Паровой крекинг играет ключевую роль в нефтехимической промышленности, обеспечивая производство этилена и пропилена. Эффективность работы печей крекинга напрямую влияет на производительность, расход топлива и выбросы. Одним из передовых методов оптимизации является тепловизионный мониторинг внутреннего пространства, который позволяет контролировать температурные профили печи в режиме реального времени. Это способствует увеличению продолжительности работы оборудования, снижению темпов коксования и повышению безопасности эксплуатации.
Основы парового крекинга и его оптимизация
Паровой крекинг — это высокотемпературный процесс разложения углеводородного сырья (этана, нафты) в присутствии водяного пара с образованием этилена и пропилена. Современные крекинг-печи представляют собой крупные прямоугольные топки, в которых змеевики излучательно нагреваются от стенок, покрытых огнеупорным материалом.
Основными параметрами, влияющими на эффективность процесса, являются:
- Температура металла труб (TMT) – критический показатель, превышение которого ведет к ускоренному коксованию и повреждению змеевиков.
- Температура дымовых газов – контролируется термопарами для оптимизации теплопередачи.
- Температура выхода из змеевика (COT) – определяет степень разложения углеводородов.
Операторы, не имея систем онлайн-мониторинга, вынуждены полагаться на термопары и периодические измерения портативными пирометрами, что не позволяет своевременно реагировать на изменения в температурных профилях труб.
Взаимосвязь между коксованием и TMT (температура металла труб)
Коксование — неизбежный процесс, при котором углеродистые отложения накапливаются на внутренней поверхности труб, ухудшая теплопередачу и увеличивая TMT. По мере накопления кокса растет сопротивление потоку, что приводит к увеличению перепада давления между входом и выходом змеевика.
Когда TMT достигает предельных значений (~1050°C), печь переводят в режим коксоудаления. Кокс сжигается путем подачи воздуха и пара, при этом процесс контролируется по уровню CO₂ в газах и изменениям COT. Однако при традиционных методах контроля возможно неравномерное выгорание кокса, что увеличивает риск перегрева отдельных участков змеевика.
Как автоматизация сбора данных по TMT повышает эффективность
1. Увеличение продолжительности работы печи
Тепловизоры фиксируют изменения TMT в режиме реального времени, что позволяет операторам принимать меры для выравнивания температурных профилей и минимизации перегрева труб. Улучшение равномерности теплового потока показывает, что разброс выходных секций TMT уменьшается, это говорит о том, что повышение температуры во время работы равномерно по выходным секциям каждой трубы. Это замедляет рост коксовых отложений и увеличивает продолжительность работы печи без остановки на очистку.
Например, равномерное распределение тепловой нагрузки по змеевикам снижает разброс температур от самой горячей до самой холодной трубки, что позволяет продлить эксплуатацию без вынужденных простоев. Оператор с ограниченной информацией (периодические измерения температуры в различных местах) может отключить работу печи для удаления кокса из-за одного высокого показания TMT, но, все другие показатели TMT, могут указывать на возможность продолжения работы печи.
2. Оптимизация процесса коксоудаления
Использование тепловизоров при коксоудалении позволяет:
- Сократить время очистки, минимизируя простои производства.
- Полностью удалить кокс, снижая риск преждевременного засорения труб.
- Избежать повреждений змеевика, вызванных локальным перегревом.
Во время коксоудаления TMT может резко увеличиваться из-за реакции кокса с воздухом, что создает риск локального перегрева. Мониторинг в реальном времени помогает точно регулировать подачу воздуха и пара, предотвращая опасные скачки температуры.
3. Повышение надежности и срока службы змеевиков
Змеевики крекинг-печей работают в экстремальных условиях, подвергаясь высоким температурам, науглероживанию и термическому расширению. Перегрев труб ускоряет процессы разрушения металла и может привести к разрыву змеевика, что приведет к дорогостоящим аварийным остановкам.
Исследования показывают, что превышение температуры эксплуатации на 56°C может сократить срок службы трубы на 90%. Использование тепловизионного контроля позволяет:
- Предотвратить локальные перегревы и снизить риски повреждений.
- Отслеживать температурные колебания при пусках и остановках.
