4.5. Вру высокого давления

Все ВРУ высокого давления, строятся на детандерном криогенном цикле высокого давления, предложенным Гейляндтом еще в 1907 г. ВРУ высокого давления небольшой производительности в последнее время создавались только в г.Омске ОАО «Сибкриогентехника» (сегодня ООО НТК «Криогенная техника») и г.Екатеринбурге на «Уральском компрессорном заводе», и предназначались для получения жидких или сжатых до 20 МПа в баллонах продуктов разделения воздуха. И те и другие ВРУ, неоднократно модернизировались и совершенствовались. Эти установки имеют и свои преимущества, и недостатки. Рассмотрим здесь один из последних вариантов ВРУ высокого давления типа МКДС – 100 и СКДС – 100, выпускаемых в г. Омске ОАО «Сибкриотехника». Принципиальная схема ВРУ МКДС – 100, построенная по циклу высокого давления (ЦВД), показана на рис. 4.8.

Воздух из атмосферы сжимается в специальном поршневом быстроходном многоступенчатом компрессоре 9 до давления 20 МПа, охлаждается в концевом холодильнике 12 и поступает в предварительный теплообменник – ожижитель 17 подключенный к холодильной машине 19, где охлаждается до температуры 278 – 280 К. Во влагоотделителе 3 сжатый воздух освобождается от капельной влаги, после чего поступает в один из адсорберов 1 или 2 на цеолитах, где освобождается от паров влаги, углекислоты и др. примесей и снова направляется в предварительный теплообменник 17 с холодильной машиной. В предварительном теплообменнике от воздуха отводится тепло адсорбции. После чего сжатый воздух разделяется на две части: одна часть примерно половина, проходит основной теплообменник 14, охлаждается обратными потоками газа, поступает в змеевик куба нижней колонны 7, где частично конденсируется, а затем дросселируется в нижнюю колонну до давления 0,6 МПА.

Другая часть сжатого воздуха направляется в поршневой детандер 4, где адиабатно расширяется до давления 0,6 МПа, понижая свою температуру, проходит детандерный фильтр 18, доохлаждается в детандерном теплообменнике 5 обратными потоками азота и поступает также в нижнюю часть нижней колонны. Особенность процесса ректификации в этой установке заключается в том, что колонна двукратной ректификации 7, 8, 10, 11 выполнена разрезной с выносным конденсатором 11 и конденсатором – испарителем 10 в верхней части нижней колонны. В нижней колонне 7 с ректификационными ситчатыми тарелками происходит предварительное разделение воздуха на кубовую жидкость и газообразный азот, кубовая жидкость из нижней колонны дросселируется в середину верхней колонны, а газообразный азот конденсируется частично в конденсаторе– испарителе 10 и в качестве флегмы стекает вниз нижней колонны, а частично в выносном конденсаторе 11часть которого стекает в качестве флегмы в верхней колонне, а другая часть переохлаждается в переохладителе 15, и часть его дросселируется в верхнюю часть верхней колонны в качестве флегмы, а другая часть или поступает в сборник жидкого продукта 6, или

Рис. 4.8. Принципиальная схема ВРУ ЦВД малой производительности с возможностью получения жидких ПРВ: 1,2 – адсорберы; 3 – влагоотделитель; 4 – детандер поршневой; 5 – детандерный теплообменник; 6 – емкость накопительная; 7 – колонна высокого давления; 8 – колонна низкого давления; 9 – компрессор поршневой; 10 – конденсатор-испаритель; 11 – конденсатор-испаритель выносной; 12 – концевой холодильник; 13 – насос сжиженных газов; 14 – основной теплообменник; 15 – переохладитель; 16 – электронагреватель блока очистки и осушки; 17 – предварительный теплообменник; 18 – фильтр детандерный; 19 – холодильная машина

подается в жидкостной насос 13. В верхней ректификационной колонне 8 происходит окончательное разделение поступающих газов и жидкостей на газообразный азот и жидкий кислород, который стекает, в выносной конденсатор – испаритель, где частично испаряется и снова поступает в верхнюю колонну, другая часть жидкого кислорода в качестве продукта или поступает в сборник жидкости 6, или подается в жидкостной насос 13. В газообразном режиме работы жидкий кислород, или жидкий азот после жидкостного насоса подается обратным потоком в основной и предварительный теплообменники, где испаряется и нагревается до температуры на 5 К ниже наступающего воздуха и при давлении до 20 МПа и выше, и далее подается на наполнительную рампу. В жидкостном режиме жидкий кислород или жидкий азот в качестве продукта выдается из сборника жидкости 6.

В зависимости от режима работы установка МКДС – 100 может выдавать в жидкостном режиме или 100 кг/ч жидкого кислорода с чистотой , или 100 кг/ч жидкого азота чистотой 99,6 – 99,9 % ; в газообразном режиме – или газообразного кислорода под давлением до 23 МПа и чистотой 99,5 % , или – газообразного азота чистотой 99,6 – 99,9 под давлением до 23 МПа. Установка потребляет в газовом режиме работы 200 – 210 кВт электрической мощности, в жидкостном режиме – 186 – 197 кВт электрической мощности. Установка размещается в 2-х фургонах, в одном из которых располагается компрессорное оборудование, в другом технологическом фургоне – блок разделения воздуха, поршневой детандер, насос сжиженных газов и другое оборудование.

Основной недостаток этой ВРУ – это высокое давление, которое приводит к малой рабочей компании, примерно 500 часов, большим регламентным работам, высокому шуму до 80 Дцб и вибрации. В связи с этим в ОАО «Сибкриотехнике» в качестве альтернативы установки МКДС – 100 и СКДС – 100 с циклом высокого давления разрабатывается новая ВРУ, построенная на цикле низкого давления с циркуляционном контуром, предназначенная также для выдачи жидких продуктов кислорода и азота и газообразных продуктов под давлением до 23 МПа.