Установка КжК-0,5

Воздухоразделительная установка КжК-0,5 предназначена для производства жидкого и газообразного технического кислорода, а также жидкого азота.

Работа установки возможна в 4-х режимах:

Режим I .  Производство  жидкого технического кислорода I-го сорта.

Режим II .  Производство газообразного технического кислорода I-го сорта под давлением.

Режим III .  Производство жидкого кислорода под давлением.

Режим IV .  Производство жидкого азота.

Установка сохраняет устойчивую работоспособность в интервале температур от минус 40 ⁰С до плюс 40 ⁰С. Установку допускается эксплуатировать в районах с сейсмичностью до 8 баллов.

 

   Технические характеристики

 

Наименование параметра	Значение параметра
		Режим II	Режим III	Режим IV
1. Объемная (массовая) производительность установки в каждом из режимов, не менее:
Кислород жидкий, кг/ч	500
Кислород газообразный, м3/ч		560
Кислород жидкий под давлением, кг/ч			450
Азот жидкий, кг/ч				500
2. Чистота продуктов разделения, % об. О2, не менее
Кислород жидкий и газообразный I-го сорта	99,7
Азот жидкий				1*
3. Давления продуктов разделения на выходе не более, МПа (кгс/см2)
Кислород жидкий	0,0392 (0,4)		2,45 ( 25 )
Кислород газообразный		19,61 ( 200 )
Азот жидкий				0,392 ( 4 )
4. Массовая концентрация водяных паров в газообразном кислороде, соответствующая точке росы минус 70 0С, не более, кг/м3 (г/м3)	2,8 . 10-6  (2,8 . 10-3)

 * чистота азота может достигать 0,0001 % об. О₂ в зависимости от пожеланий Заказчика.

Примечания 

1. Допускается отклонение объемной (массовой) производительности установки в каждом из режимов в интервале 5 % от номинального значения. Все расходы продуктов разделения воздуха указаны при нормальных условиях:

- температуре - t_Н = 20 ⁰С,

- давлении - Р_Н = 101325 Па ( 760 мм рт.ст. ),

- влажности  = 0.

    2.      Производительность установки рассчитана, исходя из следующих условий:

- минусовой допуск на  производительность компрессора не превышает 5%;

- условия всасывания: давление Р_НОМ = 760 мм рт.ст., температура  t_НОМ = 20 ⁰С,

  влажность   = 70 % ;

- потери воздуха на продувки и утечки не превышают 5 %.

    3.     При изменении температуры, давления и влажности всасываемого воздуха

          производительность установки подлежит пересчету;

    4.     Установка сохраняет работоспособность при минимальном объемном расходе воздуха, поступающего на разделение 2700 м³/ч и максимальном объемном расходе воздуха – 3350 м³/ч.

    5.     Содержание остальных компонентов :

- в жидком техническом кислороде по ГОСТ 6331

- в газообразном кислороде по ГОСТ 5583,

- в жидком азоте по ГОСТ 9293.

    6.     Значения давлений продуктов разделения указаны как избыточные.

 

1.2. Энергетические показатели

 

Наименование показателей	Норма
1. Установленная мощность токоприемников, кВт
Электродвигатель воздушного компрессора	630
Водоохлаждающей холодильной машины	9
Низкотемпературного холодильного агрегата	23
Электроподогревателя блока очистки	90
Электродвигатель маслонасоса турбодетандера	4
Электродвигатель водяного насоса	4
Электродвигатель насоса жидкого кислорода	15
Система контроля и управления	5
Итого, для всей установки:	780
3. Расход охлаждающей воды, м3/ч	110

 Примечание .  Потребление электроэнергии приведено без учета отогревов и пусков установки.

