Блок охлаждения воздуха перед компрессором агрегата по производству аммиака

УДК 621.75

Блок охлаждения воздуха перед компрессором агрегата по производству аммиака

Канд. техн. наук Д. Л. АСТАНоВСКий, Л. З. АСТАНоВСКий, канд. техн. наук М. А. СиЛЬМАН ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ»

117218, Москва, ул. Новочеремушкинская, 21-1-191

With the aim of capacity increasing of air compressors in hot days of summer time the air before compressor to cool in a block of air cooling (CAC) is suggested. Basic diagram designed and presented, carried out CAC calculations, which consists from steam-ejector cooling machine as a chill generator and heat exchanger of radialspiral type FAST ENGINEERING design as an air cooler.

Keywords: air compressor, steam-ejector cooling machine, block of air cooling, heat exchanger of radial-spiral type. Ключевые слова: воздушный компрессор, пароэжекторная холодильная машина, блок охлаждения воздуха, теплообменный аппарат радиально-спирального типа.

В южных районах России и стран СНГ расположено значительное количество крупных заводов по производству аммиака и продуктов его переработки (азотных удобрений и т. п.), работающих на природном газе. Источником азота для проведения технологических процессов на этих заводах является воздух, подаваемый в технологическую линию с помощью воздушных компрессоров, для чего на аммиачных заводах используются, в зависимости от мощности аммиачного агрегата, компрессоры типа 543ПК-440 /35 производительностью 26400 нм3 /ч и типа К1290-121-1 производительностью 60000 нм3 /ч. Такое количество воздуха необходимо для 100%-ой загрузки технологических комплексов производительностью по аммиаку соответственно 200 и 450 тыс. т / г. Однако в этих районах в жаркий период года, особенно в июле — августе, температура воздуха днем может достигать 40-45 оС, в результате чего массовая производительность компрессоров существенно (на 8-10 %) снижается, что приводит к соответствующему уменьшению объема вырабатываемого конечного продукта и, как следствие, к ощутимым экономическим потерям.

В связи с этим представляется целесообразным в периоды пиковых температур охлаждать воздух перед поступлением в компрессор, что позволило бы обеспечить нормальную производительность компрессора и исключить недовыпуск продукции.

Для этой цели разработана принципиальная схема и выполнен расчет блока охлаждения воздуха (БОВ) с теплосъемом 350 кВт, который обеспечивает тепловую обработку воздуха в количестве 30000 нм3/ч со снижением температуры воздуха перед компрессором с начальной температуры 40 оС (при относительной влажности ф = 40 %) до 20 оС или с 45 оС (при ф = 40 %) до 25 оС. При этом предусматривается комплектование компрессора производительностью 26400 нм3/ч одним БОВ, а компрессора производительностью 60000 нм3/ч — двумя параллельно работающими БОВ.

БОВ состоит из двух основных элементов — гене-

ратора холода и воздухоохладителя, связанных между собой замкнутой системой хладоносителя (рис. 1).

В качестве генератора холода предусмотрена пароэжекторная холодильная машина (ПЭХМ) холо-допроизводительностью 350 кВт. Для этой цели может быть использована либо выпускавшаяся серийно до 2004 г. Московским заводом «Компрессор» и освоенная затем ЗАО «Спецхолодпром» машина 18ЭП (рис. 2) [1], либо разработанная в последние годы новая моноблочная цельносварная ПЭХМ [2] такой же производительности, которая также будет выпускаться ЗАО «Спецхолодпром» (рис. 3).

Многолетний опыт эксплуатации ПЭХМ на электростанциях и других промышленных объектах, а также в составе судовых систем кондиционирования воздуха, подтверждает их высокие эксплуатационные качества.

Машины этого типа имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с компрессионными холодильными машинами.

Простота конструкции ПЭХМ и отсутствие в ней подвижных быстроизнашивающихся элементов обеспечивают высокую надежность; длительные межремонтные периоды и срок службы; безотказную работу длительными циклами без непосредственного обслуживания; небольшой объем и стоимость монтажных и наладочных работ, а также последующего обслуживания и ремонтов; весьма ограниченные расход и стоимость запасных частей; отсутствие необходимости в специально подготовленном квалифицированном обслуживающем персонале.

В ПЭХМ нет аппаратов, работающих под избыточным давлением, и не используются токсичные, взрыво- и пожароопасные рабочие вещества, что повышает безопасность эксплуатации машины и экологическую чистоту.

Возможно размещение ПЭХМ вне производственных помещений, на открытом воздухе.

