Общие сведения. Хранение жидкого топлива. Топливоподача,Подготовка мазута для работы в виде топлива

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ХРАНЕНИЕ ЖИДКОГО ТОПЛИВА. ТОПЛИВОПОДАЧА

Жидкое топливо. Практически всё жидкое топливо пока получают путём переработки нефти. Нефть, жидкое горючее полезное ископаемое, представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Она имеет своеобразный смоляной запах. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла, а также вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Мазут (с арабского «мазхулат» – «отбросы») – жидкий продукт тёмно-коричневого или черного цвета. Мазут – это горючая вязкая жидкость, горючее топливо.

Мазут представляет собой остаток после выделения из нефти или продуктов её вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360 °С. Также мазут получают из каменного угля и  горючих сланцев, однако такое производство развито в небольших объемах.

Мазут обладает высокими загрязняющими свойствами. При сжигании мазута на открытом пространстве выделяется значительное количество черной копоти, которая наносит ущерб окружающей среде и токсична для человека.

Ниже в таблице приводится элементный состав мазута

Вязкость

Данная характеристика мазута является главной, так как от ее значения зависят затраты энергии на перекачивание по трубопроводам, эффективность распыления в форсунках, время слива из цистерн, баков, танкеров и других емкостей.

Для оценки часто используют понятие условной вязкости (УВ), которая равна отношению времени истечения мазута в объеме 200 мл при данной температуре к времени истечения идентичного количества воды при 20 ⁰С. Ее измеряют в градусах (⁰УВ) вискозиметром при температурах 50 и 80 ⁰С согласно ГОСТ 6258.

Большинство марок мазута имеют условную вязкость в пределах 5–12 ⁰УВ при 50 ⁰С, что недостаточно не только для его распыления через форсунку, но и для простой перекачки из цистерн. Поэтому для повышения текучести нефтепродукта его подогревают до 60–70 ⁰С. При нагревании происходит плавление твердых парафинов и церезинов, что снижает вязкость. Однако прекращение термической обработки возвращает мазут на прежний уровень вязкости.

Влияние подогрева на вязкостные свойства зависит от величины начальной температуры. При нагревании мазута с 40 до 60 ⁰С условная вязкость снижается в 4 раза, а при подогреве со 100 до 120 ⁰С только в 2 раза. Данное обстоятельство связано с образованием углеводородами жестких структурных связей при относительно низких температурах.

Также на вязкость мазута влияет давление. Чем оно выше, тем выше вязкостные свойства. И чем сложнее молекулярное строение углеводородов, тем большее влияние оказывает давление.

Плотность

Данный показатель отражает товарное качество нефтепродукта, так как используется при расчете объемов резервуаров, количестве энергии, требующейся для подогрева и т. д. Плотность мазута для большинства марок лежит в диапазоне 890–1020 кг/м³. Она повышается с увеличением вязкости. Отношение плотности мазута к плотности воды, имеющей температуру 20 ⁰С, составляет 0,95–1,06. Поэтому с уменьшением плотности легче отделяется вода, которая может образовываться, например, при конденсации водяного пара в металлических резервуарах. Ее массовая доля в нефтепродукте не должна превышать 0,3–1 %.

Температуры вспышки, самовоспламенения и застывания

Важными свойствами мазута для его безопасного и экономичного использования, хранения и перевозки являются температурные характеристики, при которых он может воспламеняться, застывать или взрываться.

Температура, при которой пары образуют с воздухом горючую смесь при поднесении открытого огня, составляет от 80 до 110 ⁰С. Это температура вспышки. Горение при этом мгновенно прекращается. Испытания проводят в закрытом и открытом тигле в зависимости от марки мазута.

Если продолжать подвод тепла, то при некотором значении температуры воспламенения, которая лежит в пределах 91–155 ⁰С, жидкость зажигается от открытого пламени и горит более 5 с.

Мазут может воспламеняться и без внешнего источника огня. Температура его самовоспламенения находится в диапазоне 500–600 ⁰С.

Смесь паров и воздуха в объемной концентрации от 1,4 до 8 % является взрывоопасной.

Важным параметром, знание которого необходимо при транспортировке, перекачивании и сливе нефтепродукта, является температура застывания. С учетом марки для мазута она составляет от -5 до +42 ⁰С и зависит от технологии производства. Например, верхняя граница диапазона соответствует видам, полученным прямой перегонкой нефти и особенно при крекинге процесса. Если температура нефтепродукта ниже границ застывания, то он теряет подвижность и требуется подогрев для возможности перемещения по мазутопроводам.

