Calculul Tehnologic al Maturatorului (soaker) Dintr O Instalatie de Reducere de Viscozitate

PROIECT DE DIPLOMA

TEMA: CALCULUL TEHNOLOGIC AL MATURATORULUI (SOAKER) DINTR-O INSTALATIE DE REDUCERE DE VISCOZITATE

Cuprins

INTRODUCERE

CAP.I.DATE DE LITERATURĂ PRIVIND PROCESUL DE REDUCERE DE VȊSCOZITATE

I.1. Descrierea procesului de reducere de vȋscozitate

I.2. Ecuațiile cinetice globale

I.3. Influența parametrilor

I.4. Descrierea proceselor industriale

I.5. Randamente și caracteristici ale produselor

I.6 Realizare industrialǎ

CAP.II.ANALIZA TEHNOLOGICĂ A UNUI CUPTOR DE CRACARE TERMICĂ

CAP. III CALCULUL TEHNOLOGIC AL MATURATORULUI

III.1 Modelul matematic pentru dimensionarea camerelor de reacție

III.2 Bilanț termic

III.3 Bilanț material

III.4 Rezolvarea modelului matematic

CAP.IV.NORME DE TENICA SECURITAȚII MUNCII,PSI, EXPLOATAREA ȘI ȊNTREȚINERE A INSTALAȚIEI

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

INTRODUCERE

Scopul principal al procesului de reducere de vȋscozitate este obținerea unui combustibil de focare cu o vȋscozitate mai mică decât a materiei prime.În afară de combustibilul defocare, instalațiile de reducere de vȋscozitate produc unul sau două distilate (motorină ușoară și grea ,sau numai motorină ușoară) și cantități reduse de benzină și gaze.

Scopul principal al acestui proiect este acela de a dimensiona camera de reacție.

Deosebirea de bază dintre diferitele instalații de reducere de viscozitate este prezența sau absența maturatorului( Soaker). La instalațiile lipsite de maturator reacțiile sunt săvârșite în cuptor, în cazul maturatorului, reacțiile se desfășoară în cea mai mare parte în acest aparat. De asemenea, pentru aceeași materie primă, temperatura este cu 30 -40˚C mai scăzută decât în cazul instalațiilor lipsite de maturator.

Ȋn primul capitol al proiectului vorbim despre procesul de reducere de vȋscozitate: descrierea procesului și a instalațiilor necesare ȋn reducerea de vȋscozitate, ecuațiile cinetice globale, precum și influenta diferiților factori asupra procesului.

Capitolul doi cuprinde analiza tehnologicǎ a unui cuptor de cracare termicǎ, bilanțuri materiale pe camera de reacție, rezolvarea modelului matematic precum și date privind dimensionarea camerei de reacție.

CAPITOLUL I

DATE DE LITERATURĂ PRIVIND PROCESUL DE

REDUCERE DE VȊSCOZITATE

I.1 Descrierea procesului de reducere de vȋscozitate

Scopul principal al procesului de reducere de vȋscozitate este obținerea unui combustibil de focare cu o vȋscozitate mai mică decât a materiei prime și a unei cantități însemnate de produse distilate medii (gaze,benzină,motorină).

Prin utilizarea reducerii de vȋscozitate producția de combustibil scade cu circa 20%; aproximativ 10% din reziduul de vid se transformă în gaze și benzină, iar reziduul obținut are vȋscozitatea și punctul de înmuiere mai mici, în acest fel se reduce cantitatea de fracțiuni distilate necesare a fi adăugate pentru fabricarea combustibilului, ceea ce echivalează cu o reducere a cantității acestuia cu încă circa 10%.

Procesul poate fi conceput fie pentru obținerea combustibilului de focare, fie pentru obținerea unei cantități maxime de distilate.

Mecanismul și cinetica reacțiilor chimice

Mecanismul cracării termice este un mecanism radicalic realizat după schema:

Inițierea lanțurilor: M―>R1+R2

Dezvoltarea lanțurilor: R1+M―>R1H+R3

Întreruperea lanțurilor: R1+R3―>M2

R2+R3―>M3

R1+R1―>M4

R2+R2―>M5

R3+R3―>M6

R1+R2―>M7

Formarea cocsului în procesele de cracare termică se prezintă sub două aspecte cu totul diferite [l]:

formarea depunerilor de cocs în interiorul tuburilor cuptoarelor de piroliză, în care materia primă și produsele de reacție se găsesc integral în fază de vapori;

formarea cocsului în urma reacțiilor ce se desfășoară în fază lichidă, chiar dacă faza de vapori este prezentă – cazul proceselor de reducere de vȋscozitate, cocsare și în general a proceselor clasice de cracare termică. Având în vedere deosebirile fundamentale între cele două fenomene, ele vor fi analizate separat.

Formarea cocsului în procesele de cocsare și de reducere de viscozitate

Ȋn aceste procese reacțiile de descompunere, mai bine zis primele etape ale acesteia, au loc în fază lichidă, ceea ce le conferă un caracter specific.

Într-adevăr, în faza gazoasa, la presiunea atmosferică și temperaturǎ de circa 500 °C, un litru de gaz conține ≈1022 molecule, în timp ce un litru de lichid conține ≈1024 molecule. Concentrațiile în fază lichidă sunt deci aproximativ echivalente cu cele în fazǎ gazoasă la presiunea de 100 bar.

Acest fapt va conduce la creșterea în fază lichidă a vitezei reacțiilor bimoleculare, cum sunt cele de polimerizare, condensare și interacțiunile elementare bimoleculare ale reacțiilor de descompunere termică în lanț.

Drept rezultat, reacțiile de cracare în fază lichidă conduc la o masă moleculară medie mai mare a produselor de descompunere, care rămân în cea mai mare parte în fază lichidă și conduc la formarea produselor de condensare din ce în ce mai avansată și in final a cocsului. Analiza cineticii formării în aceste condiții a cocsului, necesită luarea în considerare a mai multor efecte specifice.

Efectul celular

Spre deosebire de faza gazoasă, în faza lichidă radicalii sunt înconjurați de molecule, în special aromaticele polinucleare, care îi "stabilizează" prin electronii delocalizați pe care îi posedă. Datorită acestui fapt, concentrația radicalilor în faza lichidă este importantă, iar conținutul lor a putut fi măsurat prin rezonanța electronică paramagnetică. Împreună cu moleculele care le înconjoară, radicalii formează "celule" și pentru a deveni independenți și a putea reacționa, ei trebuie să difuzeze afară din ″celulă", dispersând pentru aceasta o cantitate de energie.

Influenta solventului

Solvatarea, interacțiunea între părticele apropiate, poate influența viteza reacțiilor în fază lichidă, mai ales în cazul moleculelor polare. Ȋn cazul fracțiunilor de petrol, o influențǎ asupra cineticii reacțiilor termice ar putea avea formarea complecșilor π a radicalilor cu hidrocarburile aromatice.

Cum acest efect nu este puternic și scade sensibil cu temperatura, influența lui asupra vitezei de reacție poate fi neglijată în cazul proceselor de cracare.

I.2 Ecuatii cinetice globale

Se poate accepta ordinul cinetic I pentru toate reacțiile de descompunere termică a hidrocarburilor și a fracțiunilor petroliere, cu mențiunea că pentru conversii mari, practic peste 20%, este necesar să se tină seama de frânarea exercitată de propena și izobutena formate în proces.

Ȋn consecințǎ, pentru condiții de volum constant, formele diferențiale și cele integrale ale ecuațiilor de viteză, notând cu x conversia globală exprimată în fracții în greutate, vor fi: [2]

=k(1-x) (1)

ln (2)

Ecuațiile (1) și (2) corespund reacțiilor ireversibile, ceea ce este valabil în cracarea termică.

