Проект реконструкции установки разделения воздуха

Содержание Введение

1. Технико-экономическое обоснование проекта

2. Конструкторско-технологическая часть

2.1 Расчёт цикла воздухоразделения

2.2 Описание работы установки

2.3 Подбор основного и вспомогательного оборудования

2.3.1 Подбор скруббера

2.3.2 Подбор холодильной машины

2.3.3 Подбор адсорбера

2.3.4 Подбор основного теплообменного аппарата

2.3.5 Подбор турбодетандер — компрессорного агрегата

2.3.6 Подбор нижней и верхней колонн

2.3.7 Подбор конденсатора-испарителя

2.3.8 Подбор испарителя

2.3.9 Подбор сепаратора для отделения жидкости

2.3.10 Подбор сборника жидкого азота

3. Описание схемы автоматизации

3.1 Описание схемы автоматизации системы предварительного охлаждения

3.2 Описание схемы автоматизации блока комплексной очистки

3.3 Описание схемы автоматизации блока разделения воздуха

4. Энергоснабжение

5. Экономический раздел

5.1 Расчет годовой производительности установки

воздухоразделения

5.2 Расчёт капитальных вложений

5.3 Определение дополнительного выпуска продукции

5.4 Расчет текущих годовых затрат эксплуатации холодильной установки

6. Безопасность в производственных условиях

6.1 Условия труда. Идентификация вредностей и опасностей

6.2 Идентификация вредности и опасностей. Схема установки воздухоразделения

6.3 Безопасность технологического оборудования и технологического процесса

6.4 Чрезвычайные ситуации. Расчет заземляющего устройства Заключение Литература

Приложения Введение Продукты разделения воздуха входят в состав удобрений, выпускаемых на предприятиях химической промышленности. От качества продуктов разделения воздуха во многом зависит и качество готовой продукции. Это определяется не только высокой технологичностью установленного оборудования, но и от подхода к выполнению своей работы каждым человеком, занятым на производстве.

В целях повышения эффективности криогенного хозяйства, необходимо лучше использовать его основное производство (внедрение нового технологически прогрессивного криогенного оборудования, комплексная автоматизация установки, замена и модернизация устаревшего криогенного оборудования на современное).

Криогенная техника в настоящее время представляет собой высокоразвитую отрасль промышленности, способную удовлетворить самые разнообразные требования, возникающие в связи с необходимостью отводить теплоту от различных объектов при температурах ниже температуры окружающей среды, обеспечить такой уровень температур, который позволит разделить смеси газов на компоненты.

Основное назначение установки разделения воздуха — обеспечить непрерывную подачу сырья потребителям. Эта задача успешно решается созданием непрерывной цепи, т. е. использования комплекса технических средств, обеспечивающих непрерывное воздействие низких температур на газовые смеси, разделение этих смесей на компоненты, изменение их агрегатного состояния и направления в требуемом виде потребителю для дальнейшего использования в производстве.

Установка разделения воздуха представляет собой совокупность технологических агрегатов для создания необходимого диапазона температур.

Задачей данного проекта является реконструкция установки разделения воздуха производительностью 60 т/час по воздуху на базе КОАО «Азот», г. Кемерово. При этом уделить внимание к снижению удельных капитальных затрат на строительство и монтаж оборудования, автоматизацию машин и аппаратов.

1. Технико-экономическое обоснование проекта В данном дипломном проекте разработан проект реконструкции установки разделения воздуха производительностью 60 т/час по воздуху на базе КОАО «Азот», г. Кемерово.

Кемеровское ОАО «Азот» — одно из крупнейших предприятий химической отрасли России, единственный за Уралом производитель минеральных удобрений для аграрного комплекса, взрывчатки — для угледобывающих предприятий, капролактама — для химической промышленности, продукции органического синтеза — для производителей пластмасс и красителей. Качество продукции КОАО «Азот» хорошо известно потребителям в России, Западной Европе, Америке, странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Предприятие входит в состав Сибирского делового союза, что гарантирует постоянный рынок сбыта готовой продукции, полное обеспечение необходимой сырьевой базой и материалами.

Регион обладает мощной транспортной системой: автомобильный и железнодорожный транспорт, авиация. Это позволяет успешно работать предприятию не только в рамках города, но и далеко за его пределами. Ведётся активное взаимодействие с организациями Кемеровской области, Алтайского края, Новосибирской и Томской областями, а также с представителями других стран.

Кемеровское ОАО «Азот» — это мощный производственный комплекс, который состоит из 50 основных и вспомогательных цехов, является одним из градообразующих предприятий города, которое стабильно работает и динамично развивается, ежегодно реализуя насыщенные инвестиционные программы по модернизации оборудования и техническому переоснащению, внедрению новейших технологий для повышения качества продукции и безопасности производства, снижения негативного воздействия на окружающую среду.

Главные цели холдинга — сохранение лидерства в России и высокая конкурентоспособность в целевых сегментах рынка на международном уровне, совмещение экономических успехов с социальной ответственностью и экологической безопасностью. Достижение целей компания связывает с приобретением активов, строительством новых мощностей, внедрением инновационных решений и модернизацией существующих производств. Кемеровское ОАО «Азот» вносит свой неоценимый вклад в развитие отрасли и компании.

