4.2 Линия производства концентрированной серной кислоты под единым давлением из природной серы мощностью 700 тыс. Т. / год [50,60]

В 1985 году ВНИИКомплект, в котором родился метод экспертизы работоспособности ХТС, предложил НИУИФу (сернокислотному отделу) провести исследование работоспособности разработанной ими новой установки мощностью 700 тыс. т/год концентрированной серной кислоты (К-700). Нам стало известно, что планирующие органы предполагают создать 7 таких производств, общая производительность которых должна удовлетворить все потребности СССР и его друзей.

Предложение было принято с большим интересом, нам оказывали всевозможную помощь, предоставляли недостающую в регламенте информацию.

Сама технология описана в [61]: в потоке сжатого воздуха сжигают природную серу, получается высокотемпературная смесь N₂, O₂, SO₂, ее направляют в котел-утилизатор для получения водяного пара высоких потенциалов и продают пар насторону; далее проводят охлаждение технологического газа и доокисление SO₂до SO₃в контактных аппаратах. В связи с ростом температуры при доокислении технологический газ снова направляют в теплообменник и затем в реактор с катализатором. Доокисление SO₂в SO₃проходит только в слое катализатора, поэтому этого процесса в газоходах не будет (как это было в линии АК-72).

Трижды доокисленный технологический поток охлаждается перед абсорбционной колонной, которая будет орошаться слабой серной кислотой. На выходе из абсорбционной колонны технологический газ содержит N₂, O₂и следы SO₂, при этом имеет низкую температуру, необходимую для интенсификации процесса абсорбции в колонне, и высокое давление для этой же цели.

Авторы технологии захотели использовать потенциальную энергию большого давления технологического потока после стадии абсорбции. Они решили поднять температуру этого потока и использовать его в газовой турбине, на валы которой поставили компрессоры для подачи сжатого воздуха в печь на сжигание природной серы.

Для поднятия температуры газов, выходящих из абсорбционной колонны, их направляют в теплообменники, которые стоят за контактными аппаратами доокисления SO₂до SO₃. Таким образом, энергия реакции окисления использовалась для увеличения термического потенциала газов перед газовой турбиной. Оказалось, что этой энергии не хватает, и пришлось установить топку для сжигания природного газа. После этого температура и давление технологического газа стали пригодны для использования газовой турбины в стандартном энергетическом агрегате марки ГТТ-12. При этом разработчики К-700, наверное, не подозревали, что эксергетический КПД газовых турбин не высок (0,5 – 0,6), следовательно, половина накопленной энергии выхлопного газа пойдет на отопление атмосферы.

ГТТ-12 - стандартное изделие энергетического машиностроения, очень хорошо себя зарекомендовало в энергетике, работало стабильно и устойчиво (при нормативном уходе, конечно), Этим обстоятельством решили воспользоваться технологи сначала ГИАПа, создавая линию АК-72, а затем уж и технологи НИУИФа. Причем, последних не насторожило то, что надежность АК-72 была очень низкая, и все время выходила из строя газовая турбина в ГТТ-12.

Изучение регламента на проектирование установки К-700 и рекомендации заказчика привели к тому, что множество заданных параметров свелось всего к двум –это расход дутьевого воздуха на сжигание природной серы с разрешенным диапазоном (-3%¸0%) и температура выхлопных газов перед ГТТ-12 с разрешенным диапазоном±4%.

Обращаем внимание на беспощадно малые разрешенные диапазоны заданных параметров, их очень не просто стабильно держать даже в современной физической лаборатории, а не в огромной по мощности и интенсивности процессов промышленнойтехнологической линии.

Размерность задачи, т.е. число искомых величин (функций от внешних воздействий), оказалась равной 29 без рассмотрения химизма, т.е. рассматривались только процессы переноса, гидродинамика и “железо”. Если в модель К-700 включить и химические превращения, то размерность задачи становится равной 45.

Множество внешних воздействий имеет 16 элементов, причем колебания расхода серы в печь и расхода природного газа в топку перед ГТТ-12 имеют амплитуду ±2,5% от номинала, т.е. соответствуют классу точности измерительной и исполнительной аппаратуры, типичному для химической промышленности тех лет.

Вероятность работоспособности исследуемой ХТС, рассчитанная при условии воздействия толькоколебаний сырьевых потоков (серы и природного газа) ибез учетахимических превращений, оказалась равной 0,73,с учетом- 0,98. Подчеркнем, что здесь получены оценки вероятности работоспособности при “отключенных” остальных 14 внешних воздействиях (как и хотели заказчики). Одновременно, оказалось, что колебания расхода природного газа на порядок сильнее возмущают ХТС, чем колебания расхода серы.

Вероятность работоспособности К-700 с учетом в модели химических превращений и всех 16 внешних воздействийоказаласьравной 0,43. Наиболее вредоносными из них оказались неточность определения коэффициентов теплопередачи в котле-утилизаторе после печи сжигания серы и в теплообменнике перед топкой для сжигания природного газа.

Найденная величина оценки вероятности работоспособности означает, что из 7 запланированных установок работоспособными будут какие-то 7 ∙ 0,43 = 3, а остальные 4 будут в состоянии отказа из-за выхода из строя ГТТ-12.