Excepție face piroliza etanului, care este realizată în general în condiții în care limitările termodinamice impun a se considera reacția de transformare a etanului în etenă reversibilă. Ȋn acest caz,ecuațiile de viteză vor avea forma:

=k(1-x)-(k-1)·x

=k(x∞-x)

Ȋn care k si k-l sunt constantele de viteză ale reacției directe (de formare a etenei) și a celei inverse, k= k1+(k-1) ,iar x∞ este conversia la echilibru.

Ȋn forma integrala, cea de-a doua ecuație, care este mai comod de utilizat, devine:

k=ln

Ȋn ceea ce privește procesele în care trebuie ținutǎ seama de fenomenul de frânare, s-au propus mai multe moduri de exprimare a diminuării constantei de viteză cu creșterea conversiei.

Dintes și Frost exprimă această scădere prin relația:

k=

Ȋn care: β – este factorul de frânare, care poate lua valori cuprinse între 0 (lipsa frânării) și 1(frânare maxima);

kD – constanta de viteză pentru o frânare nulă;

k – constanta de viteză pentru procesul frânat.

Buekens si Froment exprimǎ scăderea constantei de viteza cu relația:

k=

din care rezultă că semnificația constantei k0 este aceea a valorii pe care o ia constanta de viteză la o extrapolare la conversia nulă (pentru x=0, k = k0). Constanta poate varia între 0 (lipsa frânării) și valori ce tind spre infinit la frânare maxima.

Chimismul procesului

Pentru înțelegerea procesului reducerea de vȋscozitate și a limitărilor sale trebuie să se facă referire la structura particulară a reziduurilor petroliere și a transformărilor ce au loc în proces. Un reziduu petrolier tipic, obținut prin simple operații de distilare, conține în principal trei clase de componenți: hidrocarburi, rășini și asfaltene. Asfaltenele sunt compuși cu masă moleculară mare, cu un raport mare carbon/hidrogen; în afară de C și H, mai conțin S,N și O, au un puternic caracter aromatic și lanțuri alifatice laterale.

Asfaltenele pot fi precipitate din reziduu cu solvenți parafinici. Reziduul este o soluție coloidală în care asfaltenele se află în suspensie în hidrocarburi iar rășinile și hidrocarburile aromatice acționează ca agenți de peptizare. Ȋn procesul termic de reducere de vȋscozitate hidrocarburile sunt parțial cracate și în același timp se formează noi asfaltene, carboizi și cocs. Ȋn acest fel se ajunge la un moment dat la distrugerea echilibrului sistemului coloidal când asfaltenele, carboizii și cocsul tind să se separe și să formeze depuneri fie la depozitare, fie în echipamentele de încălzire, ardere, etc. Produsul devine deci instabil, fenomen ce impune limitarea conversiei în reducerea de vȋscozitate în cazul în care se urmărește respectarea condiției de stabilitate impusă combustibilului.

Eficiența procesului de reducere de vȋscozitate poate fi exprimată luând în considerație următoarele:

Conversia în gaze și benzină cu un anumit punct final de distilare, de exemplu: gaze + benzină (C5- 180°C).

Conversia în gaze, benzină și motorină cu un anumit punct final de distilare, de exemplu: gaze + benzină (C 6- 1800C) + motorină (180-3500C).

• Gradul de reducere a vȋscozitatii reziduului:

R=

Ambele vȋscozităti sunt măsurate la aceeasi temperaturǎ.

• Stabilitatea reziduului de reducere de vȋscozitate, exprimată după norme sau standard.

Mai dificilă este determinarea stabilității, deoarece nu există metode standardizate și general acceptate. Dintre metodele analitice utilizate în determinarea stabilității mai uzuale sunt următoarele: gradul de sedimentare (ASTM D 473), stabilitatea termică (ASTM Dl661), testul de filtrare, etc. Aceste metode nu sunt echivalente, unele dau doar o măsură calitativă a stabilității.Valoarea conversiei maxime (exprimată ca gaze + benzină cu un anumit punct final de distilare) până la care reziduul de reducere de vȋscozitate este stabil scade cu conținutul în asfaltene al materiei prime.

Pe de altă parte, gradul de reducere a vȋscozității reziduului este mai accentuat cu cât conversia este mai mare; acest efect mai poate fi exprimat prin variația cu conversia a cantității dintr-un distilat standard adăugată la 100t de reziduu de reducere de vȋscozitate pentru a întruni condiția de calitate privind vȋscozitatea combustibilului de focare.

Trebuie menținonat faptul că un efect negativ asupra stabilității combustibilului îl poate avea fracțiunea distilată adăugată în vederea întrunirii condiției de vȋscozitate. Natura chimică a acestei fracțiuni are influență decisivă, iar proporția în amestec se stabilește prin teste de laborator.

I.3 Influenta parametrilor

Examinarea în subcapitolele anterioare a termodinamicii, mecanismului și cineticii cracării termice, permite să se analizeze în cele ce urmează, influența factorilor tehnologici asupra proceselor. Vor fi examinate influența temperaturii, presiunii, a caracteristicilor materiei prime și influenței vaporilor de apă care se introduc de regulă în zona de reacțtibilului de focare.

Trebuie menținonat faptul că un efect negativ asupra stabilității combustibilului îl poate avea fracțiunea distilată adăugată în vederea întrunirii condiției de vȋscozitate. Natura chimică a acestei fracțiuni are influență decisivă, iar proporția în amestec se stabilește prin teste de laborator.

I.3 Influenta parametrilor

Examinarea în subcapitolele anterioare a termodinamicii, mecanismului și cineticii cracării termice, permite să se analizeze în cele ce urmează, influența factorilor tehnologici asupra proceselor. Vor fi examinate influența temperaturii, presiunii, a caracteristicilor materiei prime și influenței vaporilor de apă care se introduc de regulă în zona de reacție în procesele de cracare termică. Ȋn ceea ce privește durata reacției, influența ei decurge direct din cele ce sunt expuse în subcapitolul anterior (cinetica cracării termice), ceea ce face inutilă examinarea ei aici, altfel decât în legătură cu alți factori.

Factorii tehnologici specifici unor procese concrete, cum este severitatea sau influența unor parametrii caracteristici ai dispozitivului de reacție, sunt examinați separat pentru fiecare proces în cadrul realizării lui industriale.

Caracteristicile materiei prime

Masa moleculară și compoziția chimică a materiei prime determină desfășurarea procesului de cracare, atât în ceea ce privește conversia globală, cât și distribuția produselor de reacție. Această legătură între caracteristicile materiei prime și rezultatul procesului sunt exprimate cantitativ prin constantele cinetice specifice.

Ecuațiile de tip Arrhenius complet diferite prin forma lor matematică conduc, pentru temperaturi uzuale în procesul de piroliză, la valori apropiate ale constantelor de vitezǎ. Sunt de remarcat diferențele importante între valorile constantelor de viteză ce se obțin folosind relațiile sau metodele grafice de calcul recomandate în literatură și redate aici, precum și multiple alte valori și relații obținute de diverși autori. Analiza acestor diferențe, care ating de multe ori un ordin de mărire, nu face obiectul acestei lucrări și este de altfel foarte dificilă, necesitând cunoașterea amănunțită a condițiilor de experimentare și a metodelor de prelucrare a datelor obținute, care rareori sunt redate complet în lucrările publicate.

