X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Актуальность темы

Современные нефтеперерабатывающие заводы невозможно представить без котлов-утилизаторов. Их используют с целью оптимизации процесса изготовления конечного продукта, а также для рационального использования газов, образующихся в процессе производства. Котел-утилизатор – аппарат, работающий на тепловой энергии дымовых газов для создания пара посредством высокотемпературного нагрева воды .

Цель работы

Изучить принципиально новые схемы внедрения водоочистки котлов-утилизаторов в технологические схемы установок каталитического риформинга.

Методы исследования

Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентного поиска и интернет источников.

Задачи исследования

Изучить научную литературу и произвести анализ данных источников: книг, учебников, журналов, научных публикаций, докторских и кандидатских диссертаций, а также интернет статей. Также провести патентный поиск, с целью изучения новых способов повышения эффективности аппаратов воздушного охлаждения проанализировать его, выявить достоинства и недостатки каждого способа, рассмотреть оборудование, которое используется в процессе повышения эффективности, и предложить своё решение проблемы по данной теме (т.е. модернизацию какого-либо способа).

1 Литературный обзор

1.  
   Обзор по технической литературе

Основным производителем котлов-утилизаторов является Белгород- ский котельный завод, разработавший совместно с НПО ЦКТИ более 200 конструкций различных типов котлов-утилизаторов. Среди различных типов котлов-утилизаторов в отдельную группу вы- делены газотрубные котлы. Маркировка газотрубных котлов: Г - горизон- тальный, В – вертикальный, Б – с выносным барабаном–сепаратором, И – с предвключенной испарительной поверхностью, П – с пароперегревателем, 4 Э – с экономайзером. Котлы Г-150, Г-420, Г-950 предназначены для охлажде- ния технологических газов с целью конденсации паров серы и получения насыщенного пара в процессе обезвреживания сероводородных газов. Котлы Г-250, Г-345, Г-250П, Г-345П, Г550П, Г-145Б, Г-1030Б, Г-330БИ, Г-445БИ, Г-660БИ предназначены для выработки насыщенного пара за счет использо- вания тепла технологических и отходящих газов в химической, нефтехимиче- ской, металлургической и других отраслях промышленности. Вертикальные котлы В-90Б и Г-460Б предназначены для охлаждения конвертированных га- зов и производства насыщенного пара. Котлы Г-400ПЭ и Г-420БПЭ предна- значены для получения перегретого пара за счет использования тепла отхо- дящих газов из газовой турбины и тепла нитрозных газов в схеме получения слабой азотной кислоты. Энерготехнологические котлы КС-200 ВТКУ-М и КС-450 ВТКУ-М устанавливаются за печами обжига серного колчедана в кипящем слое произ- водительностью 200 и 450 т/сут. Ранее для этих целей выпускали котлы ма- рок УККС (водотрубные) и ГТКУ (газотрубные). Котлы–утилизаторы серии КУ предназначены для выработки перегре- того пара на основе использования физического тепла газов, выходящих из мартеновских, нагревательных и других технологических печей. Централь- ный пароперегреватель ЦП-60-С предназначен для перегрева насыщенного пара, вырабатываемого котлами-утилизаторами. В качестве топлива применя- ется доменный газ с теплотой сгорания не менее 1000 ккал/м3 . Энерготехно- логический котел СЭТА-Ц-100-2М предназначен для установки в технологи- ческой линии получения серной кислоты. Сжигание серы осуществляется в циклонном предтопке с коэффициентом избытка воздуха α=2. Котел энерго- технологический ПКС-Ц-10/40 предназначен для сжигания сероводорода и охлаждения продуктов сгорания. Котлы –утилизаторы КСТК-35/40-100 и КСТ-80 предназначены для охлаждения газов, поступающих в них из камеры сухого тушения кокса и выработки перегретого пара. Охладители конвертор- ных газов (ОКГ) предназначены для дожигания и охлаждения газов, выходя- щих из сталеплавильных конверторов. Характеристики некоторых типов кот- лов-утилизаторов приведены в табл. 1, 2, 3, 4. Основными элементами котла-утилизатора являются барабан, испари- тельная поверхность нагрева, пароперегреватель и водяной экономайзер. В отдельных случаях могут отсутствовать пароперегреватель или водяной экономайзер, или оба вместе. Принципиальная расчетная схема котла- утилизатора дана на рис. 1. При начальной температуре газов ниже 800°С па- роперегреватель, как правило, располагается первым по ходу газов. Приве- денный ниже порядок теплового расчета котла-утилизатора как раз и рас- сматривает этот чаще всего встречающийся на практике случай. Для реальных условий эксплуатации необходимо уметь оценивать производительность имеющегося оборудования при различных расходах и параметрах отходящих газов. Целью расчета является определение количе- ства теплоты, воспринимаемой имеющимися поверхностями нагрева и паро- производительности котла-утилизатора при заданных параметрах.

