Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Сжатие — аммиак
К — работа, потребляемая компрессором на сжатие аммиака . [16]
Компрессор 4АГ применяется в крупных стационарных холодильных установках для сжатия аммиака и подачи его в холодильные агрегаты. [17]
Ацетилен из этого раствора выделяют перегонкой под давлением для избежания расходов на сжатие аммиака . [19]
В рассмотренном рабочем процессе требование о двух изотермах соблюдается, но адиабата сохраняется только одна при сжатии аммиака . [21]
При этом от аммиака водой отводится тепло, отнятое им от воздуха высокого давления, и тепло, соответствующее затраченной работе в компрессорах при сжатии аммиака . [22]
Аммиак применяется в холодильных машинах ( рис. 74), Газообразный аммиак сжимается в компрессоре 1 до 7 — 8 ат и поступает в холодильник 2, где при помощи холодной воды отнимается тепло нагревшегося при сжатии аммиака и при дальнейшем отнятии тепла аммиак переходит в жидкое сот стояние. [23]
Принципиальная схема каскадной холодильной установки для сжижения природного газа: / — компрессор для сжатия этилена; 2 и 3 — водяные охладители; 4 — маслоотделители; 5 — аммиачно-этиленовый теплообменник; — конденсатор-испаритель; 7 — отделитель жидкости; 8 — теплообменник для переохлаждения жидкого этилена охлажденным газом; 9 — испаритель-конденсатор; 10 — конденсационно-отпарная колонна; 11 — теплообменник для перегрева паров этилена; 12 — емкость газообразного этилена; 13 — компрессор для сжатия аммиака ; 14 — промежуточный водяной охладитель; 15 — маслоотделитель; 16 — конденсатор; 17 — ресивер; 18 — отделитель жидкого аммиака; 19 — теплообменник для переохлаждения жидкого аммиака охлажденным газом. [24]
В конденсаторе происходит сжижение газообразного аммиака, сжатого в компрессорах второй ступени. При этом от аммиака водой отводится тепло, отнятое им от воздуха высокого давления, и тепло, соответствующее затраченной работе в компрессорах при сжатии аммиака . [25]
На холодильных установках большой холо-допроизводительности применяют крейцкопфные горизонтальные компрессоры двойного действия. Эти компрессоры используют для сжатия аммиака , этана, пропана и пропилена. Благодаря оштозитному расположению цилиндров они испытывают меньшие динамические нагрузки и для них требуются менее громоздкие фундаменты, чем для других типов компрессоров. Полная сборка и испытание компрессоров проводятся на заводе-изготовителе. [26]
Соковый пар повышенного давления может быть с успехом использован для последующего упаривания растворов нитрата аммония. При увеличении давления уменьшается объем реакционного аппарата и соответственно снижаются тепловые потери в окружающую среду. Экономическая целесообразность применения повышенного давления зависит от дополнительного расхода энергии на сжатие аммиака и азотной кислоты и от затрат на специальное оборудование. [28]
Кривошипно-шатунный механизм размещен в открытой раме, состоящей из одной или двух частей — кривошипной и крейцкопфной. Компрессоры этого типа применяют для сжатия аммиака , этана и пропана. Иногда цилиндры изготовляют с воляным охлаждением. [29]
Углекислотно-аммиачный компрессор 2УАП применяется в установках для производства сухого льда. Он выполнен на прямоугольной крейцкопфной базе. Вертикально на базе установлено два углекислотных цилиндра простого действия, сжимающих углекислый газ в двух ступенях. Горизонтально установлены два таких же цилиндра для сжатия аммиака . Все цилиндры отлиты из серого чугуна, имеют охлаждающие водяные рубашки. Поршни дифференциальные, алюминиевые, с графитовыми уплотнительными кольцами из непропитанного антифрикционного графита АО-1500. Уплот-нительные кольца сальника также графитовые. Для предотвращения попадания масла из рамы компрессора по штоку в сальник на штоке установлено маслоотражательное кольцо. Благодаря использованию графитных уплотнительных колец исключается смазка цилиндров, а следовательно, попадание масла в сжимаемый газ, что улучшает работу теплообменных аппаратов. [30]
Источник
Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования
Обзор и особенности эксплуатации оборудования аммиачных холодильных машин.
