С февраля 2022 года ситуация с поставкой импортного высокотехнологичного оборудования для переработки нефти резко обострилась. Поставка нового оборудования и запасных частей к нему даже при наличии договоренности с производителем легко блокируется таможенными службами стран-экспортеров, блокируется в том числе и по схемам параллельного импорта.
Во многих случаях аналогов такого оборудования в РФ не производится. К числу таких позиций относится большая часть комплекса оборудования для установок замедленного коксования
Замедленное коксование - заключительный этап глубокой переработки нефти. В результате процесса образуются отходящие газы коксования, пропан-пропилен, бутан-бутилен, нафта коксования, легкий газойль коксования (ЛГК), тяжелый газойль коксования (ТГК) и основной продукт – твердый нефтяной или каменноугольный кокс.
Исходным продуктом для коксования является смесь одного или нескольких видов углеводородов, таких как вакуумные остатки, остатки производства масел, смолы, гудроны, битумы и др. Эта смесь поступает на установку через резервуарный парк или напрямую с других технологических установок НПЗ.
Основной продукт процесса - нефтяной кокс является высококачественным топливом, используется в производстве вяжущих материалов — цемента, извести и гипса. Кокс так же широко используется в качестве исходного сырья в производстве электродов для дуговых электропечей, контакторов и многих других изделиях. Легкие продукты коксования являются сырьем для последующей переработки.
Удаление кокса из камер.
В результате процесса замедленного коксования в реакторах 1 и 3 образуется твердый кокс, занимающий весь объём реактора. Процесс извлечения кокса из камер называют декокингом. Декокинг осуществляется методом гидравлической резки и выполняется в два этапа. На первом этапе (Рисунок 1) посредством режущего инструмента 4 в слое кокса реактора 3 с завершенным процессом коксования бурят отверстие. Бурение осуществляется подачей воды посредством электроприводного насоса 7 из резервуара 5 в вертикальные форсунки режущего инструмента. При этом режущий инструмент 4, установленный на буровой штанге, постепенно опускается до дна реактора 3.
Второй этап – разрезка кокса на пласты и удаление его из камеры через открытый шибер в ее нижней части. Резка кокса на пласты осуществляется при подачи воды в горизонтальные форсунки режущего инструмента.
Вода для резки подается мощным насосом 7 под давлением от 270 до 320 бар с расходом до 350 м3/час. Для предотвращения частых пусков и остановов насоса, применяется специальный гидравлический 3-х ходовой регулирующий клапан 6 – клапан декокинга. Переключение режимов работы режущего инструмента с режима бурения на режим резки осуществляется автоматически и управляется подачей напора клапаном декокинга.
Этапы гидравлической резки проиллюстрированы на Рисунке 2.
Рисунок 2. Режимы декокинга
Результаты и обсуждения (Results and discussion)
Инструмент гидроабразивной резки – это двухходовой автоматически переключаемый клапан высокого давления, который состоит из автоматического переключателя, распределителя потока с клапаном и боковых форсунок и блока нижних форсунки. Переключение подачи воды в вертикальные и горизонтальные форсунки осуществляется автоматически при каждом увеличении/снижении давления воды, подаваемой в инструмент.
Схема инструмента гидроабразивной резки представлена на Рисунке 3.
.png)
Рисунок 3. Схема инструмента гидроабразивной резки
При проектировании изделия приняты технические параметры прототипа, его алгоритм работы и габаритно-присоединительные размеры, обеспечивающие замену оригинального изделия без какой-либо доработки другого оборудования установки замедленного коксования. Размеры и форма деталей, технология их получения, способы соединения могут отличаться от прототипа.
Основные технические характеристики ИГР соответствуют приведенным в Таблице 1 и не уступают характеристикам импортного аналога – Autoswitch Cutting Tool ACT6”2500# RUHRPUMPEN GMBH (Германия).
Таблица 1.
