Краткое описание схемы ВРУ “Linde” и вспомогательного оборудования
Сжатый технологический воздух (6 bar, +250C – здесь и далее указанные параметры примерные и даны для 100% режима работы установки) пройдя систему азотно-водяного охлаждения (АВО), которая состоит из азотного скруббера Е2417 и воздушного скруббера Е2416, воздух направляется в блок комплексной очистки (БКО), который состоит из двух попеременно работающих адсорбера А2626А/В, заполненных цеолитом. Пройдя через цеолит (молекулярные сита) воздух очищается от водяных паров, углеводородов, частично от ацетиленов. Адсорберный блок попеременно циклично регенерируется отбросным азотом, подогреваемым в Е2617 за счёт перегретого пара.
Далее большая часть воздуха направляется в главные теплообменники Е3117А/В; Е3118; Е3119А/В; Е6124, где он охлаждается в противотоке с продукционными газообразными продуктами почти до температуры сжижения (≈ -173 0С) и вдувается в нижнюю колонну Т3211 в количестве 96300 Нм3/ч. Часть воздуха в количестве 41100 Нм3/ч отводится в конденсатор колонны сырого Kr-Xe Т5111, откуда он после конденсации стекает в нижнюю колонну. С этой линии жидкого воздуха в количестве 50 Нм3/ч отдувается Ne+He+H2 в куб колонны Ne-He Т6111. Часть воздуха в количестве 23000 Нм3/ч отбирается после БКО на поток к турбодетандеру. Воздух этого потока проходит теплообменник Е3429 и направляется в один из бусторных компрессоров С3420А/В, где сжимается до9 bar. После разогретый в С3420А/В воздух охлаждается в т/о Е3421 оборотной водой и в т/о Е3429 до температуры +30 0С, поступает в основные теплообменники Е3117А/В; Е3118; Е3119А/В, откуда после охлаждения до -114 0С выводиться из середины теплообменников и поступает в турбодетандер Х3471А/В, где за счёт расширения до 1.4 bar охлаждается до -173 0С, и поступает в середину верхней колонны (В.К.) Т3212.
В нижней колонне (Н.К.) Т3211 воздух разделяется на азот и кубовую жидкость обогащённую кислородом (38%LOX). Кубовая жидкость пройдя теплообменник испаритель Е4119 направляется в конденсаторы Е4116 колонны Т4111 и Е4118 колонны Т4112. Газообразный азот из головы Н.К. поступает в основной конденсатор Е3226, где конденсируется в противотоке жидкого кислорода за счёт разности давлений. И идёт на орошение нижней колонны Т3211. С этой линии жидкого азота отдувается Ne+He+H2 в количестве 550 Нм3/ч в куб колонны Ne-He Т6111. Из головы нижней колонны Т3211 отбирается 200 Нм3/ч азота, который пройдя главный теплообменник Е6424, используется в качестве регенерирующего газа для адсорберов жидкого кислорода А3327А/В, и в качестве затворного/продувочного газа. С кармана верхней части Н.К., через т/о переохладителя жидкости Е3316 отбирается жидкий азот для орошения в В.К. и в конденсатор-дефлегматор Е6116 колонны Т6111. Есть возможность подачи жидкого азота потребителю. С кармана нижней части Н.К. отбирается грязная азотная флегма (19%LOX) в количестве 33000 Нм3/ч, которая пройдя переохладитель жидкости Е3316 идёт на орошение в В.К. Т3212.
В верхней колонне Т3212 продолжается разделение воздуха на кислород, чистый и отбросной азот. Чистый азот 66500 Нм3/ч пройдя переохладитель жидкости Е3316, основные теплообменники Е3119А/В, где нагревается до температуры окружающей среды, отпускается потребителю в количестве 40000 Нм3/ч, остальная часть продукционного азота идёт в азотный скруббер Е2417 для охлаждения воды. Отбросной азот (96,7% GAN) в количестве 60000 Нм3/ч пройдя Е3316, Е3117А/В направляется на регенерацию адсорберов БКО А2626А/В в количестве 38000 Нм3/ч. Остальное количество идёт в азотный скруббер Е2417. Жидкий кислород накапливается в кубе В.К. Т3212, откуда центробежным насосом Р3366А/В в количестве 231000 Нм3/ч он перекачивается в основной конденсатор Е3226, остальная часть идёт на орошение колонны сырого Kr-Xe Т5111 в количестве 6000 Нм3/ч. Есть также возможность подачи жидкого кислорода потребителю. В основном конденсаторе Е3226 просиходит частичное испарение жидкого кислорода, за счёт конденсации азота. В результате газообразный испарившейся кислород, смешивается с избытками продукционного кислорода из колонны Kr-Xe Т5111, возвращается в В.К. Часть оставшегося жидкого кислорода подаётся в середину колонны сырого Kr-Xe Т5111, а часть идёт по защитному циркуляционному контору через адсорберы АЖК А3327А/В в количестве 19500 Нм3/ч и возвращается в середину Т5111. В колонне сырого Kr-Xe происходит окончательное разделение на:
· продукционный кислород, который пройдя основной т/о Е3118 подаётся в линию потребителю в количестве 32000 Нм3/ч;
· и кубовую жидкость, содержащую 0.5% Kr-Xe.
