Отбросной азот с концентрацией 96,7% в количестве 60000 нм3/ч пройдя через (Е3316, Е3117А/В) направляется на регенерацию адсорберов блока комплексной очистки (А2626А/В) в количестве 39000 нм3/ч. Остальное количество идёт в азотный скруббер (Е2417).
Жидкий кислород накапливается в кубе верхней колонны (Т3212), откуда насосом (Р3366А/В) в количестве 232000 нм3/ч он перекачивается в основной конденсатор (Е3226), остальная часть идёт на орошение колонны сырого Kr-Xe(Т5111) в количестве 5900 нм3/ч.
Есть также возможность подачи жидкого кислорода потребителю. В основном конденсаторе (Е3226) происходит частичное испарение жидкого кислорода, за счёт конденсации азота.
В результате испарившейся кислород, смешивается с избытками продукционного кислорода из колонны Kr-Xe(Т5111), возвращается в В.К. Часть оставшегося жидкого кислорода подаётся в середину колонны сырого Kr-Xe(Т5111), а часть идёт по защищенному циркуляционному контору через адсорберы (АЖК А3327А/В) в количестве 19700 нм3/ч и возвращается в середину (Т5111). В колонне сырого Kr-Xe происходит разделение на:
· продукционный кислород, который пройдя основной теплообменник (Е3118) подаётся потребителю в количестве 33000 нм3/ч;
· кубовую жидкость, содержащую 0,5% Kr-Xe.
Кубовая жидкость подаётся на всасывание насоса сырого Kr-Xe(Р5266), который сжимает смесь до 50 бар, таким образом происходит сдвиг газообразного состояния в сверхкритическую область. Сжатая жидкая смесь сырого Kr-Xe испаряется в (Е5216) за счёт теплообмена с оборотной водой АВО и подаётся в линию комбината.
Из аргонной части верхней колонны (Т3212) отбирается аргонная фракция концентрацией 88% в количестве 31000 нм3/ч в колонну сырого аргона (Т4110) и (Т4111), где продолжается обогащение газовой аргонной фракции. Из куба (Т4110) жидкость перекачивается насосом (Р4565) в В.К. в количестве 28000 нм3/ч. «Пары» аргона из (Т4110) вдуваются вниз колонны (Т4111) в количестве 31600 нм3/ч, где происходит окончательное отделение аргона от кислорода.
Из куба колонны технического аргона (Т4112) жидкость насосом (Р4566) подаётся на орошение колонны (Т4110), в количестве 30900 нм3/ч. Из головы колонны технического аргона (Т4111)газообразный аргон подаётся в конденсатор (Е4116), где он частично конденсируется за счёт испарения кубовой жидкости.
Испарившаяся и оставшаяся в жидком состоянии кубовая жидкость возвращается в верхнюю колонну.
Не сконденсированный аргон из (Е4116) в количестве 1100 нм3/ч поступает в колонну чистого аргона (Т4112), где происходит дополнительное очищение аргона от азота, этот азот отдувается из головы (Т4112).
Жидкий аргон высокой чистоты подаётся из куба колонны (Т4112) потребителю.
Для получения Ne+He+H2 смеси предусмотрена колонна (Т6111). Из куба (Т6111) жидкость подаётся в конденсатор дефлегматор, где она смешивается с жидким азотом из основного конденсатора (Е3226).
После испарения жидкости азот в количестве 620 Нм3/ч пройдя основной теплообменный аппарат (Е6124) сбрасывается в атмосферу. Продукционный Ne-He составом около 50% отбирается из-под крышки (Т611) и через теплообменник(Е6124) подаётся потребителю в количестве 8 нм3/ч.
Слив жидкости и продувка аппаратов низкотемпературной части ВРУ осуществляется через сливной коллектор на эжектор, где испарение жидких продуктов осуществляется воздухом из общецехового коллектора.
Предусмотрен также коллектор отогрева с воздухом КИПа для местного отогрева и продувки агрегатов: ТДК; Р3366А/В; Р4565; Р4566.