Cauzele acestor deosebiri între valorile constantelor de viteză sunt multiple, sursele de erori sau de deosebiri de interpretare fiind cel puțin următoarele:

condițiile de experimentare – domeniul de presiuni, temperaturi, diluția cu vapori, dar mai ales conversia pentru care constanta de viteză a fost calculată, fiind bine cunoscut faptul că, în urma fenomenelor de frânare, constanta de viteză scade cu conversia;

modul cum a fost efectuată echivalarea procesului cu unul izoterm, fiind vorba de un proces termic, reacțiile au loc inerent la o temperatură variabilă, fiind necesară echivalarea fie a duratei reacției, fie, în procesele în flux, a volumului zonei de reacție, cu durata sau volumul echivalent al unui proces izoterm. Metoda folosită și energia de activare acceptate în aceste calcule sunt rareori precizate în lucrări publicate;

fiind vorba de reacții de descompunere, numărul de moli crește odată cu conversia, ceea ce influențează timpul real de contact în sistemele în flux și necesită corecții corespunzătoare. Ȋn asemenea sisteme corecția timpului de contact devine necesară și dacă intervin modificări ale presiunii sau ale diluției cu vapori.

materialul din care este confecționat reactorul, care, în cazul reactoarelor metalice, poate modifica în mod semnificativ conversia și selectivitatea. Multă vreme această influență nu era cunoscută și este de presupus că în multe cercetări mai vechi, rezultatele să fi fost puternic influențate de efectele inhibitoare ale oțelurilor utilizate;

o observație suplimentară este de făcut asupra valorii energiei de activare care, determinându-se la două temperaturi relativ apropiate, este deosebit de dificil de a obține valori sigure.

Temperatura

Intr-un proces complex cum este cracarea termică, influența temperaturii trebuie examinată atât din punct de vedere al modificării echilibrelor termodinamice, cât și din acela al influenței ei asupra vitezelor relative ale reacțiilor de descompunere și ale altor reacții ce au loc în proces.

Aspectele termodinamice ale cracării termice, au permis să se precizeze reacțiile ale căror echilibru influențează rezultatele finale ale procesului.

Este vorba în primul rând de reacțiile:

C2H6←→C2H4+H2

C3H8 ←→ C3H6 + H2

Conform constatărilor practice, în condițiile pirolizei rapoartele etenă/ etan și propenă/ propan se apropie de cele de echilibru, cele două grafice permit să se aprecieze efectul favorabil al creșterii temperaturii asupra producției, în special de etenă. De aici, eforturile considerabile efectuate în direcția măririi temperaturilor finale de reacție în procesul de piroliză.

Creșterea temperaturii favorizează și echilibrul de formare a acetilenei din etenă, ceea ce face ca odată cu efectul favorabil asupra producției de etenă, creșterea temperaturii să conducă la necesitatea amplificării instalațiilor de purificare a acesteia de acetilenă.

Temperatura acționează favorabil și asupra formării de butenă și de butadienă din butenă, care intră în competiție însă cu descompunerea butanului în etenă și etan.

Cu toate că, creșterea temperaturii favorizează toate cele trei reacții, interesante din punctul de vedere al obiectivelor economice ale pirolizei, adică formarea etenei, propenei și butadienei, nu este posibilă atingerea concomitentă a unei producții maxime a celor trei hidrocarburi. Cauza este viteza diferită a reacțiilor de formare respective și a faptului că aceste reacții sunt urmate de cele de descompunere, în consecință, producția fiecăreia din cele trei hidrocarburi trece dintr-un maxim, acesta fiind situat mult mai devreme pentru propenă și butadienă, decât pentru etenă. De aceea, un cuptor de piroliză poate fi operat pe o producție maximă de etenă, sau pe cea de propenă, ambele obiective neputând fi atinse concomitent.

Creșterea temperaturii favorizează de asemenea echilibrele de formare a hidrocarburilor aromatice din seria alchilciclohexanilor, ceea ce conduce la o creștere a producției de hidrocarburi aromatice cu creșterea temperaturii de reacție în procesul de piroliză a fracțiilor de benzină.

Este util de a completa această analiză a efectului favorabil al temperaturilor înalte asupra echilibrelor termodinamice, cu analiza influenței temperaturii asupra cineticii descompunerii radicalice în lanț.

O mică problemă este aceea a modului cum temperatura influențează descompunerea în lanț, și anume, dacă temperaturile înalte favorizează descompunerile avansate până la formarea moleculelor de masă moleculară mică sau se formează de preferință molecule de masă moleculară medie.

Presiunea

Trebuie reamintită aici creșterea importantă a conversiei la echilibru odată cu scăderea presiunii pentru reacțiile de transformare a etanului în etenă, a propanului în propenă si mai ales a l-butenei în butadienă. Conversia la echilibru crește și mai sensibil cu scăderea presiunii în reacțiile de dehidrogenare a cicloalcanilor cu ciclu de 6 în hidrocarburi aromatice. Ȋn ceea ce privește echilibrul reacției de formare a acetilenei din etenă, scăderea presiunii favorizează conversia, influența pare să fie însă ceva mai puțin importantă decât la conversia etanului în etenă. Reacțiile de polimerizare a alchenelor apar în procesele de cracare la presiunea înaltă, fiind favorizate de creșterea presiunii. Efectul presiunii asupra reacțiilor de descompunere termică, poate fi analizat și examinând influența ei asupra mecanismului descompunerii în lanț, care dă variația în funcție de presiune, a raportului dintre viteza reacțiilor de substituție (interacțiunea unui radical cu o moleculă de materie primă) și a celei de descompunere în β a radicalului.

Ȋn cazul descompunerii termice a alcanilor, rezultatul va fi creșterea odată cu presiunea proporției de alcani de masă moleculară medie, formați în urma reacțiilor de substituție, în detrimentul alchenelor și alcanilor inferiori, formați prin continuarea descompunerilor in β. Efecte similare se vor manifesta și asupra descompunerii termice a altor clase de hidrocarburi.

Presiunea influențează și procesul de precipitare a asfaltenelor, fază determinantă în formarea cocsului la temperaturile cracării termice. Creșterea presiunii îmbogățește faza lichidă în produse ușoare, ceea ce micșorează solubilitatea asfaltenelor, ușurează precipitarea lor și conduce la creșterea vitezei de formare a cocsului. Acest efect este cel ce are loc de regulă în procesele de cracare termică.

Daca, însă, presiunea în sistem depășește presiunea critică a sistemului de hidrocarburi prezente în fază vapori, pot avea loc fenomene de solubilizare a hidrocarburilor grele și efectul creșterii presiunii poate fi inversat, formarea cocsului fiind defavorizată de creșterea presiunii. Procesele de cracare la presiuni înalte necesită deci, în ceea ce privește formarea cocsului, o analiză "mai aprofundată”, ținând seama de natura hidrocarburilor prezente și de presiunea în zona de reacție.

Ȋn ceea ce privește influența presiunii asupra cineticii procesului, reacțiile de descompunere termică fiind de ordinul cinetic I, fracția din materia primă transformată într-un interval de timp dat este independentă de presiune, în cazul reacțiilor secundare de polimerizare, care sunt de ordinul cinetic II, creșterea presiunii mărește conversia realizată prin polimerizare într-un interval de timp determinat.

Influența vaporilor de apǎ ȋn zona de reacție

Vaporii de apă introduși în zona de reacție au un efect complex asupra cracării termice. Ei acționează ȋn primul rând ca diluant, inert fațǎ de reacțiile ce au loc, micșorȃnd presiunile parțiale ale componenților prezețti.