Зольность

Зола, образующаяся при сгорании мазута, приводит к появлению трудноудаляемого налета на форсунках, что требует их периодической чистки. Кроме этого, содержащиеся в ней химические вещества ускоряют коррозионное разрушение оборудования, а повышенная зольность увеличивает количество выбрасываемых в атмосферу загрязнений. Поэтому нормативными документами величина зольности ограничена пределами от 0,04 до 0,14 %.

Содержание серы

По содержанию серы мазуты разделяются на малосернистые с массовым содержанием до 1 % и высокосернистые (1–3,5 %). Чем выше содержание этого вещества, тем быстрее происходит коррозионное разрушение котельного оборудования. Содержащийся в продуктах сгорания серный ангидрид вступает в реакцию с кислородом и водяными парами, образует серную кислоту, которая вызывает коррозию.

Кроме того, содержание в топливе серы снижает его теплоту сгорания. Например, при количестве от 0,5 до 2,0 % она находится в диапазоне от 41 454 до 40 530 кДж/кг, а при 2,5–3 % снижается до 39 900 кДж/кг. Данный эффект связан с тем, что удельная теплота сгорания серы (10 885 кДж/кг) гораздо ниже, чем у нефтепродуктов.

Массовое содержание вещества, наряду с зольностью и температурой застывания, указываются в условном обозначении мазута при его заказе.

ХРАНЕНИЕ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Для хранения мазута используют специальные резервуары разного объема. Они представляют собой открытые или герметично закрываемые стационарные сосуды, которые наполняют жидким продуктом. Такие емкости используют на местах хранилища и предприятиях теплоэнергетического типа.

Особенности хранения мазута

Резервуары мазута разрабатываются с учетом особенностей хранения нефтепродукта, включая химический состав и физико-химические реакции, к которым склонен материал. Важным параметром выступает высокая вязкость, из-за которой вещество требует периодического подогрева.

Еще химический состав и реакции мазута строго определяют срок содержания в емкости. По стандарту при условии хранения мазута в резервуарах в соответствии с правилами он ограничен 5 годами при условии соблюдения установленных требований. Если есть необходимость более длительного хранения, нужно исследовать пробы, с помощью которых можно подтвердить работоспособность химической формулы.

Если предполагается разместить мазут на длительное хранение, предварительно его необходимо подвергнуть химической обработке. Это нужно опять же для снижения вязкости нефтепродукта и устранения проблем с перекачкой. В результате обработки в составе мазута начинают плавиться твердые сорта парафина. Метод эффективен на начальном этапе хранения, после чего нефтепродукт приобретает первоначальную вязкость.

Поддержание температурного режима

Для поддержания требуемой температуры хранения мазута в резервуарах предусматривают подогрев. Его организуют одним из двух способов:

• С помощью электроподогрева, который представлен нагревающим электрическим кабелем (термокабелем), фиксируемого на стенке бака. Кроме кабеля в комплект входят модуль нагрева, термодатчики, блок управления и распределительный модуль.

• Посредством змеевика, который представляет собой внутренний трубопровод с пароводяным теплоносителем.

При установке системы автоматического температурного контроля температура подогрева может автоматически поддерживаться на нужном уровне. Во избежание выброса мазута из резервуара продукт должен храниться при 80-90 °C. Подогрев позволяет увеличить температуру до необходимых показателей, к примеру, до 120 °C для марки М-100, что требуется для обеспечения вязкости, нужной для поступления нефтепродукта к форсункам печей.

Виды резервуаров для мазута

Резервуары мазута делят на виды в зависимости от расположения относительно планировочной отметки земли. По этому критерию выделяют 3 вида емкости:

• Надземные. Днище резервуара располагается на одном уровне или выше самой низкой отметки склада.

• Полунадземные (полузаглубленные). Емкость заглублена в грунт не менее чем на половину своей высоты, а максимальный уровень мазута превышает наименьшую отметку прилегающей территории не более чем на 2 м.

• Подземные (заглубленные). Наивысший уровень мазута в таких резервуарах на 0,2 м меньше самой низкой отметки склада.

Вертикальные резервуары для мазута

Резервуары хранения мазута изготавливаются из разных материалов: железобетона или металла (листовой или рулонной стали, подвергнутой сварке). При выборе стали часто прибегают к маркам Ст3сп-5 (для температуры до -40 °C) и 09Г2С-12 (для температуры ниже -40 °C). Особое распространение получили стальные вертикальные емкости с конусной кровлей, объем которых может достигать 50000 м3. Вертикальные емкости (РВС) более вместительные, из-за чего монтируются в зоне установки.

Еще существуют горизонтальные резервуары (РГС), объем которых меньше – может составлять до 500 м3. Они бывают надземными и подземными, поставляются на площадку для монтажа в готовом собранном виде.

