книги из ГПНТБ / Крылов Н.В. Организация и планирование кислородного производства [учеб. пособие]

В задачу правильной организации работ по очистке возду­ ха, подаваемого на сжатие в компрессор, входит: поддержание в исправном состоянии воздухозаборных устройств, система­ тическое проведение анализов па содержание ацетилена, пы­ ли и твердых частиц в воздухе, контроль за сопротивлением воздушных фильтров, так как повышение сопротивления фильт1Р®® снижает производительность компрессора, а следователь­ но, и количество подаваемого на разделение воздуха. Чем тща­ тельнее производится очистка воздуха от примесей, тем боль­ шим будет рабочий период аппарата, что приводит к увели­ чению выпуска продукции за планируемый период. "

Сжатый воздух является не только производственным сырь­ ем, но и источником холода, необходимого как в период пуска установки для первоначального охлаждения аппаратуры блока

разделения и накопления в ней определенного количествй сжиженных газов, так и в период установившегося режима— ' для компенсации холодопотерь.

При установившемся технологическом режиме рабочее дав­ ление должно соответствовать величине фактических холодо­ потерь плюс увеличение давления за счет сопротивления, кото­

рое преодолевает воздух при движении по коммуникациям и аппаратуре.

В установках даже одного и того же типа рабочее давление бывает неодинаковым из-за различия величин холодопотерь (разное состояние изоляции, недорекуперация в теплообмен­ нике, непроизводительные потери воздуха и др.). Чем выше

давление, тем больше расход энергии на получение единицы продукции.

На сжатие воздуха в компрессоре тратится значительное количество энергии, которая составляет наибольший удельный вес в себестоимости готовой продукции. Поэтому правильное ведение процесса сжатия и исправное состояние компрессор­ ных установок существенным образом влияет на величину та­ ких технико-экономических показателей, как производитель­ ность установки разделения, продолжительность рабочей кам­ пании, качество продукции, удельный расход энергии, воды смазочных материалов.

Для предотвращения забивки воздухоразделительных аппа­ ратов углекислотой воздух перед подачей его на разделение очищается от углекислоты.

В целях обеспечения должного качества очистки воздуха от углекислоты, повышения экономичности работы очистных аппаратов и нормальной длительности рабочей кампании уста­ новки разделения при химическом методе очистки необходимо осуществлять регулярный контроль за использованием щелоч­ ного раствора, своевременно производя его смену.

Во избежание больших непроизводительных потерь возду­ ха при продувании влаго-масло-щелочеотделителей продувки должны производиться при минимальных затратах времени.

47

Для обеспечения нормальной очистки воздуха от углекисло­ ты при физическом методе очистки, основанном на выморажи­ вании углекислоты при низких температурах в регенераторах, необходимо поддерживать неизменной температуру на холод­ ном конце регенератора.

Организация и ведение процесса осушки воздуха от влаги, также как и процесса очистки, зависят от типа установки глу­ бокого охлаждения и применяемых методов осушки. Правиль­ но и качественно организованная осушка воздуха наряду с процессом очистки от углекислоты обеспечивает предусмотрен­ ную технологическим регламентом норму продолжительности рабочего периода воздухоразделительной установки.

Процесс детандирования (расширения) сжатого воздуха или азота используется в различного типа установках разделе­ ния воздуха как наиболее эффективный метод охлаждения сжатого газа. Экономичность работы установок разделения воздуха, работающих с детандером, в значительной степени зависит от эффективности работы детандера.

Организация процесса разделения воздуха является наибо­ лее сложной стадией производственного процесса.

При выработке газов из воздуха производственный процесс подразделяется на три этапа: пуск установки, рабочий период (разделение воздуха и получение готового продукта), останов­ ка блока разделения на отогрев. Каждый из этих этапов имеет

ность этого этапа объясняется тем, что в течение пускового периода в установке непрерывно изменяется большое число параметров (давление, температура, сопротивление, расход и др.), а также происходит непрерывное изменение распределе­ ния потоков газа и жидкости в блоке разделения.