Технико-экономические показатели эксплуатации холодильной машины в значительной степени определяются показателями работы компрессорного агрегата.
В состав компрессорного агрегата входит:
— система маслоснабжения компрессора: маслоотделитель, охладитель масла, фильтр;
— система автоматизированного управления и регулирования.
В составе аммиачных холодильных машин (АХМ) наибольшее применение получили компрессоры следующих типов:
Поршневые и винтовые компрессоры относятся к машинам объемного принципа действия. Центробежные компрессоры относятся к машинам динамического класса.
Работа компрессоров, используемых в холодильных машинах и установках, работающих на аммиаке характеризуется рядом особенностей:
– вследствие изменения внешних условий работы холодильной машины компрессор работает в широком диапазоне давлений нагнетания и всасывания и большой разности этих давлений;
– всасываемый в компрессор пар аммиака (обозначение хладагента R717, химическая формула – NH3) имеет низкую температуру (для АХМ может составлять до –60 0 С) и может содержать капельную жидкость;
– компрессор должен обладать высокой энергетической эффективностью и устойчивостью работы в широком диапазоне изменения рабочих параметров (давления на входе и выходе, степени повышения давления, а также производительности);
– использование в качестве рабочего вещества аммиака, который является вредным для организма человека и взрывоопасным, предъявляет к компрессорам АХМ высокие требования к их герметичности;
– конструкция компрессоров холодильных машин позволяет максимально автоматизировать рабочий процесс для их надежной эксплуатации с минимальным привлечением обслуживающего персонала;
– низкие скорости движения пара в элементах компрессорного агрегата (рекомендуемые скорости пара в проходных сечениях всасывающего и нагнетательного патрубка составляют 20-25 и 25-30 м/с, соответственно);
– технологичность конструкций, высокая степень унификации деталей и узлов, доступность материалов и малая материалоемкость;
Из-за высокого значения электрической проводимости R717, в АХМ применяются только сальниковые компрессорные агрегаты с внешним приводом. Соединение компрессора с приводом осуществляется либо с помощью клиноременной передачи (для компрессоров малой мощности), либо с помощью муфты.
Для применения в системе смазки компрессоров АХМ рекомендуются нафтеновые минеральные масла, синтетические масла на основе алкилбензолов и полигликолей, а также их смеси.
Поршневые компрессоры.
В классе поршневых компрессоров отечественные производители были представлены бескрейцкопфными V-, W-, VV- образными одноступенчатыми компрессорами (П60, П110, П220 и др.) единичной мощностью от 12,8 до 78 кВт, оппозитными компрессорами (АО1200, АО600) с мощностью привода до 630 кВт, а также двухступенчатыми оппозитными компрессорами (ДАО275П, ДАО550П).
Рис. 1. Поршневой компрессор П110.
Рис. 2. Оппозитный поршневой компрессор.
В настоящее время на рынке холодильного и компрессорного оборудования представлена широкая модельная линейка поршневых компрессоров известных производителей (Bitzer, Grasso, Sabroe и пр.) работающих на R717, и минимальной мощностью от 3 кВт.
Рис. 3. Компрессор BitzerW4NA
Рис. 4. Поршневые компрессоры Sabroe.
Основными способами регулирования холодопроизводительности АХМ на базе поршневых компрессоров являются:
– дросселирование потока хладагента на входе в компрессор;
–блокировка всасывающих каналов отдельных цилиндров или групп цилиндров;
– изменение частоты вращения вала;
– отжим всасывающих клапанов;
– изменение “мертвого” объема цилиндра
В связи со слабой растворимостью аммиака в масле, в линию нагнетания непосредственно на выходе из компрессора устанавливается маслоотделитель.
Винтовые компрессоры.
