книги / Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов

На абсорбционных аммиачных установках получают холод низких температур (—40 °С).

По сравнении экономических показателей абсорбционных и ком­ прессионных холодильных установок можно сделать вывод, что аб­ сорбционные установки малой мощности, работающие при высоких "температурах испарения аммиака, не имеют преимуществ перед компрессионными. При низких температурах испарения аммиака {—25 °С и ниже) и высокой хладопроизводительности удельные капиталовложения на абсорбционные холодильные установки зна­ чительно ниже, чем на компрессионные [37, 68].

Компрессионные установки в СССР выпускаются с широким ди­ апазоном производительности по холоду и температур испарения [7L Кроме аммиачных применяются фреоновые компрессионные уста­ новки. Для получения температур до —30 °С используется фреон-21; для температур до —60 °С — фреон-12 и для температур до —80 °С — фреон-22. Для получения температур ниже —30 -f-— 40 °С применяются двух- и трехступенчатые холодильные установки.

Для холодильных установок высокой хладопроизводительности и для работы при низких температурах в последнее время находят применение холодильные, установки с турбокомпрессорами. При оборудовании мощных холодильных станций турбокомпрессорами снижаются удельные капиталовложения, а при низких температурах испарения уменьшается на 10—20% расход электроэнергии по сравнению с компрессорными станциями.

Фреоновые холодильные установки безопасны в работе, тогда как при использовании аммиачных установок возможно образова­ ние взрывоопасных смесей аммиака с воздухом при нарушении

в остатке жидкого хлора. Ранее упоминалось, что присутствие не­ больших количеств треххлористого азота в жидком хлоре при объем­ ной его испарении может быть причиной крупных аварий.

Испарение жидкого хлора можно проводить в теплообменни­ ках любой конструкции. Имеются две принципиально различные схемы испарения жидкого хлора: в объемных и в проточных испа­ рителях.

В проточных испарителях осуществляется полное испарение^ поступающего хлора. В качестве проточного испарителя могут быть использованы кожухотрубчатые теплообменники или конструкции с змеевиком, в трубках которого происходит испарение жидкого хлора. Проточные испарители обеспечивают полную безопасность испарения хлора, даже в присутствии некоторого количества трех­ хлористого азота, так как при полном испарении исключена кон­ центрация вредных примесей в количестве, приводящем к взрыву.

351

Кроме того, в случае применения проточных испарителей запас жидкого хлора в испарителе невелик и автоматическое регулиро­ вание количества испаряемого в единицу времени хлора не ослож­ няется инерционностью системы. Поэтому для безопасного веде­ ния процесса испарения и облегчения его автоматического регули­ рования рекомендуется применять проточное испарение жидкого хлора.

Объемные исцарители обычно представляют собой емкость, снаб­ женную рубашкой для обогрева, но могут использоваться и тепло­ обменники других типов.

На входе в цеха потребителей хлора обычно устанавливаются рессивера для сепарации жидкого хлора, образующегося в зимнее время в трубопроводах при передаче газообразного хлора на боль­ шое расстояние. Нижняя часть рессивера оборудуется водяной ру­ башкой для обогрева и может служить испарителем жидкого хлора.

В объемных испарителях испарение происходит над зеркалом жидкого хлора. Испарители могут работать периодически, ебли за­ литый первоначально в испаритель хлор полностью испаряется,

ис непрерывным пополнением испаряемого жидкого хлора. И в том,

ив другом случае в жидком хлоре, заполняющем испаритель, могут накапливаться вещества, имеющие более высокую температуру ки­ пения, чем хлор, например треххлористый азот, что создает опас­ ность взрывов. Поэтому при применении объемных испарителей непрерывного действия периодически проводят их полное опорожне­ ние, чтобы ограничить накопление примесей.

Вобъемных испарителях всегда присутствуют значительные объемы жидкого хлора, их тепловая инерция велика и автоматиче­ ское регулирования процесса испарения жидкого хлора при значи­ тельных колебаниях потребности в хлоре затруднено.

