Сепараторные коллекторы третьей ступени фирмы Buell для отвода газов из регенератора на псевдоожиженном катализаторе

Термин сепаратор третьей ступени относится к устройству ловушки циклонным способом или системе, установленной за двумя ступенями циклонов внутри регенератора катализатора крекинга в псевдоожиженном слое на линии выпуска газа. В этой связи мы говорим о трехступенчатом сепараторе или TSS.

Функцией сепаратора третьей ступени является улавливание катализатора, выделяющегося из регенератора с целью защиты оборудования последующего технологического цикла от износа и, или сокращения выброса пыли в атмосферу. Сепаратор третьей ступени устанавливается перед турбиной выработки электроэнергии первоначально для удаления крупных ( более 10 микрон) частиц катализатора из газового потока перед заходом газа в турбину, таким образом уменьшая излишний износ, частую замену лопастей и перерывы в работе. В Соединенных Штатах применение сепараторов третьей ступени непосредственно связано с технологиями в области рекуперации энергии. В других частях света сепаратор третьей ступени общепризнан в качестве рентабельного оборудования в процессе контроля выброса пыли в атмосферу. Buell имеет особенный опыт в разработке технологии третьей ступени для обоих целевых назначений.

Buell TSS использует циклоны с высоким КПД, спроектированные в соответствии со специфическими требованиями заказчика проекта. Входы циклона непосредственно соединены с общим приемным манифольдом с целью обеспечения хорошего распределения газа и катализатора. Впервые трехступенчатые циклоны фирмы Buell были установлены в 1962 году на НПЗ Синклэйр Хартфорд (штат Иллинойс), в качестве пилотной программы для защиты турбин по выработке электроэнергии, спроектированные с целью определения практической выгоды в производстве энергии из отходных газов регенератора. В 1978 году фирма Buell продоставила свою первую полномасштабную комерческую установку компании Ingersol-Rand в качестве комплекта Циклонный сепаратор – Турбина по выработке электроэнергии для китайского НПЗ. Фирма Buell разработала более 30 установок по всемуу миру для применения с целью рекуперации энергии и контроля за выбросом загрязнений в атмосферу (См. Рис.1).

Конструкции сепаратора третьей ступени

Наиболее принятая конструкция сепаратора третьей ступени состоит из одного сосуда, содержащего много циклонов. Сосуд может быть спроектирован для эксплуатации при высокой температуре и давлении, делая такую конструкцию возможной для применения сразу же в нижнем цикле перед турбиной по выработке электроэнергии регенератора. Поскольку сосуды и циклоны третьей ступени фирмы Buell проектируются по специальному заказу заказчика, то и усовершенствование установок для улучшения эксплуатационных характеристик и роста производительности также может быть предоставлено фирмой.

Рисунок 2 показывает сепаратор третьей ступени фирмы Buell, который был разработан для замены существующей установки компании Shell. Новая установка фирмы Buell была спроектирована для приведения в соответствие значительно увеличившегося объема с одновременным использованием существующей базы и минимальными затратами на доработку, требующуюся на шлемовом трубопроводе, газоотводной трубы на расширителе, приведя к результатам сведения к минимуму простоев в работе во время цикла эксплуатации.

В случаях, когда небольшой объем газа требует только немного циклонов, может иметь смысл рассмотреть использование комплекта соединения нескольких наружных циклонов вместе. В таком случае циклоны должны быть спроектированы, как работающие под давлением сосуды, для выдержки рабочей температуры и давления. Компактные и эффективные решения могут быть предоставлены даже для маленьких объемов газа. Такой вид установки станет идеальным для применения в условиях с высоким давлением и низкой температурой с целью контроля выброса пыли в атмосферу. Пример такой компоновки показан на рис. 3

Системы TSS фирмы Buell могут быть спроектированы для эксплуатации как при удалении катализатора непрерывным способом, так и при выводе его частями. Непрерывное удаление небольших объемов газа с собранным катализатором (называемое системой отвода нижнего продукта) является самым общепринятым способом транспортировки катализатора. Часто отвод нижнего продукта идет по каналам в циклон четвертой ступени, где катализатор снова улавливается и выходные газы возвращаются в систему. Такая система показана на обложке этой брошюры. Нижняя система отвода наиболее часто используется для целевых назначений рекуперации энергии продукта, в связи с благоприятным воздействием на эксплуатации TSS. Большие количества нижнего продукта часто используются в конкурирующих разработках в попытках преодолеть проблемы распределения первичного газа и катализатора, связанные с некоторыми конструкциями. Сепараторы третьй ступени фирмы Buell используют минимальное количество нижнего продукта, увеличивая потенциал рекуперации энергии и окупаемость затраченного капитала. Этот фактор очень важен при оценке оборудования по долговечности.

Использование газа нижнего продукта для транспортировки уловленного катализатора обеспечивает гибкость при установке циклона четвертой ступени под циклоном третьей ступени с компоновкой укладки одного под другим, когда участок завода ограничен в площади, или рядом с циклоном третьй ступени в более рентабельной компоновке в ряд.

Когда в установке отхода нижнего продукта используется 4-х ступенчатая система, при оценке потерь в системе, необходимо обратить внимание, что появляются дополнительные потери в циклонах третьей и четвертой ступени. На потери системы большое влияние могут оказывать рабочие характеристики циклона четвертой ступени. Фирма Buell проектирует и поставляет циклоны с высоким КПД, учитывая этот критический момент.