В пусковой период, получаемый в результате дросселиро­ вания сжатого воздуха, расширения его в детандере, а в ряде

на компенсацию потерь через изоляцию, от недорекуперации, а в установках с насосом потерь, связанных с работой насоса, но и на охлаждение до требуемых температур аппаратуры, из которой состоит блок разделения, многих коммуникаций, изо­ ляции, а также на накопление необходимого количества жид­ кости для нормальной работы колонны разделения.

В пусковой период потребляются значительные количества энергии, ряд материалов. Естественно, что основным требо­ ванием, предъявляемым к пуску установки, является его крат­ ковременность, которая может быть достигнута за счет исполь­ зования имеющегося у установок глубокого охлаждения ре­ зерва холодопроизводительности, создаваемого или увеличе­

48

нием давления, посылаемого на разделение воздуха, или по­ дачей большего количества газа в детандер.

В установках среднего и высокого давления применяются оба способа, а в установках низкого давления — только второй способ, так как в этих установках давление воздуха остается

•неизменным. Кроме того, в некоторых установках, в частно­ сти в установках двух давлений, для получения дополнитель­ ного холода во время пуска включается аммиачная или фрео­ новая холодильная установка.

Процесс пуска установок различных типов имеет свои осо­ бенности и подразделяется на ряд специфических этапов. Пуск установки должен производиться в строго установленном по­ рядке с соблюдением всех требований технологического регла­ мента.

Основным требованием правильного ведения производст­ венного процесса в рабочий период является поддержание по­ стоянства его параметров, при котором обеспечивается макси­ мальный выход готовых продуктов и полуфабрикатов соответ­ ствующего качества при наименьшем расходе энергетических и материальных средств. Кроме того, в рабочий период необходи­ мо добиваться наилучших условий очистки и осушки посту­ пающего на разделение воздуха в целях обеспечения наиболь­ шей длительности рабочей кампании (времени на выдачу го­ товой продукции).

При отклонении установки от заданного технологического режима восстановление нормального хода технологического процесса следует вести двумя взаимосвязанными путями: ре­

в аппарате. А это имеет место только в том случае, если коли­ чество энергии, поступающее в аппарат извне, будет равным количеству энергии, отводимой из аппарата. Нарушение этого равенства приводит к неустойчивой работе аппарата.

Необходимость и способ регулировки работы блока разде­ ления могут быть выявлены на основании различных внешних признаков, указывающих на те или иные изменения в режиме. Однако во избежание ошибочного заключения о работе отдель­ ных аппаратов или агрегатов в целом следует осуществлять частый и тщательный отбор продуктов для анализа, результа­ ты которого дают всестороннее представление о протекающих в аппаратах процессах, позволяют определить даже незначи­ тельные отклонения в режиме работы и принять соответствую­ щие меры к быстрому их исправлению. В этом случае весьма целесообразно оборудовать блок разделения комбинированными автоматическими газоанализаторами, которые могут одновре-

менно указывать чистоту продукта того потока, к которому подсоединен прибор.

При ведении процесса следует систематически и тщательно осуществлять наблюдение за работой отдельных аппаратов, входящих в состав блока разделения, особенно за аппаратами, играющими первостепенную роль в предотвращении накопле­ ния ацетилена и улучшении качества отбираемого продукта.

Учитывая, что блок разделения состоит из большого числа аппаратов, а также принимая во внимание тесную связь между рабочими параметрами всех процессов, протекающих в отдель­ ных аппаратах, и всех стадий производственного процесса s целом, обслуживающий персонал для правильной организации управления блоком должен вести тщательное и непрерывное наблюдение за работой и показателями КИП и регулярно за­ писывать их, а также другие данные в производственный жур­ нал.

Блоки разделения воздуха подвергаются остановкам, ко­ торые могут быть кратковременными, длительными и аварий­ ными.

Кратковременные остановки (8—10 ч) предназначаются для выполнения срочных ремонтных или других работ, осуще­ ствление которых невозможно на ходу установки. При этом накопленная в аппарате жидкость сохраняется для более бы­ строго восстановления режима работы блока после перерыва.