Для обогрева испарителей обычно применяют горячую воду (50—60 °С), получаемую в пароводосмесителях. При этом можно

получать испаренный з^лор давлением до 10—12 ат, что достаточно для удовлетворения любых потребителей. Температура воды, пода­ ваемой на обогрев испарителей, обычно регулируется автоматически.

ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ЖИДКОГО ХЛОРА

Некоторая часть жидкого хлора расходуется в цехах сжижения на испарение с целью получения чистого газообразного хлора. Основное количество сжиженного хлора передается потребителям. Для транспортирования хлора на небольшие расстояния в пределах одного завода обычно применяется трубопровод жидкого хлора. Передача жидкого хлора по трубопроводу и испарение его потребите­ лем в ряде Случаев выгоднее подачи испаренного хлора из централь­ ной станции.

Расчеты показывают, что стоимость трубопроводов и эстакад для них. при транспортировании жидкого хлора в 4—5 раз ниже, чем трубопроводов испаренного хлора. Это объясняется применением для трубопровода жидкого хлора труб малого диаметра.

352

Помимо того, при транспортировании испаренного хлора в зим­ нее время возникает опасность конденсации его в трубопроводе. Для предотвращения попадания жидкого хлора непосредственно потребителям последним приходится устанавливать дополнительные сепараторы жидкого хлора с устройствами для его испарения, при­ менять тепловую изоляцию трубопроводов и снабжать их паровыми спутниками для обогрева. Эти трудности отсутствуют при транспор­ тировании хлора в жидком виде [72]. Преимущество испарения хлора в цехе сжижения заключается лишь в возможности использования (хотя бы частично) тепла испарения хлора с целью снижения расхода холода на сжижение хлора.

Рис. 6-24. Схема танка для хранения жидкого хлора емкостью 125 мэ:

ходимо предпринимать специальные меры по обеспечению безопас­ ных условий эксплуатации трубопровода. При разрыве трубопро­ вода или нарушении его плотности возможно выделение в атмосферу больших количеств хлора, что может привести к загазованности тер­ ритории и интоксикации персонала в районе аварии.

Правила устройства трубопроводов для жидкого хлора будут рассмотрены ниже. В зависимости от объема потребляемого хлора на далекие расстояния его перевозят в железнодорожных цистернах, контейнерах и в баллонах. Есть сведения о перевозке жидкого хлора водным транспортом в баржах специальной конструкции [73]. И производители, и потребители хлора создают склады для хранения жидкого хлора. В связи с высокой токсичностью хлора при устрой­ стве складов и их эксплуатации должны быть соблюдены требо­ вания их безопасной эксплуатации [74^—77].

Для хранения значительных количеств жидкого хлора исполь­ зуются горизонтальные танки емкостью от 15—20 до 125 м3. На рис. 6-24 показано устройство хранилища жидкого хлора емкостью 125 м3.

Для хранения малых количеств хлора применяются контейнеры емкостью 500 и 1000 л и стальные баллоны емкостью от 20 до 55 л.

Для потребителей хлора в лабораторных* условиях применяют баллоны емкостью до 1 л.

15 ат, что соответствует давлению насыщенных паров хлора при 50 °С. Хранилища для жидкого хлора не реже чем раз в 2 года подвер­ гаются гидравлическому испытанию на давление, в полтора раза превышающее рабочее. Хранилища должны отвечать всем требова­

порного вентиля, так как для обеспечения надежной работы требуется периодически проверять и ревизовать предохранительные клапаны.

Для гарантии безопасности устанавливаются два предохрани­ тельных клапана и обеспечиваются такие условия, чтобы цри закры­ тии запорного вентиля на одном из клапанов второй обязательно был в рабочем состоянии. Танки емкостью до 40 м3 имеют два сифона, танки большей емкости — 4 сифона со скоростными клапанами, за­ крывающими выход жидкого хлора при случайных разрывах трубо­ проводов.

