4. Оборудование отделения конденсации

Для охлаждения газа до 25-35°С применяются холодильники непосредственного действия (контактные) и косвенного действия (трубчатые). К холодильникам непосредственного действия относятся насадочные, полочные (каскадные) и низконапорные скрубберы Вентури, разработанные ВУХИНом (рис. 1.2 - 1.4). Процесс охлаждения газа в них осуществляется при непосредственном контакте с водой, поэтому изложенное выше о механизме и закономерностях процессов тепло- и массообмена в газосборнике справедливо и по отношению к ним. Особенностью насадочных и полочных холодильников является противоточное движение газа и воды, благодаря чему температура воды на выходе может достигать 70°С и более, а ее расход значительно ниже, чем в скрубберах Вентури. В этих холодильниках снижение температуры газа до 30-35°С может быть достигнуто при одноступенчатом охлаждении, тогда как в скрубберах Вентури для этого требуется 2-3 ступени.

Перспективными для охлаждения коксового газа представляются холодильники непосредственного действия колонного типа с провальными тарелками, отличающиеся высокой интенсивностью теплообмена при противоточном движении фаз.

Преимуществом холодильников непосредственного действия является более высокая, чем в трубчатых холодильниках, степень очистки ют смолы и нафталина. По опытным данным при двухступенчатом охлаждении газа в скрубберах Вентури содержание туманообразной смолы в нем снижается до 0,2-0,3 г/м³, что соответствует степени очистки 80-90%. Холодильники непосредственного действия отличаются простотой конструкции и низкой металлоемкостью. Общим недостатком их является насыщение охлаждающей воды аммиаком, кислыми газами, фенолом и другими вредными примесями, что исключает возможность ее охлаждения в градирнях и требует установки специальных теплообменников. Применявшиеся ранее для этой цели оросительные холодильники отличаются низкой интенсивностью теплообмена и громоздкостыо, а их эксплуатация связана с усиленной коррозией металлоконструкций и ухудшением санитарно-гигиенических

1 – обечайки цилиндрические; 2 – кольцо опорное; 3 – насадка; 4 –балки опорные; 5 – вход газа; 6 – выход газа; 7 – вход воды; 8 – полки распределительные; 9 – выход воды; 10 – штуцер для опорожнения.

Рисунок 1.2 – Газовый холодильник с хордовой насадкой

1 – корпус холодильника; 2 – полки дырчатые; 3 – вход газа; 4 – выход газа; 5 – вход воды; 6 – устройство оросительное; 7 – сборник подскрубберный; 8 – гидрозатвор; 9 – выход воды; 10 – выход смолы; 11 – змеевик паровой; 12 – штуцер опорожнения.

Рисунок 1.3 – Газовый холодильник полочного типа

1 – вход газа; 2 – конфузор; 3 – горловина; 4 – диффузор; 5 – сборник-брызгоуловитель; 6 – выход газа; 7 – устройство оросительное.

Рисунок 1.4 – Скруббер Вентури

1 – форсунки струйно-вихревые; 2 – сетка фильтрующая; 3 – прутки несущие; 4 – камера распределительная.

Рисунок 1.5 – Оросительное устройство скруббера Вентури

условий из-за испарения воды и выделения паров в атмосферу. Эти недостатки обусловили отказ от применения газовых холодильников непосредственного действия и замену их трубчатыми при реконструкции цехов улавливания химических продуктов коксования в 50-80-е годы. В трубчатых холодильниках контакт газа с охлаждающей водой исключается, поэтому массообмен между ними отсутствует. Интенсивность теплообмена в них ниже из-за дополнительного термического сопротивления разделяющей стенки и слоя загрязнений па поверхностях со стороны газа и воды.

