Теплообменник детандерного воздуха № IV

Теплообменник (рис. 2.3) предназначен для охлаждения отбросным газом воздуха, поступающего в блок разделения после детандера с температуры -120°C до температуры -170°C. При этой температуре и давлении 6 атм воздух представляет собой насыщенный пар. Теплообменник состоит из 7 медных трубок 10×1.5. Диаметр теплообменника - 134 мм.

Рис. 2.3. Теплообменник детандерного воздуха

Рабочее давление:

- в воздушных трубках - 6 атм;

- в межтрубном пространстве - до 0.7 атм;

Переохладитель жидкого азота № III

Переохладитель (рис. 2.4) служит для переохлаждения отбросным газом жидкого азота с температуры -180°C до температуры -188° при отборе к насосу на газовом режиме. Такое переохлаждение необходимо для обеспечения нормальной работы насоса. Переохладитель состоит из 3 медных трубок 8×1 мм намотанных на сердечник и заключенных в общую обечайку. Диаметр переохладителя 140 мм.

Рабочее давление:

- в воздушных трубках - 6 атм;

- в межтрубном пространстве - до 0.7 атм;

Рис. 2.4. Переохладитель жидкого азота

2. Узел ректификации Ректификационная колонна № I

Колонна (рис. 2.5) предназначена для разделения жидкого воздуха на жидкий азот и отбросной газ. Представляет собой аппарат, состоящий из трех частей.

Средняя часть - трубчатый корпус, собранный из обечаек заполненных ситчатыми тарелками.

Рис. 2.5. Ректификационная колонна

Нижняя, расширенная часть – испаритель, представляет собой латунный цилиндрический сосуд, в котором находится змеевик, навитый из медных трубок 12×2 мм. Во время работы блока разделения в испарителе находится жидкий воздух обогащенный кислородом до 22 – 25 %. По трубкам змеевика проходит воздух высокого давления, который охлаждается жидким воздухом, частично его испаряя. Образующиеся пары поднимаются вверх по колонне через отверстия в тарелках. Навстречу парам сверху стекает флегма, одна часть которой поступает из вентиля Р-1, а другая образуется при конденсации паров в трубном пространстве конденсатора. В результате тепломассообмена пара и флегмы, пар обогащается азотом, а жидкость – кислородом. Причем чем выше сечение колонны, тем пар богаче азотом и наоборот.

В верхней части колонны расположен конденсатор, служащий для образования жидкого азота. В межтрубном пространстве кипит обогащенный жидкий воздух, поступающий из испарителя через дроссельный вентиль Р-2. В трубках конденсатора конденсируется азот, часть которого идет на орошение колонны, часть попадает в карманы, откуда отбирается как продукт (в емкость или к насосу). Конденсатор имеет 625 медных трубок 8×0.5 мм и высоту между трубными решетками 200 мм. В верхней части конденсатора находится сепаратор, служащий для отделения капель жидкости от уходящего газа.

Давление в колонне до 6 атм. Давление в межтрубном пространстве конденсатора до 0.7 атм. Вокруг колонны находится емкость II для накопления жидкого азота, теплоизолированная аэрогелем.

3. Фильтры

Фильтр детандерного воздуха № VII

Фильтр (рис. 2.6) служит для очистки от масла воздуха, поступающего из детандера. Состоит из трех перфорированных стаканов, обтянутых фильтрующей тканью (перкаль и сукно). Стаканы вставлены один в другой и прикреплены к крышке фильтра. Общая фильтрующая поверхность 0.22 м². При работе на жидкостном режиме фильтр необходимо заменять через 12 суток.

Рис. 2.6. Фильтр детандерного воздуха

Фильтр на линии жидкого азота № VIII

Фильтр (рис. 2.7) служит для улавливания инородных частиц перед клапаном насоса жидкого азота. Фильтрующим элементом является латунная сетка.

Рис. 2.7. Фильтр на линии жидкого азота

Фильтр на линии утечек жидкого азота в карманы конденсатора № IX

Фильтр (рис. 2.8) необходим для очистки от графитовой пыли утечек азота из насоса, возвращаемых в карманы конденсатора. Представляет собой латунный цилиндр со вставленным во внутрь стаканом из пористого металла

Все аппараты блока разделения размещены и закреплены в кожухе и засыпаны изоляцией – мипорой. Для выемки фильтра детандерного воздуха в кожухе предусмотрена специальная крышка. Вся арматура и щит управления с приборами для контроля расположены на кожухе. Для отогрева блока разделения имеется подогреватель воздуха, расположенный в блоке очистки, где воздух подогревается до температуры 70-80 °C и затем через коллектор отогрева поступает в блок разделения.

Рис. 2.8. Фильтр на линии утечек жидкого азота в карманы

конденсатора

Описание технологической схемы

Установка работает по схеме высокого давления с детандером, колонной однократной ректификации и насосом жидкого азота (рис. 2.9).

