4.4. Вру двух давлений

Современные жидкостные установки средней и большой производительности строятся, в основном, по схеме с циклом двух давлений. Основой для разработки таких ВРУ является криогенный детандерный цикл двух давлений, изображенный на рис. 2.6, он включает в себя два цикла: технологический – на низком давлении 0,6 МПа, и циркуляционный холодопроизводящий цикл – на среднем давлении 3 – 4 МПа. И тот и другой цикл строится на базе центробежных компрессоров (рис. 4.7 а и 4.7 б).

В классе ВРУ двух давлений, выделены три типа установок, различающихся по схемам построения циркуляционного холодопроизводящего цикла:

– с циркуляционным циклом на азоте;

– с циркуляционным циклом на воздухе;

Рис. 4.7 а. Принципиальная технологическая схема ВРУ двух давлений с начальным давлением сжатия циркуляционного газа 0,1 МПа типа КжАжАрж: 1 – воздушный турбокомпрессор низкого давления; 2 – блок комплексной очистки воздуха; 3 – основной теплообменник; 4 и 5 – нижняя и верхняя ректификационные колонны; 6 – основной конденсатор; 7, 8 – аргонные ректификационные клоны; 9 – азотный циркуляционный компрессор; 10 – блок теплообменников циркуляционного контура; 11 – блок внешнего предварительного охлаждения; 12 и 13 – первая и вторая ступени турбодетандерно – компрессорного агрегата; 14 – детандерный теплообменник

Рис. 4.7 б. Принципиальная технологическая схема ВРУ двух давлений с начальным давлением сжатия циркуляционного газа 0,6 МПа: 1 – воздушный турбокомпрессор низкого давления; 2 – блок комплексной очистки воздуха; 3 – основной теплообменник; 4 и 5 – нижняя и верхняя ректификационные колонны; 6 – основной конденсатор; 7, 8 – аргонные ректификационные клоны; 9 – азотный циркуляционный компрессор; 10 – блок теплообменников циркуляционного цикла; 11 – внешнего предварительного охлаждения; 12 и 13 – первая и вторая ступени турбодетандерно – компрессорного агрегата, 15 – азотный компрессор низкого давления

– с автономным ожижительным циклом (чаще азотном) или с газовой криогенной машиной (ГКМ), если ВРУ имеют производительность до 300 кг/ч.

К первым двум типам относятся жидкостные установки, в которых и технологический цикл низкого давления, и циркуляционный холодопроизводящий цикл среднего давления работают только совместно, как единое целое. Воздушный циркуляционный холодопроизводящий цикл упрощает схему, и состав оборудования ВРУ двух давлений. Однако его целесообразно применять при получении жидкого кислорода; жидкий азот при этом может быть получен только в незначительном количестве. При необходимости получения жидкого азота в количествах, соизмеримых или превосходящих количество жидкого кислорода, установка должна строиться с применение азотного циркуляционного холодопроизводящего цикла. ВРУ двух давлений; третьего типа – это по существу соединение двух установок: ВРУ низкого давления и ожижителя азота (ОА), каждый из которых может функционировать самостоятельно. Однако по расходу энергии последняя схема уступает на 10 – 15 % специализированным жидкостным ВРУ. Она может быть предпочтительной, при отсутствии больших и стабильных потребителей в жидких продуктах.

В ОАО «Криогенмаш» схема ВРУ двух давлений на рис. 4.7а как специализированная ВРУ двух давлений типа КжАжАрж – 1,5/1,5 относительно большой производительности. Производительность этой установки 3000 кг/ч жидких продуктов (1500 кг/ч – жидкого кислорода; 1500 кг/ч – жидкого азота и 70 кг/ч – жидкого аргона).

Для увеличения холодопроизводительности этой ВРУ двух давлений в циркуляционном холодопроизводящем контуре установлен двухступенчатый турбодетандерно - компрессорный агрегат (ТДКА), в котором расширение воздуха происходит от 3 – 4 МПа до 0,1 МПа.

Следует подчеркнуть, что ряд ведущих зарубежных криогенных фирм также выпускают ВРУ двух давлений, имеющих и технологический контур и циркуляционный холодопроизводящий контур (рис. 4.7 б).

Но, в отличие от ВРУ двух давлений, разработанных ОАО «Криогенмаш» у них технологический контур работает на давлении воздуха , , а холодопроизводящий циркуляционный контур – на . При этом центробежный компрессор циркуляционного холодопроизводящего контура является второй ступенью центробежного компрессора технологического контура. Соответственно расширение газа в циркуляционном холодопроизводящем контуре происходит также в двухступенчатом ТДКА, но с давлением до , что уменьшает холодопроизводительность циркуляционного контура. Однако выбор указанных значений двух давлений в схеме ВРУ с дополнительным компрессором в циркуляционном контуре оправдан тем, что машинное оборудование с меньшим отношением давлений является более простым и более надежным в работе и эксплуатации.