Длительные остановки, предусматриваемые планом, пред­ назначаются для проведения отогрева аппаратов вследствие накопления в них льда и твердой углекислоты, на что указы­ вают увеличение сопротивления некоторых теплообменных ап­ паратов, уменьшение коэффициентов теплопередачи в них, за­ купоривание вентилей, анализных и приборных трубок, ухуд­ шение разделения в колоннах и др.

Аварийные остановки возникают, как правило, в результа­ те нарушений режима эксплуатации установки и приводят к выходу из строя машинного или аппаратурного оборудования.

Длительность работы блока на выдачу продукции (дли­ тельность кампании) различна для разных типов установок. Поэтому и число остановок на отогрев в течение года для раз­ ных типов установок неодинаково.

Конец кампании в установках высокого давления при каус­ тической осушке воздуха наступает тогда, когда углекислота забивает дроссельный вентиль и тарелки ректификационной колонны. В данном случае блок разделения ставится на пол­

Для установок высокого и среднего давления, а также двух давлений, при осушке воздуха адсорбентом, воздух в аппара­ ты идет с малым содержанием влаги, поэтому к концу кампа-

50

нии, которая по сравнению с установками высокого давления с каустической осушкой воздуха заметно увеличивается и длит­ ся от 1,5 месяца до года и более, заметного накопления льда в теплообменнике не наблюдается, что устраняет проведение частичных отогревов.

В установках низкого давления продолжительность кампа­ нии регламентируется накоплением углекислоты в ректифика­ ционной колонне и может длиться год и более. При работе установок этого типа постепенное накопление углекислоты про­ исходит в регенераторах. Если скорость накопления углекис­ лоты в регенераторах опережает накопление углекислоты в колонне, то углекислота из регенераторов удаляется продувкой без отогрева аппарата. Если количество углекислоты в аппа­ рате не препятствует дальнейшей работе блока разделения, то срок плановой остановки определяется в зависимости от необ­ ходимости ремонта.

Аварийные остановки в зависимости от содержания аварии и ее последствий имеют различную продолжительность. В лю­ бом случае при.аварии должно быть остановлено все оборудо­ вание и прекращена подача водуха на разделение, а в случае необходимости и слита вся жидкость из аппаратов. Об останов­ ке оборудования ставится в известность весь обслуживающий персонал аварийной и соседних с ней установок.

Периодическое удаление накопившихся в аппарате льда и углекислоты производится посредством отогрева и продувки.

Отогрев — это процесс удаления твердой углекислоты, плав­ ления льда и испарения воды из низкотемпературных аппара­ тов, коммуникаций и арматуры блока разделения путем про­ пускания через них нагретого до температуры 60—80° С воз­ духа или азота.

В блоках разделения имеются аппараты-дублеры, которые в целях удлинения рабочей кампании регенерируются или отогреваются поочередно без остановки блока. К этим аппара­ там, имеющим самостоятельные системы отогрева, относятся адсорберы ацетилена, фильтры углекислоты, фильтры для очи­ стки воздуха от масла и отдельные теплообменники.

Отогрев блока разделения требует значительных энергети­ ческих затрат. Так, при отогреве блока разделения КТ-3600-АР работает компрессор высокого давления с мощностью двигате­ ля 400—500 кВт в течение 50—60 ч. Поэтому необходимо изыс­ кивать и применять другие способы организации отогрева, ко­ торые сокращали бы их длительность. В частности, применение воздуха низкого давления для отогрева регенераторов у уста­ новок двух давлений сокращает время отогрева на 18—20 ч.

Известно, что затраты времени на пуск и отогрев, а также длительность кампании зависят от типа установок, их произ­ водительности, состояния оборудования, соблюдения дисцип­ лины, квалификации и опыта обслуживающего персонала. В

табл. 1 приводятся нормативы затрат времени на пуск, отогрев, длительность кампании для различного типа установок.