1.  
   Обзор по публикациям

Одной из важнейших проблем, стоящих сейчас перед энергетикой нашей страны, является истощение топливно-энергетических ресурсов, таких как нефть, природный газ, каменный уголь, на фоне все более интенсивного роста энергопотребления. Основными направлениями экономического развития России предусмотрена программа развития топливно-энергетического комплекса и экономии энергоресурсов. В частности, планируется переход на энергосберегающие технологии производств, сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергоресурсов (ВЭР). Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов, имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяются теплотехнические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих процессов не превышает 15-35%. ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электрической энергии, холода, механической работы в утилизационных установках. Использованию ВЭР в последние годы уделяется значительное внимание. Вместе с тем вопросы рационального использования ВЭР освещены недостаточно. Одним из рациональных направлений использования ВЭР является применение систем утилизации теплоты, в которые входят котлы-утилизаторы (КУ). Котёл-утилизатор— устройство, передающее теплоту отходящих газов дизелей или газотурбинных установок, сушильных барабанов, вращающихся и туннельных печей другому теплоносителю, общий вид представлен на рис.1.

Пар применяется на объектах, использующих большое количество пара для технологических нужд. К преимуществам паровых котлов-утилизаторов относится уменьшение отвода тепла в атмосферу и более эффективное использование топлива. В зависимости от типа, котлы-утилизаторы могут быть: паровые и водогрейные; оснащенные дожигающим устройством или без него; одного, двух или трех уровней давлений; вертикального и горизонтального профиля; подвесные и самоопорные. горячую воду - применяются на объектах, испытывающих потребность в горячей воде и позволяют оптимизировать затраты на тепло, используя на полезные нужды тепло уходящих выхлопных газов котельных или газопоршневых электростанций; Применение котлов утилизаторов существенно повышает эффективность работы оборудования. Котлы утилизаторы позволяют получать:

При работе котла в качестве парового, (рис.2) — барабан заполняется водойтолько до середины. В последнем случае пар, выделяющийся из воды, поступает в паровое пространство, откуда через патрубок, находящийся в верхней части барабана, или из сухопарника отводится к потребителю. Пополнение испарившейся воды производится по специальной трубе. Водогрейный КУ (рис. 3.) служит для получения горячей воды для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Водогрейные котлы-утилизаторы обычно называются утилизационными экономайзерами, или подогревателями.

Применение паровых котлов утилизаторов в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве позволяет реализовывать энергосберегающие технологии. Крупные котлы-утилизаторы не имеют всех элементов котлоагрегата. Отходящие вторичные газы попадают сразу на поверхности нагрева (экономайзер, испаритель, пароперегреватель). Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350—700 °C. Большое разнообразие конструкций котлов-утилизаторов и энерготехнологических агрегатов объясняется, прежде всего различными местными условиями их применения. Так, например, на химических производствах есть установки, в которых энергетический агрегат работает при давлении охлаждаемых газов до 0.7 МПа (7 кгс / см2); давление же газов в 0.1 – 0.15 МПа ( 1 – 1,5 кгс / см2) встречается весьма часто. В некоторых конструкциях котлов-утилизаторов типа ГТКУ имеются два отсека, в которых расположены газотрубные секции. Для регулирования расхода отходящих газов внутри котла установлен перепускной (байпасный) газоход с шибером. Все газовые трубы защищены от износа предохранительными гильзами из стали марки X17. Конструкция котла обеспечивает хорошую герметизацию агрегата. Испарительные элементы, расположенные в печи и газоходах котла, объединены в общий циркуляционный контур. Отходящие газы после сушки или обжига материалов содержат много пыли и других химических веществ, что вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора. Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Этой очистки все равно не хватает для полного очищения газов. Пыль оседает на поверхности нагрева и малейшая протечка увлажняет пыль и значительно уменьшает теплоотдачу, что вызывает неравномерный нагрев и влечёт перекос змеевиков. Присутствие в газах соединений кальция, натрия, серы приводят к образованию на змеевиках сцементировавшихся отложений, вызывающих химическую коррозию поверхностей нагрева и снижающих живое сечение для прохода газов. В настоящее время стали появляться котлы-утилизаторы, которые содержат камеру дожигания отходящих газов. Чтобы устранить оседание частиц сажи на рабочих поверхностях котла, следует предусмотреть высокие скорости газа. Опыты показывают, что котел-утилизатор работает удовлетворительно при скорости газа в трубах не менее 25 - 30 м/сек. При этих скоростях газовый поток находится в режиме так называемого самообдува теплообменных поверхностей, так что сажа не оседает на них. Использование обычно применяемых в промышленности паровых котлов, без учета указанных особенностей теплоносителя, не дает желаемых результатов.

1.3 Обзор по научным исследованиям

В диссертации «Совершенствование методов водоподготовки воды для котлов-утилизаторов», автором которой является кандидат технических наук Бекбаулиева Алия Аскаровна, был разработан новый ресурсосберегающий метод и средства обеспечения безопасной эксплуатации и долговечности промысловых и технологических трубопроводов, подверженных «канавочному» износу на основе повышения их коррозионной стойкости, коррозионно-механической прочности и эффективности активных методов электрохимической защиты от коррозии за счет формирования на нижней внутренней поверхности промысловых трубопроводов возобновляемой, твёрдой пассивирующей оксидной плёнки малой шероховатости.