Уровень качества производства подтверждается системой менеджмента качества ISO 9001. Сертификат ISO 9001 сегодня является для организации одним из главных факторов доверия со стороны потребителей и заказчиков, необходимым условием участия в конкурсах и тендерах, сотрудничества с западными партнерами. Кемеровское ОАО «Азот» стало одним из первых не только в Кузбассе, но и в России среди крупных химических предприятий, которое сертифицировало в 2003 году систему менеджмента качества на соответствие двум стандартам — национальному и международному.

Экологическая безопасность производства соответствует корпоративной системе экологического менеджмента. КОАО «Азот» сертифицировано с 2008 года в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 14 001:2004 «Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению» и Корпоративных стандартов. Основной стратегической целью деятельности КОАО «Азот» в области экологической безопасности является ликвидация факторов, способных нанести ущерб здоровью работающего персонала предприятия, населению и природным ресурсам. Для минимизации воздействия на окружающую среду на предприятии ведется работа по внедрению мероприятий, направленных на повышение уровня полезного использования природных ресурсов, на сокращение выбросов и сбросов загрязняющих веществ, снижение отходов.

Соблюдается приоритетность планируемых и реализуемых мер по предупреждению воздействий на окружающую среду, персонал и население перед мерами по ликвидации последствий такого воздействия.

Качество выпускаемой продукции и уровень организации производства подтверждается наградами, которыми предприятие было отмечено за всё время своей деятельности. Среди последних достижений можно выделить: дипломант Всероссийской программы" 100 лучших товаров России" капролактам, Россия, Кемерово, 2011 г., диплом лауреата конкурса «Лучшие товары и услуги Кузбасса 2011 года» капролактам Россия, Кемерово, 2011 г., лауреат Всероссийской программы «100 лучших товаров России» сульфат аммония Россия, Кемерово, 2011 г.

Руководство предприятия уделяет большое внимание вопросам модернизации и повышению культуры производства. За последнее время была проведена успешная модернизация ряда цехов: 2011 г. техническое перевооружение системы первого олеумного абсорбера цеха серной кислоты; 2010 г. техническое перевооружение системы подогрева газовой смеси перед сероочисткой в цехе Аммиак-2; цех № 15 — установка системы автоматического управления, регулирования и антипомпажной защиты машинного агрегата КМА-2; перевод на двухгодичный цикл агрегатов цехов Аммиак-1, Аммиак-2, Карбамид; техническое перевооружение блока очистки конвертированного газа, цех Аммиак -1.

В 2013 г. Планируется провести реконструкцию воздухоразделительной установки цеха газового сырья № 2.

Сырьём производства кислорода и азота является атмосферный воздух. Средний состав атмосферного воздуха (в % объёмных) следующий:

— азот 78,10%;

— кислород 20,93%;

— аргон 0,932%;

— криптон 0,0001%;

— ксенон 0,9%;

— водород 0,5%;

— неон 0,0015%;

— гелий 0,0005%;

— радон 610−18.

Забор воздуха осуществляется в районе деревни Горняк. Это сделано для того, чтобы уменьшить количество примесей в исходной воздушной смеси.

Воздухоразделительная установка предназначена для выработки:

газообразного технологического кислорода с объёмной долей не менее 98,0% с избыточным давлением 800 мм. вод.ст.

газообразного технологического азота с объёмной долей 99.992% с избыточным давлением 4,5кгс/см2

жидкого азота с избыточным давлением не более 5,3кгс/см2

Кислород и газообразный азот используется только для нужд предприятия, жидкий азот поступает в ёмкость для дальнейшей реализации потребителям (предприятия города, области). Жидкий азот используют, например, при производстве газированной воды путем добавления в газовое пространство емкости для сохранения вкусовых качеств напитков. Жидкий азот транспортируют в изолированных автоцистернах от бака для хранения, расположенного в цехе, до адресата.

За последние 5 лет из-за роста экономики региона и страны в целом увеличились объёмы выпускаемой продукции (в среднем на 15−20%). Данный цех эксплуатируется с 1983 года и за это время никаких мер по модернизации данного участка не проводилось. Поэтому воздухоразделительная установка имеет большую степень износа установленного оборудования, невозможностью обеспечения требуемых объемов по выпуску продукции, моральным старением и низкой степенью автоматизации оборудования. Контроль работы установки контролируется постоянным присутствием в цехе большого количества людей (одна смена включает в себя 10−12 человек), которые работают в условиях высокого шума, что неблагоприятно сказывается на их здоровье. Модернизация установки позволит уменьшить количество человек в смене (до 5−6) и перенести постоянное место работы из цеха в аппаратное помещение, откуда с помощью приборов автоматизации будет осуществляться контроль за работой установки, а наличие средств защиты сделает эту работу более безопасной и комфортной.

После проведения модернизации воздухоразделительной установки объёмы получаемых продуктов составят:

газообразного технологического кислорода 9 м3/час;

газообразного технологического азота 16 м3/час;

жидкого азота 1000 кг/час.

Предполагается, что технологическая схема будет построена по циклу низкого давления с применением блока комплексной очистки воздуха (для удаления влаги, диоксида углерода, углеводородов и других примесей), нереверсивных теплообменников (для охлаждения за счет подогрева встречных потоков) и турбодетандер-компрессорных агрегатов.