Efectul introducerii vaporilor de apa este deci analog cu cel al micșorării presiunii în sistem, cu toate consecințele corespunzătoare asupra deplasărilor echilibrelor termodinamice. Ȋn al doilea rând, fiind introduși de regulă în tuburile cuptoarelor și anume în ultimul sector de tuburi, unde temperaturile sunt suficient de ridicate, vaporii de apă provoacă o creștere sensibilă a turbulenței, care împiedică depunerea pe pereții tuburilor a asfaltenelor ce ar începe eventual să se separe din soluțiile coloidale, împiedicând astfel fenomenele de cocsare a tuburilor.

Acest efect este deosebit de important în cazul proceselor de cracare a fracțiunilor reziduale – reducere de vȋscozitate, cocsare, cracarea păcurei deoarece micșorarea fenomenelor de depunere de cocs pe tuburi permite mărirea conversiei în primul produs intermediar și mărește durata ciclului între două cocsări. Introducerea în acest scop a apei în cuptoarele de cracare a păcurei, a fost aplicată pentru prima dată de C. Suciu la rafinăria Teleajen în 1939,cu mult înainte ca această metodă să fie folosită pe plan mondial și menționată în literatura de specialitate.

Efectul este foarte important în cocsarea întârziată, deoarece el permite ameliorarea sensibilă a performanțelor procesului, în procesul de piroliză acțiunea vaporilor de apă este mai complexă. De primă importanță este faptul că, pentru o aceeași presiune finală de ieșire din cuptor, vaporii de apă micșorând presiunile parțiale ale hidrocarburilor, conduc la deplasarea echilibrelor spre formare de cantități suplimentare de etenă, propenă, butadienă, izopren și hidrocarburi aromatice monociclice, adică de produse a căror obținere constituie scopul procesului, în ceea ce privește cocsarea tuburilor cuptoarelor, efectul favorabil al introducerii vaporilor de apă în tuburi este similar cu cel descris pentru cracarea fracțiunilor reziduale.

Un efect suplimentar apare la temperaturi de peste 650-700°C, si anume, acela de formare a oxidului și bioxidului de carbon, ceea ce dovedește că peste aceste temperaturi au loc reacții chimice la care participă apa.

Cercetările efectuate asupra cracării ȋn prezenta vaporilor de apǎ a etanului, propanului și a altor hidrocarburi, precum și a motorinei, au permis să se presupună că vaporii de apă nu reacționează direct cu hidrocarburile conținute, confirmată de faptul că oxidul și bioxidul de carbon se formează numai după ce s-a ajuns la un grad avansat de descompunere a materiei prime.

I.4 Descrierea proceselor industriale

Instalațiile de reducere de vȋscozitate se pot clasifica în cele lipsite de cameră de maturare (figura 1) și cele ce posedă o astfel de cameră (figura 2); [3] . Fiecare din cele două variante poate poseda în plus o coloană de vid, necesară obținerii motorinei grele, folosite în general pentru alimentarea cracării catalitice (figura 3).

Deosebirea de baza dintre diferite instalații de reducere de vȋscozitate este prezența sau absența maturatorului. La instalațiile lipsite de maturator, reacțiile sunt desăvârșite în cuptor, asigurându-se timpul de ședere necesar în zona de reacție (aproximativ 1-2 minute) pentru a se ajunge la ieșire la conversia dorită. Presiunea medie în cuptor se situează în jurul a 15 bar, iar temperatura la ieșire este de aproximativ 480- 490 °C.

Figura 1.Schema de principiu a unei instalații de reducere de vȋscozitate fără maturator: 1-cuptor: 2-evaporator; 3-coloană de fracționare; 4-striper; l-alimentare cu materie primă; II-reziduu; III-motorină; V-gaze; VI-abur; VII-lichid de răcire.

Figura 2. Schema unei instalații de reducere de vȋscozitate cu maturator: 1-cuptor; 2- maturator; 3-evaporator; 4-coloană de fracționare; 5-striper: l-alimentare cu materie primă; II-reziduu; III-motorină; IV-benzină; V-gaze; VI-abur; VII-lichid de răcire

.Figura 3. Schema unei instalații de reducere de vȋscozitate prevăzută cu coloană de vid: 1-cuptor; 2-evaporator-coloană de fracționare; 3-striper; 4-coloană de vid; I-alimentare cu materie primă; II-reziduu; III-motorină grea de vid; IV-motorină; V-benzină; VI-gaze; VII-abur; VIII-lichid de răcire; IX-spre aparatura de vid.

La ieșire, reacțiile sunt întrerupte prin scăderea bruscă a temperaturii până la circa 350 °C, realizată prin destindere adiabatică prin ventilul de reducție, completată prin injecție de lichid rece. De obicei se folosește ca lichid rece motorina ușoară obținută în instalație. Ȋn cazul utilizării maturatorului, reacțiile se desfașoarǎ in cea mai mare parte în acest aparat. Conversia la ieșirea din cuptor nu atinge decât 20-25% din conversia globală, iar temperatura este de 440-460 °C. Pentru aceeași materie primă, temperatura este cu 30-40 °C mai scăzută decât la instalațiile lipsite de maturator. Ȋn maturator reacțiile decurg practic adiabatic, astfel încât temperatura, având în vedere caracterul lor endoterm, scade cu 15-25 °C, ajungând la 420-430°C. După maturator urmează ventilul de reducție și injecția de lichid rece pentru a întrerupe reacțiile prin scăderea temperaturii la 350°C.

Ȋn ambele cazuri, instalațiile cu sau fără maturator, după sistemul de reacție urmează cel de fracționare și de separare a produselor: evaporator, coloană de fracționare cu striper pentru motorinǎ ușoară, obținută ca fracție laterală și eventual coloana de vid, pentru obținerea unei motorine grele.

Maturatorul este un aparat cilindric vertical cu un raport înăltime/diametru, de aproximativ 6 m și cu volum ce trebuie să asigure o durată de ședere de circa 10-20 minute.

Această durată mult mai lungă de ședere, față de cea din cuptoarele instalațiilor lipsite de maturator (1-2 minute), poate fi ușor înțeleasă dacă se ține seama de diferența între temperaturile de reacție in cele două cazuri și de faptul că, în reducerea de vȋscozitate, gradientul de temperatură al vitezei de reacție are valoarea de 15°C (viteza de reacție se dublează la o creștere a temperaturii cu l5°C). Presiunea în maturator variază, în diferitele realizări ale instalațiilor, între limitele de 5 și 15 bar.

Studiile efectuate în perioada realizării primelor instalații de reducere de vȋscozitate prevăzute cu maturator, au dovedit necesitatea adoptării unei circulații ascendente și a unui sistem de plăci perforate, pentru a împiedica amestecarea internă care afecta in mod defavorabil conversia în motorina ușoară, dar mai ales stabilitatea reziduului.

Includerea maturatorului în sistemul de reacție al instalatiilor de reducere de vȋscozitate prezintă multe avantaje, care se pot rezuma după cum urmează:

Temperatura mai redusă la ieșirea din cuptor are drept consecință o economie de combustibil direct de 30-35% ținând seama însă de cantitățile mai mici de abur produse in serpentinele auxiliare ale cuptorului, economia netă de combustibil este de 10-15%.

Ca o consecință a temperaturii mai reduse în cuptor o diminuare sensibilă a cocsărilor și deci o prelungire semnificativă a ciclului între două decocsări – de la circa 3 luni la 12 luni. Ȋn ceea ce privește durata operațiilor de decocsare ea este de circa o săptămână pentru maturator și efectuată folosind metode hidraulice, pneumatice sau mecanice, ceea ce concordă cu timpul necesar pentru decocsarea și revizia ȋn același timp a cuptorului.