 

1.3. Показатели функционального назначения

 

Наименование параметра	Норма
1. Назначенный ресурс до остановки для отогрева, суток
2. Длительность пускового периода, ч	10
3. Длительность отогрева, ч	6
4. Назначенный срок службы, лет	20
5. Средний срок службы до капитального ремонта, лет	8

 

2. КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ ОБОРУДОВАНИЯ

 

 

Наименование	Обозначение по схеме
1. Блок разделения	БР
2. Блок очистки	БО
3. Компрессор воздушный 4ВМ10-55/71	К
4. Влагоотделители	А1, А12, А13
5. Теплообменник-ожижитель	А2
6. Холодильная машина типа 1МКТ-20-2-0 с гидромодулем (насос вихревой консольный ВК 2/26А и бак)	ХМ1
7. Водяной теплообменник-стабилизатор	А3
8. Низкотемпературный холодильный агрегат типа АКР-25	ХМ2
9. Хладоновый теплообменник	А5
10. Турбодетандерный агрегат, включая станцию смазки	ТД
11. Теплообменник безопасности	А11
12. Испаритель быстрого слива	И
13. Электроподогреватель	А14
14. Комплект монтажных элементов
15. Комплект межблочной арматуры
14. Комплект запасных частей
16. Система контроля и управления
17. Комплект эксплуатационных документов

 

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТАНОВКИ

 

Работа установки базируется на цикле среднего давления с использованием умеренного холода и расширением части воздуха в турбодетандере. Принцип действия установки – разделение воздуха методом низкотемпературной ректификации.

 

Краткое описание технологического процесса.

 

            Описание работы установки КжК-0,5 и обозначение аппаратов в соответствии со схемой, приложенной к данному техническому предложению (см. ниже).

 

            Режим I  – производство жидкого технического кислорода .

 

Атмосферный воздух в количестве ≈ 3300 м³/ч (1 кмоль/кмоль п.в.) сжимается  в компрессоре до давления 6.7…7.0 МПа и после охлаждения в концевом холодильнике компрессора, при температуре до 313 К направляется во влагоотделитель А1, а затем в теплообменник-ожижитель А2, где за счет теплообмена с обратным потоком отбросной азотной фракции его температура достигает 285…287 К.

Далее воздух проходит водяной теплообменник-стабилизатор А3, с помощью которого поддерживается постоянной температура воздуха до и после блока очистки. В теплообменнике А3 осуществляется теплообмен между потоками влажного (до блока очистки), сухого (после блока очистки) воздуха и воды, поступающей из холодильной машины ХМ1. Постоянная циркуляция воды обеспечивается гидромодулем, состоящим из водяного консольного насоса ВК2/26А и бака. Наличие в схеме теплообменника А3 позволяет стабилизировать температуры воздуха перед блоками очистки и разделения, а также снимать «пиковые» тепловые нагрузки, возникающие в момент переключения адсорберов блока очистки, когда температура сухого воздуха временно может достигать 40⁰С.

Предварительно охлажденный воздух попадает в блок комплексной цеолитовой очистки и осушки воздуха БО , где его осушают от паров воды , очищают от углекислоты и углеводородов.

Сухой и чистый воздух после блока очистки при температуре 283 К делится на два потока. Одна часть воздуха в количестве 0.53 кмоль/кмоль поступает в основной трехсекционный теплообменник А4 блока разделения установки. В этом аппарате происходит основное охлаждение воздуха за счет теплообмена с обратным потоком газообразного отбросного азота, отходящего из узла ректификации установки.

Остальная часть воздуха (0.47 кмоль/кмоль) направляется в А5 - хладоновый теплообменник . В этом аппарате охлаждается воздух до 243 К за счет кипения хладона в межтрубном пространстве, поступающего из холодильной машины ХМ2.

Далее этот поток воздуха поступает на дальнейшее охлаждение в среднюю зону основного теплообменника. Весь поток воздуха, пройдя среднюю зону основного теплообменника А4 охлаждается до температуры 190 К и далее делится на две части.

Большая часть воздуха (0.73 кмоль/кмоль) выводится на расширение в турбодетандер ТД, а остальной поток (0.27 кмоль/кмоль) охлаждается в нижней зоне основного теплообменника и дросселируется в регулирующем клапане ВР₁ до давления нижней колонны.

Поток воздуха после турбодетандера ТД соединяется с дроссельным потоком воздуха и поступает на разделение в куб нижней колонны А6. В нижней колонне воздух разделяется на обогащенную кубовую жидкость (33 % об. 0₂) и азотную  флегму.