Основной разделительный аппарат будет построен по схеме двукратной ректификации с вводом детандерного потока в верхнюю колонну.

Флегмовое орошение нижней и верхней колонны будет осуществляться за счет части сконденсировавшегося в основном конденсаторе азота. Одновременно основной конденсатор будет являться испарителем для верхней колонны. Для компактности конструкции теплообменные пакеты основного конденсатора будут встроены в верхнюю колонну.

В проектируемой установке для охлаждения воды, поступающей из цеха водоочистки, применим холодильную машину. С её помощью будут охлаждаться потоки начальной воздушной смеси, продукты разделения воздуха и потоки на выходе из установки. В состав холодильной установки войдут: компрессор, конденсатор, ресивер линейный, фильтр-осушитель, терморегулирующий вентиль, испаритель, запорная арматура, система управления. Будут установлены две блочные холодильные машины для попеременной работы.

Предполагается, что чистый жидкий азот будет собираться и хранится в специальном изолированном баке, установленном вне помещения цеха. Это делается для удобства проведения отгрузочных работ при заправке автомобильных цистерн потребителя.

Газообразный чистый азот из нижней колонны, после сепаратора, поступает в теплообменник, подогревается и выдается потребителю под давлением.

Кислород поступает в испаритель, после которого направляется в трубопровод «кислород потребителю».

При проведении модернизации будут учитываться современные тенденции в автоматизации, энергосбережении, экологической безопасности, а также экономический фактор.

2. Конструкторско-технологическая часть

2.1 Расчёт цикла воздухоразделения Схема и цикл установки приведены на рис. 2.1 и рис. 2.2. Параметры в узловых точках цикла — в таблице 2.1.

Рис. 2.1. Схема воздухоразделительной установки ТКм — турбокомпрессор;

ВС — воздушный скруббер;

ХМ — холодильная машина;

ТДК — турбодетандер-компрессорный агрегат;

ОТ — основной теплообменник;

КВ — колонна верхняя;

КН — колонна нижняя.

Таблица 2.1. Параметры узловых точек цикла.

Рис. 2.2. Цикл воздухоразделительной установки Акт — 16/9

Холодопроизводительность данного цикла состоит из следующих показателей:

тепловой эффект:

кДж/кг (2.1)

296−283)=14 кДж/кг.

предварительное охлаждение воздуха (после ТДК):

кДж/кг (2.2)

расширение в ТДК:

(2.3)

совокупный расход воздуха в цикле:

(2.4)

Удельная холодопроизводительность цикла:

+, кДж/кг (2.5)

Полная холодопроизводительность установки разделения воздуха:

(2.6)

2.2 Описание работы установки Технологическая схема построена по циклу низкого давления с применением блока комплексной очистки воздуха, нереверсивных теплообменников и турбодетандер-компрессорных агрегатов. Основной разделительный аппарат построен по схеме двукратной ректификации с вводом детандерного потока в верхнюю колонну.

Воздух, сжатый в турбокомпрессоре ТКм, поступает в воздушный скруббер ВС системы предварительного охлаждения воды и воздуха, где охлаждается холодной водой с температурой (9±1) °С.

После воздушного скруббера воздух поступает в один из двух попеременно работающих адсорберов блока комплексной очистки (БКО), где происходит удаление влаги, диоксида углерода, углеводородов и других примесей из воздуха.

После блока комплексной очистки поток воздуха разделяется на два потока: большая часть потока поступает в дожимающую ступень турбодетандер-компрессорного агрегата ТДК, другая часть потока поступает на охлаждение в пластинчато-ребристый нереверсивный теплообменник.

Пройдя по теплообменнику, воздух охлаждается за счет подогрева потоков отбросного азота, газообразного азота и кислорода, азота под давлением. После охлаждения поток направляется на ректификацию в нижнюю колонну.

Поток воздуха после дожимающей ступени ТДК охлаждается водой в теплообменнике-охладителе, входящем в состав СПОВ, и поступает в теплообменник на дальнейшее охлаждение. Из средней части теплообменника дожатый воздух, направляется через фильтр в турбодетандерную ступень агрегата, где расширяется, и далее поступает на ректификацию в верхнюю колонну.

Флегмовое орошение нижней и верхней колонны осуществляется за счет части сконденсировавшегося в основном конденсаторе азота. Основной конденсатор является испарителем для верхней колонны.

Чистая азотная флегма отбирается из сборника, грязная азотная флегма из нижней колонны дополнительно охлаждается в соответствующих секциях теплообменника и дросселируется в верхнюю колонну. Часть чистой азотной флегмы после в качестве продукта выдается потребителю в жидком виде.

Газообразный чистый и отбросной азот отбираются из верхней колонны, подогреваются в теплообменнике за счет охлаждения прямых потоков. Газообразный чистый азот из нижней колонны, после сепаратора, поступает в теплообменник, подогревается и выдается потребителю под давлением. Кислород поступает в испаритель, после которого направляется в трубопровод «кислород потребителю».