Технико-экономические параметры продукта и их значение |
Инструмент гидроабразивной резки |
Autoswitch Cutting Tool ACT6”2500# RUHRPUMPEN GMBH (Германия) |
Рабочая среда |
Вода с остатками кокса размером до 1 мм |
|
Расход рабочей среды при максимальном давлении, м³/ч |
От 100 до 300 |
272 |
Максимальное давление рабочей среды, МПа |
От 10 до 30 |
29 |
Температура рабочей среды, °С |
От + 5 до +90 |
От + 5 до +80 |
Установка форсунок |
Съёмное, с фланцевым креплением, с герметичным уплотнением, обеспечивающее замену в процессе эксплуатации |
|
Переключающее устройство |
Съёмное, с фланцевым креплением, с герметичным уплотнением, обеспечивающее замену в процессе эксплуатации, обеспечивающее ручное переключение режима. Взаимозаменяемое с изделиями аналогами разных поколений. |
Съёмное, с фланцевым креплением, с герметичным уплотнением, |
Количество групп автоматически переключаемых форсунок |
2 |
|
Количество горизонтально расположенных форсунок |
2 (группа 1) |
|
Количество вертикально расположенных форсунок |
1 (группа 2) |
|
Количество форсунок, расположенных под углом к вертикали |
3 (группа 2) |
|
Подключение к подающему трубопроводу |
Фланцевое по ГОСТ или ANSI по требованию заказчика |
Фланцевое по ANSI |
Номинальный диаметр подающего трубопровода, дюйм |
От 4 до 6 |
6 |
Способ переключения подачи рабочей среды между группами |
Автоматический, при подаче/отключении рабочего давления в подающем трубопроводе |
|
Максимальный диаметр инструмента, мм |
350 |
|
Материалы основных деталей |
По ГОСТ |
По EN |
Высота инструмента, мм |
836 |
|
Масса инструмента, кг |
|
320 |
Клапан регулирующий, трехходовой системы гидрорезки кокса предназначен для управления потоком воды, используемой в качестве рабочей среды при гидроабразивной резке кокса. Процесс резки кокса выполняется с использованием инструмента гидроабразивной резки в колоне и делится на две этапа (Рисунок 2):
- бурение вертикальной шахты подачей воды под высоким давлением;
- разрезание пласта на пластины, которые под собственным весом обрушаются в низ реактора.
Этапы бурения и резки повторяются многократно до полного освобождения реактора. Последовательное и плавное переключение подачи воды в инструмент или байпасную линию осуществляется Клапаном. Внешний вид клапана приведен на Рисунке 3.
Рисунок 3. Внешний вид клапана трехходовой системы гидрорезки кокса.
Клапан является полностью собранным агрегатом состоящим из главного и байпасного клапана с интегрированными фланцами для подключения, прокладками, шпильками и гайками для подключения внешних линий, с устройством ступенчатого понижения давления, базовым корпусом включающим в себя шестеренный редуктор, узел кулачкового вала, узел направляющих, вал для подключения энкодера, съёмные элементы для установки датчиков конечных положений, присоединительные элементы для датчиков давления, дренажный клапан и устройство измерения уровня масла.
Основные технические характеристики Клапана соотвествуют данным Таблицы 2 и соответствуют характеристикам импортного аналога – Клапана трехходовой системы гидрорезки кокса DCV-6”х 6”х3 изготавливаемого фирмой Elwood corporation, США.
Таблица 2.
Технико-экономические параметры продукта и их значение |
Клапан регулирующий, трехходовой системы гидрорезки кокса
|
Decoking Control Valve DCV-6”х 6”х3, ELWOOD CORPORATION |
Рабочая среда |
Вода с остатками кокса размером до 5 мм |
|
Расход рабочей среды, м3/час Максимальный расход рабочей среды, м3/час |
От 100 до 272 350 |
272 350 |
Расход рабочей среды через байпасную линию м3/час |
От 70 до 140 |
140 |
Максимальное давление рабочей среды, МПа |
29 |
28,61 |
Максимальное давление рабочей среды на входе в байпасный клапан, МПа |
32 |
31,57 |
Температура рабочей среды, °С |
От + 5 до +90 |
От + 5 до +80 |
Время хода - из положения «Bypass» в положение «Prefill», сек - из положения «Prefill», в положение «FullFlow», сек - из положения «FullFlow», в положение «Bypass», сек |
ориентировочно 10
ориентировочно 30
ориентировочно 20 |
|
Подключение основной линии (вход/выход) |
Фланцевое по ASME B16.5 6” 2500 lbs, тип RTJ или по ГОСТ по согласованию с заказчиком |
Фланцевое по ASME B16.5 6” 2500 lbs, тип RTJ |
Подключение байпасной линии |
Фланцевое по ASME B16.5 3” 300 lbs, тип RF Или по ГОСТ по согласованию с заказчиком |
Фланцевое по ASME B16.5 3” 300 lbs, тип RF |
Материал корпуса основного и байпасного клапана |
Нержавеющая сталь по ГОСТ в виде отливки или поковок |
