Выявление и устранение проблем перегонки в нефтепереработке и нефтехимии
Казалось бы, процессы дистилляции многокомпонентных смесей — атмосферная, вакуумная перегонка, вторичная перегонка дистиллятов, отпарка насыщенного абсорбента, разделение смеси газов и т. д. — существуют давно и хорошо изучены. Однако различные сбои и нарушения в работе колонн по-прежнему происходят, и каждый случай имеет свои причины и особенности, что требует принятия специфического решения для устранения неполадок и восстановления нормальной работы колонны на проектном режиме.
В книге подробно рассматривается множество примеров неполадок при фракционировании и отпаривании различных смесей, приводящих к потере производительности и/или разделения. Рассмотрены влияние состава сырья, роль кратности орошения; проанализированы причины потери проходимости по тарелкам и насадкам, а также вспенивания, захлебывания, уноса, периодических забросов жидкости. Разобраны случаи разгерметизации узлов; влияние материала колонн, тарелок, насадок.
Рассмотрены ошибки технологической обвязки колонн, нарушения в работе ребойлеров и конденсаторов, сбои систем контроля и автоматики.
Подчеркивается важность теплового баланса. Рассматриваются также вопросы энергосбережения и пожаробезопасности.
Автор ранжирует имевшие место на разных заводах в разное время случаи нарушений в работе колонн по значимости и частоте, выделяя наиболее существенные и часто встречающиеся из них; при этом каждый описанный случай можно рассматривать как типовую проблемную ситуацию с определенным алгоритмом решения. В рамках каждого такого рассматриваемого случая дается анализ причин возникших нарушений и описаны мероприятия по их обнаружению и устранению.
Важно, что в книге есть обширная таблица базы данных, где перечислены описанные случаи нарушений и неполадок в работе колонн.
Таким образом, предлагаемый вашему вниманию труд Генри З. Кистера является хорошим практическим пособием, которое может служить настольной книгой для широкого круга специалистов нефтепереработки и нефтехимии, занятых перегонкой различных смесей. Описанные здесь наблюдавшиеся на практике случаи нарушений в работе колонн, отдельных их узлов и зон, анализ причин и предложенные способы их устранения помогут работникам нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий справиться с возникающими технологическими затруднениями
в процессах перегонки.
Книга будет полезна как технологам эксплуатации установок, так и вспомогательному персоналу нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. Издание рекомендовано также студентам и аспирантам профильных вузов.
Д-р техн. наук, профессор О. Ф. Глаголева;
канд. техн. наук Н. Ю. Белоконь
Каждая проблема имеет легкое решение —
изящное, очевидное и неверное.
Генри Менкен
Последние полвека замечательны огромным прогрессом в технологиях перегонки. Применение высокопроизводительных компьютеров коренным образом изменило проектирование, методы контроля и эксплуатации ректификационных колонн. Инновационные усовершенствования внутренних устройств колонн позволили повысить их производительность и эффективность. Применение гамма-сканеров и лазерных пирометров дало специалистам такие возможности для решения проблем, связанных с работой ректификационных колонн, о которых недавно можно было только мечтать. Все эти успехи, казалось бы, позволяли ожидать, что частота отказов в работе колонн будет неуклонно снижаться — вплоть до полного исчезновения данной проблемы к началу XXI в. Тем не менее проведенное нами исследование ошибок дистилляции [255] дало неутешительный результат: сбоев не становится меньше. Напротив, частота отказов в работе ректификационных колонн лишь увеличивается.
Наше исследование также показало, что подобное повышение частоты отказов объясняется не тем, что перегонка выходит за границы известного. Основная часть сбоев представляет собой повторение уже имевших место проблем. Техническая литература описывает ситуации, при которых происходило по 10–20 повторных отказов одинакового типа. И на каждый описанный случай приходятся десятки, а то и сотни тех, о которых нигде не сообщалось.
В конце 1980-х гг. я попытался повысить производительность и увеличил площадь отверстий тарелок в одной ректификационной колонне. По причине неизвестного в то время механизма канального противотока паров добиться улучшения не удалось и мы потеряли 5 % производительности. Нам понадобились полгода напряженных изысканий, проведение гамма-сканирования и различных испытаний, прежде чем мы поняли, в чем было дело, и нашли способ вернуть потерянную производительность. Мы опубликовали многочисленные материалы, посвященные разрешению и профилактике этой проблемы. Спустя десять лет я вернулся к исследованию причин схожей неудачи при расшивке узкого места (возникшей у других специалистов) на той же самой установке. Колонна, с которой у меня в свое время возникли трудности, была заменена колонной большего размера, а производительность в следующей по ходу колонне (почти с теми же гидравлическими характеристиками, что и первая) была модернизирована… увеличением площади отверстий тарелок!