На основе анализа существующих способов обеспечения безопасной эксплуатации промысловых трубопроводов, подверженных «канавочному» износу, установлено, что одним из эффективных способов обеспечения безопасной эксплуатации и долговечности является научно обоснованный электрохимический метод, основанный на электролизе воды эмульгированной в нефти, вследствие катодной поляризации части защищаемого оборудования Показано, что ионная связь между «жертвенным» электродом и стальным трубопроводом в процессе катодной (протекторной) защиты обеспечивает более равномерный износ внутренней поверхности стенки трубопровода, и установлено: чем более равномерный износ стенки трубы, тем безопаснее эксплуатация трубопровода, которая определяется остаточной толщиной стенки в области канавки и зависит от количества крупных эрозионных частиц и мало зависит от расхода продукта.

Постепенное истощение активных запасов нефти на большинстве месторождений России сформировало новое понятие переходного периода как периода поздней стадии разработки объекта. Поздняя стадия выработки основных запасов нефтяных месторождений страны обусловила необходимость особого подхода не только к технике и технологии добычи нефти но и для предупреждения катастрофического износа трубопроводов.

Интенсивный коррозионно-механический износ промысловых трубопроводов приводит его к сквозному разрушению и резко долговечность оборудования.

Оказалось, что применяемые методы, препятствующие внутренней коррозии, в основном базирующиеся на использовании лучших известных ПАВ и ингибиторов коррозии, оказались недостаточно эффективны.

Классический метод катодной защиты предполагает использование гальванической связи коррозирующего металла с вспомогательным анодом.

Разрабатываемый вариант протекторной защиты для промысловых и магистральных трубопроводов исключает гальваническую (металлическую) связь расходуемого электрода с защищаемым оборудованием, что позволяет оптимизировать плотность тока по более значительной площади защищаемой поверхности и стимулировать в результате протекающих электрохимических реакций образование пассивирующих покрытий на поверхности металла труб, непосредственно в процессе транспортирования.

Предполагается, что нейтрализатором коррозионного износа может стать встречный процесс - образование твёрдой гладкой пассивирующей плёнки магнетита в процессе катодной (протекторной) защиты.

2 Патентные исследования

Патентные исследования - это целый комплекс мероприятий, выполняемых разработчиком для выявления путем сопоставления определенных признаков и показателей разрабатываемого объекта техники с показателями аналогичных по назначению и функционированию объектов, содержащихся в патентных и других источниках информации.

Основную роль в проведении этих исследований играет анализ патентной информации, представляющей собой совокупность сведений научно-технического и экономико-правового характера. К ее достоинствам следует отнести прежде всего подтвержденную патентной экспертизой достоверность, новизну и практическую полезность содержащихся в ней сведений. Важно отметить подробность описаний изобретений, сопровождаемых необходимыми графическими материалами в виде чертежей, схем и графиков.

Для оценки результатов поиска создаются определенные правила-критерии соответствия, устанавливающие, при какой степени формального совпадения поискового образа документа с поисковым предписанием текст следует считать отвечающим информационному запросу.

Анализ литературы по вопросам защиты магистральных трубопроводов от коррозии показал, что, наряду с рассмотрением в научно-технической литературе отдельных вопросов проблема защиты нефтепроводов до сих пор не закрыта.

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МАХП Сарилов М. Ю.

« »____________ 20__ г.

ЗАДАНИЕ №__3__яс

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) ___Защита магистральных трубопроводов от коррозии

Шифр работы(темы)_____________КНИРС4ОНб-1______________________

Этап работы _Курсовое проектирование_, сроки его выполнения_____15.02.2017-12.06.2017_____

Задачи патентных исследований: _поиск патентов-аналогов, для проверки уникальности своего изобретения___________________________________________________________

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований	Подразделения-исполнители (соисполнители)	Ответственные исполнители (Ф.И.О.)	Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание	Отчётные документы
Патентный поиск на тему:«система водоподготовки для котлов утилизаторов»	www.fips.ru	М.В.Минаков	15.02.2017-12.06.2017	Заполнение таблицы 3.1. Патентная документация
			10.05.2017-20.05.2017	Заполнение таблицы 3.2 Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации
			25.05.2016-1.06.2017	Заполнение таблицы.3.3 - Тенденции развития объекта исследования

Руководитель ___________ ______________ _______________

патентного подразделения ^{личная подписьрасшифровкадата}

Руководитель подразделения ___________ _______________ _______________

исполнителя работы ^{личная подписьрасшифровкадата}

2.2 Регламент патентного поиска

К заданию №_7_ от _2017_ г.

Студенту__М.В.Минакову

Группы _4ОНб-1_ по теме _____ Система водоподготовки котлов-утилизаторов в блоке утилизации тепла установки каталитического риформинга.

