1.5.1 Выбор конструкции основного аппарата
По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:
- поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, причем тепло передается через поверхность этой стенки;
- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при переменном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;
- смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.
Устройства теплообменных аппаратов.
Кожухотрубчатые теплообменники состоят из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучок труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой – в пространстве между кожухом и трубами (межтрубное пространство).
Достоинства кожухотрубчатых теплообменников: компактность, небольшой расход металла, легкость отчиски труб изнутри (за исключением теплообменников с U-образными трубами).
Недостатки таких теплообменников: трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями, трудность очистки межтрубного пространства и малая доступность его для осмотра и ремонта, трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки (чугун, ферросилид и др.).
Теплообменники «труба в трубе». Такие теплообменники включают несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы большого диаметра и концентрически расположенной внутри нее трубы. Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой и наружные трубы. Для возможности очистки внутренние трубы соединяют при помощи съемных калачей.
Преимущества этих теплообменников: высокий коэффициент теплопередачи вследствие большой скорости обоих теплоносителей, простота изготовления.
Недостатки: громоздкость, высокая стоимость ввиду большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене; трудность очистки межтрубного пространства.
Оросительные теплообменники. Оросительные теплообменники состоят из змеевиков, орошаемые снаружи жидким теплоносителем (обычно водой), и применяются главным образом в качестве холодильников. Змеевики выполнены из прямых горизонтальных труб, расположенных друг над другом и последовательно соединенных между собой сваркой или на фланцах при помощи калачей. Орошающая вода подается на верхнюю трубу, стекает с нее на нижележащую трубу и, пройдя последовательно по поверхности всех труб, стекает в поддон, расположенный под холодильником.
Достоинства: пониженный расход охлаждающей воды; простота устройства и дешевизна; легкость осмотра и наружной очистки труб.
Недостатки: громоздкость; сильное испарение воды; чувствительность к колебаниям подачи воды; при недостатке воды нижние трубы не смачиваются и почти не участвуют в теплообмене.
Погружные теплообменники состоят из змеевиков, помещенных в сосуд с жидким теплоносителем. Другой теплоноситель движется внутри змеевиков. При большом количестве этого теплоносителя для сообщения ему необходимой скорости применяют змеевики из нескольких параллельных секций.
Преимущества: простота изготовления; доступность поверхности теплообмена для осмотра и ремонта; малая чувствительность к изменениям режима вследствие наличия большого объема жидкости в сосуде.
Недостатки: громоздкость; неупорядоченное движение (незначительная скорость) жидкости в сосуде, в результате чего теплоотдача снаружи змеевиков происходит путем свободной конвекции с невысоким коэффициентом теплоотдачи; трудность внутренней очистки труб.
Вывод: в связи с вышеперечисленными достоинствами и недостатками рассмотренных видов теплообменников выбирается погружной теплообменник типа котел утилизатор.
Котел-утилизатор прямоточный сепараторного типа УС-2,6/39 предназначен для утилизации тепла нитрозных газов с выработкой энергии энергетического пара давлением 3,92 МПа и температурой 440±10 ˚С. Включает два испарительных пакета, два пароперегревателя, размещенных в корпусах контактных аппаратов (температура нитрозных газов после них понижается от 850 до 300˚С), и один экономайзер, где питательная вода подогревается от 150 до 250 ˚С, а температура нитрозных газов снижается до 200-230 ˚С.
Высота – 5750 мм
Диаметр – 2770 мм
Поверхность теплообмена – 368 м2
1.5.2 Характеристика оборудования
Контактный аппарат (КА) предназначен для окисления аммиака до оксида азота. Состоит из 2-х частей: верхняя часть с картонным фильтром, который служит для тонкой очистки АВС, нижняя часть с катализаторными сетками – для окисления аммиака. Картонный фильтр состоит из 5-ти фильтровальных пакетов, заключенных в цилиндрический корпус, и изготовлен из фильтровального картона ФМП-1. нижняя часть – катализаторная сета из платинородиевопалладиевого сплава и слой неплатинового железохромового катализатора.