O selectivitate mai mare în ceea ce privește producția de motorină, care este rezultatul a două fenomene:

– energia de activare a reacției de formare a motorinei din reziduu, fiind mai mică decât aceea corespunzătoare descompunerii acesteia în benzină și gaze (aproximativ 170 kJ/mol față de aproximativ 210 kJ/mol), o temperatură medie mai redusă în zona de reacție (cazul maturatorului) va conduce la creșterea maximului de produs intermediar – motorina, sau la o creștere a producției acesteia dacă, cum este de altfel cazul, ne găsim în zona în care acest maxim nu este încă atins.

– atât în cazul sistemelor cu maturator cât și a celor fără maturator, efluentul în zona de reacție se găsește în fază mixtă vapori-lichid, distribuția între cele două faze fiind conformă legilor vaporizării în echilibru și funcție în mare măsură de presiunea de regim. Practic, se poate spune că materia primă și reziduul final se găsesc integral în faza lichidă, benzina și gazele în cea mai mare parte în faza de vapori, iar motorinele distribuite între cele două faze cu preponderența fazei vapori pentru motorina ușoară. Ori, durata de ședere a celor două faze în zona de reacție nu este identică. Se apreciază timpul de ședere a fazei vapori în cuptor reprezintă între 1/2 și 1/5 din timpul de ședere a fazei lichide, în timp ce pentru maturator el este de numai 1/10. Această diferență conduce la o durată a reacției mai scurtă pentru motorina ușoară în cazul instalațiilor cu maturator și în consecință la o diminuare a descompunerii acesteia în benzină și gaze.

Stabilitatea reziduului, factor deosebit de important în funcționarea instalațiilor de reducere de vȋscozitate și care va fi examinat amănunțit în cele ce urmează, pare în general mai bună la instalația ce posedă maturator, cu condiția ca aceasta să fie bine conceput în ceea ce privește raportul înălțime/diametru și să fie prevăzut cu plăci perforate pentru a împiedica amestecarea internă.

Instalațiile de reducere de vȋscozitate fiind foarte sensibile la variații de regim, conducerea celor cu maturator este mai ușoară.

O condiție deosebit de importanta, impusa instalațiilor de reducere de vȋscozitate, este aceea de obținere finală a unui combustibil de focare care să posede o bună stabilitate la depozitare. Prin bună stabilitate se înțelege lipsa fenomenelor de floculare a asfaltenelor, care trebuie să rămână, chiar dacă timpul de depozitare este îndelungat, intr-o stare coloidală stabilă.

Un combustibil de focare care are o stabilitate redusă provoacă depuneri în rezervoare, blocarea filtrelor și depuneri pe tuburile schimbătoarelor de căldură. Flocularea și formarea depunerilor fiind un proces foarte lent, îndepărtarea acestora nu asigură o buna stabilitate a produsului rămas. Din punct de vedere tehnologic, este important de a cunoaște cauzele acestor fenomene nedorite de floculare și măsurile posibile pentru eliminarea lor.

Flocularea asfaltenelor este functie de mediul in care se gasesc. Un mediu apropiat ca natură chimică cu cea a asfaltenelor, compus din maltene și hidrocarburi aromatice, mai ales policiclice, asigură menținerea lor sub formă peptizată adică a unei soluții coloidale stabile, care nu prezintă pericol de floculare. Un mediu alcanic, cicloalcanic, alchenic și mai ales unul de masă moleculară redusă, conduce la flocularea rapidă a asfaltenelor.

De aici rezultă atenția ce trebuie acordată naturii fracțiilor utilizate pentru diluarea reziduului obținut din reducerea de vȋscozitate, pentru a corespunde prescripțiilor combustibilului de focare. Cele mai potrivite din acest punct de vedere, sunt motorinele de cracare catalitică deoarece acestea au un caracter aromatic pronunțat. Este de recomandat de asemenea, utilizarea extractelor de la solventarea selectivă a uleiurilor și a motorinelor, precum și a motorinelor rezultate din cocsarea în strat fluidizat. Cunoașterea acestor probleme, permite analizarea cauzelor pentru care reziduul obținut în instalațiile ce posedă un maturator sunt în general mai stabile decât cele obținute în instalații, unde cracarea se efectuează exclusiv în cuptor. Energia de activare globală a reacțiilor de condensare în reducerea de vȋscozitate se situează sub 93 kJ/mol, față de 170-230 kJ/mol pentru reacțiile de descompunere. Ȋn această situație, faptul că ȋn sisteme cu maturator, temperatura medie la care are loc cracarea este mai scăzută, nu poate explica în nici un fel stabilitatea mai mare a reziduului obținut. Din contră, la temperaturi mai reduse, reacțiile de condensare ar trebui să fie favorizate, în detrimentul celor de descompunere. Ȋntr-o oarecare măsura, o stabilitate scăzuta a reziduului este rezultatul unei cracări neuniforme a materiei prime, adică o urmare a fenomenelor de supra-cracare. Astfel de fenomene au loc inerent în cuptor, din cauza stratului limită format în interiorul tuburilor și afectează în mod negativ stabilitatea reziduului obținut. Fenomene similare au loc și au fost constatate în cazul maturatorului lipsite de platouri perforate, în care amestecarea internă conduce la fenomene de supra-cracare.[4] După părerea noastră, supra-cracarea nu poate explica singură diferența de stabilitate a reziduului obținut în cele două tipuri de instalații. Este de presupus că un mare rol îl are, cum de altfel este binecunoscut, concentrația asfaltenelor și mediul în care ele se găsesc. Fenomenele de floculare trebuie să se formeze, în urma reacțiilor de condensare o concentrației suficientă de asfaltene, fără de care nu are loc flocularea și în continuare fenomenul rapid de formare a cocsului – vezi tabelul I.1.

Tabel I.1

I.5 Randamente si caracteristici ale produselor

Estimarea randamentelor și proprietăților produselor obținute la reducerea de vȋscozitate a unei materii prime date se poate face cu ajutorul diverselor relații de calcul, corelații grafice și al datelor practice. Evident, aceste randamente și proprietăți sunt numai orientative, datele publicate fiind specifice unor anumite materii prime, tipuri de instalații, parametrii de operare și chiar moduri diferite de definire a produselor separate. Ȋn cele ce urmează, prezentarea unor date privind randamentele și proprietățile produselor urmărește mai ales evidențierea posibilităților largi de valorificare a reziduurilor prin prelucrarea în procesul flexibil de reducere de vȋscozitate. Prin reducerea de vȋscozitate a reziduurilor de DA și DV se pot obține distilate și un combustibil de focare stabil, cu coagulare îmbunătățită și vȋscozitate joasă.

Tabel I.2 Reducerea de vȋscozitate pentru obținere de distillate ș combustibil stabil

Tabel I.3 Reducerea de vȋscozitate pentru obținerea unui maxim de motorinǎ, combustibil stabil

Tabel I.4 Reducerea de vȋscozitate a reziduurilor de D.A. si D.V.,distribuția sulfului ȋn produse

I.6 Realizare industriala

Figura urmatoare ilustreazǎ principiul reducerii de vȋscozitate cu camerǎ de reacție si principalii parametri de operare.

Figura 4. Schema de principiu a unei instalații de reducere de vȋscozitate; 1-cuptorul; 2-coloana de fracționare; 3-generator de abur.