Меня поразило то, сколь быстро были забыты уроки прошлого. Специалисты приходят и уходят, и одни и те же ошибки совершаются снова и снова. В данном случае понадобилось лишь десять лет, чтобы мой опыт был предан забвению. Так и есть, специалисты приходят и уходят: кроме меня, лишь один человек, имевший опыт в расшивке узкого места в 1980-е гг., принимал участие в его устранении спустя десяилетие. Он поставил под сомнение предлагаемый вариант устранения, но к его мнению не прислушались.
Подобные ошибки особенно досадны тем, что техническая литература изобилует описанием случаев отказов оборудования. Так, на протяжении последних 20 лет ежегодно публикуется описание как минимум одного нового случая либо преждевременного захлебывания колонны по причине подъема уровня жидкости выше выхода из ребойлера, либо возникновения узких мест в испарителе из-за неправильно рассчитанного баланса сил. Очевидно, что без усвоения уроков прошлого нам не избежать возникновения одних и тех же проблем. Повторюсь, что на каждый рассмотренный в литературе случай приходятся десятки, а иногда и сотни тех, о которых ничего не известно.
Почему же нам не удается усвоить полученные в прошлом уроки? Из-за слияния компаний и сокращения расходов многие хорошие специалисты по выявлению и устранению неисправностей потеряли работу. Техническая литература лишь в малой степени позволяет восполнить эту потерю. В эпоху взрывного роста информации и баз данных своевременное обнаружение необходимых сведений уподобляется поиску иголки в постоянно растущем стоге сена. Чтобы обнаружить нужный справочный материал, приходится совершать переходы по огромному количеству ссылок, ведущих не туда. Более того, оптимизация затрат привела к закрытию библиотек данных и ограничила циркуляцию и доступность некоторых первичных источников информации — например, документов совещаний Американского института инженеров-химиков (AIChE).
Цель этой книги — достать пресловутую иголку. Полученные в прошлом уроки обобщены и представлены в удобной для читателя форме. Книга состоит из двух частей. В первой собраны «вести с полей» с подробным описанием возникших проблем и решений. Вторая часть представляет собой табличный мегамассив с обобщением всех случаев сбоев оборудования, которые мне удалось найти в технической литературе. По каждому случаю представлены полные библиографические ссылки, позволяющие читателю обратиться к оригиналу за дополнительной информацией. Многие из анализируемых ситуаций могут быть предметом рассмотрения сразу нескольких подразделов, поэтому в книгу включены обширные перекрестные ссылки.
При описании инцидентов, имевших место в реальности, мы иногда намеренно меняли некоторые детали. Иногда это делалось для того, чтобы не бросать тень на то или иное предприятие. В других случаях целью такого изменения было упростить изложение (разумеется, без ущерба для смысловой части). Иногда происшествие описывалось по истечении нескольких лет, так что некоторые подробности вполне могли забыться.
Хотя все приведенные здесь истории и сделанные выводы — результат добросовестного труда автора и его коллег, они не всегда представляют собой истину в последней инстанции. Много раз я думал, что полностью решил конкретную проблему, но позже был вынужден менять свое мнение в свете нового опыта. Представленные в книге ситуации и выводы не стоит слепо принимать на веру. Рассматривайте их как реальные случаи, изложенные автором и его коллегами в меру своих знаний и понимания.
Мы с удовольствием изучим любые замечания, которые подтвердят нашу точку зрения — либо поставят ее под сомнение.
Если вы держите в руках эту книгу, значит, вы заинтересованы в извлечении уроков из опыта прошлого. Ведь без усвоения накопленного опыта невозможно статьхорошим проектировщиком или специалистом по устранению проблем. Если вы избрали этот путь, то будьте готовы к бессонным ночам на предприятии, бесконечным переживаниям в поисках правильного решения, испытаниям, способным поколебать ваши излюбленные теории, а также к тому, чтобы изменить свое мнение. Однако вы познáете радость победы, когда предложенный вами вариант устранения проблемы или разработанная конструкция позволят найти решение там, где другие не справились. Вы насладитесь тем, что смогли обуздать силы природы и направить их в нужное русло. Наконец, вы испытаете восхитительный миг озарения, когда все факты, которые вы пытались осмыслить на протяжении многих месяцев, вдруг выстроятся в простое и логичное объяснение. Я надеюсь, что книга поможет вам в этом.
Генри З. Кистер,
март 2006 г.