Поскольку в машинах этого типа в качестве энер-

Рабочий пар

Воздух

ш

Охлажденный воздух к компрессору

Рис. 1. Принципиальная схема блока охлаждения воздуха:

1 — ПЭХМ; 2 — испаритель; 3 — эжектор;

4 — конденсатор; 5 — контур хладоносителя (рабочей воды); 6 — воздухоохладитель

Рис. 2. Пароэжекторная холодильная машина 18ЭП 3

2

Рабочий

пар

Отепленная рабочая вода

1

6 Охлажденная К вакуум- Конденсат 6 рабочая вода насосу

Рис. 3. Принципиальная схема моноблочной ПЭХМ:

1 — испаритель; 2 — сопло эжектора; 3 — диффузор эжектора; 4 — конденсатор; 5 — теплообменные трубки;

6 — опорная рама

гоносителя используется пар давлением 0,8-1,2 МПа, а приводной электродвигатель отсутствует, расход электроэнергии на генерацию холода практически сводится к нулю.

Однако машины этого типа имеют низкие энергетические показатели, определяемые высокими удель-

ными расходами рабочего пара и охлаждающей воды. Поэтому применение ПЭХМ целесообразно на объектах, располагающих водяным паром низкого давления и ресурсом воды для охлаждения конденсаторов. Этим условиям, в частности, удовлетворяют крупные заводы по производству аммиака и азотных удобрений, которые имеют избыток пара (особенно в летний период) и развитую систему водяного охлаждения. При этом использование ПЭХМ позволяет утилизировать тепло избыточного пара, что в целом приводит к повышению экономических показателей завода.

В качестве воздухоохладителя в предлагаемом БОВ применен теплообменный аппарат (ТА) радиально-спирального типа конструкции «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» [3]. Конструкция ТА подробно описана в [4-6], а также в докладах на III и IV Международных научно-технических конференциях «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке». ТА этого типа представляет собой цилиндрический силовой корпус, в котором вдоль оси установлены теплообменные блоки со спиралевидными теплообменными поверхностями (рис. 4), образующими радиальноспиральные и аксиальные щелевые каналы для потоков теплообменных сред.

По сравнению с теплообменными аппаратами других типов, ТА конструкции «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» имеют ряд существенных преимуществ, среди которых применительно к рассматриваемой области использования следует отметить следующие: возможность проведения процессов теплообмена газовых и жидкостных потоков для требуемой производительности в одном аппарате; низкое гидравлическое сопротивление потоков теплоносителей; равномерное распределение теплообменных сред по щелевым каналам, образуемым теплообменными поверхностями, благодаря чему исключается образование застойных зон, а также выпадение солей жесткости и в целом загрязнение теплообменных поверхностей; размещение максимальной поверхности теплообмена в единице объема цилиндрического аппарата; компактность конструкции и низкая металлоемкость; конструкция теплообменных аппаратов устойчива к повышенной вибрации, что немаловажно для их эксплуатации в составе компрессорных установок.

На рис. 5 показан схематический чертеж воздухоохладителя радиально-спирального типа конструкции ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» , разработанный специально для описанного выше БОВ, а в таблице представлена техническая характеристика этого аппарата.

К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт применения ТА этого типа. В июле 2007 г. на ООО «ЛУКОИЛ-Волгограднефтепереработка» были установлены и введены в эксплуатацию два аппарата ТА-4,2Р-4 с площадью теплообменной поверхности 4,2 м2 и массой 300 кг для охлаждения сжатого воздуха после четвертой ступени воздушного компрессора 4ВМ10 40/70 перед подачей его на теплообменник воздухоразделительной установки 2АК-1,5 (ранее для этой цели использовались кожухотрубчатые холодильники с оребренными трубками, имеющие площадь теплообменной поверхности 9,9 м2 и массу

Техническая характеристика воздухоохладителя

Параметр Единица измерения Охлаждаемая среда Охлаждающая среда

Рабочая среда — Воздух Вода

Производительность (расход) нм3/ч; м3/ч 30000 100

Температура на входе °С 40 10

Влажность на входе % 40 -

Температура на выходе °С 20 13

Влажность на выходе % 100 -

Давление МПа 0,095 (абс.) 0,3

Площадь поверхности теплообмена м2 162

Мощность (тепловой поток) кВт 350

Диаметр аппарата мм 2600

Высота аппарата мм 3500

Масса аппарата кг 3000

Рис. 5. Воздухоохладитель БОВ

Рис. 6. Фрагмент теплообменной поверхности ТА после 1,5 года эксплуатации

520 кг). С момента ввода в эксплуатацию эти ТА используются непрерывно, без проведения каких-либо ремонтных работ и текущего обслуживания (в том числе без очистки теплообменных поверхностей) [7].