Стадия __Курсовое проектирование

(курсовое или дипломное проектирование)

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

2.3 Формы отчета о патентом поиске

1. Поиск проведен в соответствии с заданием _зав. Кафедра МАХПСарилова М.Ю.

^{должность и фамилия ответственного руководителя работы}

№ __7__ от ____________ и Регламентом поиска № ___________ от _______________

2. Этап работы ______Курсовое проектирование_________________________________

^{при необходимости}

3. Начало поиска __15.02.2017_____ Окончание поиска ________12.06.2017________

4. Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

5. Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

6. Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица 2.1 – Патентная документа

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*	Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*	Название изобретения (полной модели, образца)	Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)
1	2	3	4	5
Водоподготовка для котлов-утилизаторов Водоподготовка для котлов-утилизаторов Водоподготовка для котлов-утилизаторов	Патент РФ 2 456 375 C23F13/02	Открытое акционерное общество по монтажу и наладке электрооборудования и средств автоматизации электростанций и подстанций "Электроцентромонтаж" (RU) 2011120680/02, 24.05.2011	Автоматическая станция катодной очистки вод в нефтехимической отрасли	Не действует
	Патент РФ 2 465 570 G01N17/02	Открытое акционерное общество по газификации и эксплуатации газового хозяйства Тульской области "Тулаоблгаз" (RU), 2011120679/28 24.05.2011	Система автоматической очистки фильтров от механических примесей	Не действует
	Патент РФ 2 519 001 F16L 9/02	Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-производственный центр"(RU), 2013114877/06 02.04.2013	Угольная очистка водоподготовки для котлов-утилизаторов	Действует
	Патент РФ 2 247 278 F16L 25/00	Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-производственный центр"(RU), 2002135841/06, 30.12.2002	Электролитический метод осаждения примесей растворенных в водных средах	Действует

Таблица 2.2. Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчёты о научно-исследовательских работах)

Предмет поиска	Наименование источника информации с указанием страницы источника	Автор, фирма (держатель) технической документации	Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)
1	2	3	4
Водоподготовка для котлов-утилизаторов	http://www1.fips.ru/	Артемьев Виктор Вячеславович (RU), Мешалкин Валерий Павлович (RU), Попов Николай Кузьмич (RU), Игнатьев Андрей Анатольевич (RU), Панарин Владимир Михайлович (RU), Царьков Геннадий Юрьевич (RU), Панарин Михаил Владимирович (RU), Семин Илья Васильевич (RU), Чичилин Вадим Алексеевич (RU), Телегина Наталья Александровна (RU), Жилин Федор Олегович (RU)
	http://www1.fips.ru/	Воробьев Николай Юрьевич (RU), Густов Сергей Вадимович (RU), Попов Николай Кузьмич (RU), Пахомов Сергей Николаевич (RU), Царьков Геннадий Юрьевич (RU), Панарин Михаил Владимирович (RU)
	http://www1.fips.ru/	Айдуганов Вячеслав Михайлович (RU)
	http://www1.fips.ru/	Айдуганов Вячеслав Михайлович (RU)

Таблица 2.3 - Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	Технические решения, реализующие тенденции
		в объектах организаций (фирм)	в исследуемом объекте
1	2	3	4
1. Повышение КПД ультрафиолетовых ламп очистки воды	Патент РФ 2 457 153	НПЗ, хим., газ производства.	Широкая распространенность метода УФ-обеззараживания воды объясняется такими его достоинствами, как: универсальность и эффективность воздействия на различные микроорганизмы в воде; экологичность, безопасность для жизни и здоровья человека; относительно низкая цена; невысокие эксплуатационные расходы; низкие капитальные затраты; простота обслуживания установок. Для пищевых производств очень важным преимуществом УФ-обработки воды является отсутствие необходимости введения дополнительных реагентов, которые могут изменить органолептические характеристики продукта. Серьезным недостатком УФ-обеззараживания является отсутствие последействия, т. е. очищенная вода может вновь загрязняться на последующих стадиях обработки или транспортировки. УФ-облучение воды убивает микроорганизмы, но клеточные стенки бактерий, грибов, белковые фрагменты вирусов остаются в воде. При использовании такой воды в качестве питьевой желательно удалять их с помощью тонкой фильтрации. Обычная бактерицидная установка УФ-обеззараживания воды (рис. 1) состоит из камеры обеззараживания и пульта управления. Иногда они комплектуются блоком промывки. Камера обеззараживания воды представляет собой корпус из нержавеющей стали, реже из пластмассы, имеющий патрубки для ввода и вывода очищаемой воды, пробоотборники и датчик УФ-излучения. С торцов корпус закрыт решетками, имеющими отцентрованные с обеих сторон отверстия, число которых соответствует количеству используемых ламп. В эти отверстия герметично устанавливают прочные кварцевые трубки – чехлы. Внутри трубок располагаются бактерицидные лампы (ртутные или ксеноновые), что исключает их непосредственный контакт с водой и обеспечивает их легкую замену без слива аппарата. Видно, что конструкция похожа на кожухотрубный теплообменник. Корпус, кварцевые трубки и их крепление рассчитаны на рабочее давление очищаемой воды. В методических указаниях МУ 2.1.4.719-98 в качестве требований указывается, что УФ-установки обеззараживания воды должны комплектоваться: датчиками измерения интенсивности УФ-излучения в камере обеззараживания; системой автоматики, сигнализирующей о снижении минимальной поглощенной дозы; счетчиками времени наработки ламп и индикаторами их исправности; пробоотборниками и системой очистки кварцевых чехлов. Следует отметить, что стоимость этих устройств велика и их применение на установках малой производительности резко увеличивает их цену. Поскольку эти указания не носят обязательного характера, большинство производителей ограничиваются рекомендацией смены ламп при наработке ими гарантийного ресурса. На муниципальных установках подготовки питьевой воды необходимо обеспечивать их полную комплектацию.