Нержавеющая сталь по ANSI в виде отливки или поковок |
Тип и материал уплотнения клапана главной линии |
Металл по металлу, нержавеющая сталь по ГОСТ |
Металл по металлу, нержавеющая сталь по ANSI |
Тип и материал уплотнения байпасного клапана |
Металл по металлу, нержавеющая сталь по ГОСТ |
Металл по металлу, нержавеющая сталь по ANSI |
Материал внутренних деталей основного и байпасного клапана контактирующих с рабочей средой |
Нержавеющая сталь по ГОСТ |
Нержавеющая сталь по ANSI |
Материал корпуса основания (привода) |
Углеродистая конструкционная сталь по ГОСТ |
Углеродистая конструкционная сталь по ANSI |
Привод клапана |
Электродвигатель 380 В, 50 Гц, 1,1 кВт |
|
Управление |
||
Сигнализация |
- 2 датчика положения сигнализирующие положение «FULL FLOW» и «BYPASS» типа Pepperl&Fuchs NJ2-12GK-SN или аналог |
|
Энкодер |
Обеспечивает сигнал самостоятельно или в составе с дополнительным преобразователем 0-360°, 4-20 мА В вариантном исполнении обеспечивает цифровой сигнал по выбранному пользователем протоколу связи |
Обеспечивает сигнал самостоятельно или в составе с дополнительным преобразователем 0-360°, 4-20 мА
|
Климатическое исполнение |
УХЛ1 по ГОСТ 15150 |
Не определено |
Габаритные размеры, мм |
1500х1000х1800 |
|
Масса, кг |
2875 |
2900 |
Функционирование клапана описывается диаграммой, приведенной на Рисунке 4. Фазы работы клапана декокинга приведены в Таблице 3.
Рисунок 4. Диаграмма фаз работы клапана декокинга
Таблица 3. Фазы работы клапана декокинга
Положение клапана |
Описание |
Начало процесса декокинга |
|
0° |
Начало процесса декокинга, байпасный клапан открыт, насос работает. Привод клапана начинает вращение кулачкового вала и байпасный клапан начинает закрываться |
20° |
Толкатель главного клапана начинает подъем, начало открытия главного клапана |
85° |
Байпасный клапан закрыт, главный клапан продолжает открываться |
Начало цикла предварительного заполнения |
|
50°-80° |
Двигатель привода останавливается в позиции «Предварительное наполнение» для заполнения линии гидрорезки. Когда время предварительного заполнения истекло привод клапана начинает вращение кулачкового вала. Байпасный клапан остается полностью закрытым, главный клапан продолжает открываться. |
Режим резания |
|
200°-205° |
Главный клапан достигает полностью открытого положения, привод клапана останавливается в положении 200°. Оборудование в режиме полного расхода и давления. |
Завершение цикла резания |
|
235° |
Главный клапан начинает закрываться |
295° |
Байпасный клапан начинает открываться, поток из главной магистрали перенаправляется в байпасную линию. |
350° |
Главный клапан закрыт. |
Режим байпасирования |
|
355°-15° |
Привод клапан остановлен в положении 0°. Байпасный клапан полностью открыт, главный клапан закрыт. Поток полностью проходит через байпасую линию. |
Таблицы 1 и 2 показывают, что параметры изделий не уступают, а в некоторых случаях превосходят параметры импортных аналогов, допускают адаптацию оборудования для установки на различные УЗК. Оборудование может подключаться к внешним системам как с использованием стандартов ГОСТ, так и стандартов ANSI используемых в оборудовании прототипов.
В ходе реализации проекта проведены следующие работы:
- эскизирование с рабочих образцов инструмента гидравлической резки и клапана трехходовой системы гидрорезки кокса;
- произведена замена импортных материалов на отечественные, с последующими термическими обработками, как и у аналогов, согласно замерам твёрдости и спектральному анализу деталей
- созданы 3D модели для проработки технологии литья для ИГР;
- сделана пробная отливка, для исследования проливаемости стали и получения нужной марки стали 08Х14Н7МЛ по ГОСТ 977-88, для корпусных отливок (ИГР и КГРК);
- создана рабочая модель ИГР для анализа срабатывания узла автоматического переключения режимов работы;
- создана рабочая модель КГРК для проверки правильности работы по углам и соблюдения рабочей диаграммы клапана;
- произведен расчёт потоков воды по давлению и скорости, согласно расчёта произведена оптимизация каналов корпуса распределительного и выпрямителя ИГР;
- произведен расчёт потоков воды по давлению и скорости главной секции и секции перепускного клапана;
- проведены испытания отдельных деталей ИГР и КГРК на прочность/плотность.
Рисунок 5. Распределение скоростей в прямых проходах
Рисунок 6. Распределение скоростей в боковых проходах
Рисунок 8. Распределение давлений в боковых проходах
Рисунок 7. Распределение давлений в прямых проходах