- Продлить срок службы змеевиков за счет равномерного распределения температуры.
4. Экономия топлива и снижение выбросов CO₂
По мере эксплуатации печи на нее требуется больше тепловой нагрузки для поддержания заданной температуры выхода (COT), что увеличивает расход топлива и выбросы CO₂.
Оптимизация теплопередачи при помощи тепловизоров позволяет:
- Снизить расход топлива за счет повышения эффективности нагрева.
- Сократить выбросы CO₂, что особенно важно в условиях ужесточающихся экологических норм.
- Уменьшить частоту остановок на очистку, увеличивая производительность.
Паровой крекинг вносит около 0,7% в глобальные выбросы CO₂. Оптимизация температурных режимов позволяет снизить этот показатель, что делает процесс более экологичным.
РЕШЕНИЕ: СТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОВИЗИОННАЯ СИСТЕМА СЕРИИ BY-DB.
Коротковолновая стационарная инфракрасная радиометрическая система BY-DB - инновационное решение в области высокотемпературных измерений. Система измеряет температуру в диапазоне от 800°С до 1800°С в каждой видимой точке и строит тепловизионное изображение в режиме реального времени. Уникальный коротковолновый ИК-датчик из арсенида галлия-индия (InGaAs) имеет размер пикселя 15 мкм с разрешениями матрицы 640, 1280 и 2048 пикселей и погрешностью до 1% от измеряемой температуры по всей области. Стоит отметить, так как погрешность одинакова на всем изображении (в каждом пикселе) - градиент температур всегда корректный, что позволяет увидеть реальные перепады температур без влияния погрешности.
Защитный корпус камеры выполнен во взрывозащищенном исполнении, что дает возможность установки на объектах с очень высокими требованиями к использованному оборудованию.
Для тепловизионной системы необходим подвод сжатого воздуха для продувки пути визирования (избежание прямого воздействия пламени на линзу и предотвращение налипания копоти и пыли) и подвод воды или сжатого воздуха для охлаждения компонентов системы.
Защитные аксессуары (корпус, система авто извлечения) позволяют свести к минимуму периодическое обслуживание системы, если выполняются все пункты руководства по эксплуатации.
Специализированное программное обеспечение обрабатывает все полученные данные и позволяет операторам удаленно контролировать температуру в каждой точке с возможностью построения температурных графиков по линии (температурный профиль) для каждой трубки змеевика или выделенной области. Возможность установки сигнализации при повышении/понижении заданных температурных значений исключает человеческий фактор и заблаговременно может предупредить о нарушении работы в печи.
Все данные записываются в архив, что позволяет прогнозировать работу печи в будущем и анализировать эффективность производства с учетом времени.
Основы парового крекинга и его оптимизация
Паровой крекинг — это высокотемпературный процесс разложения углеводородного сырья (этана, нафты) в присутствии водяного пара с образованием этилена и пропилена. Современные крекинг-печи представляют собой крупные прямоугольные топки, в которых змеевики излучательно нагреваются от стенок, покрытых огнеупорным материалом.
Основными параметрами, влияющими на эффективность процесса, являются:
- Температура металла труб (TMT) – критический показатель, превышение которого ведет к ускоренному коксованию и повреждению змеевиков.
- Температура дымовых газов – контролируется термопарами для оптимизации теплопередачи.
- Температура выхода из змеевика (COT) – определяет степень разложения углеводородов.
Операторы, не имея систем онлайн-мониторинга, вынуждены полагаться на термопары и периодические измерения портативными пирометрами, что не позволяет своевременно реагировать на изменения в температурных профилях труб.
Взаимосвязь между коксованием и TMT (температура металла труб)
Коксование — неизбежный процесс, при котором углеродистые отложения накапливаются на внутренней поверхности труб, ухудшая теплопередачу и увеличивая TMT. По мере накопления кокса растет сопротивление потоку, что приводит к увеличению перепада давления между входом и выходом змеевика.
Когда TMT достигает предельных значений (~1050°C), печь переводят в режим коксоудаления. Кокс сжигается путем подачи воздуха и пара, при этом процесс контролируется по уровню CO₂ в газах и изменениям COT. Однако при традиционных методах контроля возможно неравномерное выгорание кокса, что увеличивает риск перегрева отдельных участков змеевика.