2.3 Подбор основного и вспомогательного оборудования

2.3.1 Подбор скруббера Подбор скруббера осуществляем по величине требуемой поверхности теплообмена, необходимому температурному перепаду и рабочей среде: на входе температура потока воды (6−10)оС, на выходе 18 оС, температура воздуха на входе 100 оС, на выходе (8−12) оС:

кВт, (2.7)

где Q — количество теплоты, которое отводится в данном аппарате;

k — коэффициент теплопередачи поверхности, кВт/(м2К); - разность температур входящего и выходящего потоков воздуха, оС.

м2, (2.8)

м2

Подбираем скруббер воздушный СВ17−1. Технические характеристики приведены в приложении 1.

Конструкция скруббера показана на рис. 2.3. Скруббер состоит из вертикального корпуса 2. установленного на опоре. На корпусе расположены патрубки входа и выхода воздуха, входа и выхода воды. Кроме этого имеются штуцеры для подсоединения дифманометра — перепадомера, для установки термометра, установки датчика сигнализатора уровня. В нижней и средней частях корпуса расположены люки 3. Внутри корпуса расположены насадочные секции, которые состоят из распределителя 4, насадок 5 и 7, между секциями расположен коллектор — распределитель 6. В верхней части корпуса расположен сепаратор.

Вода, охлажденная в холодильной машине, подается в распределитель 4 верхней секции и распределяется по сечению насадки 5, а также поступает на коллектор-распределитель 6 нижней секции и распределяется по сечению насадки 7. При прохождении воздуха через насадку происходит теплообмен между воздухом и водой. Отделение капельной влаги из потока воздуха происходит в сепараторе.

Охлаждение воды, поступающей из цеха водоочистки, осуществляется в холодильной установке блочного типа.

Рис. 2.3. Скруббер воздушный

2.3.2 Подбор холодильной машины Подбор осуществляем по необходимой температуре охлаждённой воды на выходе из испарителя: 9 оС.

Цикл холодильной машины приведён на рис. 2.4.

Температура кипения to=5 оС, температура конденсации tk=30 оС.

Параметры в узловых точках цикла приведены в таблице 2.2.

Массовый расход циркулирующего хладагента MТ, кг/с, определяем по формуле (3):

MТ = Q0/ q0, (2.9)

где q0 — удельная холодопроизводительность ,

Рис. 2.4. Цикл холодильной машины Таблица 2.2. Параметры узловых точек

q0 = (h1 — h4), (2.10)

q0 = 407−236 = 171 кДж/кг,

M = 25/171=0,146кг/с Коэффициент подачи при Рк / Р0 = 1,2/0,6=2 = 0,82

Требуемая производительность компрессора V, м3/с

V = (M v1)/ (2.11)

V= (0,146 0,04) /0,82 = 0,007 м3/с Для охлаждения воды принимаем блочную холодильную установку на базе компрессора CSH8561−125−40Р фирмы «Bitzer». Технические характеристики приведены в приложении 1. Объемная действительная производительность Vд. = 0.3 889 м3/с Действительный массовый расход хладагента Mдейств, кг /с

Mдейств. = (Vд.)/ v1, (2.12)

Mдейств. = (0,3 889 0,82) /0,04 = 0,798 кг/с Теоретическая мощность компрессора Nт, кВт

Nт = Mдейств. (h2 — h1), (2.13)

Nт = 0,798 (434−413) = 17 кВт Индикаторная мощность компрессора Ni, кВт

Ni = NT / i, (2.14)

где i = 0,75 — индикаторный КПД,

Ni = 17 /0,75 = 22,6 кВт Электрическая мощность, потребляемая из сети NЭ, кВт

NЭ = Ni / мех, (2.15)

где мех. = 0,9 — механический КПД,

NЭ = 22,6/0,9 = 25,2 кВт Тепловая нагрузка на конденсатор в теоретическом цикле Qк. теор, кВт

Qк.теор = Ml (h2 — h3) (2.16)

Qк. теор. = 0,798 (434−236) = 198 кВт Действительная холодопроизводительность Qод., кВт

Qод. =Mдейств. q0, (2.17)

Qод. = 0,798 171 = 136,5 кВт В состав холодильной установки также входят: конденсатор (пластинчатый теплообменник с пластинами из нержавеющей стали), ресивер линейный, фильтр-осушитель, терморегулирующий вентиль, испаритель (теплоизолированный кожухотрубный теплообменник, корпус выполнен из углеродистой стали, трубки, имеющие внутреннюю накатку и наружное оребрение, выполнены из меди), запорная арматура, система управления (реле низкого и высокого давления для защиты компрессора, манометры показывающие, на нагнетательном и всасывающем патрубках компрессора, датчики температуры и давления, обеспечивающие контроль параметров и управления работой системы, реле потока для контроля расхода хладоносителя через испаритель, пылевлагозащитный шкаф управления установки). Устанавливаются две блочные холодильные машины для попеременной работы.

2.3.3 Подбор адсорбера Подбор адсорбера осуществляется по количеству воздушной смеси, проходящей через аппарат в единицу времени.

Подбираем два адсорбера АГ-22/28. Технические характеристики приведены в приложении 1.