На рис. 6 показана теплообменная поверхность ТА радиально-спирального типа после полутора лет эксплуатации на жесткой воде в системе горячего водоснабжения; на поверхности полностью отсутствуют следы выпадения солей жесткости и других отложений. В отличие от кожухотрубных, пластинчатых и других видов теплообменных аппаратов, теплообменники нового поколения имеют практически идеальное равномерное распределение теплообменных сред по щелевым каналам. Это преимущество практически исключает застойные зоны, а также выпадение солей жесткости на теплообменной поверхности.

Выводы

1. На заводах по производству аммиака и продуктов его переработки, расположенных в южных районах России и стран СНГ, использующих в технологических процессах значительные количества ком-примируемого атмосферного воздуха, целесообразно для сохранения расчетной массовой производительности воздушных компрессоров в периоды с пиковыми значениями температур окружающего воздуха перед подачей воздуха в компрессор предусматривать охлаждение его до температуры 20-25 оС.

2. Для указанных выше предприятий, располагающих в летнее время избытком пара давлением 0,81,2 МПа, а также имеющих развитую систему водяного охлаждения, оптимальным является применение для этой цели блоков охлаждения воздуха, состоящих из двух элементов — ПЭХМ в качестве генератора холода и ТА радиально-спирального типа конструкции «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» в качестве воздухоохладителя.

3. Такая предварительная подготовка воздуха позволяет избежать недовыпуска заводами конечной продукции в жаркие периоды и, кроме того, обеспечивает утилизацию тепла избыточного пара, что в целом приводит к повышению экономических показателей предприятия.

Список литературы

1. Сильман М. А. Холодильные машины для электростанций. // Электрические станции. 2004. № 12.

2. Патент РФ № 2377476 от 27.12.2009 г. Пароводяная эжекторная холодильная машина/Сильман М. А., Бюл. № 36.

3. Патент РФ № 2075020 от 30.05.1995 г., F 28 D 7/04, 9/00. Аппарат для проведения теплообменных и диффузионных процессов/Д. Л. Астановский, Л. З. Астановский.

4. Астановский Д. Л., Астановский Л. З. Новая конструкция теплообменного аппарата. // Химическое

и нефтегазовое машиностроение. 2003. № 4.

5. Астановский Д. Л., Астановский Л. З. Использование теплообменных аппаратов новой конструкции в теплоэнергетике // Теплоэнергетика. 2007. № 7.

6. Астановский Д. Л., Астановский Л. З., Силь-ман М. А. Применение теплообменных аппаратов нового поколения // Вестник МАХ. 2010. № 3.

7. Астановский Д. Л., Астановский Л. З., Верте-лецкий П. В., Сильман М. А. Теплообменные аппараты для компрессорных установок. // Компрессорная техника и пневматика. 2010. № 5.

Президенту Международной академии холода Бараненко А. В.

Уважаемый Александр Владимирович!

От имени Республиканского государственного предприятия «Казахский научно-исследовательский институт экологии и климата» Министерства охраны окружающей среды Республики Казахстан примите искренние поздравления по случаю знаменательной даты — 20-летия со дня создания Международной академии холода!

От всей души желаем Вам дальнейшего развития, интересных проектов и успешной реализаций своих амбициозных идей. Пусть работа приносит удовлетворение и уверенность в завтрашнем дне.

Стабильности Вам, процветания и больших перспектив!

Поздравляем с юбилеем!

Сотрудники ООО «ОК» поздравляют коллег с 20-летием Международной академии холода (МАХ), объединяющей специалистов всех направлений в спектре естественного и искусственного холода!

Международная академия холода объединила специалистов, которые по роду своей деятельности практически не встречаются вместе ни на конференциях, ни на выставках. Широко известно, что прорывные технологии возникают на стыке научных исследований, оригинальных применениях известных технических решений. Предпосылки успешного решения холодильных и смежных технологий гарантируют встречи на конференциях МАХ ведущих специалистов различного профиля: от гляциологии, мерзлотоведения и разработки космических аппаратов до производителей холодильного оборудования, систем холодоснабжения и потребителей искусственного и естественного холода.

Желаем нашим коллегам, объединенным общественной организацией МАХ, творческих успехов в исследованиях многогранных проявлений холода на нашу жизнь, использованию исследований в новых технических и технологических раз-Ю.В. СОКОЛОВ работках при производстве холодильного оборудования и систем холодоснабжения

Генеральный директор во всей палитре нашей деятельности.

ООО«ОК»