Наибольшую популярность среди винтовых компрессоров, применяемых в АХМ, получили маслозаполненные двухроторные машины. Установлено, что диапазон холодопроизводительности, при котором использование винтовых компрессоров является более целесообразным в сравнении с другими типами, составляет 400…1650 кВт при условии t0= –15 0 C и tк= +30 0 С.
Температура кипения для аммиачных маслозаполненных компрессоров, при их работе в составе одно- и двухступенчатых ХМ, находится в диапазоне от +15 до -65 0 С. Причем в двухступенчатых ХМ винтовые компрессоры используются, в основном, в качестве ступени низкого давления. Плавное регулирование производительности компрессора в диапазоне от 10 до 100% осуществляется с помощью золотника (механическое регулирование производительности), который позволяет изменять эффективную длину винтов.
К основным недостаткам маслозаполненных винтовых компрессоров относится наличие развитой маслосистемы, которая включает маслоотделитель, маслоохладитель, фильтр и насос циркуляции масла. При агрегатировании винтовых компрессоров на общей раме размещают собственно компрессор с приводом, элементы маслосистемы, элементы системы автоматизированного управления (САУ).
Тип используемых компрессоров – сальниковые. В качестве привода используются преимущественно асинхронные электродвигатели требуемой мощности. Соединение ведущего ротора компрессора с приводом выполняется при помощи упругой муфты.
Масляная система компрессорного агрегата состоит из следующих элементов:
— маслоотделитель, устанавливаемый на выходе компрессора и предназначенный для улавливания масла, уносимого хладагентом из компрессора;
— маслоохладитель (водяной или воздушный), предназначенный для охлаждения масла (оптимальная температура масла, которую необходимо поддерживать после маслоохладителей на входе в компрессор составляет 30…40 0 С);
— масляный фильтр устанавливают для исключения попадания механических частиц в рабочий тракт компрессора и последующего повреждения таких элементов как рабочие поверхности винтов и других ответственных элементов;
— циркуляционный насос предназначен для обеспечения циркуляции масла через маслоохладитель и подачи его в подшипниковые узлы и полость компрессора.
Система автоматического управления обеспечивает управление компрессорным агрегатом, а также защиту его от аварийных режимов и включает: контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации, местный щит управления и контроллер.
Основными способами регулирования холодопроизводительности АХМ на базе винтовых компрессоров являются:
— внутренние управляющие поршни;
— регулирующий золотник, параллельный оси вала;
— изменение частоты вращения.
Рис. 5. Компрессор Bitzer OSHA7452-K
Рис. 6. Холодильный агрегат А 350-7 с компрессором Казанькомпрессормаш.
Центробежные компрессоры.
Аммиачные холодильные машины на базе центробежных компрессоров нашли свое применение в холодильных установках промышленных производств большой мощности (в химической, нефтеперерабатывающей, газовой и др. отраслях промышленности).
Диапазон температур кипения хладагента в АХМ на базе центробежных компрессоров, выпускаемых серийно отечественной промышленностью, составляет от 0 до -23 0 С.
В зависимости от параметров работы холодильной машины компрессор состоит из 1 или 2 корпусов сжатия, в которых может размещаться от 2 до 10 ступеней (рабочих колес).
Основными способами регулирования холодопроизводительности центробежных компрессоров являются:
– дросселирование на всасывании;
– повышение давления конденсации;
– байпасирование сжатых паров;
– использование входного направляющего аппарата;
– изменение частоты вращения.
Аммиачные холодильные машины на базе центробежных компрессоров полностью автоматизированы и требуют в процессе эксплуатации лишь минимального наблюдения.
Источник
Технология синтеза аммиака. Аппаратное обеспечение производства
Аммиак является ключевым продуктом для получения большинства азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве. В наибольших количествах он используется для получения азотсодержащих удобрений — карбамида CO(NН2); аммиачной селитры NН3NО3; сульфата аммония, нитрофоса, нитрофоски, жидких комплексных удобрений (ЖКУ) и др. Его применяют также для получения полимерных материалов и многих других продуктов.
Это одно из самых многотоннажных химических производств в мире.