Система АВО представлена азотным (Е2417) воздушным (Е2416) скрубберами; 8 водяными насосами: Р2466А/В, Р2467А/В, Р8466А/В/С/D; градирней (Е8412А/В/С); системой водоподготовки. Подпиточная вода с цехового коллектора держит уровень в ванне градирни (Е8412А/В/С) постоянным.
В градирне происходит охлаждение воды с плюс 28 ?С до 25?С.
Из ванны градирни двумя из четырех насосами (Р8466А/В/С/D) вода давлением 5 бар и расходом 500 нм3/ч подаётся в прямой коллектор холодной воды.
Из этого коллектора часть воды отбирается в систему водоподготовки состоящую из фильтра (S8646) и насосов химической очистки воды (Y8486).
Оставшейся поток воды идёт в теплообменный аппарат (Е5216); охлаждение (Е3421). В количестве 150 Нм3/ч вода из прямого коллектора идёт на всос насосов воды (Р2466А/В), и подаётся в середину воздушного скруббера.
Остальная часть воды подаётся наверх азотного скруббера, где она охлаждается отбросным азотом доплюс 16 ч 17 ?С.
Из куба азотного скруббера одним из насосов холодной воды (Р2467А/В) вода в количестве 80 нм3/ч подаётся наверх воздушного скруббера, где окончательно охлаждает воздух.
Из куба воздушного скруббера вода поступает в обратный коллектор, откуда попадает на охлаждение в градирню (Е8412А/В/С).
В обратный коллектор также возвращается вода из (Е5216; Е3421; Е3435А/В) и конденсат из (Е2617). Прямой и обратный коллектор являются общими для ВРУ №4 и ВРУ №5.
2. Расчет теплообменного аппарата Е2617
Теплообменный аппарат (ТОА) это устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому).
Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели, испарители и как охладители.
В данной выпускной квалификационной работе рассматривается азотный испаритель. В технологической схеме имеет обозначение Е2217.
Схематично участок БКО ВРУ «Linde» представлен на рис.1.
Рисунок 1- Схематическое изображение участка БКО ВРУ «Linde»
Отличие расчета испарителей от расчета теплообменников (нагревателей) и холодильников связано в основном с изменением расчета коэффициентов теплоотдачи, поскольку теплообмен сопровождается изменением агрегатного состояния теплоносителей.
Подогрев азота на данном этапе технологической схемы ведется с целью его отвода для регенерации адсорберов, заполненных цеолитом. Поглощающая способность цеолитов зависит от адсорбируемого газа; она наименьшая для.
Поэтому длительность цикла очистки воздуха и размеры адсорберов при использовании цеолитов определяются степенью очистки воздуха от двуокиси углерода.
После насыщения адсорбционную способность цеолитов необходимо восстановить, т.е. провести их регенерацию.
Регенерацию адсорбента проводят противотоком.
В целях экономии расхода чистого азота для регенерации цеолитов азот из блока, разделения воздуха поступает в подогреватель регенерирующего газа (E2617) и нагретый в нем до 160°С:170°С направляется на десорбцию цеолита в адсорбер (А2626B или А2626А).
Из регенерирующего адсорбера азот выбрасывается в атмосферу, а конденсат перекачивается насосами обратно к источнику (котлу), для повторного превращения в пар.
Давление перегретого пара на входеp=15 кгс/см2;
Температура перегретого пара на входе
Давление конденсата на выходеp=15кгс/см2;
Температура конденсата на выходе
Расход греющий среды
Температура азота на входе
Давление азота на входе p=150мбар;
Температура азота на выходе
Давление азота на выходе p=150мбар;
Расход нагреваемой среды
2.1 Тепловой конструктивный расчет ТОА
Расчет теплообменника проводят последовательно в соответствии с общей блок-схемой [1].
Определение тепловой нагрузки в соответствии с уравнением теплового баланса:
Разобьем ТОА на 3 участка:
I. пар перегрет;
II. конденсация пара;
III. охлаждение конденсата.
Произведем раздельно расчет каждого участка.