Диаметр – 3020 мм
Высота – 4200 мм
Диаметр сеток – 2900 мм
Вес сеток – 6184-7260 г
Активная поверхность катализаторной сетки – 11м2
Содержание: платины – 92,5%
Родия – 3,5 %
Палладия – 4,0 %
Диаметр проволоки – 0,09 мм
Число сплетений – 1024 на см2
Аппарат для очистки воздуха (ОВ) предназначен для очистки воздуха от механических загрязнений.
Поверхность фильтрации рукавных фильтров – 220 м2
Диаметр тарельчатого промывателя – 3000мм
Диаметр фильтра – 4000 мм
Высота – 11800 мм
Подогреватель АВС (ПА) предназначен для подогревания аммиачно-воздушной смеси нитрозными газами.
Диаметр – 1100 мм
Высота – 4645 мм
Диаметр трубок – 38 х 2,5 мм
Поверхность теплопередачи – 190 м2
Газовый холодильник-промыватель (ХП) предназначен для охлаждения и промывки нитрозного газа от аммонийных солей.
Д = 2800 мм;
Н = 5440 мм;
Fзмеевиков = 110 м2;
øтр. = 38х2,5 мм
Количество ситчатых тарелок – 3
Деаэрационная колонна (ДК) предназначена для деаэрации смеси ХОВ и парового конденсата, поступающей на питание котлов-утилизаторов.
Д = 1100 мм;
Н = 2530 мм.
1.6 Автоматизация технологического процесса и аналитический контроль производства
1.6.1 Автоматизация технологического процесса
Под автоматизацией понимают применение методов и средств автоматики для управления производственным процессом.
Конечной целью автоматизации является создание полностью автоматизированного производства, где роль человека сведется к составлению режимов и программ технологических процессов, к контролю за работой приборов, ЭВМ и их наладке.
К параметрам, подлежащим регулированию, относят давление и температуру в аппаратах, расход сред, используемых в технологическом процессе, уровень веществ в аппаратах, состав и качественные показатели сырья и готовой продукции.
Устройства контроля служат для получения и отображения текущих значений параметров процесса.
Устройства регулирования (регуляторы) предназначены для поддержания текущего значения параметра равным заданному.
Устройства программного управления служат для включения и выключения различных механизмов, машин и аппаратов по заранее заданной временной программе.
Устройства сигнализации предназначены для оповещения оперативного технологического персонала о наступлении тех или иных событий в объекте управления подачей звуковых и (или) световых сигналов.
Устройства защиты (блокировки) предназначены для предотвращения аварий, пожаров, взрывов, выхода из строя оборудования.
На линиях аммиака установлены узлы учета по измерению расхода (ДМПК-100), давления (ДМПК-4) и температуры (КСМ-3).
Объемная концентрация аммиака в аммиачно-воздушной смеси регулируется (ПРЗ-24) автоматически пневмоклапаном в пределах 10 ÷ 11,5%.
Расход (ДМПК-100) деаэрированной воды, питающей котел-утилизатор, регулируется пневмоклапаном дистанционно вручную.
На выходе пара из каждого котла-утилизатора (КУ) и на РОУ-1 установлены предохранительные клапаны.
Регулирование давления на нагнетании подпиточных насосов осуществляется регулирующим (ПРЗ-21) пневмоклапаном, установленным на байпасном узле между коллекторами всаса и нагнетания.