1.Увеличение эффективности очистки воды от механических примесей с помощью фильтров	Патент РФ 2 465 570	НПЗ, хим., газ производства.	Фильтр механической очистки — первая преграда, которую встречают примеси при очистке воды. Механическая очистка воды является предварительной и осуществляет ее подготовку к последующим этапам очищения. Фильтр механической очистки удаляет из воды частицы песка, глины, ржавчины, зоо- и фитопланктона и других загрязнений органического и неорганического происхождения. Уже на этом, первом этапе, можно заметить видимые результаты очистки — из воды устраняется мутность. В ходе механической очистки вода процеживается и отстаивается, тяжелые примеси оседают и задерживаются фильтровальным материалом, а легкие, напротив, всплывают на поверхность. Фильтры механической очистки воды используют как в бытовых системах очистки воды, так и на предприятиях, в коммунально-бытовом обслуживании, сельском хозяйстве. Преимущественно фильтры механической очистки воды являются только подготовкой воды к более глубокому очищению другими способами — химическим или биологическим. Однако в ряде случаев фильтровальные установки механической очистки используют в качестве законченных систем водоподготовки, например, если есть возможность использовать воду после этого способа очистки в технологических процессах производства.
1.Повышает качество защиты труб и их сварных соединений от коррозии, так как металлическая труба защищена пластмассовой трубой, удаленные концы которых закреплены втулками из коррозионно-стойкой стали. 2 Наличие колец уплотнительных между торцами трубы пластмассовой и колец металлических позволяет лучше изолировать соединение, закрепленных концов трубы пластмассовой втулками из коррозионно-стойкой стали 3. Размещение концов втулок из коррозионно-стойкой стали и образование зазора с концами трубы металлической позволяет подготовить металлическую трубу с внутренней пластмассовой трубой для защиты сварного соединения трубопровода втулкой подкладной. А это в свою очередь позволяет уменьшить объемы сварочных работ при соединении труб сваркой, так как отпадает необходимость соединения сваркой концов труб и втулок из коррозионно-стойкой стали.	Патент РФ 2 519 001	НПЗ, хим., газ производства.	В трубе металлической с внутренней трубой пластмассовой, подготовленной для защиты от коррозии сварного соединения трубопровода втулкой подкладной, концы трубы пластмассовой удалены от торцов трубы металлической и закреплены втулками. Между втулками из коррозионно-стойкой стали и концами трубы металлической установлены кольца металлические, которые соединены между собой прессовым или клеевым соединением или одновременно прессовым и клеевым соединением. При этом одними концами втулки закреплены к концам трубы пластмассовой, а другие концы втулок выступают за торцы колец металлических, и удалены от торцов трубы металлической, и образуют зазор с концами трубы металлической. Сборку трубы металлической с внутренней трубой пластмассовой, подготовленной для защиты от коррозии сварного соединения трубопровода втулкой подкладной осуществляют следующим образом: трубу металлическую 1 футеруют изнутри трубой пластмассовой 2 путем волочения через сужающую фильеру. Удаляют концы трубы пластмассовой 2 от торца трубы металлической 1 на безопасное расстояние, при котором не произойдет их разрушение при соединении труб от тепла электродуговой сварки. Устанавливают кольца металлические 4, которые упираются в торцы пластмассовой трубы 2 и закрепляют концы трубы пластмассовой 2 втулками из коррозионно-стойкой стали 3 путем их раздачи в радиальном направлении, то есть втулки из коррозионно-стойкой стали 3 и концы трубы металлической 1 и кольца металлические 4 соединяются между собою прессовым соединением. Втулки из коррозионно-стойкой стали 3 и концы трубы металлической 1 и кольца металлические 4 могут быть также соединены между собою клеевым соединением. А также одновременно прессовым и клеевым соединением. При этом второй конец втулки из коррозионно-стойкой стали 3 выступает за торец кольца металлического 4, но остается внутри концов