В нашей стране получили распространение две разновидности этих холодильников: с вертикальными трубами (рис. 1.6) и с горизонтальными трубами (рис. 1.7). В первых газ движется в межтрубном пространстве, разделенном вертикальными перегородками на шесть последовательных ходов, вдоль труб противопотоком к воде, движущейся в трубах под действием небольшого перепада уровней в смежных водяных камерах. Образующийся газовый конденсат выводится из нижней части межтрубного пространства каждого хода. Из-за малой скорости движения воды в трубах (около 0,1 м/с), а также интенсивного отложения нафталина на внешней поверхности труб последних ходов коэффициент теплопередачи в этих холодильниках незначителен. Для интенсификации процесса требуется периодическая пропарка межтрубного пространства.

1 – корпус холодильника; 2 – решетки трубные; 3 – трубы теплообменные; 4 – перегородки; 5 – днище; 6 – вход газа; 7 – выход газа; 8 – вход воды; 10 – выход конденсата и подвод пара; 11 – воздушник для пропарок

Рисунок 1.6 – Газовый холодильник с вертикальным расположением труб

1 – трубная решетка; 2 – трубы; 3 – крышка водяной камеры; 4 – прокладка; 5 – ребра жесткости; 6 – анкерные стяжки; 7 – вход газа; 8 – выход газа; 9 – вход воды; 10 – выход воды; 12 – люк обслуживающий.

Рисунок 1.7 – Газовый холодильник с горизонтальным расположением труб

В холодильниках с горизонтальными трубами газ движется сверху вниз перпендикулярно оси труб, а вода проходит снизу вверх последовательно через все трубные пучки, соединенные между собой водяными камерами. Во избежание осаждения взвешенных частиц и солей жесткости в трубах скорость воды должна поддерживаться не менее 0,8 - 1,0 м/с, а температура воды на выходе не более 42°С. Весь газовый конденсат, образующийся в холодильнике, стекает сверху вниз и смывает нафталин, отлагающийся на трубах нижних пучков. С этой же целью в межтрубное пространство вводится сверху через разбрызгиваю­щее устройство горячая смола или водо-смоляная эмульсия. Благодаря этому не требуется частая пропарка холодильников, а интенсивность теплообмена в них значительно выше, чем в холодильниках с вертикальными трубами.

Достоинством холодильников с горизонтальными трубами является также возможность использования тепла коксового газа для нагревания поглотительного раствора сероочистки в верхних трубных секциях с целью регенерации. Недостатками этих холодильников являются сложность конструкции, большая металлоемкость, недоступность труб для осмотра, чистки и ремонта из-за большой высоты аппаратов и сложности снятия крышек водяных камер, крепящихся к корпусу с помощью большого числа шпилек.

К трубчатым газовым холодильникам относятся также аппараты воздушного охлаждения (рис. 1.8), в которых коксовый газ движется по трубам, оребренным снаружи и установленным с наклоном к горизонтальной оси для облегчения стока газового конденсата, а воздух – в межтрубном пространстве перпендикулярно оси труб с помощью осевого вентилятора. В зависимости от температуры окружающего воздуха коксовый газ охлаждается в таких аппаратах летом до 67-70°С, а зимой до 59-63°С. Для дальнейшего снижения температуры газа до 30-35°С требуется установка после аппаратов воздушного охлаждения газовых холодильников с водяным охлаждением. Из приведенного выше анализа следует, что совершенствование технологии охлаждения газа и конструкций газовых холодильников является актуальной задачей коксохимиков.

1 – трубные секции; 2 – крышки трубных секций; 3 – рама-пояс; 4 – металлоконструкции опорные; 5 – диффузор; 6 – коллектор вентилятора; 7 – рабочее колесо вентилятора; 8 – привод вентилятора; 9 – муфты с завихрителями воды; 10 – увлажнитель воздуха; 11 – жалюзийное устройство; 12 – вход коксового газа; 13 – выход коксового газа; 14 – вход воды в увлажнитель.

Рисунок 1.8 – Аппарат воздушного охлаждения коксового газа

В последнее время вновь возрастает интерес технологов к применению газовых холодильников непосредственного действия благодаря возможности использования для охлаждения оборотной воды высокоинтенсивных спиральных и пластинчатых теплообменников, серийное производство которых освоено рядом зарубежных фирм и отечественными заводами химического машиностроения.