Адсорбер состоит из корпуса с патрубками входа воздуха и выхода воздуха, двух люков для загрузки цеолита, одного люка для загрузки и досыпки оксида алюминия и четырёх люков для досыпки цеолита. В верхнем конусе, ограничивающим слой цеолита, расположен смотровой люк. Внутри, корпус образует полость, не засыпаемую адсорбентами. Заполняется адсорбер цеолитом и оксидом алюминия. Между слоями адсорбента выведен патрубок для отбора воздуха на анализ влагосодержания. Между слоями осушителя и цеолита есть маленький лючок для осмотра полости адсорбера. Люки досыпки цеолита снабжены патрубками подачи воздуха для равномерного распределения засыпаемого цеолита.

Принцип действия адсорбера основан на способности осушителя

(оксида алюминия) поглощать влагу, а цеолита очищать проходящий воздух от диоксида углерода, углеводородов и других примесей.

По истечению времени защитного действия адсорбенты регенерируется.

Через патрубок входа воздух попадает в адсорбер, распределяется по кольцевому сечению и по длине слоя оксида алюминия, проходит его и, осушенный, поступает в кольцевой слой цеолита, где окончательно очищается и через патрубок выхода воздуха выходит из аппарата.

Досыпка цеолита в адсорбер в процессе эксплуатации осуществляется через четыре досыпных устройства.

2.3.4 Подбор основного теплообменного аппарата Подбор пластинчато-ребристый нереверсивный теплообменника осуществляется по необходимому объему внутреннего пространства:

м3, (2.18)

где S — суммарное поперечное сечение аппарата, м2;

H — высота аппарата, м. Принимаем 10 м.

м2 (2.19)

м3.

Подбираем аппарат производства фирмы «Nordon», предназначенный для охлаждения воздуха в верхней части аппарата, поступающего в установку. Конструкция представлена на рис. 2.5. Технические характеристики приведены в приложении 1.

Охлаждение происходит за счет теплообмена с выходящими из установки обратными потоками. Одновременно, в нижней части аппарата (переохладитель) происходит охлаждение кубовой жидкости, грязной и чистой азотной флегмы за счет теплообмена с входящими потоками отбросного и чистого азота.

Воздухоразделительные установки низкого давления для получения технологического кислорода или азота комплектуются только детандерами турбинного типа, которые включаются на потоке вещества перед входом в верхнюю колонну. Поэтому подбор осуществляется из линейки агрегатов НПО «Криогенмаш» по величине расхода проходящего потока в единицу времени.

Рис. 2.5. Основной теплообменник

2.3.5 Подбор турбодетандер — компрессорного агрегата Подбираем агрегат турбодетандер-компрессорный ДТК-6,3/0,8. Предназначен для понижения температуры воздуха в холодильном цикле установки АКт-16/9 путём его расширения в турбодетандере с отдачей внешней работы дожимающиму компрессору. Схема агрегата приведена на рис. 2.6.

Турбоагрегат представляет собой изделие, состоящее из:

ходовой ступени — модуля 11;

маслоагрегата для обеспечения подачи масла на подшипники модуля;

системы подачи газа на наддув лабиринтов и на управление (для исключения попадания масла в проточные части модуля перед пуском.

Рис. 2.6. Маслосистема турбодетандер-компрессорного агрегата АК11 — гидроаккомулятор МБ11 — маслобак Мд11 — модуль (детандер-компрессор) Н521 — насос масляный СП11 — флексифибер (сепоратор паров масла) Ув11 — Слив воды из ТО11

ТО11 — теплообменник (охлаждение масла) Ф13 — фильтр грубой очистки Фд11 — сдвоенный фильтр тонкой очистки ЭН11 — электронагреватель масла Кв11 — холодная вода в ТО11

К33 — байпас по маслу КР11 — капан перепускной К35 — слив масла турбоагрегата в работу и запирания холодных утечек из детандерной ступени модуля при работе турбоагрегата, а также для подачи газа на пневмоуправление блоком арматуры 7;

блока управления и контроля для контроля технологических параметров турбоагрегата и передачи информации в АСКУ ВРУ.

Для уменьшения холодопотерь в окружающую среду корпус детандера закрывается кожухом и заполняется теплоизоляционным материалом.

Из средней части теплообменника дожатый воздух, направляется в турбодетандерную ступень, где расширяется, и далее поступает на ректификацию в верхнюю колонну.

2.3.6 Подбор нижней и верхней колонн Предварительное разделение воздуха на азот и кубовую жидкость происходит в нижней колонне.

Подбор колонны осуществляем по заданному расстоянию между тарелками Н=150 мм:

м/с, (2.20)

где w — скорость потока в колонне, сж — плотность жидкой фазы в колонне, кг/м3

сп — плотность жидкой фазы колонны, кг/м3

Подбираем нижнюю колонну МН-20/49. Конструкция нижней колонны приведена на рис. 2.7. Технические характеристики приведены в приложении 1.

Колонна предназначена для предварительного разделения воздуха на азотную флегму и обогащенный кислородом воздух (кубовую жидкость).

Колонна выполнена в виде цилиндрического сосуда, состоящего из корпуса 2 с приваренными днищами. В корпусе расположено контактное

устройство 1 с ректификационными тарелками, раскрепленные горизонтально с определенным шагом. Ректификационные тарелки ситчатого типа, двухпоточные с прямолинейным током жидкости.