Кубовая жидкость отбирается из куба колонны А6, охлаждается в соответствующей секции переохладителя А8 до 97,5 К, дросселируется через клапан ВР₂ в межтрубное пространство переохладителя жидкого кислорода А9 и направляется в среднюю часть верхней колонны А7.

Поток азотной флегмы, отбираемый из кармана нижней колонны проходит, соответствующую секцию переохладителя А8, охлаждается там на 11...12 град ниже температуры насыщения, а затем дросселируется через клапан ВР₃ в верхнюю колонну на ее орошение.

В верхней колонне А7 происходит окончательное разделение воздуха на газообразную азотную фракцию концентрацией 10…11 % О₂ и жидкий кислород концентрацией 99,7 % О₂.

Отбросной азот охлаждает последовательно азотную флегму и кубовую жидкость в переохладителе А8, а затем при температуре 96…97 К поступает в межтрубное пространство основного теплообменника. Пройдя последовательно межтрубные пространства трех секций основного теплообменника и теплообменника-ожижителя, отбросной азот нагревается до температуры 310 К. Часть этого потока используется для регенерации и охлаждения блока очистки, а остальное сбрасывается в атмосферу.

Жидкий кислород из куба верхней колонны в количестве 500 кг/ч отбирается в трубное пространство переохладителя А9, где охлаждается до температуры 87…88 К, и через клапан ВР₄ сливается    в криогеннуюемкость потребителя. Насос жидкого кислорода в этом режиме отключен.                                                                                                                                      

 

Принципиальная схема воздухоразделительной установки КжК-0,5

 

Режим II – производство газообразного технического кислорода высокого давления

 

В этом режиме давление воздуха после компрессора снижается до 5…5,5 МПа. Низкотемпературная холодильная машина отключена. Подключается насос жидкого кислорода – Н1, который нагнетает жидкий кислород после переохладителя А9 в количестве 0,194 кмоль/кмоль в трубки основного теплообменника А4. В нем кислород газифицируется, далее подогревается в теплообменнике-ожижителе А2 и при температуре 298..300 К выдается потребителю. Максимальное давление кислорода на выходе – 19,6 МПа.

 

Режим III –

 

Работа в этом режиме аналогична режиму I. Жидкий кислород нагнетается насосом Н1 в сеть потребления. Давление в сети не должно превышать 2, 45 МПа.

 

Режим IV –производство жидкого азота.

 

Работа установки в этом режиме аналогична режиму I. Отличие заключается в том, что поток азотной флегмы, отбираемый из кармана нижней колонны А6 проходит, соответствующую секцию переохладителя А8, охлаждается там на 11 град ниже температуры насыщения, а затем делится на две части. Один поток (0.134 кмоль/кмоль) направляется в трубы переохладителя А10, охлаждается до 82 К и выдается через клапан ВР₅ потребителю  в качестве  жидкого продукта. Остальная   часть азотной флегмы дросселируется через клапан ВР₃ в межтрубное пространство  переохладителя  А10 для охлаждения азота-продукта, а затем поступает в верхнюю колонну. Т.к. в этом режиме не производится технологический отбор жидкого кислорода, то для обеспечения проточности к онденсатора установки производится принудительный слив небольшого количества жидкости (0,5 % от перерабатываемого воздуха) из куба верхней колонны в теплообменник безопасности А11. В этом аппарате происходит испарение сливаемой жидкости за счет теплообмена с проточной водой. Это необходимо для предотвращения возможного накопления ацетилена и других углеводородов в жидком кислороде, кипящем в конденсаторе блока разделения.                                                                                                                                              

ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВКИ

 

4.1. Система предварительного охлаждения.

Система предназначена для предварительного охлаждения воздуха перед блоком комплексной очистки. В состав системы предварительного охлаждения входят: теплообменник-ожижитель, теплообменник водяной и водоохлаждающая холодильная машина  с гидромодулем.