Pentru ridicarea fluxului termic în condițiile limitării temperaturii peretelui, se lucrează la viteză de masă și liniare mari ale produselor, în acest fel se reduc depunerile de cocs. Diametrul tubului este limitat la un maxim pentru a intensifica transferul de căldură și a limita cocsarea. Presiunea este utilizată pentru controlul vaporizării în serpentină. Presiunile mai mari limitează nivelul vaporizării și duc la timp de ședere mai mari, ceea ce echivalează cu operarea la temperaturi și conversii mai mari. Uneori în serpentină se injectează abur pentru controlul timpului de ședere la o presiune dată și un debit dat de alimentare. De asemenea, mărind viteza, se reduc depunerile de cocs .

Temperatura în lungul serpentinei crește după un profil, iar constanta vitezei de reacție crește cu creșterea temperaturii. La ieșirea din cuptor, în varianta cu cracare completă în serpentină, agentul de răcire pentru întreruperea reacțiilor se introduce la ieșirea din cuptor. Reziduul are o stabilitate ceva mai mare, iar instalația este mai flexibilă.

Varianta cu cameră de reacție este mai economică. Pentru aceeași conversie, sarcina termică a cuptorului este mai redusă iar consumul de combustibil și utilități mai mici.Ciclul de operare între cocsǎri este mai mare. Camera de reacție poate fi cu flux descendent sau cu flux ascendent.

Ultimul tip este mai avantajos deoarece se reduce diametrul (și deci volumul) camerei, scade temperatura de intrare în cameră (450-460°C), presiunea este mai coborâtă (5-15 bar față de 10-25 bar), iar lungimea ciclului crește (50-80 de zile față de 30 de zile). Pentru a evita amestecarea inversă în camerele ascendente (ceea ce ar conduce la supra-cracări locale având ca efect scăderea stabilității reziduului de reducere de vîscozitate), se prevăd plăci perforate, produc bule cu diametrul de 8-15mm. Căderea de temperatură în aceste camere este de circa 20°C.

Pentru oprirea reacțiilor la conversia dorită și pentru prevenirea cocsǎrii echipamentelor este necesară răcirea bruscă a efluentului la ieșirea din reactor. Răcirea poate fi făcută cu diferiți agenți, ca: motorină, reziduu de reducere de vîscozitate, petrol, apă. Motorina este agentul de răcire clasic, alt agent de răcire folosit frecvent este reziduul, deoarece permite reducerea diametrului coloanei și recuperării căldurii la un nivel termic ridicat. Utilizarea petrolului sau a apei ca agent de răcire permite recuperarea maximă de distilate ȋntrucat reduc presiunea parțială a hidrocarburilor în zona de vaporizare, soluția fiind totuși economică deoarece energia este recuperată la nivel termic scăzut, necesită o bună stripare a reziduuluiși conduce la creșterea diametrului coloanei de fracționare.

În cele ce urmează se prezintă, orientativ valorile uzuale ale unor parametrii constructivi și de operare ai cuptoarelor tubulare pentru reducerea de vîscozitate. Cuptoarele moderne de reducere de vîscozitate sunt de tip paralelipipedic vertical cu încărcări termice brute de ordinul (70-100)·106 kg/h. Lungimea secției de radiație este în general egală cu lungimea tuburilor, adică 10-15m. Lățimea cuptorului este de 4-6 m, iar raportul înălțime/latime=1,5-3. Tuburile utilizate frecvent atât în secția de convecție , cât și în cea de radiație, au diametrul exterior de 89, 114, 140, 168, 219, 273 mm. Cuptorul se proiectează pentru viteze de masă ale materiei prime cu 1500-2200 kg/m2·s, viteze liniare (la rece) de 1,5-2 m/s și tensiuni termice de 19 000-22 000 w/m2 în secția de radiație. Timpul efectiv de ședere în zonă de reacție este de circa 100s, iar căderea de presiune de 6-10 bar.

CAPITOLUL II

Analiza tehnologică a unui cuptor de cracare termică (cocsare întârziată)

S-a efectuat analiza tehnologică a unui cuptor de cracare termică a unei instalații de cocsare întârziată din S.C. Petrotel-Lukoil, în absența unei instalații de reducere de vîscozitate.

Datele prelevate pentru trei zile de funcționare, în perioada 18-20 iunie 2013, sunt prezentate în tabelele următoare:

Tabel II.1 Debite înregistrate la intrarea și ieșirea din cuptorul de cracare termică

Tabel II.2 Temperaturi înregistrate la intrarea și ieșirea din cuptorul de carcare termică

Tabel II.3 Presiuni înregistrate la intrarea și ieșirea din cuptorul de cracare termică

Temperaturile la ieșire din zona de radiație sunt în jurul valorilor 495-498°C, ceea ce corespunde din punct de vedere tehnologic cu datele de proiectare (500°C).

Presiunea la ieșirea din cuptor a fost între 4-5 bar, corespunzătoare presiunii existente în datele de proiectare.

Tabel II.4 Bilanț material pe cuptor

Datele ȋnregistrate aratǎ cǎ ȋn perioada evaluatǎ cuptorul a funcționat ȋn parametrii normali avȃnd o capacitate de 522 600 t/an reprezentȃnd 87,1% din capacitatea proiectatǎ.

CAPITOLUL III

CALCULUL TEHNOLOGIC AL MATURATORULUI (SOAKER) DIN INSTALAȚIA DE REDUCERE DE VȊSCOZITATE

III.1 MODELUL MATEMATIC PENTRU DIMENSIONAREA CAMERELOR DE REACȚIE

În procesul termic de prelucare a hidrocarburilor este foarte importantă camera de reacție,deoarece conversia materiei prime și distribuția produselor de reacție determinǎ capacitatea instalațiilor din aval și rentabilitatea instalației.

În acest proiect am elaborat un model matematic care să exprime printr-un ansamblu de relații, independența dintre variabilele procesului.

S-a considerat reacția de formă: AP

GA

Produsele de reacție sunt: -gaze

-benzină

-motorină

-reziduu

Reacția se desfășoară într-un reactor tubular în care curgerea este de tip piston, ascendentă, reacțiile având loc în faza lichidă.

III.2 Bilanțul material

Viteza totală de reacție pe elementul infinitezimal de volum de reactor, în regim staționar, este:

-rA=

GA=GA0(1-XA)GA=GA0(1-XA)

dGA= GA0dXAdGA= GA0dXA

-rA=

= (1)

unde: GA= debitul masic[kg/h]

V=VL= volumul ocupat de lichid, din volumul total al reactorului, VT

III.3 Bilanțul termic

Variația temperaturii pe lungimea reacorului tubular se obține din bilanțul termic efectuat în jurul aceluiași element de volum de reactor:

=·= (2)

Volumul total al reactorului, VT (camera de reacție) este format din volumul ocupat de lichid, VL și volumul ocupat de vapori,VV. Lichidul și vaporii având viteze diferite de curgere, au timpi de ședere diferiți, deci trebuie cunoscut raportul vitezelor de curgere al celor două faze:

r =

𝝃V=

𝝃V=r·𝝃L·𝝃V=

Deci:VV=𝝃V·QV=r·𝝃L·QV

Debitul de lichid și debitul de vapori este variabil în lungul reactorului că urmare a reacțiilor care au loc.

