Спиральная форсунка

Когда слышишь 'спиральная форсунка', первое, что приходит на ум — это равномерное распыление. Но на деле всё сложнее: многие думают, что главное — это угол конуса, а на самом деле ключевым параметром часто оказывается форма спирального канала. У нас в ООО Лоян Синьпу Разработка Нефтехимического Оборудования были случаи, когда клиенты требовали 'стандартные' параметры, а потом жаловались на закоксовывание. Приходилось объяснять, что для тяжёлых фракций нужна не просто геометрия, а расчёт на турбулентность.

Конструкционные особенности, которые не всегда очевидны

Если взять типовую спиральную форсунку, то многие производители сосредотачиваются на угле распыла. Но я бы сказал, что важнее соотношение длины спирального канала к его диаметру. Помню, в 2012-м мы делали партию для установки гидрокрекинга — там пришлось увеличить длину канала на 15%, хотя по ГОСТу это было 'нестандартом'. Зато удалось избежать сегрегации фракций.

Материал — отдельная история. Для сернистых нефтей мы в ООО Лоян Синьпу Разработка Нефтехимического Оборудования перепробовали всё: от 12Х18Н10Т до хастеллоя. Выяснилось, что иногда дешевле сделать форсунку с напылением, чем целиковую из дорогосплавной стали. Но это работает только при стабильных давлениях — если есть гидроудары, напыление отслаивается за полгода.

Самое коварное — это калибровка. Кажется, что достаточно подобрать диаметр сопла, но на практике даже отклонение в 0.1 мм меняет картину распыла. Мы как-то отгрузили партию на НПЗ в Омске, так там технологи сначала ругались, что факел 'рыхлый', а потом оказалось, что они не учли вязкость сырья при 80°C.

Реальные проблемы при эксплуатации

Чаще всего выходят из строя не сами форсунки, а уплотнения. Особенно в печах П-1 — там, где термоциклирование. Мы на своём опыте в ООО Лоян Синьпу Разработка Нефтехимического Оборудования пришли к тому, что лучше ставить графитовые прокладки вместо паронитовых, хоть и дороже. Зато межремонтный пробег увеличивается с 8 до 14 месяцев.

Эрозия — вторая беда. Многие думают, что она происходит равномерно, но на самом деле в спиральных форсунках есть 'мёртвые зоны', где скорость потока падает, и там начинается кавитация. Как-то разбирали форсунку после года работы — так в витках спирали были выщерблины, хотя выходное отверстие почти не изменилось.

Самое сложное — диагностика без демонтажа. Мы пробовали и тепловизоры, и акустический анализ. Лучше всего работает комбинация: контроль перепада давления + регулярный осмотр факела через смотровые окна. Но это требует обученного персонала — на одном из заводов в Татарстане операторы три месяца не замечали, что форсунка 'плюётся', пока не начались проблемы с температурой в зоне реакции.

Кейсы из практики ООО Лоян Синьпу

В 2019-м делали спиральную форсунку для установки Висбрекинга — заказчик жаловался на быстрое коксование. Оказалось, проблема не в форсунке, а в недостаточной температуре сырья на входе. Пришлось совместно с их технологами пересматривать весь температурный режим. После оптимизации форсунки отработали 2 года без замены.

А вот негативный пример: в 2021-м пытались адаптировать нашу стандартную форсунку для газойля под мазут. Увеличили диаметр канала, но не учли реологию — получили забивание после двух недель работы. Пришлось признать ошибку и разрабатывать с нуля.

Сейчас на сайте https://www.lynorbert.ru можно увидеть наши типовые решения, но хочу отметить: 60% заказов — это доработка под конкретные условия. Как в том случае с заводом в Комсомольске-на-Амуре, где пришлось учитывать вибрацию от компрессоров — добавили ребро жёсткости на корпус.

Нюансы подбора и расчёта

Когда к нам обращаются за подбором, я всегда спрашиваю не только про давление и производительность, но и про состав сырья. Особенно содержание асфальтенов — они меняют вязкость нелинейно. Однажды чуть не совершили ошибку, приняв лёгкую нефть за тяжёлую — хорошо, технолог с месторождения уточнил данные в последний момент.

Расчёт спиральной форсунки — это всегда компромисс между гидравлическим сопротивлением и качеством распыла. Есть эмпирические формулы, но они часто не учитывают реальные условия. Мы в ООО Лоян Синьпу Разработка Нефтехимического Оборудования разработали свои поправочные коэффициенты на основе испытаний на стенде.

Сейчас много говорят про CFD-моделирование, но на практике оно хорошо работает только для идеальных условий. В жизни всегда есть примеси, пульсации давления, температурные перекосы. Поэтому мы используем моделирование только как начальное приближение, а потом обязательно проводим натурные испытания.

Перспективы и ограничения технологии

Спиральные форсунки — не панацея. Для диспергирования вязких сред они хороши, но если нужна тонкая атомизация, лучше смотреть в сторону двухфлюидных. Хотя для большинства процессов в нефтехимии нашего уровня точности хватает с запасом.

Сейчас экспериментируем с антиадгезионными покрытиями — пробуем модифицированный тефлон. Пока результаты противоречивые: для парафинистых нефтей работает хорошо, а для смолистых — не очень. Видимо, будем искать другие решения.

Из последнего: начали внедрять систему мониторинга в реальном времени — датчики вибрации + контроль перепада давления. Пока дороговато, но для критичных процессов уже есть спрос. Как показала практика, лучше вовремя заметить отклонение, чем потом менять всю горелочную систему.