Теплообменник-ожижитель предназначен для охлаждения воздуха обратными потоками кислорода и азота. Теплообменник водяной предназначен для стабилизации температуры воздуха, направляемого в блок очистки и в блок разделения.

Теплообменники системы предварительного охлаждения представляют собой витые трубчатые аппараты. Навивка выполнена из медных труб. Корпуса аппаратов изготовлены из углеродистой стали.

Холодильная машина типа 1МКТ 20-2-0 представляет собой холодильный агрегат с водяным охлаждением и работает совместно с водяным гидромодулем, арматурой и системой управления. Гидромодуль, состоящий из насоса ВК-2/26А и бака с водой, обеспечивает циркуляцию воды через испаритель холодильного агрегата и водяной теплообменник, а также аккумуляцию холода за счет массы воды в баке.

Технические характеристики холодильной машины:

 

- количество заправляемого хладогента R-22 – 30 кг;

- количество заправляемого масла – 7.5 кг;

- масса машины– 650 кг;

- температура охлаждающей воды от 1 до 33 ⁰С;

- расход охлаждающей воды при 30 ⁰С – 9 м³/ч;

- расход хладоносителя (воды) - 5 м³/ч;

- хладоноситель – вода при температуре 2 ⁰С.

 

4.2. Хладоновый теплообменник.

Хладоновый теплообменник предназначен для охлаждения части перерабатываемого воздуха до 243 К за счет кипения хладона R-22. Хладоновый теплообменник представляет собой витой аппарат с навивкой из медных труб и является испарителем для низкотемпературного холодильного агрегата.

 

4.3. Низкотемпературный холодильный агрегат.

Низкотемпературный компрессорно-конденсаторный агрегат АКР-25 предназначен для охлаждения части воздуха до температуры минус 36 ⁰С. Агрегат представляет собой компрессорно-ресиверную систему с необходимой аппаратурой, регулирующей, запорной и предохранительной арматурой, контрольно-измерительными приборами. В качестве хладагента используется R22.

Технические характеристики агрегата:

- количество заправляемого хладогента R-22 – 80 кг

- количество заправляемого масла – 20 кг

- масса агрегата – 900 кг

- температура охлаждающей воды от 1 до 33 ⁰С;

- расход охлаждающей воды при 30 ⁰С – 13 м³/ч

 

4.5. Блок комплексной очистки воздуха.

Блок очистки воздуха предназначен для осушки и очистки воздуха от диоксида углерода и углеводородов. Осушка и очистка воздуха осуществляется адсорбционным методом. Процесс очистки происходит в двух адсорберах, один из которых работает в режиме очистки воздуха, а другой – в режиме регенерации адсорбента. Регенерация адсорбента осуществляется потоком отбросного азота, нагретого в электроподогревателе до температуры 350 ^оС. После завершения процесса нагрева адсорбента до температуры 200 ^оС происходит охлаждение адсорбера тем же потоком азота.

Блок очистки воздуха включает в себя адсорберы, фильтры очистки воздуха от пыли адсорбента, арматуру, трубопроводы и контрольно-измерительные приборы. Все оборудование блока очистки, кроме адсорберов, смонтировано на едином каркасе. Блок очистки является изделием повышенной заводской готовности.

Адсорберы блока очистки представляют собой стальные сварные сосуды объемом 1,0 м³, заполненные синтетическим цеолитом типа NaХ.

 

4.6. Блок разделения.

Блок разделения предназначен для разделения воздуха на требуемые компоненты методом низкотемпературной ректификации. Блок разделения включает в себя теплообменную аппаратуру, ректификационные колонны, турбодетандер, насос сжиженного газа, запорную и регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы.

Материалы оборудования блока разделения – нержавеющая сталь, медь и медные сплавы, алюминиевые сплавы.

Все оборудование блока разделения смонтировано в едином кожухе, внутреннее пространство которого заполнено изоляционным материалом – песком перлитовым.

Блок разделения является изделием полной заводской готовности.

Габаритные размеры – 2100х3300х10500 м

Масса блока разделения с перлитом – 10 000 кг.

 

4.6.1. Основной теплообменник.