а) Физико-химические основы производства
Синтез аммиака осуществляется из азота и водорода по реакции:
Реакция обратимая, экзотермическая и характеризуется большим тепловым эффектном.
Согласно принципу Ле-Шателье равновесие ее смещается вправо с повышением давления и понижением температуры. Зависимость константы равновесия КР от температуры и давления имеется в справочной литературе.
Однако без использования катализаторов скорость реакции даже при температуре равной 1000 °С практически равна нулю. Это объясняется очень высокой энергией активации этой реакции.
Поэтому процесс проводят в присутствии твердых катализаторов. Как известно, гетерогенно-каталитические реакции имеют несколько стадий, в том числе:
А) диффузия молекул азота и водорода к поверхности зерен катализатора;
Б) хемосорбция этих молекул на поверхности катализатора;
В) поверхностная химическая реакция с образованием неустойчивых промежуточных комплексов и взаимодействие между ними;
Г) десорбция продукта — аммиака с поверхности катализатора;
Д) диффузия молекул аммиака от поверхности катализатора в газовую фазу.
Исследования показали, что наиболее медленной (лимитирующей) этого сложного процесса является стадия хемосорбции молекул азота, так как он имеет наибольшую молекулярную массу.
На основании этого вывода можно описать механизм синтеза аммиака упрощенной схемой:
где К — свободный активный центр поверхности катализатора;
N2 . К — хемосорбированный активный комплекс на поверхности катализатора.
Скорость обратимой реакции синтеза аммиака из водорода и азота на большинстве известных катализаторов можно описать уравнением Темкина- Пыжова:
где k1 и k2 — константы скоростей образования и разложения аммиака;
(Рис. а). Зависимость содержания аммиака в АВС от температуры при различных объемных скоростях АВС.
(Рис. б). Зависимость содержания аммиака в АВС от температуры при различных давлениях.
Объемная скорость АВС 30000 час -1
(Рис. в). Зависимость содержания аммиака в АВС от давления при различных температурах.
Объемная скорость АВС 30000 час -1
Так как реакция синтеза аммиака обратима, то возможная степень превращения исходного сырья на железных катализаторах не превышает 20-40%. Поэтому все современные схемы производства являются циркуляционными, то есть подается в колонну синтеза многократно с постоянным выделением образовавшегося аммиака путем его конденсации при низких температурах. Достичь полной конденсации также не удается Зависимость остаточной концентрации аммиака в газовой фазе после его конденсации при давлении 30 МПа следующая:
аммиака в газовой фазе, % об.
б) Катализаторы синтеза аммиака
Наибольшей активностью обладают металлы восьмой группы таблицы Менделеева (Fe; Ru; Re и Os). В промышленности применяют железный катализаторы. Их получают сплавлением оксидов железа (FeO + Fe2O3) с активаторами и последующим восстановлением оксидов железа. В качестве активаторов применяют кислотного и амфотерного характера (Al2O3; SiO2; TiO2 и др.), а так оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (K2O; Na2O; CaO; MgO и др.). Полученный катализатор имеет марку СА-1.
Восстановление смеси оксидов железа производится водородом по реакции:
Образующееся железо имеет тонкопористую губчатую структуры с большой удельной поверхностью.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
В зависимости от величины используемого давления различают:
— агрегаты низкого давления (10-16 МПа);
— агрегаты среднего давления (20-50 МПа);
— агрегаты высокого давления (80-100 МПа).
В мировой практике наиболее широко используются агрегаты среднего давления. В нашей стране агрегаты работают под давлением 30-36 МПа, а также несколько установок с давлением 45 МПа. Новые агрегаты строятся для давления 32 МПа, температур синтеза 420-500 °С, объемной скорости газа в единице объема слоя катализатора количеств 15-25 тыс. м 3 /(м 3. час). При этом удельная производительность катализатора составляет 20-40 т аммиака в сутки.