Воздух высокого давления после 5-й ступени компрессора поступает в ожижитель VI блока разделения, затем в блок предварительного охлаждения, после чего в блок комплексной очистки. Затем осушенный и очищенный воздух направляется в основной теплообменник V, где охлаждается за счет обратного потока отбросного газа (жидкостный режим). Далее воздух проходит змеевик испарителя, после чего дросселируется в вентиле Р-1 и виде парожидкостной смеси поступает на 5-ю тарелку колонны I. Тепло, отданное воздухом высокого давления в испарителе, передается жидкому, обогащенному кислородом воздуху и частично его испаряет. Поднимающиеся вверх пары при контакте со стекающей по тарелкам жидкостью обогащаются азотом, а жидкость – кислородом. Пары азота поступают в трубное пространство конденсатора, где конденсируются за счет кипения жидкости в межтрубном пространстве, непрерывно подаваемой из испарителя через дроссельный вентиль Р-2. Одна часть сконденсировавшегося жидкого азота сливается на тарелки колонны и вступает в ректификацию, а другая попадает в карманы конденсатора, откуда, проходя переохладитель III, отбирается к насосу X (газовый режим) через фильтр VIII или через вентиль Р-3 в емкость.

Рис. 2.9. Технологическая схема установки АЖА – 0,04

Насос перекачивает жидкий азот в основной теплообменник V, где он испаряется и частично нагревается за счет прямого потока воздуха. Затем, пройдя ожижитель VI, азот нагревается до температуры на 3-5 °C ниже температуры поступающего в ожижитель воздуха и идет на рампу для наполнения баллонов.

При работе жидкостного насоса имеются утечки азота, которые возвращаются обратно в карманы конденсатора проходя по пути фильтр IX.

В ряде случаев (при пуске блока разделения для сокращения пускового периода, при работе на жидкий азот, а также при работе на газообразный азот в условиях тропического климата) часть воздуха направляется в детандер через вентиль З-24. После поршневого детандера поток воздуха проходит через фильтр VII, очищаясь от масла, уносимого из детандера. Далее поступает в детандерный теплообменник, и охладившись в нем до температуры насыщения за счет потока отбросного газа, поступает в колонну. На линии из фильтра детандерного воздуха в детандерный теплообменник поставлен обратный клапан ОК-1 для того, чтобы жидкость испарителя не попала в фильтр детандерного воздуха (при сбросе избыточного давления перед фильтром или неисправности предохранительного клапана), поскольку это может привести к взрыву.

Эксплуатация блока разделения

Основными регулирующими вентилями блока разделения являются: Р-1, Р-2, З-8.

Вентилем Р-1 регулируется давление поступающего воздуха в блок разделения.

Вентилем Р-2 регулируется подача жидкого воздуха в межтрубное пространство конденсатора и уровень в испарителе.

Вентилем З-8 регулируется температура воздуха, поступающего на блок очистки после ожижителя. При комплектации установки блоком предварительного охлаждения данный вентиль закрыт. При открытии вентиля уменьшается холодопроизводительность аппарата, что приводит к снижению уровней жидкости. Для компенсации холодопотерь необходимо поддерживать рабочее давление таковым, чтобы не происходило падение уровней.

Выполнение работы

1. Ознакомится с назначением блока разделения установки АЖА-0.04, используя описание в методическом руководстве, схемы и стенд.

2. Изучить устройство блока разделения установки АЖА-0.04.

3. Изучить конструкцию и особенности работы теплообменной аппаратуры, ректификационной колонны однократной ректификации и фильтров блока разделения, используя описание в методическом руководстве, схемы и стенд.

4. Рассмотреть технологическую схему получения газообразного и жидкого азота.

5. Составить отчет.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение и основные параметры блока разделения воздуха установки АЖА – 0,04?

2. Какие аппараты входят в состав блока разделения воздуха? Их конструкция и особенности работы?

3. Технологический процесс получения жидкого и газообразного азота на установке АЖА – 0,04?

4. Принцип действия колонны однократной ректификации блока разделения воздуха установки АЖА – 0,04?

5. Основные элементы управления и регулирорвания блока разделения воздуха установки АЖА – 0,04?

Лабораторная работа №3 Установка для получения жидкого азота из атмосферного воздуха зиф – 1002

Цель работы: Изучение принципа действия и правил эксплуатации криогенной газовой машины ЗИФ-1002 с колонной однократной ректификации, и ее составных частей.

Содержание работы: Во время лабораторной работы студенты в производственном помещение азотного отделения криогенной лаборатории ВГТУ изучают устройство и принцип действия отдельных узлов установки ЗИФ - 1002, их назначение и основные правила безопасной и эффективной эксплуатации, осуществляют некоторые операции по эксплуатации установки под надзором преподавателя и представителя производства.

Назначение установки: Установка ЗИФ-1002 предназначена для получения жидкого азота непосредственно из воздуха (см. рис. 3.1).

В отличие от оборудования аналогичного назначения воздух, поступающий непосредственно в установку не подвергается предварительному сжатию. Это позволяет исключить загрязнение азота маслом, до минимума снизить вес, упростить конструкцию и обеспечить высокую надежность установки при эксплуатации.

Установка предназначена для эксплуатации в помещении при температуре окружающего воздуха от +10 до +35 ^оС, влажностью не более 80% при 25 ^оС, температуре охлаждающей воды от 1 до 30 ^оС и барометрическом давлении 866 – 1066 ГПа (650–800 мм рт. ст.), что соответствует высоте над уровнем моря до 1000 м.

Установка состоит из одноцилиндровой криогенной газовой ма­шины ЗИФ-1000, обеспечивающей получение температуры до минус 200°С и азотной колонны ЗИФ-1001, в которой происходит разделе­ние воздуха и получение жидкого азота.

Технические данные установки

1. Рис. 3.1. Установка для получения жидкого азота ЗИФ-1002