трубы металлической 1. Концы втулок из коррозионно-стойкой стали 3 и концы трубы металлической 1 образует зазоры, в которые устанавливают концы втулок подкладных при монтаже трубопровода. Это обеспечивает надежную защиту от коррозии сварного соединения трубопровода. Кроме того, между торцами трубы пластмассовой 2 и колец металлических 4 устанавливают кольца уплотнительные 5. При использовании такой конструкции трубы металлической с внутренней трубой пластмассовой, подготовленной для защиты от коррозии сварного соединения трубопровода втулкой подкладной повышается качество защиты труб от коррозии и их сварных соединений, а также уменьшается объемы сварочных работ при соединении труб сваркой.
1.Позволяет повысить надежность и долговечность соединения за счет того, что контактируемые поверхности патрубков и муфты соединены клеевым соединением, работающим на сдвиг, механическим соединением, работающим за счет сил трения, и одновременно с образованием замкового соединения между концами патрубков и муфты, работающего на срез. 2. Использование клеющего состава из диэлектрического материала позволяет электрически разъединить патрубки и муфту. 3.Такая конструкция неразъемного электроизолирующего муфтового соединения надежна и долговечна. 4. Позволяет сохранить внутреннее сечение электроизолирующего соединения и одновременно они служат для получения замкового соединения с муфтой. Армирование клеевого слоя тканью из диэлектрического материала позволяет улучшить эксплуатационные свойства электроизолирующего соединения и упрощает технологию изготовления за счет уменьшения вероятности прямого контакта вкладыша и муфты с металлическими патрубками. Нанесение на наружную поверхность соединения покрытия из диэлектрического материала позволяет защитить детали соединения от коррозии и сохранить электроизоляционные свойства неразъемного электроизолирующего муфтового соединения.	Патент РФ 2 247 278	НПЗ, хим., газ производства.	В неразъемном электроизолирующем муфтовом соединении, содержащем два металлических патрубка, между торцами которых размещено кольцо из диэлектрического материала. Патрубки выполнены с раструбами, которые соединены изнутри вкладышем неразъемным диэлектрическим клеемеханическим соединением. Снаружи патрубки соединены металлической муфтой неразъемным диэлектрическим замковым клеемеханическим соединением. Изготовление заявленной конструкции неразъемного электроизолирующего муфтового соединения производится в следующей последовательности.На концах металлических патрубков 1 с одной стороны делают раструбы 2, а с другой - фаски 11 под сварку. На вкладыш 4 наносят клеевой слой 5 из диэлектрического материала, который армируют тканью из диэлектрического материала. На вкладыш 4 устанавливают кольцо 3 из диэлектрического материала. Далее вкладыш 4 запрессовывают в раструбы 2 металлических патрубков 1, при этом кольцо 3 устанавливается между торцами патрубков 1. Между вкладышем 4 и внутренней поверхностью раструбов 2 патрубков 1 образуется клеемеханическое соединение. На наружную поверхность патрубков 1 наносят клеевой слой 7, армированный тканью, устанавливают муфту 6 таким образом, чтобы она одинаково захватывала патрубки 1. Муфта 6 имеет большую длину, чем суммарная длина раструбов 2 патрубков 1 и кольца 3. Соединяют муфту 6 с патрубками 1 путем редуцирования муфты 6 при помощи гидропресса, снабженного фильером. При этом концы муфты 6 редуцируют на большую величину, при которой образуется замковое соединение 8 между концами муфты 6 и наружной поверхностью патрубков 1. При редуцировании между соприкасаемыми между собой поверхностями вкладыша 4 патрубков 1 и муфты 6 образуется механическое соединение, работающее за счет сил трения, и одновременно создается давление для клеевого соединения этих же поверхностей. На внутреннюю поверхность неразъемного электроизолирующего муфтового соединения наносят покрытие 9 из диэлектрического материала, а на наружную поверхность - изоляцию 10 из диэлеткрического материала. Неразъемное электроизолирующее муфтовое соединение собирается с трубопроводом при помощи электродуговой сварки.