1 — огневой подогреватель природного газа; 2 — колонна синтеза аммиака; 3 — подогреватель воды; 4 — выносной теплообменник; 5 — циркуляционный компрессор; 6 — сепаратор жидкого аммиака; 7 — блок АВО; 8 — конденсационная колонна; 9 — конденсационная колонна продувочных газов; 10 — испаритель жидкого аммиака; 11 — сборник жидкого аммиака; 12 — испаритель жидкого аммиака на линии танковых газов; 13 — сепаратор; 14 — промежуточная дренажная емкость; 15 — испаритель жидкого аммиака; 16 — магнитный фильтр.
Свежая АВС сжимается в четырехступенчатом ц/б компрессоре до 32 МПа и после охлаждения в АВО поступает в нижнюю часть конденсационной колонны 8, где барботирует через слой сжиженного холодного аммиака и окончательно очищается от остаточных примесей СО, СО2, Н2О и паров масла. Сама она при этом насыщается аммиаком до 3-5 % и смешивается с циркуляционным газом. Далее смесь проходит по трубкам встроенного теплообменника в верхней части колонны 8, и направляется в межтрубное пространство выносного теплообменника 4. здесь он нагревается до 185-195 °С за счет тепла газов выходящих из колонны синтеза 2. Здесь он проходит снизу вверх по кольцевому зазору между корпусом колонны и кожухом насадки и поступает в межтрубное пространство встроенного теплообменника 4. Здесь он нагревается до температуры зажигания железного катализатора марки СА-1 (420-440 °С) за счет теплоты прореагировавших газов и затем последовательно проходит четыре слоя катализатора, при этом концентрация аммиака возрастает до 15-20 %.
Пройдя через центральную трубу при 500-520 °С азотоводородоаммиачная смесь попадает в трубки встроенного теплообменника, где охлаждается до 330 °С. Дальнейшее охлаждение этой смеси до 215 °С осуществляется в подогревателе питательной воды 3 и выносном теплообменнике 4 до 65 °С. далее она охлаждается в АВО 7 до 40 °С. при этом достигается точка росы и часть аммиака конденсируется. Жидкий аммиак отделяется в сепараторе 6, а газовая смесь содержащая 10-15 % аммиака поступает в циркуляционный компрессор 5, где вновь дожимается до 31,5 МПа компенсируя потери давления в системе. Далее циркуляционный газ поступает в систему вторичной конденсации в конденсационную колонну 8 и испаритель жидкого аммиака 15. В колонне 8 газ охлаждается до 18 °С, а в трубках испарителей 15 до минус 5 °С за счет кипения в межтрубном пространстве жидкого аммиака, поступающего из холодильной станции. При этом из газа конденсируется дополнительное количество жидкого аммиака и смесь поступает в сепарационную часть конденсационной колонны 8, где газ отделяется от капелек жидкого аммиака и смешивается со свежей АВС и циркуляционным газом. Газовая смесь проходит вверх по колонне через трубки встроенного т/о, затем выносной т/о 4 и попадает в колонну синтеза 2. Жидкий аммиак из первичного сепаратора 6 проходит через магнитный фильтр 16 где освобождается от катализаторной пыли и смешивается с жидким аммиаком образующимся в колонне 8. Затем его дросселируют до 4 МПа и отводят в сборник 11. При дросселировании из жидкого аммиака выделяется растворенные в нем газы (водород, азот, метан), это так называемые «танковые» газы, которые содержат 16-18 % аммиака. Эти газы направляются в испаритель 12 для отделения аммиака путем его конденсации при охлаждении до минус 25 °С.
Далее они проходят сепаратор 13, где отделяются от капелек жидкого аммиака и используются как топливо совместно с продувочными газами.
В циркулирующем газе постепенно накапливаются инертные примеси (метан, аргон, гелий и др.). Для того чтобы их количество не превышало 8-10 % производится так называемая «продувка» циркуляционного газа после первичной конденсации аммиака (после сепаратора 6). Эти газы содержат 8-9% аммиака, который выделяют за счет охлаждения до -25..-30 °С в конденсационной колонне 9 и испарителе 10 продувочных газов. После этого продувочные газы, содержащие не более 2 % аммиака присоединяются к танковым газам и используются как топливо.
ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Огневой подогреватель АВС
Это цилиндрическая трубчатая печь с двухпоточным змеевиком диаметром труб 102х16 мм. Наружный диаметр корпуса составляет 3612 мм, внутренний (футерованный) 3280 мм. Поверхность нагрева 137 м 2 . Природный газ сжигают в 4 горелках, размещенных в нижней части аппарата. Общая высота с дымовой трубой 24 м.
Огневой подогреватель АВС:
1 — дымовая труба; 2 — заслонка; 3 — штуцер
для измерения температуры дыма; 4 — корпус конуса;
5 — взрывное окно; 6 — штуцер для измерения температуры
змеевиков; 7 — змеевики; 8 — корпус; 9 — футеровка;
10 — смотровое окне; 11 — горелка; 12 — опора
Колонна синтеза аммиака с полочной насадкой для катализатора
Представляет собой вертикальный аппарат, состоящий из двух корпусов высокого давления и внутренней насадки. Насадка состоит из катализаторной коробки и теплообменника. Катализаторная коробка размещена в корпусе высокого давления внутренним диаметром 2400 мм, высотой 22 м; толщина стенки основного корпуса составляет 250 мм. Теплообменник установлен в верхней части основного корпуса и в корпусе, расположенном сверху основного корпуса (диаметром 1000 мм, толщиной стенки 110 мм и высотой 6,5 м).
Между корпусами высокого давления и насадкой имеется зазор, по которому снизу вверх проходит газ, подаваемый колонну. Расчетная температура корпусов составляет 250 °С, расчетное давление 32 МПа.
Оба корпуса рулонированные их стали марки 10Г2С1, крышка и днище кованые из стали 22Х3М; насадка из стали 12Х18Н10Т и 0Х18Н12М2Т. Общая масса колонны без катализатора 484 т. Катализаторная коробка из корпуса высокого давления не извлекается. Поэтому загрузку и выгрузку катализатора ведут через люки. Выравнивание слоя катализатора на полках производится вручную. В колонну загружают 43 м 3 катализатора. Объем по полкам: первая — 7 м 3 ; вторая — 8,5 м 3 ; третья — 12,8 м 3 ; четвертая — 14,7 м 3 .
Через все полки катализатора проходят два «кармана» для многозонных термопар. Температуру замеряют в двух точках на входе и выходе газа из слоя катализатора на каждой полке. В теплообменнике размещено 1920 трубок диаметром 12х1,5 мм.
Колонна синтеза аммиака с полочной насадкой:
1 — корпус колонны; 2 — корпус теплообменника; 3 — катализаторная коробка;
4 — теплообменник; 5 — центральная труба; 6 — опорная обечайка;
7 — холодный байпас; 8 — опора; 9 — корпус насадки; 10 — волнистый компенсатор;
11 — переточная труба; 12 — теплоизоляция; 13 — люк для загрузки катализатора; 14 — заглушка.
Техническая характеристика: рабочее давление 32 МПа; допустимая температура стенки корпуса 250 °С; емкость (геометрическая 96,6 м 3 ); диаметр внутренний корпуса 2400 мм; длина корпуса 28750 мм; общая высота колонны 31620 мм; масса колонны без катализатора 450000 кг, масса катализатора 116000 кг; объем катализатора 43 м 3 ; допустимый перепад давлений 1,5 МПа.
Колонна синтеза аммиака с двойными теплоотводящими трубками
Представляет собой вертикальный аппарат, состоящий из корпуса высокого давления и насадки. Корпус рулонированный из стали марки 10Г2С1, крышка и днище кованые из стали 22Х3М; насадка из стали 12Х18Н10Т и 0Х18Н12М2Т.
Внутренний диаметр корпуса колонны составляет 2400, толщина стенки 265 мм, высота 18,4 м. Насадка состоит из катализаторной коробки, теплообменника и электроподогревателя.