В основном теплообменнике происходит основное охлаждение воздуха за счет теплообмена с обратными потоками азота и кислорода, отходящими из узла ректификации. Конструктивно теплообменник выполнен в виде трехсекционного витого трубчатого аппарата из медных труб, оребренных проволокой. Корпус аппарата изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Теплообменник представляет собой трехпоточный параллельно-витой аппарат.

 

4.6.2. Ректификационные колонны.

В состав блока разделения входят две ректификационные колонны, расположенные одна над другой. В нижней колонне происходит разделение воздуха на жидкий азот и обогащенную кислородом жидкость.

Верхняя колонна предназначена для окончательного разделения воздуха на чистый жидкий кислород и отбросной газообразный азот. В нижней части верхней колонны находится пластинчато-ребристый конденсатор-испаритель, который предназначен для обеспечения условий протекания процесса ректификации в колоннах.

Ректификационные колонны представляют собой цилиндрические сосуды с установленными внутри ситчатыми ректификационными тарелками с сепарацией фаз.

Корпуса колонн изготовлены из нержавеющей стали, ректификационные тарелки – из алюминиевого сплава.

Конденсатор-испаритель – пластинчато-ребристый аппарат, изготовленный из алюминиевого сплава.

 

4.6.3. Переохладители.

В состав блока разделения входят четыре переохладителя жидкостных потоков. Переохладители предназначены для охлаждения криогенных жидкостей до температур ниже температур насыщения с целью более полного извлечения продуктов разделения воздуха.

Переохладители представляют собой витые трубчатые аппараты из медных труб. Корпуса аппаратов изготовлены из нержавеющей стали.

 

4.6.4. Турбодетандерный агрегат.

Турбодетандерный агрегат предназначен для расширения воздуха с производством холода и включает в себя активно-реактивную турбину и станцию смазки. Ротор турбины установлен на опорах с «масляным клином». Работа детандера расходуется на трение в масляном тормозе.

Турбина установлена в блоке разделения воздуха.

Станция смазки предназначена для охлаждения и обеспечения циркуляции масла в контуре турбодетандерного агрегата. В состав станции входят бак, насос, холодильник, арматура и контрольно-измерительные приборы.

Оборудование станции смазки изготовлено из нержавеющей стали и смонтировано на едином каркасе.

 

4.6.5. Насос сжиженного газа.

Насос сжиженного газа предназначен для перекачивания жидкого кислорода с целью получения газообразного кислорода под давлением до 19,6 МПа.

 Насос представляет собой поршневую машину с одноступенчатым редуктором и возможностью регулирования производительности. Регулирование производительности осуществляется с помощью частотного преобразователя.

 

4.7. Система контроля и управления.

Системой автоматизации предусматривается:

- автоматическое регулирование технологических параметров с целью поддержания их заданного значения;

- дистанционное управление с персонального компьютера запорными и регулирующими органами и механизмами;

- отображение технологического процесса на мнемосхеме;

- технологическая и аварийная сигнализация;

- защитные блокировки;

- контроль всех необходимых технологических параметров, показания и регистрация.

Система автоматического контроля и регулирования установкой выполнена на базе программируемого контроллера фирмы «MOELLER» либо «SIEMENS», Германия и рабочего места оператора на базе персонального компьютера «Pentium».

Контроллер фирмы «MOELLER» представляет собой программируемое устройство, позволяющее реализовать заданный алгоритм управления дискретными устройствами и ПИД-регулирование в замкнутых контурах поддержания технологических параметров.

Значения параметров процесса, контролируемые датчиками температуры, давления, разности давлений и газоанализаторами поступают в контроллер, обрабатываются и индицируются на мониторе рабочего места оператора.

Рабочее место оператора представляет собой персональный компьютер в следующей комплектации: вычислительный блок, монитор, блок бесперебойного питания, клавиатура, манипулятор «мышь» и принтер.

Контроллер связан с установкой с помощью модулей ввода/вывода и совместно с персональным компьютером осуществляет:

- контроль параметров установки;

- реализацию предусмотренных блокировок при выходе параметров за границы установленных диапазонов;

- учет времени работы и архивирование данных о работе установки

В качестве привода управляемой арматуры используются пневмоцилиндры фирмы «Camozzi S.P.A.», Италия.