Эта кубовая жидкость подаётся на всас насоса сырого Kr-Xe Р5266, который сжимает смесь до 50bar, таким образом происходит сдвиг газообразного состояния в сверхкритическую область. Сжатая жидкая смесь сырого криптон-ксенона испаряется в Е5216 за счёт теплообмена с оборотной водой АВО и подаётся в линию комбината.
Из аргонной зоны верхней колонны Т3212 отбирается аргонная фракция анализом 88% LOX в количестве 30000 Нм3/чв колонну сырого аргона Т4110 и Т4111, где продолжается обогащение газовой аргонной фракции. Из куба Т4110 жидкость перекачивается насосом Р4565 в В.К. в количестве 29000 Нм3/ч и составом 93,22% LOX и 6,78% LAR. «Пары» аргона из Т4110 вдуваются в низ колонны Т4111 в количестве 31700 Нм3/ч, где происходит окончательное отделение аргона от кислорода. Из куба колонны технического аргона Т4112 жидкость составом 99,91% LARнасосом Р4566 подаётся на орошение колонны Т4110, в количестве 30800 Нм3/ч. Из головы колонны технического аргона Т4111 газообразный аргон подаётся в конденсатор Е4116, где он частично конденсируется за счёт испарения кубовой жидкости. Испарившаяся и оставшаяся в жидком состоянии кубовая жидкость возвращается в В.К. Не сконденсированный аргон из Е4116 в количестве 1000 Нм3/ч поступает в колонну чистого аргона Т4112, где происходит дополнительное очищение аргона от азота, этот азот отдувается из головы Т4112. Жидкий аргон высокой чистоты подаётся из куба колонны Т4112 потребителю.
Для получения Ne+He+H2 смеси предусмотрена колонна Т6111. Из куба Т6111 жидкость подаётся в конденсатор дефлегматор, где она смешивается с жидким азотом из основного конденсатора Е3226. После испарения жидкости азот в количестве 617 Нм3/ч пройдёт основной т/о Е6124 сбрасывается в атмосферу. Продукционный Ne-He составом около 50% отбирается из-под крышки Т6111 и через т/о Е6124 подаётся потребителю в количестве 6 Нм3/ч.
Слив жидкости и продувка аппаратов низкотемпературной части ВРУ осуществляется через сливной коллектор на эжектор, где испарение жидких продуктов осуществляется воздухом из общецехового коллектора.
Предусмотрен также коллектор отогрева с воздухом КИПа для местного отогрева и продувки агрегатов: ТДК; Р3366А/В; Р4565; Р4566.
Система АВО представлена азотным Е2417 воздушным Е2416 скрубберами; 8 водяными насосами: Р2466А/В, Р2467А/В, Р8466А/В/С/D; градирней Е8412А/В/С; системой водоподготовки. Подпиточная вода с цехового коллектора держит уровень в ванне градирни Е8412А/В/С постоянным. В градирне Е8412А/В/С происходит охлаждение воды с +28 0С до +25 0С. Из ванны градирни двумя из четырех насосами Р8466А/В/С/D вода давлением 5bar и расходом 500 Нм3/ч подаётся в прямой коллектор холодной воды. Из этого коллектора часть воды отбирается в систему водоподготовки состоящую из фильтра S8646 и насосов химической очистки воды Y8486. Остальная часть воды идёт на нагрев т/о Е5216 (2 Нм3/ч); охлаждение Е3421; маслоохладитель ТДК Е3435А/В. В количестве 160 Нм3/ч вода из прямого коллектора идёт на всас насосов тёплой воды Р2466А/В, и подаётся в середину воздушного скруббера. Остальная часть воды подаётся наверх азотного скруббера, где она охлаждается отбросным азотом до +16 ÷ +17 0С. Из куба азотного скруббера одним из насосов холодной воды Р2467А/В вода в количестве 80 Нм3/ч подаётся наверх воздушного скруббера, где доохлаждает воздух. Из куба воздушного скруббера вода поступает в обратный коллектор, откуда подаётся на охлаждение в градирню Е8412А/В/С. В обратный коллектор также возвращается вода из Е5216; Е3421; Е3435А/В и конденсат из Е2617. Прямой и обратный коллектор являются общими для ВРУ №4 и ВРУ №5.