Организация производства основывается на технологиче­ ском регламенте, который определяет порядок всех производст­ венных процессов и операций. Производство продуктов раз­ деления воздуха без утвержденного технологического регла­ мента или ведение процесса по просроченному регламенту, не учитывающему введение новой техники и другие происшед­ шие изменения, не должно допускаться.

Внесение соответствующих изменений в утвержденный рег­ ламент производится предприятием или отдельными цехами (станциями) в строго установленном порядке с учетом отраже­ ния всех местных, характерных для данного предприятия, це­ ха (станции) условий и особенностей их оснащения основным и вспомогательным оборудованием.

Разработанные технологические регламенты утверждаются вышестоящими организациями, а по менее сложным производ­ ствам — главным инженером предприятия.

52

Для промежуточного хранения и транспортировки газов после их выхода из блока разделения в зависимости от агре­ гатного состояния газов, их количеств, расстояния до потреби­ теля, применяемого давления в промышленности используются соответствующие емкости: стальные баллоны, реципиенты, газ­ гольдеры (резинотканевые или мокрые), газовые сети, газопро­ воды, сосуды Дюара, танки, цистерны, газификаторы.

Для установок производительностью до 300 м3/ч газа в большинстве случаев применяются мягкие (резинотканевые) газгольдеры.

На крупных заводах, станциях и в цехах с часовой произ­ водительностью в несколько тысяч и десятков тысяч м3 газа используются металлические (мокрые) газгольдеры, устанавли­ ваемые в отличие от мягких газгольдеров под открытым небом. Из газгольдера газы могут подаваться компрессором к ме­ стам потребления по трубопроводам или для наполнения в бал­ лоны.

Правильная организация промежуточного хранения газов в резинотканевых газгольдерах предусматривает наблюдение че­ рез строго установленные промежутки времени за состоянием гидравлических затворов, давлением в газгольдерах, темпера­ турой в помещении, где располагается газгольдер, предохране­ ние газгольдера от действия прямых солнечных лучей, недо­ пущение утечек газа.

Для промежуточного хранения газов применяются и ста­

165 ат. Эти баллоны (реципиенты), как правило, устанавли­ ваются секциями по 5—8 баллонов или прямо в цехе наполне­ ния, или вне цеха. Щит управления реципиентами выносится в отдельное помещение.'-

Стационарные емкости для хранения сжиженных газов под­ разделяются на танки и цистерны, из которых газы отгружа­ ются в транспортные емкости потребителей. Общая емкость, например, жидкого кислорода зависит от производительности жидкостных установок. Обычно эти емкости рассчитаны на 5— 6-суточную производительность установок.

Газообразные продукты в зависимости от их назначения сжимаются до различных давлений специальными компрес­ сорными агрегатами или насосами. Газы направляются или сразу по трубопроводу к местам потребления или под опреде­ ленным давлением нагнетаются в баллоны и реципиенты.

При сжатии кислорода компрессорами особое внимание должно обращаться на правильную подготовку этих машин к работе и на неукоснительное соблюдение правил эксплуатации в процессе сжатия газа, так как кислород является газом, пред­ ставляющим определенную опасность.

53

4. Организация работ по наполнению газов в баллоны

Производство работ по наполнению, ремонту и транспорти­ ровке баллонов требует значительных затрат труда. В настоя­ щее время крупные заводы и кислородные станции оснащены механизированными баллонными цехами с комплексной ме­ ханизацией процессов наполнения, транспортировки, ремонта и окраски баллонов.

Рис. 6. Схема движения и распределения баллонов в механизирован­ ном баллонном цехе.

На рис. 6 дается схема движения и распределения баллонов

вмеханизированном баллонном цехе.

Вцехе механизируются следующие виды трудоемких ра­ бот: а) выгрузка и погрузка баллонов в авто- и железнодорож­ ный транспорт с помощью мостового крана; б) транспортиров­ ка баллонов внутри цеха в контейнерах аккумуляторными

автопогрузчиками; в) ремонт и гидроиспытание баллонов; г) подача баллонов на окраску тельфером, пульверизационная

54

I

■окраска баллонов в вытяжной камере и сушка в сушильной камере.