Железнодорожные цистерны для перевозки жидкого хлора по

терны грузоподъемностью 50 т; применявшиеся ранее цистерны на 15—20 т в настоящее время вытеснены более крупными. Циотерна для перевозки жидкого хлора показана на рис. 6-26.

354

На танках и цистернах щтуцера устанавливают на крышке люка, служащего для осмотра и чистки емкости. Наружная поверхность

к атмосферному, и должно работать при температуре около —34 °С. Внутренний шар хранилища диаметром 13,7 м имеет толщину сте­ нок 23,1 мм и рассчитан на давление 2,32 кгс/см2 при темпера­ туре —45,5 °С. Зазоры между внутренним и наружным шарами

заполнены изоляцией, через которую циркулирует тщательно высу­ шенный воздух.

Жидкий хлор из хранилища нельзя передавливать воздухом. Для этой цели служат два центробежных насоса, вставленные в па­ трубки и опущенные почти до дна емкости. При демонтаже насоса для ремонта обнажается только небольшая поверхность жидкого хлора в патрубке. Насосы снабжены двойными сальниками с пода­ чей между сальниками сухого воздуха. Этим предотвращается воз­ можность проникновения хлора в атмосферу через сальники.

Минимальный запас жидкого хлора в хранилище 200 т. При даль­ нейшем снижении уровня хлора обнажаются вращающиеся части насоса и начинается его вибрация. Кроме того, затрудняется под­ держание требуемой температуры в емкости. Максимальное запол­ нение хранилища не должно превышать (по проекту) 85,9% общего объема. Контроль за уровнем жидкого хлора осуществляется с по­ мощью радиоактивного уровнемера с источником излучения1 3 7 Cs.

Низкая температура в хранилище поддерживается за счет испа­ рения хлора, пары которого отсасываются и затем после сжижения вновь возвращаются в виде жидкости в хранилище. При хорошей тепловой изоляции затраты холода невелики. При заполнении ем­ кости на 1700 т хлора расход его на испарение для поддержания по­ стоянной температуры составлял 2,5 т/сут. Если не отбирать газо­ образный хлор, температура хранилища в летнее время должна по­ вышаться на 0,55 °С в сутки.

При первоначальном заполнении хранилища необходимо соблю­ дать режим постепенного охлаждения емкости, чтобы исключить возникновение напряжений в металле из-за большой разницы тем­ ператур в различных точках хранилища. Перед подачей в храни­ лище жидкий хлор охлаждают в теплообменнике до температуры хранилища (до —34-i— 35 °С).

Для хранения больших количеств жидкого хлора предложено использовать подземные полости, образующиеся при подземном растворении поваренной соли. При этом жидкий хлор должен хра­ ниться под слоем насыщенного рассола высотой около 1 2 0 м, чтобы создать достаточное давление [83].

При хранении жидкого хлора в танках их устанавливают в от­ дельные отсеки, снабженные приточной и вытяжной вентиляцией. Каждый отсек отделяется от общего коридора склада газонепрони­ цаемыми дверями и имеет приемник для сбора всего количества жидкого хлора из танка в случае аварии. Управление запорными вентилями на хлорных танках должно быть дистанционным. Отсеки снабжаются изолирующими противогазами. В отдельных случаях допускается на заводах — производителях жидкого хлора установка хранилищ для жидкого хлора вне помещения.

Допустимая емкость расходных складов у потребителей зависит от размера потребления жидкого хлора [75]. При расходе до 0,5 т/сут

356

от 5 до 10 т/сут — 5-дневной; свыше 10 т/сут — 3-дневной. По­ рядок наполнения, перевозки и опорожнения емкостей с жидким хлором подробно регламентирован [84].