Основные технические характеристики ВРУ “Linde”
| Наименование показателей | Норма |
| 1 Перерабатываемый воздух на входе в систему предварительного охлаждения: | |
| - объемный расход, м3/час1) | |
| - давление, МПа 2) | 0,54 – 0,6 |
| - температура, °С, не более | |
| 2 Производительность ВРУ по отдельным продуктам разделения и их параметры при объемном расходе перерабатываемого воздуха, указанного в п.1 | |
| 2.1 Кислород газообразный низкого давления: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля кислорода, % О2, не менее; | 99,6 |
| - объемная доля азота, % N2, не более; | 0,05 |
| - давление на выходе из ВРУ, МПа (мм.вод.ст.) | 0,02 (2000) |
| 2.2 Азот газообразный: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля кислорода, % О2, не более; | 0,0005 |
| - давление на выходе из ВРУ, МПа (мм.вод.ст.) | 0,005 (500) |
| 2.3 Кислород жидкий: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля кислорода, % О2; | 99,7 |
| - давление, МПа 3) | 0,02 – 0,2 |
| 2.4 Азот жидкий: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля кислорода, % О2, не более; | 0,0005 |
| - давление, МПа 3) | 0,4 |
| 2.5 Аргон жидкий: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля аргона, % Ar, не менее; | 99,995 |
| - объемная доля кислорода, % О2, не более; | 0,0005 |
| - объемная доля азота, % N2, не более; | 0,005 |
| - объемная доля влаги, %, не более; | 0,0009 |
| - давление, МПа 3) | 0,02 – 0,3 |
| 2.6 Криптоно-ксеноновый концентрат: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля криптона и ксенона, % (Kr+Xe); | 0,35 |
| - давление на выходе из ВРУ, МПа | 0,005 – 0,01 |
| 2.7 Неоново-гелиевая смесь: | |
| - объемная производительность, м3/час; | |
| - объемная доля неона и гелия, % (Ne+He); | |
| - давление на выходе из ВРУ, МПа | 0,47 |
| 3 Охлаждающая вода (подпитывающая вода), м3/час | 320 (10) |
| 4 Расход пара | |
| - на период нагрева, кг/час | |
| - в среднем за 24 часа, кг/час | |
| 5 Электроэнергия | |
| - средний общий расход (±5%), кВт | |
| Срок службы, лет |
« Составление теплового баланса и расчет основных термодинамических величин 3-ех зонного теплообменного аппарата Е2617»
Все расчеты производились в программе Microsoft Excel.
Таблица №1
| первый теплоноситель (пар) | второй теплоноситель (азот) | ||||||
| D,кг/час | 0,833333 | D,кг/час | |||||
| P,кгс/cм^2 | D,м^3/час | ||||||
| P,МПа | 1.471 | P,мбар | |||||
| t1, ͦС | P,Па | ||||||
| t1, ͦС | |||||||
| r, КДж/кг | 1949,14 | t2, ͦС | |||||
| Iпар, КДж/кг | 2924,525 | ρ, кг/м^3 | 1,078 | ||||
| Is, КДж/кг | 2789,952 | С КДж/кг | 1,042 | ||||
| Сконд,КДж/кг* С | 4,196 | ||||||
| ts, ͦС | 197,4 | ||||||
| t2, ͦС | |||||||
Рис.2 Характер изменения температур рабочих жидкостей.
Зона (а)- участок охлаждения пара до состояния насыщения.
Зона (б)- фазовый переход (т.е. процесс конденсации).
Зона (в)- охлаждение конденсата.
Данные для расчета брались из таблицы №1.
| Зона (а) (пер.пар) | |||
| Nu | Re | Pr | α Вт/м^2∙K |
| 574,816 | 520651,11 | 0,650 | 895,79 |
| Зона (а) (N2) | |||
| Nu | Re | Pr | α Вт/м^2∙K |
| 10,84 | 1390,71 | 0,670 | 181,84 |
Nu=0,356*Re^0,6*eф
Nu=0,332*Re^0,5*Pr^0,33
| Зона (б) ( нас.пар) | |||
| λ Вт/м∙К | ρs кг/м^3 | μ Па∙с | α Вт/м^2∙K |
| 0,665 | 868,38 | 136,5∙10^-6 | 16069,82 |
| Зона(б) (N2) | |||
| Nu | Re | Pr | α Вт/м^2∙K |
| 39,22 | 14358,97 | 0,684 | 58,80 |
Nu=0,021*Re^0,8*Pr^0,33
| Зона(в) ( конденсат) | |||||
| Nu | Re | Pr | α Вт/м^2∙K | ||
| 251,73 | 55309,73 | 1,229 | 7757,90 | Nu=0,037*Re^0,8*Pr^0,43 | |
| Зона (в) (N2) | |||||
| Nu | Re | Pr | α Вт/м^2∙K | ||
| 49,19 | 18876,4 | 0,70 | 56,9 | Nu=0,021*Re^0,8*Pr^0,33 |
Библиографический список
1. Д.Л. Глизманенко “Получение Кислорода”. Изд. 5-е М.”Химия” 1972, 752с., 46табл;
2. http://www2.spiraxsarco.com/esc/SSW_Properties.aspx?country_id=ru&lang_id=rus
3. http://docs.cntd.ru/document/1200080702