Разделение в колонне происходит при взаимодействии потоков пара и жидкости на ректификационных тарелках. Поднимаясь вверх по колонне пар барботирует через жидкость, находящуюся на тарелках, в результате чего происходит тепломассообмен между потоками. При многократном повторении этого процесса на каждой тарелке воздух, поднимаясь вверх, постоянно обогащается низкокипящим компонентом-азотом, который отбирается в основные конденсаторы через патрубок «Выход газообразного азота».

Из куба колонны через патрубок «Выход кубовой жидкости» отводится кубовая жидкость — обогащенный кислородом воздух. Из патрубка «Слив жидкости» сливается жидкость при остановках блока разделения воздуха Флегмовое орошение нижней и верхней колонны осуществляется за счет части сконденсировавшегося в основном конденсаторе азота Одновременно основной конденсатор является испарителем для верхней колонны.

Для компактности конструкции теплообменные пакеты основного конденсатора встроены в верхнюю колонну.

Подбор верхней колонны аналогичен подбору нижней колонны. Подбираем колонну верхнюю МВ-23/74. Конструкция приведена на рис. 2.8, технические характеристики — в приложении 1.

Колонна предназначена для окончательного разделения воздуха, поступающего в нее в виде кубовой жидкости, жидкого азота и детандерного потока на азот и кислород.

Верхняя колонна состоит из двух частей: ректификационной части и конденсатора. Ректификационная часть колонны выполнена в виде цилиндрического сосуда, состоящего из корпуса 2 с приваренными днищами.

В корпусе расположены ректификационные тарелки 3, двухпоточные с прямолинейным током жидкости. В верхней колонне имеются люки 1, люк в нижней части колонны для осмотра состояния внутренней полости, люк в верхней части колонны для контроля состояния и горизонтальности ректификационных тарелок. Колонна снабжена патрубками для ввода и вывода технологических потоков, а также штуцерами для подсоединения к указателям уровня жидкости и гидравлического сопротивления колонны.

Рис. 2.7. Нижняя колонна Рис. 2.8. Колонна верхняя

2.3.7 Подбор конденсатора-испарителя Подбор конденсатора осуществляется по определению необходимой вместимости трубного и межтрубного пространства.

Объём межтрубного пространства составляет 0.37 м3. Ближайший выпускаемый НПО «Криогенмаш» вариант с межтрубным пространством 0.44 м3. Подбираем конденсатор KB 7/6−1, который предназначен для испарения жидкого кислорода, обогащенного углеводородными примесями и криптоно-ксеноновым концентратом, за счет конденсации газообразного воздуха. Конструкция приведена на рис. 2.9, технические характеристики — в приложении 1.

Конденсатор выполнен в виде сварного цилиндрического сосуда имеющего корпус поз.1, внутри которого встроен змеевик поз.2 из алюминиевых теплообменных трубок. В верхней части корпуса размещена камера поз.3 с трубной решеткой поз.4, над которой выпущены концы теплообменных трубок поз.5. Конденсатор снабжен патрубками входа, выхода технологических продуктов, а также имеет штуцера для подключения к указателям уровня жидкого кислорода в камере и жидкого воздуха в межтрубном пространстве змеевика.

Жидкий кислород, обогащенный углеводородными примесями в основных конденсаторах-испарителях, подается в трубное пространство змеевика через патрубок, расположенный в нижней части. В змеевике кислород частично испаряется за счет теплообмена с конденсирующемся в межтрубном пространстве воздухом. Газообразный кислород отбирается из верхней камеры и возвращается в верхнюю ректификационную колонну, неиспарившаяся часть жидкого кислорода выводится с трубной решетки камеры на дальнейшее испарение.

Газообразный воздух поступает в межтрубное пространство на конденсацию через патрубок «Вход газообразного воздуха» Воздух конденсируется на поверхности теплообменных труб и стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора. Жидкий воздух выводится через патрубок «Слив жидкого воздуха» .

Чистая азотная флегма отбирается из сборника, грязная азотная флегма из нижней колонны дополнительно охлаждается в соответствующих

секциях теплообменника и дросселируется в верхнюю колонну. Часть чистой азотной флегмы после в качестве продукта выдается потребителю в жидком виде.

Жидкий кислород поступает в испаритель, после которого направляется в трубопровод «кислород потребителю».

Рис. 2.9. Конденсатор KB 7/6−1

2.3.8 Подбор испарителя Подбор испарителя осуществляем по величине требуемой вместимости аппарата. Подбираем испаритель ИГ-0,3 НПО «Криогенмаш». Технические характеристики приведены в приложении 1, конструкция изображена на рис. 2.10.

Испаритель ИГ-0,3 выполнен в виде цилиндрического сосуда с приваренными к нему патрубками для ввода и вывода рабочих продуктов. Аппарат состоит из корпуса 2, крышки 1, трубчатки 3, опорной лапы 4.

Процесс испарения происходит следующим образом:

Жидкие продукты разделения воздуха подаются в трубное пространство испарителя через патрубок. В трубках жидкие продукты разделения воздуха испаряются и подогреваются до положительных температур и в виде газа выводится через патрубок «Слив конденсата» .

Водяной пар конденсируется на теплообменной поверхности трубчатки 3 и выводится через патрубок.