Горизонтальные резервуары для мазута

Мазутное хозяйство котельных

Мазутное хозяйство - комплекс устройств, обеспечивающих приемку, хранение и подачу необходимого количества мазута в котельную и подготовку его для сжигания в топках котлов.

Основными элементами мазутного хозяйства являются: приемное устройство, мазутохранилище, резервуар для присадки мазута, расходный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута, охладители конденсата, системы трубопроводов (мазутопроводы, паро- и конденсатопроводы, дренажный трубопровод), насосы различного назначения.

Принципиальная схема мазутного хозяйства

Мазут к потребителю доставляется железнодорожным транспортом, нефтеналивными судами, по трубопроводам (если нефтеперерабатывающие заводы находятся на небольших расстояниях).

Доставленный в железнодорожных цистернах 1 мазут подогревают до температуры 30—40 °С путем впрыска в мазут пара с давлением 0,5—0,6 МПа. При сливе мазут самотеком движется по открытым лоткам (желобам) в приемные баки 3. По дну лотков проложены паропроводы.

Мазут из приемных резервуаров 3 перекачивается погружными насосами 4 в основные резервуары для хранения - мазутохранилища 5.

Из мазутохранилища мазут поступает в мазутонасосную, в которых установлены фильтры 6 и 10, подогреватели 8 и насосы 7 и 11 .

С заданным давлением мазут подается к горелкам котла 15. Перед горелкой котла устанавливаются: регулятор давления (после себя) 13, дроссельная измерительная диафрагма 14 и задвижки с электроприводом.

Неиспользованный мазут возвращается по рециркуляционной линии 16 обратно в мазутные емкости

Постоянное движение мазута по всем мазутопроводам исключает застывание мазута во временно неработающих участках мазутопроводов и обеспечивает быстрое включение в работу резервных котлов. Кроме того, струя горячего мазута, возвращающегося в резервуар, интенсивно разогревает мазут и размывает донные отложения в резервуаре.

Оборудование мазутного хозяйства

•Резервуары бывают основные, расходные и резервные.

Все резервуары должны быть пожаробезопасны при хранении топлива, герметичны, несгораемы, долговечны, иметь защиту от коррозии, вызываемой грунтовыми водами.

Выполняются резервуары надземными, полуподземными и подземными.

Изготавливаются резервуары из железобетона и металла

Минимальная температура хранения мазута +10С.

•Подогреватели.

Для поддержания необходимой температуры мазута и подготовки к сжиганию применяют:

• применяют паровые подогреватели, расположенные в нижней части резервуара

• выносные паровые подогреватели

• циркуляционный подогрев мазута впрыском

Из нижней части резервуара 8 по всасывающему трубопроводу1 мазут, насосом 2 подается в паровой подогреватель 3. Через напорный трубопровод 4 подогретый мазут поступает в распределительный коллектор 5. В распределительном коллекторе установлены насадки 6, обеспечивающие веерное впрыскивание разогретого мазута. Струя мазута увлекает за собой холодный мазут, смешивается с ним, подогревая его.

Паровые подогреватели – это поверхностные теплообменники с противоточным движением сред, с трубчатой теплообменной поверхностью. Мазут в межтрубном пространстве, пар в трубках

Рис 10 : патрубки 2 для подвода и отвода греющей среды, патрубки 8 для мазута.

Рис.11: Топливо из магистрали через запорный клапан поступает в межтрубное пространство (между корпусом и нагревательной трубкой), омывает наружную поверхность и ребра нагревательной трубки, нагревается и через крышку переходит в другую секцию или через клапан на выход. Греющий пар из паропровода через паровой клапан 4 попадает в нагревательную трубку; через стенку трубки подогревателя и ребра теплота пара передается топливу, далее пар конденсируется и в виде конденсата через клапан 5

Подготовка мазута (разогрев) к сжиганию начинается за двое суток.

При подготовке к сжиганию и транспортировке температура мазута в резервуарах повышается 80-95 °С и поддерживается за счет местного подогрева паровыми подогревателями, расположенными на днище резервуара

На пути к форсункам мазут подогревается в подогревателе 8 до температуры, необходимой для качественного распыливания. В зависимости от марки мазута эта температура достигает 80 - 120 0С.

•Насосы. Для перекачки мазута используются шестеренные (рис а) и винтовые (рис б) насосы

В шестеренном насосе при вращении шестерен 2 в направлении (рис а)а стрелками, жидкость попадает во впадины, образованные зубьями шестерни и корпусом 4 насоса, и перемещается из всасывающей полости 3 в нагнетательную 1.