Se definește reținerea de lichid:

LH=

deci:VL=LH·VT

Dacă în ecuația(1) și (2) se determina VL, atunci volumul total se obține din VT=VL+VV; pentru determinarea lui VV va trebui să utilizăm o valoare QV medie pe reactor, deci o valoare LH medie. Astfel pentru a ține seama de variația lui QV, ecuațiile (1) și (2) devin:

=·(V) (3)

=· (4)

Reacțiile care au loc în procesele de descompunere termică se considerǎ de ordinul I, ca urmare:

K =A·

rA=K’·CA=K’·CA0·(1-XA); CA0=1

rA= K’·(1-XA)

=

·dV=>ln·V

Adică, dacă concentrația este exprimată în kg/kg mp, atunci:

ln

ln=K’·𝝃; K=[s-1]

dar, 𝝃·K==>·K=qL·K

Deci, înlocuind în relațiile (3) și (4) expresiile lui k și rA:

·(V)

·(V)

Conditii de integrare:

XA(0)=0

T(0)=T0

Sistemul se poate integra grafic sau numeric:

Pentru integrare grafică, se împarte ecuația(2) la ecuația(1):

=

(I)

Din ecuația (I), prin integrare se obține:

V=GA0·

Se calculează volumul total de lichid:

VT=

V=·H=>D=

Se remarcă faptul că acest calcul este estimativ,deoarece se bazează pe ipoteza că reacția în faza lichidă este de ordinul I, fără variații de volum și pe faptul că s-a considerat camera de reactie un reactor continuu cu un grad relativ mare de amestecare.

III.4 Rezolvarea modelului matematic

Calculul din aceasta rezolvare s-a bazat pe urmatoarele valori ale parametrilor tehnologici:

Materia primǎ: reziduu de vid

Capacitate de prelucrare: 550 000 t/an

Durata de functionare: 8000 h/an

Presiunea in soaker: 12 bar

Ratia de abur introdusǎ in cuptor fata de mp=2% masǎ

Caracteristicile materiei prime:

Randamente in produse,% greutate

Reținerea de lichid: LH=1-Σfractia vaporizatǎ=1-(0,045+0,153+0,077)=0,725

Parametrii cinetici: A=17,2·

E=55 850 kcal/kmol

Caracteristici ale produselor obținute:

Etapele de calcul sunt:

a)Calculul curbelor V.E pentru benzinǎ si motorinǎ

Se calculeaza curbele V.E pentru benzinǎ si motorinǎ folosind metoda Edmister-Okamoto și se traseazǎ curba V.E la presiunea de 12 bar, mai mare decat presiunea atmosfericǎ prin metoda aproximativǎ.

Benzina: =0,9952·+0,00806=0,9952·0,771+0,00806=0,7754

B===134,89 kg/kmol

S-a obținut astfel prin metoda aproximativa tiV.E.(12 bar)=190°C si tfV.E.(12 bar)=260, prin punctele astfel determinate se va trasa curba V.E. la presiunea de 12 bar, paralelǎ cu curba V.E. la presiunea atmosferica.

tmv=

tmv==117,4 °C

ρSTAS===1,45

R===13,06

Motorina: =0,9952·+0,00806=0,9952·0,865+0,00806=0,860

M===224,05 kg/kmol

S-a obținut astfel prin metoda aproximativǎ ti%V.E.(12 bar)=320 °C si tfV.E.=400 °C, prin punctele astfel determinate se va trasa curba V.E. la presiunea de 12 bar, paralelǎ cu curba V.E. la presiunea atmosferica.

tmv=

tmv==264,2 °C

ρSTAS===2,45

tmg=tmv+∆t=264,2+5=269,2 °C

tmm=tmv+∆t=264,2-22=242,2 °C

tmM=tmv+∆t=264,2-14=250,2 °C

tc=450°C

tpc=428°C

Calculul debitului:

GA0==19,09 kg/s

Gabur=· GA0=0,02·19,09=0,3818 kg/s

=>G=GA0+Gabur

G=19,09+0,3818=19,45 kg/s

=0,9952·+0,00806=0,9952·0,973+0,00806=0,9763

mp===805,22 kg/kmol

===450°C

b)Calculul cǎldurii de reacție

∆=28 000·

pr=·

pr=30,5·0,335+110·0,314+218·0,0798+600·0,271=224,75 kg/kmol

c)Calculul caldurii medii

=[(2,964-1,332·)+(0,006148-0,002308·t](0,0538·K+0,3544)

=103··(1-)

e)Calculul vitezei de reacție

A=12,5·

E=55 850 kcal/kmoL

f)Reprezentarea graficǎ a variației conversiei cu inversul vitezei de reacție, pentru calculul grafic al integralei

Folosind relatia de recurentǎ : (+)

=>A= 1,13 m3·s/kg

Deci,

1,85

D= 1,85 m

H=6·D=6·1,85 = 11,09 m

Astfel s-a dimensionat camera de reactie:

H= 11,09 m

D= 1,85 m

CAPITOLUL IV

NORME DE TEHNICĂ SECURITĂȚIi MUNCII, PSI, EXPLOATAREA ȘI ÎNTREȚINERE A INSTALAȚIEI

Proiectarea unei instalații trebuie să prevadă în planul general de proiectare măsuri corespunzătoare de prevenire a incendiilor, precum:

-asigurarea unei întretineri raționale a utilajului(instalației),corespunzător tipului constructiv și complexității acestuia;

-sesizarea imediată a oricăror perturbări funcționale sau defecțiuni în timp funcționarii, localizarea lor cât mai rapidă,inlăturarea promptă a cauzelor și a consecințelor acestora.

Protecția muncii reprezintă un ansamblu de activității instituționale, având că scop asigurarea celor mai bune condiții în desfășurarea procesului de muncă, apărarea vieții,a integrității corporale și sănătății salariaților și a altor persoane.

Performanțele funcționale ale utilajelor și instalațiilor din industria chimică și petrochimică pot fi asigurate printr-un regim rațional de exploatare și întreținere, desfășurarea în concordanță cu particularitățile constructiv – funcționale ale acestora.Securitatea muncii trebuie organizată în toate aceste activități prin dotare ci mijloace de prevenire și de combatere a condițiilor care creează accidente umane și tehnice.

Prin exploatare se înțelege, în general, totalitatea lucrărilor de valorificare funcțională a utilajelor și instalațiilor,pentru asigurarea funcționarii acestora în condițiile unei siguranțe depline și ale unor minime cheltuieli de întreținere și reparație, întreținerea reprezintă totalitatea lucrărilor aplicate continuu sau periodic a utilajului(instalatilor), având că obiective :mentinerea stării funcționale a utilajului, evitarea întreruperilor de producție datorate defecțiunilor și avariilor, reducerea timpilor neproductivi,limitarea la minim a cheltuielilor de întreținere și reparație etc.

In ansamblu,exploatarea și utilajelor și întreținerea instalațiilor îmbracă aspecte de conducere și supraveghere a funcționarii și a tuturor factorilor ce o condiționează și de întreținere permanentă și eficientă a utilajului, ținându-se cont de toate aspectele anterioare luate în discuție. Principalele elemente care hotărăsc asupra siguranței funcționale a utilajelor sunt:

-manevrarea utilajului și conducerea( pornirea, oprirea, funcționarea)

-montarea utilajului( asamblarea și montarea în instalație);

-starea de uzură a utilajului; reparațiile executate asupra utilajului.

