Технология использования сжатых газов (стр. 30 )

Компрессорные установки для производства синтеза аммиака – высокопроизводительные, высоконагруженные, многокорпусные, многоступенчатые (секционные) с циркуляционной ступенью. Это наиболее сложные турбокомпрессорные установки из известных в мировой практике. Технологическая схема установки приведена на рис.11.3.

а) Воздушный компрессор .

б) Компрессор природного газа . .

в) Компрессор азотоводородной смеси . .

Рисунок 11.3 – Схемы компрессорных установок производства аммиака (цифрами обозначены давление и температура потоков газов)

Эти установки объединены в единый технологический комплекс. Первые две установки работают параллельно на получение азота и водорода, третья, подключена к ним последовательно, компримирует азотоводородную смесь для получения аммиака.

Наиболее сложный и нагруженный компрессор синтез-газа (азотоводородной смеси) заслуживает более детального рассмотрения. Схема компрессора представлена на рис.11.4. Компрессор 3 корпусной, 4 секционный, 27 ступенчатый, одновальный, с паротурбинным приводом.

Основными проблемами при создании и эксплуатации таких установок являются – уплотнения концов валов, осевые силы и динамика ротора.

Герметизация валов производится посредством маслозапорных уплотнений с плавающими кольцами.

Рисунок 11.4 – Схема (а) и общий вид (б) компрессорной установки азотоводородной смеси 433 ГЦ2 (ККЗ, Россия)

Схема уплотнений для каждого корпуса симметрична, т. е. узлы уплотнений со стороны всасывания и нагнетания работают при одинаковом уплотняемом давлении, что достигается соединением соответствующих камер перед уплотнением по газу с помощью перепускных каналов. Разница давлений на нагнетательной стороне срабатывается на лабиринтном уплотнении.

Конструкция уплотнения ясна из рис.11.5. Внутренние (маслогазовое) и наружное (масляное) кольца установлены в гнезде с возможностью радиального перемещения. Необходимое прижатие буртов колец к торцовым стенкам корпуса осуществляется с помощью упругих элементов (пружин или резиновых колец), установленных между кольцами. Гидродинамическая сила в слое смазки между кольцом и вращающимся валом отжимает кольца от поверхности вала, предотвращая касание.

Запирание газа происходит на внутреннем кольце, где некоторое небольшое превышение давления масла над газом предотвращает прорыв газа из компрессора вовне. Некоторое количество протекающего через зазор в кольце масла сливается в маслоотводчик, а из последнего через дегазатор, бак-отстойник, охладители и фильтры с помощью насосов направляются опять в систему. Схема системы уплотнений показана на рис.11.5.

Рисунок 11.5 – Схема концевого уплотнения и система уплотнения:

1 – корпус уплотнения; 2 – наружное уплотнительное кольцо; 3 – «маслогазовое» кольцо; 4, 5 – маслонасосы низкого и высокого давления; 6 – редукционный клапан; 7 – напорная емкость;
8 – маслоотводник; 9 – дюза; 10 – дегазатор; 11 – маслобак;
12 – маслоохладитель; 13 – фильтр

Из-за высокого перепада давлений между нагнетанием и всасыванием могут возникать очень большие осевые силы, действующие на ротор, и не всегда можно применить разгрузочный поршень.

Проблема разгрузки осевых сил решается следующими путями (рис.11.6):

- устройством уравнительных линий, соединяющих одноименные полости концевых уплотнений цилиндров (корпусов);

- расположением рабочих колес по схеме «спина к спине»;

- принятием одинаковых диаметров лабиринтных уплотнений вала одноименных элементов.

Рисунок 11.6 – Роторная система турбокомпрессора высокого давления

Динамика ротора обуславливается воздействием следующих факторов:

– газа высокой плотности в проточной части, могут возникать автоколебания – вибрация – авария;

– влиянием динамического поведения плавающих колец уплотнений – радиальными и угловыми колебаниями, потери подвижности колец и др.

– механическими характеристиками роторной системы (вал + подшипники + соединительные муфты).

Установка в корпусе высокого давления циркуляционной ступени еще более усложняет конструкцию компрессора.