В винтовом насосе (рис б) мазут подается путем выдавливания его роторами с винтовой нарезкой. При вращении винтовых роторов 5 в раскрывающуюся впадину винтового канала из всасывающей полости 3 поступает мазут. При дальнейшем вращении роторов эта впадина закрывается и мазут, находящийся в ней, переносится в нагнетательную полость 1. Там впадина раскрывается, и мазут выдавливается выступами винтов роторов.

•Фильтры. Чтобы избежать засорения форсунок, мазут очищается от механических примесей в фильтрах грубой 6 и тонкой 10 очистки. Фильтры имеют одинаковую конструкцию и отличаются друг от друга размером ячейки фильтрующей сетки.

•Мазутопроводы от хранилищ до котельной и рециркуляционный мазутопровод прокладывают в траншеях или туннелях совместно с паропроводами и покрывают их общей изоляцией

Подготовка мазута к сжиганию

В котельных, как правило, осуществляется двух, трех ступенчатый подогрев мазута.

Первая стадия – подогрев мазута при сливе до температуры 40-60 0С. Вторая стадия - разогрев мазута в мазутных резервуарах до температуры 60-80 0С и поддержание заданной температуры, обеспечивающей прокачивание и фильтрацию мазута. Третья стадия – разогрев мазута в мазутоподогревателях для обеспечения качественного его распыления форсунками при сжигании. Иногда на крупных котельных производят дополнительный высокотемпературный подогрев мазута до температуры 140-160 0С.

Подогрев мазута в резервуарах осуществляется встроенными змеевиковыми или секционными подогревателями. Наиболее эффективен циркуляционный подогрев мазута в резервуарах. Мазут из нижней части резервуара перекачивается по малому циркуляционному кольцу через внешние подогреватели специальными насосами. Подогретый мазут через специальные эжекционные насадки, расположенные по периметру резервуара, поступает в него. Горячий мазут перемешивается с охлажденным, интенсифицируя процесс теплообмена и одновременно обеспечивая перемешивание мазута в емкости. Это повышает однородность топлива, препятствуя осаждению воды, примесей и карбоидов. Время разогрева сокращается в 2-4 раза.

Для подогрева мазута в небольших емкостях разработаны такие методы, как виброподогрев, барботажный подогрев и др. Для нормальной и надежной работы насосов и форсунок мазутонасосная станция оборудуется фильтрами грубой и тонкой очистки, причем попарно (рабочий и резервный). Температура мазута перед фильтрами тонкой очистки должна быть не менее 90 0С, поэтому их устанавливают за подогревателями мазута. Очистка фильтров, подогрев мазута в емкостях и подогревателях осуществляется паром давлением 8 МПа.

Для предотвращения застывания мазута в трубопроводах предусматривается его рециркуляция в количестве 30-50 % от номинальной потребности. Скорости движения мазута в подающих мазутопроводах – 0,8-1,5 м/с и 0,5-0,8 м/с во всасывающем (обратном).

Восстановление тепловой мощности мазутных подогревателей осуществляется удалением отложений на стенках труб. Для этих целей применяют скребки, ерши, выжигание отложений, химическую очистку.

Двух ступенчатая фильтрация мазута уменьшает износ трубопроводов и оборудования, повышает надежность работы форсунок, предотвращает образование отложений. Предварительная очистка проводится при сливе мазута в лотках с установкой сетки-ловушки с ячейками 10-12 мм. Грубая фильтрация ведется фильтрами грубой очистки, установленными перед мазутными насосами и оборудованными сеткой №3,5 (5 отверстий на 1 см2). После внешних подогревателей мазута устанавливаются фильтры тонкой очистки с сеткой №1 (64 отверстия на 1 см2) или №1,4 (32 отверстия на 1 см2).

Существенное значение на качество подготовки топлива и долговечность оборудования мазутного хозяйства оказывает сернистость мазута. С повышением сернистости растет интенсивность образования отложений в емкостях, трубопроводах, оборудовании, возрастает коррозия металла, возникает нестабильность мазутов, которая проявляется в образовании агломератов, состоящих из карбидов и карбенов, увеличивается концентрация асфальтосмолистых веществ и твердого коксового осадка. Интенсивной сероводородной коррозии подвергаются металлические резервуары. Отслоившиеся сульфиды накапливаются на дне резервуара и образубт гальванопары со сталью резервуара. В результате интенсивной электрохимической коррозии разрушение днища может произойти через 3-6 мес. Скорость коррозии возрастает с увеличением обводненности мазута.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/568063-obschie-svedenija-hranenie-zhidkogo-topliva-t