Как автоматизация сбора данных по TMT повышает эффективность
1. Увеличение продолжительности работы печи
Тепловизоры фиксируют изменения TMT в режиме реального времени, что позволяет операторам принимать меры для выравнивания температурных профилей и минимизации перегрева труб. Улучшение равномерности теплового потока показывает, что разброс выходных секций TMT уменьшается, это говорит о том, что повышение температуры во время работы равномерно по выходным секциям каждой трубы. Это замедляет рост коксовых отложений и увеличивает продолжительность работы печи без остановки на очистку.
Например, равномерное распределение тепловой нагрузки по змеевикам снижает разброс температур от самой горячей до самой холодной трубки, что позволяет продлить эксплуатацию без вынужденных простоев. Оператор с ограниченной информацией (периодические измерения температуры в различных местах) может отключить работу печи для удаления кокса из-за одного высокого показания TMT, но, все другие показатели TMT, могут указывать на возможность продолжения работы печи.
2. Оптимизация процесса коксоудаления
Использование тепловизоров при коксоудалении позволяет:
- Сократить время очистки, минимизируя простои производства.
- Полностью удалить кокс, снижая риск преждевременного засорения труб.
- Избежать повреждений змеевика, вызванных локальным перегревом.
Во время коксоудаления TMT может резко увеличиваться из-за реакции кокса с воздухом, что создает риск локального перегрева. Мониторинг в реальном времени помогает точно регулировать подачу воздуха и пара, предотвращая опасные скачки температуры.
3. Повышение надежности и срока службы змеевиков
Змеевики крекинг-печей работают в экстремальных условиях, подвергаясь высоким температурам, науглероживанию и термическому расширению. Перегрев труб ускоряет процессы разрушения металла и может привести к разрыву змеевика, что приведет к дорогостоящим аварийным остановкам.
Исследования показывают, что превышение температуры эксплуатации на 56°C может сократить срок службы трубы на 90%. Использование тепловизионного контроля позволяет:
- Предотвратить локальные перегревы и снизить риски повреждений.
- Отслеживать температурные колебания при пусках и остановках.
- Продлить срок службы змеевиков за счет равномерного распределения температуры.
4. Экономия топлива и снижение выбросов CO₂
По мере эксплуатации печи на нее требуется больше тепловой нагрузки для поддержания заданной температуры выхода (COT), что увеличивает расход топлива и выбросы CO₂.
Оптимизация теплопередачи при помощи тепловизоров позволяет:
- Снизить расход топлива за счет повышения эффективности нагрева.
- Сократить выбросы CO₂, что особенно важно в условиях ужесточающихся экологических норм.
- Уменьшить частоту остановок на очистку, увеличивая производительность.
Паровой крекинг вносит около 0,7% в глобальные выбросы CO₂. Оптимизация температурных режимов позволяет снизить этот показатель, что делает процесс более экологичным.
РЕШЕНИЕ: СТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОВИЗИОННАЯ СИСТЕМА СЕРИИ BY-DB.
Коротковолновая стационарная инфракрасная радиометрическая система BY-DB - инновационное решение в области высокотемпературных измерений. Система измеряет температуру в диапазоне от 800°С до 1800°С в каждой видимой точке и строит тепловизионное изображение в режиме реального времени. Уникальный коротковолновый ИК-датчик из арсенида галлия-индия (InGaAs) имеет размер пикселя 15 мкм с разрешениями матрицы 640, 1280 и 2048 пикселей и погрешностью до 1% от измеряемой температуры по всей области. Стоит отметить, так как погрешность одинакова на всем изображении (в каждом пикселе) - градиент температур всегда корректный, что позволяет увидеть реальные перепады температур без влияния погрешности.
Защитный корпус камеры выполнен во взрывозащищенном исполнении, что дает возможность установки на объектах с очень высокими требованиями к использованному оборудованию.
Для тепловизионной системы необходим подвод сжатого воздуха для продувки пути визирования (избежание прямого воздействия пламени на линзу и предотвращение налипания копоти и пыли) и подвод воды или сжатого воздуха для охлаждения компонентов системы.