Производственный процесс в механизированном баллонном цехе предусматривает выполнение следующих основных опе­ раций. Установка в контейнеры или укладка в специальные рамки поступивших в цех порожних баллонов. Разъемные кон­ тейнеры по 4 и 8 баллонов в каждом предназначаются для мелких потребителей. Для более крупных потребителей, где подача газа на рабочие места производится по трубопроводам, могут применяться неразъемные блоки по 10 баллонов в каж­ дом, сколлектированные в общую емкость с одним вентилем на коллекторе. Контейнер из отделения хранения автопогруз­

чиком перевозится в наполнительную и ставится под напол­ нение. Для каждого контейнера обычно предусматривается своя рампа. Перед поступлением баллонов в наполнительную производится их разбраковка: неисправные баллоны изымают­ ся и заменяются годными. Последние хранятся возле наполни­ тельной рампы в специальных контейнерах. Бракованные бал­ лоны устанавливаются в порожний контейнер и отвозятся ав­ топогрузчиком в ремонтную мастерскую, где проходят все опе­ рации, связанные с освидетельствованием и ремонтом балло­ нов в той последовательности, которая приведена на схеме движения баллонов. После ремонта баллоны с помощью элек­ тротельфера направляются на окраску в окрасочное отделение, откуда на тележках доставляются в сушильную камёру. Отре­ монтированные и окрашенные баллоны в контейнерах поступа­ ют в наполнительную.

Начало наполнения баллонов газом должно быть согласо­ вано между наполнителем и машинистом компрессора.

Так как одновременно устанавливаются две наполнитель­ ные рампы, то в процессе наполнения одной группы баллонов другая, наполненная, группа баллонов отсоединяется и заменя­ ется порожними баллонами. Отсоединенная группа баллонов снимается с рампы и направляется на склад.

Экономически целесообразно работу наполнительной рампы предусматривать не в три, а в две смены. Получаемые в ноч­ ную смену газы могут направляться в реципиентную, а в две другие смены газ подключается из реципиентной в линию на­ полнения баллонов или же из реципиентов подается по трубо­ проводам непосредственно к местам потребления. Емкость ре­ ципиентов рассчитывается, исходя -из производительности бал­ лонного цеха, сменности работы наполнительной и назначения реципиентной.

При длительности ночной смены в 8 часов потребное коли­

где Рч — выработка кислорода, м3/ч; ер — емкость одного ре­ ципиента, м3.

55

Расчет потребного количества баллонов производится на основании таких исходных данных, как количество направляе­ мого на сжатие газа, скорость наполнения баллонов, время их оборачиваемости и число баллонов, поступающих на ремонт, по формуле

Вп — Кс (S0■вс -f- Вр -}- Вд),

где. Вп — потребное количество баллонов; S0 — средняя обора­ чиваемость баллонов в днях; вс — удельный вес собственных баллонов в суточной потребности цеха; вр — удельный вес в суточной потребности баллонов, необходимых для замены ре­ монтируемых (вр = 0,12); Вд — удельный вес дополнительных баллонов в суточной потребности, необходимых для обеспече­

чеством поступающего на наполнение газа, скоростью наполне­ ния, количеством и типом контейнеров, типом наполнительных рамп (число одновременно присоединяемых к рампе баллонов) и сменностью работы наполнительной.

может быть определено по формуле:

5. Потери газов и пути их сокращения

Одной из важнейших задач при сливе, хранении, перекачке и транспортировке сжиженных газов, наполнении и транспор­ тировке по трубопроводам газообразных продуктов является сокращение потерь этих продуктов.

Потери при хранении и перекачке происходят в результате утечек через неплотности соединений в емкостях и трубопрово­ дах, а также за счет испарения вследствие недостаточной изо­ ляции, неправильного проведения слива и перекачки сжижен­ ных газов. Основными мероприятиями, направленными на устранение потерь первого рода, являются систематическое на­

56