3.2. Выбор схемы узла теплообмена и очистки газа.

Выбор схемы узла теплообмена и очистки газа ВРУ определяется: криогенным циклом установки, количеством, составом и агрегатным состоянием продуктов разделения.

3.2.1.Узел теплообмена и очистки газа вру низкого давления

В качестве теплообменных аппаратов в ВРУ низкого давления широко применяются регенераторы различных типов и пластинчато-ребристые теплообменники.

Для охлаждения воздуха перед блоком разделения все ВРУ низкого давления комплектуются системами азотно-водяного охлаждения (АВО). В азотном скруббере АВО осуществляется охлаждение воды потоком сухого отбросного азота; в дальнейшем эта охлажденная вода поступает в воздушный скруббер для охлаждения воздуха после концевого холодильника компрессора.

Использование АВО позволяет снизить температуру воздуха и существенно уменьшить количество влаги перед блоком разделения.

Схема узла теплообмена и очистки воздуха крупных ВРУ низкого давления, определяется количеством получаемых сухих и чистых продуктов .

При  = 0 (например, ВРУ для получения технологического кислорода типа Кт) используют узел регенераторов с алюминиевой галетной насадкой (рис. 3.2).

А

Конструктивно узел теплообмена и очистки газа состоит как минимум из 2-х переключающихся регенераторов 1 и 2 и низкотемпературных газовых адсорберов на петлевом потоке 3. Регенераторы заполнены алюминиевой гофрированной насадкой в виде галет высотой 51 мм. В качестве адсорбента в газовых адсорберах используется силикагель кусковой мелкопористый марки КСМ.

В верхней части регенераторов установлены клапаны принудительного действия на прямом, обратном и петлевом потоках, а также перепускной клапан для исключения резких колебаний давлений при переключениях аппаратов. В нижней части регенераторов установлены клапаны автоматического действия

В то время, как по регенератору 1 сверху вниз проходит сжатый воздух, по регенератору 2 снизу сверх проходит обратный поток (отбросной азот или технологический кислород).

Воздух, проходя сверху вниз по регенератору 1, охлаждается и последовательно очищается от влаги, диоксида углерода и углеводородов. Насадка регенератора при этом нагревается. Для обеспечения самоочистки из средней части регенератора при температуре 145-148К отводится петлевой поток в количестве до 0.12 кмоль/ кмоль, который далее поступает в один из двух попеременно работающих низкотемпературных газовых адсорберов для очистки от диоксида углерода и углеводородов.

Обратный поток (отбросной азот или технологический кислород), проходя снизу сверх по регенератору 2, нагревается и последовательно очищает насадку от влаги, диоксида углерода и углеводородов. Насадка регенератора при этом охлаждается.

В настоящее время в этих регенераторах применяется насадка с углом рифления 60⁰, что повышает эффективность охлаждения и очистки воздуха и уменьшает гидравлическое сопротивление аппаратов. Переключение этих регенераторов осуществляется каждые 3 минуты, продолжительность переключения – 2 секунды (Рис. 3.3).

При   33-35% применяются регенераторы с каменной базальтовой насадкой и встроенными змеевиками. Конструктивно регенераторы выполнены в виде змеевиковых аппаратов, межтрубное пространство которых заполнено базальтовой насадкой.

В этих аппаратах по змеевикам проходит сухие и чистые продукты (К, А, Ар и т.д.), а по насадке - отбросные потоки, например, грязный азот.

Узел теплообмена и очистки газа состоит как минимум из 2-х переключающихся регенераторов 1 и 2, низкотемпературных газовых адсорберов на петлевом потоке 3 и системы азотно-водяного охлаждения 4. В качестве адсорбента в газовых адсорберах используется силикагель кусковой мелкопористый марки КСМ (рис. 3.4).

В верхней части регенераторов на потоках сжатого воздуха и отбросных газов установлены клапаны принудительного действия. Имеется также перепускной клапан для исключения резких колебаний давлений при переключениях аппаратов. В нижней части регенераторов на потоках сжатого воздуха и отбросных газов установлены клапаны автоматического действия.

Когда по насадке регенератора 1 сверху вниз проходит сжатый воздух, по насадке регенератора 2 снизу сверх проходит обратный поток. Чистые и сухие потоки постоянно нереверсивно проходят по змеевикам регенераторов 1 и 2.

Опыт эксплуатации этих регенераторов показал высокую надёжность работы при знакопеременных нагрузках; срок их службы достигает 20 лет. Недостатком конструкции этих регенераторов является спекание базальта. Время переключения этих регенераторов - около 9 мин.

При 018% (ВРУ типа К) используется комбинированная схема из регенераторов с алюминиевой галетной насадкой и регенераторов с каменной базальтовой насадкой и встроенными змеевиками.

При 0.5 применяются реверсивные пластинчато-ребристые теплообменники (рис. 3.5), изготовленные из алюминиевых сплавов.

Узел теплообмена и очистки газа этого типа комплектуется из стандартных пакетов размером 500·500·1500 мм или 850·850·3000 мм с различным числом каналов и потоков. Сборка пакетов осуществляется путём пайки плакированных силумином проставочных пластин в ваннах с расплавом солей.

Пластинчато-ребристые теплообменники в ВРУ монтируются тёплым концом вниз.

На тёплом конце аппаратов на потоках сжатого воздуха и отбросных газов установлены клапаны принудительного действия. На холодном конце аппаратов на потоках сжатого воздуха и отбросных газов установлены клапаны автоматического действия. Чистые потоки проходят снизу вверх по аппарату нереверсивно.

На потоке воздуха перед пластинчато-ребристыми теплообменниками установлена система азотно-водяного охлаждения 4.

Основное достоинство пластинчато-ребристых теплообменников – малые массогабаритные характеристики (габариты меньше в 5 раз, а масса - в 15 раз), большое время переключения (25-30 мин). Недостаток – коррозия алюминия при работе в зоне с грязным воздушным бассейном. В этом случае применяют предварительную очистку воздуха.

При 0.50.8 применяют нереверсивные пластинчато-ребристые теплообменники (рис. 3.6) с блоком очистки и холодильной установкой (либо с теплообменником – ожижителем).

Обычно в этих схемах используется раздельная очистка и осушка воздуха, поскольку из-за низкого давления количество влаги в воздухе весьма значительно. АВО в этих установках не используется, т.к. при 0.8 отсутствует достаточное количества отбросных потоков. Узел теплообмена и очистки газа комплектуется из стандартных пакетов размером 500·500·1500 мм или 850·850·3000 мм с различным числом каналов и потоков. Схема включает теплообменник фреоновой холодильной установки 1, блок адсорбционной очистки 2, тёплую 3 и холодную 4 секции нереверсивного пластинчато-ребристого теплообменника.

Производительность ВРУ с нереверсивными пластинчато-ребристыми теплообменниками во многом определяется адсорбционными возможностями блока очистки.