Катализаторная коробка вмещает в себя 35 м 3 катализатора. В слое катализатора на всю его высоту равномерно размещены 363 двойные теплообменные трубки Фильда. Диаметр наружных труб 45х2 мм, внутренних 28х2 мм. В три кармана вставлены двенадцатизонные терпопары, замеряющие температуру по всей высоте катализатора.
Электроподогреватель мощностью 1,1 МВт, размещенный в центральной трубе катализаторной коробки, предназначен для зарогрева и восстановления катализатора, а также для поднятия температуры до начала процесса образования аммиака после остановок агрегата.
Теплообменник расположен под катализаторной коробкой. Количество теплообменных трубок равно 4698 штук, диаметр 20х2 мм, длина 3,5 м. Насадка снаружи теплоизолирована.
Газ при температуре 180 °С входит в колонну сверху, проходит вниз по кольцевому зазору между корпусом высокого давления и корпусом насадки, защищая корпус высокого давления от воздействия высоких температур из зоны катализа. Далее газ поступает в межтрубное пространство теплообменника где нагревается газом, выходящем из поднимается вверх по центральной трубе и поступает во внутренние теплообменные трубки Фильда. Температуру газа на входе в катализаторную коробку регулируют добавлением с основному потоку газа, байпасного газа. Во внутренних трубках газ нагревается от встречного потока газа в наружных трубках и кольцевое пространство между наружными и внутренними трубками, где нагревается до необходимой температуры начала реакции (температуры зажигания катализатора).
Выйдя из трубок Фильда, газ распределяется по всему, проходит сверху вниз весь объем катализатора. Из коробки газ поступает в трубки встроенного теплообменника, охлаждается и выходит из колонны при температуре 330 °С. Распределение температуры по высоте слоя катализатора показано на рис.
Насадка полностью извлекается из корпуса. Поэтому загрузку катализатора проводится вне корпуса. Расчетная температура корпуса высокого давления 250 °С, расчетное давление 32 МПа.
Корпус высокого давления выполнен из стали 10Г2С1 и 22Х3М, насадка из стали 12Х18Н10Т. Масса корпуса и деталей высокого давления 409 т, масса насадки без катализатора 96 т.
Колонна синтеза аммиака с двойными теплоотводящими трубками Фильда:
1 — корпус высокого давления; 2 — катализаторная коробка; 3 — трубчатый теплообменник; 4 — электронагреватель; 5 — многозонная термопара;
6 — крышка; 7 — центральная труба; 8 — труда холодного байпаса; 9 — подпятнник; 10 — обтюратор.
Техническая характеристика: рабочее давление 32 МПа; масса колонны с катализатором 600 т; Объем катализатора 35 м 3 ; геометрическая емкость 85 м 3 ; поверхность теплообмена 826 м 2 ; число трубок 4698; диаметр трубок 20х2 мм; длина трубок 3090 мм; допустимое гидравлическое сопротивление 2,0 МПа.
Распределение температуры по высоте слоя катализатора.
Температурный режим в колоннах синтеза аммиака по высоте катализаторной зоны:
а — колонна с двойными трубками Фильда в слое катализатора (О — вход газа в трубки; Б — вход в слой катализатора; А — горячая точка в зоне реакции).
б — полочная колонна (О, Б, В, Г — вход газа в первую, вторую, третью и четвертую полки катализатора, соответственно).
Подогреватель питательной воды
Представляет собой вертикальный аппарат кожухотрубчатого типа диаметром 1600 мм и высотой 16,85 м и имеет 1722 теплообменные трубки диаметром 22х3,5 мм. Поверхность теплообмена составляет 925 м 2 . Корпус выполнен из стали 22Х3М. трубки — из стали 12Х18Н10Т. Масса аппарата 180,3 т. Газ проходит по трубкам, вода по межтрубному пространству.
Подогреватель питательной воды паровых котлов:
1 — штуцер воздушника; 2 — люк; 3, 11 — днища;
4, 10 — камеры высокого давления; 5, 9 — трубные доски;
6 — корпус; 7 — теплообменные трубки;
8 — труба; 12 — люк: 13 — штуцер спуска.