Рис. 2.10. Испаритель ИГ-0.3

2.3.9 Подбор сепаратора для отделения жидкости Подбор осуществляется в зависимости от величины проходящего потока смеси газа и жидкости. В данной схеме сепаратор устанавливается на выходе потока из нижней колонны, соответственно, подбор осуществляется согласно выбранной нижней колонне. По рекомендациям НПО «Криогенмаш» подбираем сепаратор ВП-5/0,6−0,02. Технические характеристики приведены в приложении 1, конструкция изображена на рис. 2.11.

Сепаратор состоит из корпуса 1 с приваренными днищами и патрубками входа и выхода потоков. Внутри корпуса установлен сепарационный пакет 4, выполненный в виде набора гофрированных пластин, между которыми образованы каналы волнообразного профиля.

Предварительное отделение крупных капель жидкости происходит при расширении потока на входе в аппарат. Окончательное отделение капель жидкости происходит в сепарационном пакете 4 под действием сил инерции при изменении направления движения потока в волнообразных каналах.

Рис. 2.11. Сепаратор ВП-5/0,6−0,02

Капли жидкости осаждаются на поверхности гофрированных пластин и стекают в нижнюю часть пакета, откуда отводятся по трубе 2 через гидрозатвор 3 в нижнюю часть корпуса. Газ, прошедший через сепарационный пакет, выводится из аппарата через патрубок Выход газа" .

2.3.10 Подбор сборника жидкого азота Подбор осуществляем в зависимости от требуемого объёма получения готового продукта. В данной схеме эта величина составляет 1000 кг/час. Подбираем сборник С-0,63/0,6. Технические характеристики приведены в приложении 1, конструкция изображена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Сборник С-0,63/0,6

Сборник состоит из цилиндрического корпуса и приваренных к нему днищ. Сборник снабжен патрубками для подачи в аппарат жидкого азота и вывода жидкого азота из аппарата, выхода азотной флегмы. Газ отводится через штуцер «Выход паров азота» .

3. Описание схемы автоматизации В современной технике под автоматизацией понимают комплекс технических мероприятий, частично или полностью исключающих участие людей в том или ином технологическом процессе. Говоря об автоматизации холодильных машин и установок, обычно имеют в виду автоматизации их работы в период эксплуатации.

Автоматизацию холодильных машин и установок осуществляют в целях повышения их экономической эффективности и обеспечения безопасности работы людей. Повышение экономической эффективности достигается вследствие уменьшения эксплуатационных расходов и затрат на ремонт оборудования, а безопасность эксплуатации — применением автоматических устройств защищающих установки от работы в опасных режимах.

Различают две степени автоматизации — полную и частичную.

При частичной автоматизации устройства автоматики управляют только некоторыми технологическими операциями. Поэтому требуется непрерывное обслуживание и наблюдение со стороны технического персонала. Однако по сравнению с неавтоматизированной установкой трудоемкость обслуживания существенно уменьшается.

При полной автоматизации устройства автоматики полностью управляют основными процессами, что позволяет отказаться от непрерывного обслуживания. Обслуживание может быть периодическим (один раз в сутки, в неделю, и т. д.) или по необходимости с участием персонала.

3.1 Описание схемы автоматизации системы предварительного охлаждения Измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз. 2) контролирует количество входящей воздушной смеси в установку, термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 AllaN-Bradley (поз.8) — температуру, манометр показывающий технический МП AllaN-Bradley (поз.22) — давление. Температура потока воздуха регулируется при помощи термореле ТIRAНSH48/8 (поз.9), которое при достижении 5оС подаёт сигнал на закрытие соляноидных вентилей подачи охлаждённой воды (поз. 98, 99) на насадки скруббера. При повышении температуры до 20 оС подаётся сигнал на открытие данных вентилей.

Подача воды на скруббер осуществляется центробежными водяными насосами. Защита насосов осуществляется реле давления KP1A (поз. 18, 19), которое при достижении значения 0.2 МПа подает сигнал на отключение привода электродвигателя насоса (поз. 96, 97). На нагнетательном трубопроводе установлен манометр показывающий технический МП AllaN-Bradley (поз. 16, 19) для визуального контроля уровня давления.

Пуск компрессорного агрегата осуществляется по сигналу термореле ТIRAНSH45 (поз.6) при достижении температуры воды на выходе из испарителя 9 оС. При этом подается сигнал пускатель электродвигателя компрессора (поз. 82), на открытие соляноидного вентиля подачи холодильного агента в испаритель (поз.95).

Приборы защиты контролируют следующие технологические величины:

температуру нагнетания (поз. 13) термореле KP 77 и давление нагнетания реле давления РIR509 — при достижении заданного значения подается сигнал на отключение компрессора и срабатывает аварийная сигнализация;

давление всасывания (поз.23) реле давления РIR505 — при достижении заданного значения давления подается сигнал на отключение компрессора и срабатывает аварийная сигнализация;

проток воды через маслоохладитель (поз. 11) ДРС. М-20−25А — при достижении заданного значения давления подается сигнал на отключение компрессора и срабатывает аварийная сигнализация;

контролируется разность давлений в системе смазки компрессора (поз. 78, 90) — при достижении заданного значения давления

подается сигнал на отключение компрессора и срабатывает аварийная сигнализация.

Для контроля и автоматизации работы горизонтального испарителя установлены реле разности температур РРТ-2 О-10С, которое при достижении 8 0С подаёт сигнал на открытие вентиля подачи хладагента (поз. 14); измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN Bradley (поз.105) показывает количество охлажденной воды, вышедшей из испарителя.

