В результате выполнения работ решаются следующие задачи:

1. Сбор и анализ технической и эксплуатационной документации по режимам работы печей, расходам топлива по блокам переработки (технологическим процессам):

• анализ технологических регламентов установок, в части описания печного оборудования и норм технологического режима, паспортов и инструкций по эксплуатации на печи;
• анализ журналов (ведомостей) режима работы трубчатых печей, вахтового журнала установки, установленных норм расхода топлива на печах, материальных балансов в части расхода топлива, аналитических данных по составу потребляемого топлива (элементарный состав, молекулярная масса, теплота сгорания и т.п.), данных по потреблению газа на топливо по месяцам и по дням за последние два отчетных месяца;
• изучение порядка нормирования расхода топлива;
• анализ потребления топлива и режимов работы трубчатых печей;
• подготовка необходимых исходных данных для оценки расхода топлива;
• сбор данных (обследование) по режимам работы печей, расходам топлива по блокам переработки (технологическим процессам);
• разработка методики теплотехнического обследования трубчатых печей и нормирования расхода топлива;
• составление материального баланса по выработке и расходу топлива;
• разработка методики определения потерь топлива;
• количественная оценка (расчет) потерь топлива;
• оценка потенциала снижения потерь топлива на предприятии.

2. Посещение объектов с целью проведения инструментальных измерений для расчета фактического КПД печей:

• проведение сбора измерительной информации на объекте со стационарных средств измерения: температура, давление и расход углеводородного сырья (воды-пара) по потокам; температура дымовых газов на перевале печи и выходе из дымовой трубы; разряжение в печи; температура и расход (давление) топлив; температура и расход воздуха на горение; температура и расход распыливающего агента;
• проведение инструментальных измерений переносными средствами измерения исполнителя работ: измерение параметров окружающей среды – температура воздуха, направление и скорость ветра, влажность, количество осадков; определение коэффициента излучения, отражения (отражённой температуры) и рассеивания поверхностей печи и оборудования; измерение температуры и линейных размеров ограждающих конструкций трубчатых печей и утилизационного оборудования; выявление аномальных зон, фиксирование их местоположения и линейных размеров; измерение состава и температуры дымовых газов за печью; определение и устранение подсосов воздуха;
• составление протоколов по результатам измерений.

3. Разработка проекта норм расхода топлива по блокам переработки и режимам:

• проведение расчета теплопотерь от ограждающих поверхностей печей;
• проведение расчета тепловой энергии, потраченной на нагрев продуктов, количества тепла, выделяющегося при сжигании топлива;
• проведение расчета потерь тепла с дымовыми газами и от химического недожога продуктов горения;
• проведение расчета фактического КПД печей;
• разработка норм удельного расхода топлив по объектам предприятия;
• оформление научно-технического отчета.

Выборочные результаты инструментального обследования трубчатых печей одного из российских предприятий нефтепереработки, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Теплотехнические характеристики трубчатых печей предприятия

В результате теплотехнического обследования установлено, что у трубчатых печей за 18 лет эксплуатации произошло снижение фактического КПД на 4 - 8%, что приводит к увеличению расхода топлива на 5 - 10% от проектного значения. Относительные потери тепла через ограждающие конструкции Q₅ составили от 6 до 14% против проектных значений в 5%.

При выполнении работ, связанных с нормированием топлива специалистами ООО «КИПЭНЕРГО» проводится тепловой контроль по ГОСТ Р 56511-2015 с выявлением отклонений от технических требований установленных в ГОСТ 53682-2009, а также аномальных температурных зон с нарушенной теплоизоляцией с выдачей рекомендации к их устранению. Пример нарушения теплоизоляционного слоя корпуса трубчатой печи АВТ представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Термограмма боковой поверхности трубчатой печи АВТ с выявленным дефектом

1 – аномальная зона повышенной температуры свыше 100°С, вызванная разрушением горизонтального стыковочного шва теплоизоляции стенки и пода печи;

2 – зона с температурой свыше 70°С, отмечается начало разрушения вертикального стыковочного шва теплоизоляционных плит в местах расположения опор труб змеевика.

Образование зон с повышенной температурой наружной поверхности печи, более 80 °С, вызвано частичным или полным разрушением элементов внутренней теплоизоляции, восстановить которую возможно только при остановке печи и проведении капитальных ремонтных работ на ней.

При проведении тепловизионного обследования трубчатой печи в целях контроля технического состояния ограждающих конструкций устанавливается критерий оценки температурного состояния на основе определения разности температур или на основе определения максимально допустимой температуры. Предельные значения критерия оценки температурного состояния устанавливают для каждой трубчатой печи на основе требований эксплуатационных и нормативно-технических документов, установленного режима работы и конструкции печи, а также статистики по накопленным экспериментальным данным встречающихся типов дефектов и их критичности.

Для определения теплопотерь посредством теплопроводности через под печи проводится ИК-съемка топочной камеры изнутри, что так же позволяет диагностировать дефекты в элементах конструкции печи (разрушение теплоизоляции, дефекты в опорах и трубах змеевика) рисунок 2.

Рисунок 2 - Термограмма трубчатого змеевика и огнеупорного слоя футеровки камеры радиации трубчатой печи АВТ

При проведении работ по теплотехническому обследованию трубчатых печей с целью определения фактического КПД печей и разработки норм расхода топлива специалисты ООО «КИПЭНЕРГО» используют следующие современные средства измерения и программные продукты:

• При выполнении измерений температуры поверхности ограждающих конструкций трубчатых печей применяется тепловизор FLIR.
• При выполнении измерения температуры и состава дымовых газов применятся переносной анализаторы дымовых газов TESTO.
• При измерении линейных размеров поверхности печи и ее элементов используются рулетки измерительные металлические второго класса точности.
• Для измерения скорости ветра используется анемометр TESTO.
• Для измерения температуры окружающего воздуха используется термометр цифровой ТЦМ.
• Для обработки и вычисления результатов измерений применяют персональные компьютеры с программным обеспечением (электронные таблицы Excel, обработка термограмм FLIR TOOLS, аппроксимация Table Curve).