Pentru orice tip de utilaj( instalație).incidentele funcționale posibile în timpul funcționarea se pot grupa convențional în:

-perturbări funcționale ( abateri de la valorile nominale ale parametrilor de lucru, funcționare cu șocuri, zgomote sau vibrații anormale. întreruperi ale funcționarii etc.);

-defecțiuni( uzuri anormale, precoce) ale pieselor și subansamblelor componente;

-avarii ( distrugeri) parțiale sau totale ale utilajului(instalației)

Aspectele prezentate mai sus permit elaborarea unor elemente fundamentale privind exploatarea rationarea a utilajelor. Aceste elemente stau la baza întocmirii instrucțiunilor de exploatare și întreținere pentru fiecare tip de utilaj și preconizează ca sarcini se serviciu următoarele:

-respectarea strictă a succesiunii și conținutului operațiilor la pornirea siprirea utilajului. La utilajului cu acționare mecanică,pornirea se face fără încărcătură, iar oprire se face după prelucrarea completă a materalului alimentat în utilaj

-respectarea strictă a succesiunea și conținutului operatiilort lucrărilor, manevrelor,comenzi lor etc.), în timp procesului de prelucrare,în conformitate cu cerințele procesului tehnologic;

-supravegherea permanentă a tuturor parametrilor de lucru ai utilajului și sistemelor de protecție și siguranță;

-respectarea strictă a instrucțiunilor prevăzute, în cazul apariției situațiilor de pericol sau avarie;

-respectarea strictă a tuturor dispozițiilor legale referitoare la normale de tehnică securității muncii;

-delimitarea strictă a terenului destinat instalației proiectate; Existența unui spațiu de siguranță suficient între instalația în discuție și instalațiile vecine;

-existența către terenul instalației a cel puțin două cai rutiere de acces;

-calitatea corespunzătoare a materialelor de construcție și a echipamentelor folosite;

-instalațiile furnizoare de utilității( apă, abur, energie electrică),vor fi amplasate astfel încât să funcționeze și în timp accidentelor în alte zone ale întreprinderii.

Măsuri PSI pe linie tehnologică și pentru cazuri de avarie în instalație

Personalul tehnologic va trebui să cunoască atât procesul tehnologic cât și măsurile de tehnica securității muncii, care trebuie luate pentru desfășurarea normala a activității.

Ȋnainte de a introduce gaze în instalație, șeful instalației se va asigura că instalația a fost purjată cu azot și abur și că ea este aptă să primească gaze. Pornirea instalației se va execută după ce s-au îndeplinit următoarele condiții de verificări:

– controlul părților interioare ale vaselor și conductelor, dacă sunt curate sau nu;

– verificarea remedierii defectelor de etanșeitate;

– se va controla dacă toate aparatele AMC au presiune de aer și dacă releele electrice spre aparatele montate pe panou sunt în stare de funcționare;

– se va verifică funcționarea robinetelor de reglaj;

– este cu desăvârșire interzisă umplerea completă cu faza lichidă a vaselor ce conțin gaze lichefiate;

– prin ridicarea temperaturii, presiunea crește și pot produce explozii;

– fumatul în instalație este interzis cu desăvârșire;

– este interzisă de asemenea introducerea în instalație a chibriturilor, băuturilor alcoolice, conectarea la faclă;

De asemenea vor fi montate la faclă prin robinete manuale, conductele principale de gaz sărac, gaz bogat.

Ȋn cazul în care urmează a se deschide: vase, schimbătoare, pompe, conducte pentru control sau întreținere, toate aceste utilaje vor fi complet golite și depresurizate prin colectorul de flacăra. După aceea, utilajele vor fi bine curățate cu abur pentru a înlătura vaporii de hidrocarburi sau reziduurile lichide. Curățirea cu abur trebuie să continue până ce proba cu explozimetru portabil va arată că echipamentul nu mai conține gaze. Utilajul va fi spălat cu azot și purjat în final cu aer. Operatorul care face proba lipsei hidrocarburilor va fi prima persoană care intră în vas și va fi ținut sub observație de către un operator din afară vasului.

Pentru orice lucrare de întreținere, trebuie obținut un permis de lucru în care să se specifice lucrarea ce urmează a se face și măsurile de siguranță necesare ce trebuiesc luate.

Se interzice accesul operatorilor la locul de muncă fără echipament de protecție corespunzător, mai ales în cazul lucrului cu substanțe toxice sau caustice.

Este interzisă încălzirea cu foc a aparatelor, recipientelor, conductelor care conțin produse petroliere în scopul topirii provenite prin înghețarea apei separate din produsele respective.

Se interzice folosirea corpurilor de iluminat fără globuri de protecție sau cu globuri sparte, fără grătarul de protecție împotriva loviturilor mecanice.

Se interzice exploatarea instalației cu elemente metalice nelegate la pământ, pentru scurgerea electricității statice. Este interzisă pomparea pe conducte a amestecurilor de produse petroliere cu apă.

În România, una dintre legile cele mai importante legate de protecția muncii este legea 90/1996, care reglementează, printre altele, următoarea concluzie:"Siguranța funcționarii unei instalații depinde de atenția întregii echipe de operare".

CONCLUZII

În lucrarea prezentatǎ mai sus s-a efectuat un calcul de dimensionare a camerei de reacție (soaker) dintr-o instalație de reducere de vîscozitate.

Prima parte a proiectului cuprinde date din literatură privind procesul de reducere de vîscozitate, în cea de-a doua parte se prezintă datele prelevate din instalația de cocsare cu privire la cuptorul de cracare termică, acesta fiind similar cuptorului de reducere de vîscozitate.

Considerând că soaker-ul este în fapt un reactor continuu tubular, operat neizoterm, adiabatic, s-a folosit modelul matematic al acestui reactor și s-a obținut, prin calcul, volumul reactorului.

Reactorul este un vas cilindric vertical care are raportul H⁄D=6⁄1, calculându-se astfel diametrul și înălțimea reactorului.

Pentru parametrii studiați, în care se prelucrează 550 000 t/an dintr-o materie prima formată din reziduu de vid, lucrând la o presiune de 12 bar, pentru o conversie de 20,5%, s-a obținut un volum de reacție de 29,75 m3 rezultând un diametru de 1,85 m și o înălțime de 11,09 m.

În ultima parte a proiectului sunt prezentate instrucțiuni ce trebuiesc respectate, referitoare la protecția muncii, prevenirea și stingerea incendiilor din instalațiile de prelucrare termică a hidrocarburilor.

BIBLIOGRAFIE

1.Suciu, G.C”Ingineria prelucrării hidrocarburilor”-vol.4,Editura Tehnică, București, 1985;

2.Rașeev, S.”Conversiahidrocarburilor”-vol.2, Editura Zecasin, București, 1996;

3.Suciu, G.C”Progrese în prelucrarea hidrocarburilor”, Editura Tehnică, București, 1984;

4.Vântu,V.”TehnologiaPetrochimică”,Editura Didactică și Pedagogică, București, 1964;

5.Vidrașcu, Gh.”Tehnologia Prelucrării țițeiului și produselor petroliere”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1976;

6.Marinoiu, V.”Automatizarea proceselor petrochimice”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979;

7.Onutu, I.”Instalații de proces în prelucrarea țițeiului și gazelor-Ghid de proiectare”, Editura Universității din Ploiești, 2004

Anexe

BIBLIOGRAFIE

1.Suciu, G.C”Ingineria prelucrării hidrocarburilor”-vol.4,Editura Tehnică, București, 1985;

2.Rașeev, S.”Conversiahidrocarburilor”-vol.2, Editura Zecasin, București, 1996;

3.Suciu, G.C”Progrese în prelucrarea hidrocarburilor”, Editura Tehnică, București, 1984;

4.Vântu,V.”TehnologiaPetrochimică”,Editura Didactică și Pedagogică, București, 1964;

5.Vidrașcu, Gh.”Tehnologia Prelucrării țițeiului și produselor petroliere”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1976;

6.Marinoiu, V.”Automatizarea proceselor petrochimice”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979;

7.Onutu, I.”Instalații de proces în prelucrarea țițeiului și gazelor-Ghid de proiectare”, Editura Universității din Ploiești, 2004