Защитные аксессуары (корпус, система авто извлечения) позволяют свести к минимуму периодическое обслуживание системы, если выполняются все пункты руководства по эксплуатации.
Специализированное программное обеспечение обрабатывает все полученные данные и позволяет операторам удаленно контролировать температуру в каждой точке с возможностью построения температурных графиков по линии (температурный профиль) для каждой трубки змеевика или выделенной области. Возможность установки сигнализации при повышении/понижении заданных температурных значений исключает человеческий фактор и заблаговременно может предупредить о нарушении работы в печи.
Все данные записываются в архив, что позволяет прогнозировать работу печи в будущем и анализировать эффективность производства с учетом времени.
Установка системы
Тепловизионные камеры монтируются в печи через фланцевые сопла, расположенные в ключевых зонах контроля температуры. Их местоположение определяется с помощью 3D-моделирования печи и анализа тепловых потоков.
Тепловизионные камеры могут быть укомплектованы системой авто-извлечения при чрезвычайных ситуациях.
Тепловизионные камеры монтируются в печи через фланцевые сопла, расположенные в ключевых зонах контроля температуры. Их местоположение определяется с помощью 3D-моделирования печи и анализа тепловых потоков.
Тепловизионные камеры могут быть укомплектованы системой авто-извлечения при чрезвычайных ситуациях.
Выбор местоположения камер
- Камеры должны быть доступны для обслуживания без использования лесов и лестниц.
- Оптимальное расположение – на высоте 2-2,5 м от уровня пола на обслуживающей платформе.
- Угол установки камеры выбирается с учетом охвата всех критически важных участков труб.
- Возможность выбора различных длин линзы
Анализ поля зрения (FOV)
Для каждой камеры рассчитывается зона покрытия поля зрения и подбирается оптимальное разрешение матрицы, чтобы обеспечить максимальный охват и детализацию при минимальном количестве устройств. Учитываются расположение труб, источников теплового излучения и возможные препятствия.
Количество камер
Количество тепловизоров определяется балансом между зоной покрытия и затратами. Полное покрытие всей печи нецелесообразно, поэтому камеры устанавливаются в наиболее критических зонах. Специализированное ПО имеет возможность обработки изображений одновременно со всех камер.
- Камеры должны быть доступны для обслуживания без использования лесов и лестниц.
- Оптимальное расположение – на высоте 2-2,5 м от уровня пола на обслуживающей платформе.
- Угол установки камеры выбирается с учетом охвата всех критически важных участков труб.
- Возможность выбора различных длин линзы
Анализ поля зрения (FOV)
Для каждой камеры рассчитывается зона покрытия поля зрения и подбирается оптимальное разрешение матрицы, чтобы обеспечить максимальный охват и детализацию при минимальном количестве устройств. Учитываются расположение труб, источников теплового излучения и возможные препятствия.
Количество камер
Количество тепловизоров определяется балансом между зоной покрытия и затратами. Полное покрытие всей печи нецелесообразно, поэтому камеры устанавливаются в наиболее критических зонах. Специализированное ПО имеет возможность обработки изображений одновременно со всех камер.
Заключение
Применение тепловизионных систем в паровом крекинге дает значительные преимущества:
- Увеличение продолжительности работы печи за счет контроля TMT и равномерного распределения температур.
- Оптимизация процесса коксоудаления, уменьшение времени коксоудаления и сокращение простоев.
- Продление срока службы змеевиков, снижение аварийных отказов.
- Экономия топлива и сокращение выбросов CO₂, повышение энергоэффективности.
Внедрение тепловизоров в печах парового крекинга — это шаг к более контролируемому, безопасному, надежному и экономичному производству.
Применение тепловизионных систем в паровом крекинге дает значительные преимущества:
- Увеличение продолжительности работы печи за счет контроля TMT и равномерного распределения температур.
- Оптимизация процесса коксоудаления, уменьшение времени коксоудаления и сокращение простоев.
- Продление срока службы змеевиков, снижение аварийных отказов.
- Экономия топлива и сокращение выбросов CO₂, повышение энергоэффективности.
Внедрение тепловизоров в печах парового крекинга — это шаг к более контролируемому, безопасному, надежному и экономичному производству.