Таблица 4 – Описание функциональной схемы автоматизации технологического процесса
| Дистанционное управление со щита | Заслонка регулирующая КЗ-4202 с позиционером ПР 10-100 Ду-700 мм, Ру=0,6 МПа | ||||
| Нитрозные газы на сетках контактного аппарата (КА) | Температура | Регистрация на щите по месту | не более 8250С | Термопара ТХА Предел измерения 0÷11000С Класс точности 1,0 Δи.к. = ±110С | Δнп = ±140С |
| Объемные расходы аммиак-воздух | Соотношение | Непрерывные показания на щите | не более 11,5% | Сигнализатор мембранный, тип СМ-1 Шкала: 0 ÷1,0 кгс/см2 | |
| Питательная вода в коллекторах перед котлами-утилизаторами | Давление | Показание по месту | 5,0÷7,4 МПа | Манометр электроконтактный ВЭ16-РБ Шкала: 0÷10,0 МПа Класс точности 1,5 Δи.к. = ± 0,15 МПа | Δнп = ±0,19 МПа |
| Минимальное давление | Сигнализация световая, звуковая | 4,0 МПа | |||
| Питательная вода после подогревателя питательной воды | Температура | Регистрация на щите | не менее 1300С | Термопара ТХК Потенциометр КСП-4 Шкала: 0÷2000С, Класс точности 1,0 Δи.к. = ±2,0 0С | Δнп = ±2,6 0С |
| Подготовка аммиачно-воздушной смеси | |||||
| Газообразный аммиак на входе в отделение до фильтров (Ф) | Давление PR-5029 | Регистрация на щите | 250÷350 мм вод. ст. | Дифманометр ДМПК-4 Перепад 400 мм вод. ст., Класс точности 1,0 Вторичный прибор МСС-430 Шкала 0÷100% Класс точности 1,5 Δи.к. = ±7,2 мм вод. ст. | Δнп = ±9,36 мм вод. ст. |
| Температура ТR-5028 | Регистрация на щите | не более +500С | Термометр ТСМ гр.23 Электронный мост КСМ-3 Шкала -50 ÷ +500С Класс точности 1,5 Δи.к. = ±1,80С | Δнп = ±2,00С | |
| Газообразный аммиак после фильтров, общецеховой коллектор | Давление PRDASeh-5113 | Непрерывные показания на щите | Не менее 100 мм вод. ст. (1,0 кПа) | Дифманометр ДМПК-4 Класс точности 1,0 Перепад 2,5 кПа | |
| Минимальное давление | Блокировка | 30 мм вод. ст. (0,3 кПа) | Вторичный прибор электроконтактный манометрВЭ16-РБ, шкала 0÷0,16 МПа Класс точности 1,5 Δи.к. = ±0,045 кПа | Δнп = ±0,058 кПа | |
| Воздух в контактный аппарат, трубопровод подачи воздуха до фильтра (ОВ) | Объемный расход на агрегат | Непрерывные показания на щите | не более 20000 м3/час | Диафрагма ДДН-2,5-800 Дифманометр ДМПК-4 Класс точности 1,0 Перепад 100 кгс/м2 Вторичный прибор ПВ4.3Э Шкала 0÷25000 м3/час Класс точности 1,0 Δи.к. = ±1,4 м3/час | Δнп. = ±1,8 м3/час |
| Газообразный аммиак на агрегат | Объемный расход | Регистрация на щите по месту | не более 3000 м3/час | Диафрагма ДКН-10-250 Дифманометр, тип ДМПК-4 | Δнп = ±58,5 м3/час |
| Класс точности 1,0 Перепад 100 кгс/м2 Вторичный прибор, тип ПВ10-1Э Шкала: 0÷3200 м3/ч Класс точности 1,0 Регулирующий блок соотношения, тип ПР3.24 Δи.к. = ±45 м3/час | |||||
| Дистанционное управление со щита | Клапан регулирующий тип 25ж42нж Ру = 1,6 МПа, Ду = 200 мм | ||||
| Аммиачно-воздушная смесь, поступающая на всас газодувки | Давление | Показание по месту | 90÷300 мм вод.ст. | U- образный манометр | Δнп - не нормируется |
| Аммиачно-воздушная смесь на входе в контактный аппарат | Давление | Регистрация на щите | не более 15 мм. вод.ст. (15 кгс/м2) | Дифманометр тип ДМПК-4 класс точности 1,0 Перепад 25 мм вод. ст. Вторичный прибор тип ПВ10.1Э Шкала 0÷25 кгс/м2 Регулятор ПР3.21 и ПФ 3.1 Класс точности 1,0 Δи.к. = ±0,35 кгс/м2 | Δнп = ±0,45 кгс/м2 |
| Дистанционное управление со щита | Заслонка регулирующая КЗ-4202 с позиционером ПР 10-100 Ду-700 мм, Ру=0,6 МПа | ||||
| Объемные расходы аммиак-воздух | Соотношение | Непрерывные показания на щите | не более 11,5% | Сигнализатор мембранный, тип СМ-1 Шкала: 0 ÷1,0 кгс/см2 | |
Таблица 5 – Аналитический контроль