2.4 Анализ патентов аналогов

После проведения патентного поиска можно сделать вывод что на данный момент есть много патентов относящихся к водоподготовке на котлы-утилизаторы. Однако, не все патенты на сегодняшний день действительны. Целью новых патентов является повышение эффективности работы старых, но и стараться придумывать новые патенты основываясь на прошлых изобретений стараться их модернизировать.

Существуют патенты, суть которых заключаются в усовершенствование и комбинирование уже известных способов. Чаще всего целями таких патентов являются увеличение качества сборки и повышения их характеристик.

Есть аналогии в котором объектом модернизации является установка на оборудования новых, более совершенных новшеств. Главными целями являются усовершенствование технологии или модернизация существующих.

3 Магистральные трубопроводы

Крупные котлы-утилизаторы не имеют всех элементов котлоагрегата. Отходящие вторичные газы попадают сразу на поверхности нагрева (экономайзер, испаритель, пароперегреватель). Воздухоподогреватель и топка в котлах-утилизаторах отсутствуют, так как газы, используемые в котле, образуются в технологическом процессе основного производства. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350—700 °C.

Котлы-утилизаторы, работающие на газах различных печей, использующие газы после сушки или обжига материалов-не самые надежные. Отходящие газы содержат много пыли и других химических веществ, что вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора. Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Этой очистки все равно не хватает для полного очищения газов. Пыль оседает на поверхности нагрева и малейшая протечка увлажняет пыль и значительно уменьшает теплоотдачу, что вызывает неравномерный нагрев и влечёт перекос змеевиков.

Присутствие в газах соединений кальция, натрия, серы приводят к образованию на змеевиках сцементировавшихся отложений, вызывающих химическую коррозию поверхностей нагрева и снижающих живое сечение для прохода газов. В настоящее время стали появляться котлы-утилизаторы, которые содержат камеру дожигания отходящих газов (см. например патент Патент 2365818 Патент 2491479— «Котел-утилизатор»).

Котлы-утилизаторы применяются в химической, нефтяной, пищевой, текстильной и иных отраслях промышленности.

3.1 Основные сведения

Одна из характерных черт функционирования промышленных утилизационных систем состоит в том, что в выходящих газах могут находиться множество небольших частиц. Они бывают в жидком, твердом или газообразном виде. Возникают частицы вследствие работы производственных установок и представляют собой осколки металла, шихты, шлака или окалины. Жидкие частицы — результат выплавки металлов. В целом, образование этих микроотходов связано с повышенными температурами, применяемыми при металлообработке.

На эффективность утилизации выходящих газов оказывает влияние тепловая мощность отопительного агрегата, режим подачи в него отходов и их температура. Объем и температура выходящих газов зависит от количества сжигаемого топлива и характера промышленного процесса. Значительный объем шихтовых газов выдается в цветной и черной металлургии — при продувании конвертеров кислородом.

Как сказано выше, на функционирование утилизатора большое влияние оказывает режим подачи в него газов. Промышленное оборудование (особенно это относится к конвертерам) часто работает циклично, что отрицательно сказывается на продуктивности котельного агрегата.

Котел утилизатор можно классифицировать по следующим параметрам:

По температуре газа, подающегося в агрегат. По этому параметру оборудование подразделяется на: низкотемпературное (менее 900 градусов) и высокотемпературное (свыше 1000 градусов). В условиях низких температур передача тепловой энергии осуществляется благодаря конвекции, а при высоких показателях — в процессе излучения. При температурах, превышающих 1100 градусов, жидкие продукты сгорания меняют свое агрегатное состояние.

По паровым характеристикам котел утилизатор может относиться к 3 классам: оборудования с низким давлением (1,5 МПа и 300 градусов), с повышенным давлением (4,5 МПа и 450 градусов), и с высоким (от 10 до 14 МПа и 550 градусов).

По принципу передвижения жидкости, пара и продуктов сгорания утилизационные котлы разделяются на два типа: газотрубные и водотрубные.

По способу передвижения жидкости в испарительном контуре утилизирующее оборудование дифференцируется на котлы с естественной и принудительной циркуляцией.

По комплектации и нагревательным поверхностям оборудование подразделяется на такие типы: башенный, горизонтальный и туннельный. В низкотемпературных устройствах применяется змеевиковая конвективная нагревательная поверхность. В высокотемпературных модификациях — конвективно-радиационная поверхность.

Заключение

В процессе работы некоторых технологических установок, таких как печи различного назначения, газотурбинные электростанции, инсинераторы или газоперекачивающие установки, образуется большое количество выхлопных газов, температура которых доходит до нескольких сотен градусов. Это огромное количество тепловой энергии, выбрасывать которую в атмосферу не только неразумная трата денег, но еще и большой вред для экологии. Для полезного использования тепла уходящих газов и были изобретены котлы-утилизаторы. В качестве реального примера применения котлов-утилизаторов можно привести нефтеперерабатывающие и металлургические заводы. В процессе переработки нефти или плавки металла образуется огромное количество энергии, которую никак невозможно применить в производственном процессе кроме, как пустить на котел-утилизатор и использовать для других целей, таких как отопление помещений, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование (производство холода), или производство пара для покрытия сторонних технологических нужд. На металлургических заводах посредством котлов-утилизаторов тепло отходящих газов передается воде. В результате этого образуется большое количество пара, часть из которого служит для обеспечения процесса плавки стали, а часть идет на бытовые нужды (отопление, подогрев воды).

Котлы-утилизаторы стали неотъемлемой частью следующих объектов:• Предприятия черной и цветной металлургии;• Нефтеперерабатывающие заводы;• Газотурбинные и газопоршневые электростанции единичной мощностью от 1000кВт до 18 МВт;• Газоперекачивающие компрессорные станции;• Хлебопекарные заводы;• Производства резинотехнических изделий;• Фармацевтические предприятия;• Производства смол и пластиков;• Производства электронных компонентов;• Печатные предприятия. Производительность котлов-утилизаторов зависит от температуры и количества дымовых газов, а на КПД котлоагрегата значительное влияние оказывает состояние поверхности теплообменников (их загрязнение примесями, содержащимися в дымовых газах, заметно снижает коэффициент полезного действия). Особенно высокого КПД удается добиться, применяя перед котлами – утилизаторами термические окислители летучих органических соединений. В случаях, когда утилизация тепловой энергии требуется только периодически, или требуется частично, то подача горячих газов на котел утилизатор может регулироваться с помощью автоматической «байпас» системы, перепускающей газы на дымовую трубу мимо КУ. Также регулировка байпаса может осуществляться с помощью внешнего аналогового сигнала, регулирующего угол закрытия перепускающей заслонки, либо с помощью сухого контакта в режимах Открыто/Закрыто.