1)Определение температуры нагреваемой среды на переходных участках
Для этого построим схему движения теплоносителей в ТОА и отметим все характерные точки:
Рисунок 2- Характер изменения температур рабочих сред при противотоке.
где
где, [2]
2) Определение средне логарифмического напора:
Участок I:
Участок II:
Участок III:
4)Определим среднюю разность температур:
Для теплоносителя, температура которого изменяется в ТОА на меньшее число градусов, среднюю температуру определяют, как среднее арифметическое между начальной и конечной.
Участок I:
Таблица 1-Изменение температур греющей и нагреваемой среды
УчастокII:
Таблица 2- Изменение температур греющей и нагреваемой среды
Участок III:
Таблица 3-Изменение температур греющей и нагреваемой среды
Решение вопроса о том, какой теплоноситель направить в трубное пространство, обусловлено его температурой, давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять поверхности теплообмена, расходом и др. В рассматриваемом испарители в трубное пространство целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом, т. е. пар. Это позволит выровнять скорости движения теплоносителей и соответствующие коэффициенты теплоотдачи, увеличивая таким образом коэффициент теплопередачи.
5)Определим количество труб в ТОА:
Зададимся скоростью движения в трубах
Суммарная площадь сечения труб тогда будет равна:
где, -плотность пара, м3/кг.
Площадь сечения одной трубы:
6)Определим количество труб (n):
Уточним скорость движения в трубах:
7)Произведем расчет коэффициента теплоотдачи для трубного пространства.
Участок I:
Определим число Рейнольдса по формуле:
где,
Т.к. , режим течения турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах для тур-булентного режима движения найдем из уравнения:
где,
Nu- критерий Нуссельта:
где,- Критерий Прандтля.
Участок II:
Определим число Рейнольдса по формуле:
где,
Т.к. , режим течения турбулентный
Коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного пара внутри горизонтальных и вертикальных труб определяется по следующему уравнению[3]:
где, - коэффициент теплоотдачи при сплошном потоке конденсата внутри трубы, Вт/(м2 •К);
- соответственно плотность пара и жидкости в состоянии насыщения, м3/кг.
Участок III:
Определим число Рейнольдса по формуле:
где,
Т.к. , режим течения турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах для тур-булентного режима движения найдем из уравнения:
где,
8) Произведем расчет коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве:
Участок I:
Определим число Рейнольдса по формуле:
Задаемся скоростью азота
где,[5]
Т.к. , режим течения турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах для тур-булентного режима движения найдем из уравнения:
где,
где, о-угол атаки обтекания потока (для шахматного расположения труб =0,6)
Участок II:
Определим число Рейнольдса по формуле:
Задаемся скоростью азота
где,
Т.к. , режим течения турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах для тур-булентного режима движения найдем из уравнения:
Участок III:
Определим число Рейнольдса по формуле:
Задаемся скоростью азота
где,
Т.к. , режим течения турбулентный.
Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах для турбулентного режима движения найдем из уравнения:
Примечание:
Задались такими значениями скорости азота, так как с ростом температуры увеличивается и скорость, соответственно падает плотность азота, которая была посчитана для каждого участка:
1=0,9035м3/кг;2=1,01337м3/кг;3=1,285 м3/кг.
9) Определение коэффициента теплопередачи.
где,dср ,dвн ,dнар - средний, внутренний и наружный диаметры трубы, м;
lст - коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/(м·К);
a1----,a2-------коэффициенты теплоотдачи для внутренней и внешней стороны трубы, Вт/(с);
Rзаг- термическое сопротивление загрязнений с обеих сторон стенки, (м2·К)/Вт;
При вычислении dср необходимо руководствоваться следующим правилом:
а) если a1 ? a2, то dср = dнар;
б) если a1 = a2, то dср = 0,5(dнар +dвн);
в) если a1 ? a2, то dср = dвн.
Участок I:
=
Участок II:
= Вт/м2
Участок III:
=,442