 

МОНТАЖ И РАЗМЕЩЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

 

Оборудование установки КжК-0,5 поставляется в виде блоков и агрегатов высокой заводской готовности. Монтаж межблочных аппаратов и арматуры; подсоединение системы предварительного охлаждения и привязка к сети распределения продуктов разделения воздуха выполняется в минимальные сроки.

Шеф-монтаж оборудования, пуск и наладку установки могут осуществить специалисты ПКФ «Криопром» по взаимной договоренности с заказчиком.

В помещении размещается только то оборудование, которое не может быть установлено на открытом воздухе. Вне здания устанавливаются: блок разделения,  адсорберы блока очистки и испаритель быстрого слива. Блоки очистки и разделения передней панелью примыкают к проему в стене станции, внутрь которой входит вся арматура, турбодетандер, насос жидкого кислорода и местные приборы контроля. Для блока разделения и адсорберов блока очистки необходим бетонный фундамент, к которому они крепятся фундаментными болтами.

Монтаж оборудования должен производится только:

 – по индивидуальным или типовым проектам, разработанной специализированной организацией с учетом требований нормативно-технической документации;

 – персоналом специализированной монтажной организации, имеющим соответствующую квалификацию.

Размер помещения по типовому проекту такой станции составляет 18 х 18 м. Высота здания – 7,2 м. В здании должен быть предусмотрен мостовой кран грузоподъемностью не менее 5 т. По желанию заказчика может быть разработан план помещении воздухоразделительной станции других размеров.

 

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВКИ

 

6.1. Требования к перерабатываемому воздуху

Давление воздуха, подаваемого в компрессор должно быть не менее 0,094 МПа.

Предельно допустимое содержание примесей в перерабатываемом воздухе не должно превышать для:

-  твердых частиц и пыли                                                        – 30 мг/м³ ;

-  ацетилена                                                                               – 1,1 мг/м³  (1 см³/м³);

-  высших ацетиленовых углеводородов, в сумме                 – 0,5 мг/м³;

-  предельных и непредельных углеводородов

С₃ – С₄ (кроме пропана),                                                          – 2 мг/м³;

-  непредельных углеводородов С₅ – С₆, в сумме                  – 0,05 мг/м³;

-  углеводородов: этана, этилена, пропана, в сумме             – 10 мг/м³;

-  окислов азота                                                                         – 1,25 мг/м³ ;

-  окислов серы                                                                         – 20 мг/м³ ;

-  окислов сероуглерода                                                           – 0,15 мг/м³ ;

-  содержание масла                                                                 – 0,02 мг/м³ ;

-  содержание СО₂                                                                    – 350 см³/м³;

Содержание капельного масла не допускается.

 

6.2. Требования к охлаждающей воде

Охлаждающая вода, должна отвечать следующим требованиям:

-         жесткость, не более                                                            – 3,6 мгэкв/л;

-         напор, в пределах                                                               – 3….5 кгс/см²;

-         содержание взвешенных веществ,                                    – 30 мг/л;

-         содержание масла, не более                                              – 20 мг/л;

-         реакция рН, в пределах                                                      – 6….9.

Минимальная температура воды, подаваемой в испаритель быстрого слива, не должна быть более 10⁰С.

 

6.3. Требования к воздуху для КИП

Расход воздуха, не более – 60, м³/ч.

Давление, не менее     – 5,6 кгс/см².

Класс загрязненности воздуха – 1 по ГОСТ 17433.

Воздух для КИП и А обеспечивается по проекту станции. Допускается использовать для этих целей воздух после блока очистки.

 

6.4. Требования к электропитанию

Параметры электропитания, обеспечивающие работу установки, должны быть следующими:

-         напряжение питания электродвигателя компрессора – 6 кВ или 10 кВ

-         напряжение питания остального оборудования – 380 В / 220 В

-         частота, 50 Гц .

 

 

Производитель - ООО ПКФ "Криопром"