Заполнение емкостей жидким хлором должно производиться из расчета не более 1,25 кг жидкого хлора на 1 л объема. Такое ограни­ чение обусловлено высоким коэффициентом объемного расширения жидкого хлора. При повышении температуры вследствие температур­ ного расширения газовый объем над жидким хлором уменьшается. По достижении 100% заполнения емкости жидким хлором давление в емкости повышается примерно на 1 0 ат на каждый градус даль­ нейшего повышения температуры.

Степень заполнения жидким хлором емкости и давление в ней при нормальной загрузке (1,25 кг жидкого хлора на 1 л объема) и при перегрузке на 5 и 10% против нормы приведены в табл. 6-11.

Таблица 6-11- Давление и степень заполнения жидким хлором емкости при различных температурах

Это же соотношение относится и к трубопроводам для транспорти­ рования жидкого хлора. Для предотвращения их аварийного раз­ рушения изолированные участки трубопроводов, закрытые с обеих сторон задвижками, должны снабжаться устройствами для компен­ сации увеличения объема жидкого хлора при повышении темпера­ туры. Такие компенсаторы представляют собой емкости с газовой подушкой.

Для передачи жидкого хлора из одной емкости в другую или пере­ дачи по трубопроводам на склад, для загрузки в железнодорожные

357

цистерны или потребителю применяется преимущественно передавливание сжатым сухим воздухом. При этом давление сжатого воздуха должно быть выше возможного давления в емкостях жидкого хлора.

Помимо этого, на линии сжатого воздуха устанавливаются обрат­ ные клапаны, предотвращающие попадание хлора в воздушные ком­ муникации при случайном понижении давления в воздушной линии.

Для передавливания жидкого хлора применяются самостоятель­ ные компрессорные станции с давлением не менее 15 ат и осушкой воздуха на силикагелевых, алюмогелиевых или цеолитовых установ­ ках. Воздух для передавливания жидкого хлора должен содержать не более 0,08 г/м3 влаги.

В среднем при передавливании воздухом 1 т жидкого хлора расхо­ дуется около 15 м3 воздуха и теряется 5 кг хлора. При передавли­ вании образуются большие объемы абгазов, содержащие около 20% хлора. Полезное использование этих абгазов затруднительно. Сброс их в абгазную систему необходимо производить постепенно, чтобы не создавать толчков давления в хлорной сети завода и рез­ ких изменений состава хлора в абгазном трубопроводе. В ряде слу­ чаев абгазы передавливания приходится уничтожать в санитарных колоннах. Поэтому стараются применять другие способы транспорти­ рования жидкого хлора.

Вместо сжатого воздуха для передавливания жидкого хлора используют газообразный хлор, подаваемый в хранилище под да­ влением. Для этой цели может применяться хлорный компрессор либо напор создается путем испарения жидкого хлора под соответ­ ствующим давлением. Жидкий хлор может испаряться в отдельном испарителе или в емкостях для жидкого хлора могут быть установ­ лены подогреватели. При этом в хранилище испаряется часть жидкого хлора и повышается; давление паров до требуемой величины [85]. При использовании для передавливания жидкого хлора паров хлора под давлением исключается образование разбавленного хлора, воз­ никающее при употреблении сжатого воздуха. В последнее время разработаны и успешно применяются для перекачивания жидкого хлора безсальниковые насосы с разделительной трубой [86, 87].

Трубопроводы для транспортирования жидкого хлора выпол­ няются сварными из стальных бесшовных труб и прокладываются с уклоном для опорожнения трубопровода после перекачивания жидкого хлора. На трубопроводах устанавливают, как было ука­ зано ранее, объемные расширители, а также скоростные клапаны и арматуру для отключения трубопровода в случае необходимости.

На рис. 6-28 приведена схема защиты трубопровода жидкого хлора от повышения в нем давления в случае нагрева при закрытых вентилях на обоих концах трубопровода [72]. При повышении да­ вления на 25% сверх установленного рабочего предела срабатывает один из двух предохранительных клапанов и жидкий хлор из трубо­ провода сбрасывается в буферную емкость, составляющую не ме­ нее 20% объема жидкого хлора, находящегося в трубопроводе.