3.2 Описание схемы автоматизации блока комплексной очистки Параметры входящего потока воздуха измеряются термометром сопротивления тип ТПТ-1−1 AllaN-Bradley (поз. 134), который установлен на входе в адсорбер. Давление потока после адсорбера контролируется манометром показывающим технический МП (поз.27). Наличие примесей углеводородов в воздухе определяется газоанализатором ULTRATGE (поз. 29).

Давление потока в фильтре грубой очистки контролируется по датчику сопротивления (поз 28), с помощью чего определяется степень

загрязнённости фильтра и необходимость его прочистки или замены.

Количество влаги в потоке воздуха на входе в ТДК и основной теплообменник контролируется анализатором влажности SAMPLEOUTLET (поз.77), температура воздуха — термометром сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз 26).

3.3 Описание схемы автоматизации блока разделения воздуха Регулятор протока Датчик типа EJA530A AllaN-Bradley (поз. 106) регулирует работу ТДК. При достижении значения протока воздуха 4900м3/ч подаётся сигнал на пуск агрегата — магнитные пускатели поз. 43, 107, 108. При работе агрегата осуществляется защита следующих параметров среды:

температура и давление воздуха на выходе из компрессорной ступени термореле ТIRAНSH68 (поз. 39) и реле давления РIR512. При достижении значения температуры 520С или давления 900 кПа подается аварийная сигнализация, происходит остановка работы ТДК;

давления всасывания в ТДК Реле давления РIR504 (поз.35) при достижении значения 560 кПа подается аварийная сигнализация, происходит остановка работы ТДК;

контроль протока охлаждающей воды через маслоохладитель ТДК ДРС. М-20−25А (поз. 111). При значении протока 1,5 м3/ч подается аварийная сигнализация, происходит остановка работы ТДК;

контроль величины разности давлений в системе смазки ТДК — Реле разности давления MP 55A (поз. 101 110). При значении 0,2 МПа подается аварийная сигнализация, происходит остановка работы ТДК;

контроль температуры масла из подшипников ТДК Термореле ТIRAНSH76 (поз. 42). При достижении 650С подается аварийная сигнализация, происходит остановка работы ТДК;

контроль величины давления на входе в детандерную ступень ТДК Реле давления РIR509 (поз. 31). При достижении значения 900 кПа подается аварийная сигнализация, происходит остановка работы ТДК.

При работе ТДК ведётся контроль следующих параметров:

температура и давление масла в маслобаке термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 и манометр показывающий технический МП (поз. 41, 109);

температура воздуха на входе в компрессорную ступень ТДК термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз. 40);

температура и давление воздуха на входе в детандерную ступень ТДК (поз. 32, 37) термометр сопротивления тип ТПТ-1−1,манометр показывающий технический МП;

температура и давление воздуха на выходе из детандерной ступени ТДК (поз. 33, 38) термометр сопротивления тип ТПТ-1−1,манометр показывающий технический МП.

При работе установке ведётся контроль уровня жидкости в нижней и верхней колоннах. Реле уровня EVRA 8800 показывает верхний (поз.56 и57) 80% уровень, а также нижний 20% уровень (поз. 70, 71). При достижении заданных значений подаётся сигнал на магнитные пускатели соляноидных вентилей (поз. 112, 113). Также осуществляется контроль уровня давлений в колоннах с помощью манометров показывающих технический МП (поз. 54, 55).

Защита и контроль при работе конденсатора-испарителя осуществляется при помощи реле уровня EVRA 8800 минимального и максимального заполнений (поз. 114, 115, 116, 72) и солядоидных вентилей (поз 117, 118), на которые приходят сигналы при изменении уровня жидкости в аппаратах. Контроль уровня давления осуществляется с помощью манометра показывающий технический МП (поз 119). Значения температуры и количества проходящего вещества контролируется по термометру сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз.120), измерителю расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз.121).

При работе контролируются следующие параметры:

температура, расход и давление пара на входе в испаритель: измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз.49) манометр показывающий технический МП (поз. 58) термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз. 68);

температура пара на выходе из испарителя: термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз. 69).

Контролируются параметры веществ на выходе готового продукта из установки воздухоразделения:

на трубопроводе «Азот низкого давления потребителю»: измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз.46), манометр показывающий технический МП (поз.52), термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз.65), газоанализатор CGA 351−3H1 (поз. 74);

на трубопроводе «Азот высокого давления потребителю»: измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз.47), манометр показывающий технический МП (поз.53), термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз.66), газоанализатор CGA 351−3H1 (поз. 75);

на трубопроводе «Азот жидкий потребителю»: измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз.130), манометр показывающий технический МП (поз.131), термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз.132), газоанализатор CGA 351−3H1 (поз. 133);

на трубопроводе «Кислород потребителю» измеритель расхода датчик типа EJA110A AllaN-Bradley (поз.45), манометр показывающий технический МП (поз.51), термометр сопротивления тип ТПТ-1−1 (поз.67), газоанализатор CGA 351−3H1 (поз. 73).

Места установок приборов контроля, марки приборов, их характеристики и уровни установки приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Перечень приборов контроля