Сепараторы третьй ступени фирмы Buell также могут быть спроектированы для эксплуатации без системы нижнего отвода. Это достигается при помощи снабжения циклонов третьей ступени клапанами с регулированием расхода для сведения к минимуму встречного потока газов и вторичного захвата и уноса уловленного катализатора. Катализатор выводится посредством силы тяжести из бункера TSS в приемник, обычно называемый приемником мелких фракций. Для достижения большего охлаждения уловленного катализатора перед выбросом используется множество приемников. Пример показан на рис. 4.

Проектирование и разработка систем, компонентов и конструкций
Фирма Buell разрабатывает и предоставляет все виды индивидуальных компонентов, связанных с системами сепараторов третьей ступени, включая трубопровод для отхода нижнего продукта, клапаны, температурные компенсаторы, сепараторы 4-й ступени и бункеры – приемники мелких фракций. Фирма Buell предоставляет обслуживание по проектированию компонентов и конструкций для клиентов, стремящихся увеличить отход нижнего продукта, улучшить производительность крекинга катализатора в псевдоожиженном слое или оценочный анализ конструкционных проблем. Эксплуатационные характеристики приемника не всегда являются причиной повышенных сверх ожидания потерь из сепаратора третьей ступени ТСС. Проблемы в структуре и трещины, приводящие к высоким концентрациям напряжения в системе могут стать причиной неожиданных потерь. Любая трещина, позволяющая утечку газа в выходной короб, приводит к значительному увеличению потерь по всему диапазону размеров частиц. Единичные трещины часто связаны с термичекими напряжениями, которые усиливаются во время пуска и при отключении оборудования. Маловероятно, что установка будет обследована и отремонтирована во время остановки работы, что приводит к расширению трещины при пуске установки. Если бы трещины были проявлены в заведенном порядке работ, состояние материала, величина и природа напряжений были бы обнаружены и меры приняты. Фирма Buell использует Анализ методом конечных элементов (FEA) на компьютерной основе для определения и работы с температурными перепадами и областями высоких напряжений.

На рис.5 показан пример температурной модели при анализе методом конечных элементов головки существующего сосуда третьей ступени, разработанной в качестве части процесса комерческого инженерного исследования. Фирма Buell предоставила анализ механических нагрузок (включая нагрузки на форсунки) и предполагаемых термических напряжений Такое обследование может быть произведено для каждого, кто может столкнуться со структурными проблемами. Система отвода нижнего продукта также является предметом значительных расширений и тепловых напряжений. Анализ производился на трубопроводе отвода нижнего продукта с использованием комплексной программы CAESAR для расчета напряжений в трубопроводных системах, движениях и нагрузках оборудования, сопряженного с ситемой отвода нижнего продукта.

Другие вопросы
Сепараторы третьей ступени часто располагаются сразу же в нисходящем после регенератора потоке и проектируются для соответствующих условий. Это целесообразно, когда главной задачей является рекуперация энергии. Тем не менее, изменение расположения циклонов всегда должно рассматриваться с точки зрения первейшей задачи - контроля выброса пыли в атмосферу. КПД циклона функционально зависит от температуры газа и вязкости. Лучшие показатели КПД и более низкие потери могут быть достигнуты на том же самом циклоне при эксплуатации его при низких температурах. Идеальное место расположения сепаратора третьей ступени для контроля выброса пыли в атмосферу является нижний поток за котлом-утилизатором, который проектируется для эксплуатации на полном давлении регенератора, обеспечивая таким образом наименьший объем газа для обработки и высочайший практический КПД. Наиболее сложным местом приложения сепаратора третьей ступени является его установка после регенератора.

Особенное внимание должно быть уделено при установке сепаратора третьей ступени в блоке апстрим электростатических электрофильтров. Не смотря на то, что сепаратор третьей ступени и снизит общую нагрузку катализатора на электрофильтр, уменьшенный размер частиц в отходящем газе может отрицательно сказаться на эксплуатации электрофильтра. Свяжитесь с Вашим поставщиком и проконсультируйтесь по поводу изменения размера входных частиц электрофильтра, например, уменьшения средней крупности частиц.

Коллекторы третьей ступени улавливают только твердые частицы, которые существуют в этом виде при прохождении через циклоны. Как только летучие продукты сгорания охлаждаются, определенные химические соединения осаждаются из газов, образовывая то, что называется конденсируемыми парами или псевдо-твердыми частицами. Конденсируемые пары появляются при испытаниях, если только не используются специльные технические приемы для исключения конденсируемых паров, как например, методов EPA 5(b), 5(f) или 17.

Преимущества

• Немедленный доступ к буквально сотням лет опыта работы в отрасли, с более чем 30 установками циклонов третьей ступени.
• Фирма Buell может улучшить эксплуатационные данные ваших циклонов регенератора, минимизируя потери даунстрима.
• Системы фирмы Buell разрабатываются по уникальному заказу, отвечая всем специфическим требованиям клиента и обеспечивая наилучшие показатели.
• Каждый циклон третьей ступени подсоединяется к входному коробу с целью обеспечения надлежащего распределения газа и твердых частиц, гарантируя работу с надежными характеристиками.
• Циклоны и опускные трубы имеют размеры, способные обрабатывать огромные количества катализатора без возникновения явлений закупоривания, приводящих к сбою работы регенератора.
• Потери давления в сепараторах третьей ступени фирмы Buell низки по сравнению с конструкциями конкурирующих фирм, что, учитывая рекуперацию энергии, приводит к быстрой окупаемости.

Загрузите для распечатки файл
сепаратора третьей ступени < PDF 503 KБ >