В некоторых производствах вместо циркуляционной ступени применяются отдельные циркуляционные центробежные компрессоры типа ЦЦК (рис. 11.7). Поскольку они работают при давлении 290/320 атм, то с целью избегания проблем с уплотнением концов вала компрессора весь компрессор в сборе с электродвигателем устанавливается внутри капсулы прочного корпуса.

Рисунок 11.7 – Циркуляционный компрессор ЦЦК:

1 – корпус; 2 – многоступенчатый компрессор;

3 – электродвигатель; 4 – токоввод

Т. к. обороты асинхронного электродвигателя не высокие 3000 об/мин, компрессор состоит из 11-13 ступеней, чтоб создать перепад давления 20-25 атм.

Сжатая азотоводородная смесь прокачивается через электродвигатель, охлаждая его.

Используются только шариковые и роликовые подшипники с консистентной смазкой, что исключает загрязнение газа маслом.

Проблема осевых сил решается путем устройства лабиринтных уплотнений колес, промежуточных втулок и думмиса на одном диаметре.

11.5  Хранение аммиака

Поскольку аммиак получают в жидком виде, то и хранят его в сжиженном состоянии при соответствующих условиях:

- P=20 атм, t=до 50°С – в горизонтальном цилиндрическом и шаровом резервуарах;

- P = 10 атм, t = до 25°С – в шаровых с теплоизоляцией;

- P=0,02-0,08, t= -33°С – в вертикальных цилиндрических с теплоизоляцией (изотермическое хранение).

Давление в резервуарах поддерживается отводом избыточного количества паров аммиака, испаряющегося за счет теплопритоков из вне. Отводят пар на конденсационные установки хранилища.

Вместимость резервуаров в зависимости от давления от () до ().

Обычно на складах до 32 резервуаров.

Изотермическое хранение осуществляют в хранилище, представляющем собой двойной герметичный сосуд (рис.11.8), с прослойкой, заполненной сухим азотом (точка росы -40°С) для теплоизоляции.

Рисунок 11.8 – Изотермическое хранилище аммиака

Газообразный аммиак хранят в газгольдерах. Они служат также для выравнивания нагрузок и давлений внутри цеха и смежных цехах, а также для усреднения состава вырабатываемых газов.

Газгольдеры используются мокрые и сухие. Кроме обычных конструкций применяются телескопические газгольдеры большой вместимости (рис. 11.9).

В последнее время строятся сферические хранилища большой вместимости для аммиака при высоком давлении.

Рисунок 11.9 – Телескопический газгольдер:

1 – чаша; 2 – телескоп; 3 – ролики; 4 – купол

11.6 Транспортировка аммиака

Жидкий аммиак перевозится в железнодорожных цистернах или перекачивается по трубопроводам. На близкие расстояния перевозится автомобильными аммиаковозами с грузоподъемностью 3,2 т. Для мелких потребителей в баллонах. Железнодорожные цистерны рассчитаны на давление 20 атм, что позволяет перевозить аммиак без потерь на сброс паров даже в жарких районах (до +50°С). Емкость цистерн 30,7 и 43 т.

Функционирует аммиакопровод Тольятти – Горловка - Одесса на морской терминал для погрузки в наливные танкеры. Его протяженность 2,5 тыс. км, диаметр труб 355,6 мм, от Горловки 273 мм. Пропускная способность 2,5 млн т в год жидкого аммиака. Схема аммиакопровода показана на рис. 11.10.

Рисунок 11.10 – Схема аммиакопровода

Температура жидкого аммиака соответствует температуре почвы и регулируется по местам.

Жидкий аммиак должен содержать 0,2% воды, что предотвращает коррозионное расстраивание металла труб и емкостей.

По трассе сооружены 30 раздаточных станций по 200 т в сутки для отгрузки в автоцистерны для нужд сельского хозяйства.

Трубы из углеродистой стали, изолированы полимерной пленкой, имеют катодную защиту.

В Одесский порт аммиак поступает при P = 15 атм и охлаждается до -34°С для хранения на складе и погрузки в танкеры. Суда снабжены резервуарами и холодильними установками, позволяющими хранить в изотермических условиях, а испаряющийся в результате неизбежного нагрева газообразный аммиак сжижают.

11.7 Техника безопасности при работе с аммиаком

В малых количествах аммиак применяется как возбуждающее средство при обмороках, опьянении, как обезболивающее в мазях.