358

Емкость обогревается горячей водой (не выше 50 °С). Испаренный хлор из емкости подается через сбросный трубопровод хлора на ко­ лонны санитарной очистки.

Чтобы обеспечить свободный сброс хлора, после предохранитель­ ных клапанов нельзя устанавливать арматуру.

Для защиты трубопровода сжиженного хлора можно устанавли­ вать буферную емкость, соединенную с трубопроводом сифоном, опущенным до дна емкости. Объем парогазовой подушки над уровнем жидкого хлора в этой емкости дол­ жен составлять не менее 20% объема жидкого хлора в трубопроводе.

Схема установки такой буферной емкости показана на рис. 6-29. Между

емкостью и трубопроводом не должно быть арматуры, уровень жидкого хлора в емкости необходимо контролировать.

Может применяться также схема с компенсацией изменения объема путем установки предохранительных обогреваемых баллонов. Такие баллоны емкостью не менее 20% емкости трубопровода уста­ навливаются в высшей точке трубопровода и обогреваются горячей водой при температуре не выше 60 °С. Баллон заполнен смесью воз­ духа с парами хлора. На рис. 6-30 показана схема установки такого баллона на конце трубопровода у потребителя.

По правилам эксплуатации трубопроводов для жидкого хлора зайрещается закрывать арматуру на обоих его концах.

Для заполнения хлором баллонов и контейнеров организуются специальные цеха розлива жидкого хлора. Такие цеха могут суще­ ствовать как при установках сжижения хлора, так и вне хлорных заводов с использованием жидкого хлора, привозимого в цистернах. Организация таких разливочных установок вне хлорных заводов целесообразна в районах, отдаленных от производства жидкого хлора, что увеличивает оборачиваемость баллонов и контейнеров для жидкого хлора.

359

Баллоны и контейнеры с промежуточного склада подаются на опорожнение от остатков жидкого хлора и затем на эвакуацию хлора с помощью хлорного компрессора. Остатки жидкого хлора соби­ раются и после анализа используются, а эвакуируемый из тары га­ зообразный хлор поступает обычно на санитарную колонну для по­

глощения. У освобожден­ ной от хлора тары вывора­ чиваются вентиля для ре­ монта и испытания, а бал­ лоны и контейнеры про­ мываются, сушатся и под­ вергаются тщательному осмотру.

Баллоны и контейнеры, нуждающиеся в окраске, поступают на очистку по­ верхности, а затем в ка­ меру окраски и сушки.

После установки вен­ тилей происходит напол­ нение баллонов и контей­ неров жидким хлором. Контроль наполнения осу­ ществляется по весу.

Контейнеры и баллоны в установленные сроки проходят гидравлические испытания.' Баллоны и контейнеры хранят в за­

крытых складах, состоящих из отсеков, которые снабжаются устройствами для механизации приема и погрузки в вагоны бал­ лонов и контейнеров.

Перевозка жидкого хлора в цистернах, контейнерах и баллонах по железной дороге строго регламентирована [8 8 ]. Хлор относится к III группе — ядовитые газы. Перевозка баллонов с газами этой группы должна производиться в вагонах или универсальных контей­ нерах без совмещения с другими грузами.

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СЖИЖЕНИЯ ХЛОРА

Токсические свойства хлора и возможность возникновения ава­ рийного состояния в процессе сжижения, хранения и транспорти­ рования хлора предъявляют повышенные требования к автоматиза­ ции контроля и управления процессом сжижения хлора.

Непрерывность контроля и автоматическое устранение возни­ кающих отклонений от принятого режима являются основой обеспе­ чения безопасной эксплуатации производства, хранения и транспор­ тирования жидкого хлора.

ЗГО