Использование котлов-утилизаторов в производственных процессах оказывает благотворное влияние на экологическую обстановку.

Во-первых, котлы-утилизаторы снижают выброс тепловой энергии в окружающую среду.

Во-вторых, позволяют значительно сократить сжигание твердого, жидкого или газообразного углеводородного топлива, а это, в свою очередь позволяет уменьшить выбросы парниковых газов (окиси углерода СО и оксиды азота NOx). Это замедляет процессы глобального потепления, и позволяет предприятию зарабатывать на снижении издержек за счет экономии топлива.

Список используемых источников

1. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов / О.Л. Данилов, А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев и др. под ред. А.В. Клименко. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – 420 с.: ил.

2. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты / А.П.Воинов, В.А.Зайцев, Л.И.Куперман, Л.Н.Сидельковский; под ред. Л.Н.Сидельковского.:М Энергоатомиздат. 1989

3.Основы энергосбережения. Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков, под ред. Н.И. Данилова.- Екатеринбург, Издательский дом «Автограф», 2010.

4. Попов А.И., Симонов В.Ф., Попов Р.А. Критерии сопоставления и оптимизации энергосберегающих решений в рыночных условиях//Материалы межвузовского научного семинара по проблемам теплоэнергетики. Саратов: Изд-во СГТУ.1996

5. Хараз Д.И., Псахис Б.И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах.М.:Химия.1984

6.Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Технология энергосбережения. М.: Форум: ИНФРА-М, 2006.

7. Котляр И.В. Переменный режим работы газотурбинных установок.М.:Машгиз.1961

8. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочник / А.М. Бакластов, В.М. Бродянский, Б.П.Голубев, В.А. Григорьев, В.М. Зорин: - М.: Энергоатомиздат, 1983.-552 с.

9.Данилов О.Л. Леончик Б.И. Научные основы энергосбережения. М.: МГУПП, 2000.

10.Вагин Г.Я, Дудникова Л.В., Зенютич Е.А., и др. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. НГТУ, НиЦЭ – Н.Новгород, 2001.

11 Борисов Б.И. Защитная способность изоляционных покрытий подземных трубопроводов. М.: Недра, 1987.

12 Борисов Б.И. Несущая способность изоляционных покрытий подземных трубопроводов.- М.: Недра, 1986.- 160 с.

13 Борисов Б.И. Оценка фактора миграции пластификатора из покрытия в условиях грунтовой среды//Коллоидный журнал, № 3, 1978.

14 Борисов Б.И., Зиневич A.M. Методы определения срока службы изоляционных покрытий подземных трубопроводов// Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности: Обзор, информ. ВНИИОЭНГ- М., 1980.

15 Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве. -М.: Недра, 1986.-224 с.

16 Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. М.: Недра, 1982.

17 Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. Проектирование и строительство.- М.: Недра, 1982.- 383 с.

18 Учайкин В.С. Антикоррозионное трехслойное полиэтиленовое покрытие стальных труб диаметром 530-1420 мм. Учайкин В. С. 11 Трансп. и нефтепродуктов. - 1999. - N 9-10. - С. 15-17.

19 Стратегия АК «Транснефть» в области защиты магистральных нефтепроводов от почвенной коррозии при капитальном ремонте 11 Трубопроводный транспорт нефти. - 1998. - N 7. - С. 28-30.

20 Груздев А.А., Тютьнев А.М., Черказов Н.М. Новые материалы, технологии и оборудование для защиты магистральных нефтепроводов от коррозии 11 Трубопроводный транспорт нефти. - 1998. - N 1. - С. 20-21.

21 Гудов А.И., Сайфутдинов М.И. Повышение качества изоляционных материалов и совершенствование технологии их нанесения при капитальном ремонте и реконструкции магистральных нефтепроводов 11 Трубопроводный транспорт нефти. - 1998. - N2. - С. 22-23.

22 Гумеров Р.С., Лебеденко В.М., Рамеев М.К., Ибрагимов М.Ш. Опыт применения липких лент для антикоррозионной защиты нефтепроводов 11 Трубопроводный транспорт нефти. - 1996, N 1. - С. 23.

23 Орехов В.В., Бычков Р.А. Новое технологическое решение при восстановлении антикоррозионного покрытия трубопроводов 11 Нефтепромысловое дело. - 1996. - N5. - C. 35.

Код для цитирования: Скопировать