Выносной теплообменник
Представляет собой вертикальный кожухотрубчатый аппарат внутренним диаметром 1600 мм, высотой 19,36 м с толщиной стенки 140 мм, имеет 7112 трубок диаметром 12х1,5 мм. Поверхность теплообменника 3200 м 2 . К трубным решеткам приварены камеры с патрубками. Корпус выполнен из стали 22Х3М, трубки — из стали 12Х18Н10Т. Масса аппарата 186,4 т.
1 — сальник; 2 — крышка; 3, 10 — камеры;
4, 8 — трубные доски; 5 — корпус;
6 — теплообменные трубки; 7 — перегородки;
Аппараты воздушного охлаждения
Для охлаждения газа используют 15 — либо 18 — секционные аппараты горизонтального типа. Газовая смесь по оребренным трубами, охлаждающий воздух нагнетается осевым вентилятором, расположенным под каждой секцией. Для охлаждения воздуха в летнее время предусмотрен впрыск тонкораспыленной воды в поток воздуха. Для 15 — секционного аппарата поверхность теплообмена по оребренным трубам составляет 29300 м 2 , диаметр труб 25х4,5.
Конденсационная колонна
Представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой 18,9 м и состоит из теплообменника и сепаратора Внутренний диаметр рулонированного корпуса составляет 2000 мм, толщина стенки 195 мм. В верхней части аппарата размещен теплообменник с поперечными перегородками в межтрубном пространстве. Диаметр трубок 14х2 мм, количество 7800 шт. Поверхность теплообмена 2120 м 2 .
Встроенный сепаратор находится в нижней части аппарата и снабжен устройством для тангенциального движения газа и сепарирующей насадкой из полуфарфовых колец Рашига. Выполнен из стали 10Г2С1, Ст. 20 и др. Масса аппарата 270 т.
1 — крышка; 2 — корпус: 3 — теплообменник; 4 — кольца
Рашига; 5 — труба с тангенциальными выводами газа;
Испаритель жидкого аммиака
Горизонтальный аппарат длиной 14,23 м и диаметром 3200 мм. Внутри корпуса размещены U — образные трубки высокого давления, в количестве 900 штук диаметром 22х3,5 мм. Поверхность теплообмена 940 м 2 .
В некоторых агрегатах используют два параллельно работающих испарителя с поверхностью теплообмена каждого 520 м 2 . Диаметр корпуса 2200 мм, длина аппарата 11,75 м, количество U — образных трубок 526 штук диаметром 22х3,5 мм.
Испаритель жидкого аммиака:
1 — камера высокого давления; 2 — трубная решетка; 3 — корпус; 4 — U-образные трубки; 5 — брызгоотбойник; 6 — камера для испаряющегося жидкого аммиака; 7 — седловая опора.
Техническая характеристика: рабочее давление в трубном пространстве 32 МПа, в межтрубном — 0,2 МПа; расчетное давлений в межтрубном пространстве 2,5 МПа; поверхность теплообмена 520 м 2 ; число U-образных трубок — 526 шт.; диаметр трубок 22х3,5 мм; геометрическая емкость межтрубного пространства 33 м 3 ; трубного 1,7 33 м 3 ; температура трубного +20…-5 °С; межтрубного при испарении жид- кого аммиака -10 °С.
Штуцеры: А — вход циркуляционного газа; Б — выход циркуляционного газа; Г — воздушник; Д — для манометра; Е — выход газообразного аммиака; В — штуцер резервный; Ж — для предохранительного клапана; И — люк-лаз; Л — вход жидкого аммиака; М — дренаж.
Сепаратор
Представляет собой горизонтальный аппарат диаметром 2400 мм и длиной 9 м. Газ входит в трубу диаметром 480 мм, имеющей по всей длине с двух сторон отверстия для выхода газа в сепарационный объем. Окончательное отделение мельчайших капелек жидкого аммиака происходит в пакетах из металлических сеток (демисторе).
Схема сепаратора: 1 — корпус; 2 — сепарационное устройство;
3 — труба; 4, 6 — штуцеры для регулирования уровня; 5 — лаз.
Источник