45
централизованной системы охлаждения компрессорной установки С1161 /
С1261. [21]
Блок азотно-водяного охлаждения предназначен для охлаждения
воздуха после компрессора С1161 (после третьей ступени сжатия), а также
первичной очистки воздуха от вредных компонентов, типа механических
примесей (пыли), SO2, SO3 и NH3, а также рекуперации холода обратного
потока отбросного азота из блока разделения воздуха (рисунок 10). [21]
Рисунок 10. Схема автоматизации блока азотно-водяного
охлаждения
Блок азотно-водяного охлаждения состоит из оросительного
воздухоохладителя Е2416, скруббера-водоохладителя Е2417, двух
оросительных водяных насосов Р2466 и двух оросительных насосов
охлаждённой воды Р2467.
Оросительный воздухоохладитель Е2416 предназначен для охлаждения
воздуха после компрессора С1161 (после третьей ступени сжатия), а также
46
первичной очистки воздуха от вредных компонентов, типа механических
примесей (пыли), SO2, SO3 и NH3. [21]
Оросительный воздухоохладитель Е2416 представляет собой
вертикальный цилиндрический аппарат колонного типа, заполненный
структурированной насадкой. Воздух проходит через аппарат снизу-вверх,
охлаждаясь в процессе контакта со стекающей по насадке охлаждённой
оборотной водой (нижняя секция) и водой, дополнительно охлаждённой в
азотном скруббере-водоохладителе Е2417 (верхняя секция). [21]
Оросительный воздухоохладитель имеет следующие характеристики,
таблица 6.
Таблица 6
Характеристики оросительного воздухоохладителя
Наименование параметра
размерност
ь
значение
Рабочая среда
—
воздух / вода
Рабочее давление
МПа (бар)
0,7 (7,0)
Рабочая температура
0С
минус 46 … 130
Габаритные размеры (длина × ширина ×
высота,
с учетом присоединительных патрубков)
мм
2700 × 2500 × 24200
Диаметр цилиндрической части
мм
2150
Вес в сборе
кг
23400
Высота нижней секции насадки
мм
2800
Высота верхней секции насадки
мм
9000
Скруббер-водоохладитель Е2417 предназначен для дополнительного
охлаждения воды, подаваемой в верхнюю секцию оросительного
воздухоохладителя Е2416. [26]
Скруббер-водоохладитель Е2417 представляет собой вертикальный
цилиндрический аппарат колонного типа, заполненный структурированной
насадкой. Отбросной азот из блока разделения воздуха проходит через аппарат
снизу вверх, охлаждая в процессе контакта стекающую по насадке оборотную
воду. [26]
Оросительный насос охлаждённой воды Р2467 предназначен для подачи
воды на орошение скруббера-водоохладителя Е2417.
47
Оросительный насос охлаждённой воды Р2467 представляет собой
динамический (центробежный) насос с односторонним рабочим колесом
(консольный), установленный на общей раме с электродвигателем и
соединительной муфтой. [26]
Блок комплексной очистки воздуха предназначен для комплексной
очистки воздуха, направляемого в блок разделения воздуха. Блок комплексной
очистки воздуха состоит из двух адсорберов А2626 А/Б, подогревателя
регенерирующего газа Е2618 и арматурного блока.
Адсорберы А2626 А/Б предназначены для комплексной очистки воздуха
после оросительного воздухоохладителя Е2416 от водяного пара, СО2, N2O и
углеводородов перед подачей воздуха в дожимающий компрессор C1261 и
основной теплообменник Е3116 А/Б блока разделения воздуха. [14]
Адсорбер А2626 представляет собой вертикальный цилиндрический
аппарат, заполненный адсорбентом – синтетическим цеолитом (молекулярное
сито). Воздух проходит через слой адсорбента, при этом примеси, находящиеся
в воздухе, адсорбируются (воздух очищается от примесей). Периодически
каждый из адсорберов отключается от процесса очистки и адсорбент в нем
подвергается регенерации (восстановлению поглотительной способности). [14]
Подогреватель регенерирующего газа Е2618 предназначен для нагрева
воздуха или отбросного газа (азота с содержанием кислорода до 2% об),
подаваемого в адсорберы блока комплексной очистки воздуха в процессе
регенерации адсорбента.
Подогреватель регенерирующего газа Е2618 представляет собой
вертикальный цилиндрический аппарат, в котором расположен пакет
электрических нагревательных элементов. Воздух проходит через
подогреватель снизу-вверх. [14]
Турбодетандер-компрессорный агрегат (ТДКА) Х3471 / С3420
предназначен для дожимания воздуха после компрессора С1261 (ступень
сжатия С3420), а также расширения воздуха с отдачей внешней работы перед
направлением его на последующие технологические операции процесса
48
разделения воздуха (ступень расширения Х3471). Работа, снимаемая с потока
воздуха в ступени расширения Х3471 утилизируется в ступени сжатия С3420.
Процесс расширения воздуха с отдачей внешней работы, реализуемый в
турбодетандер-компрессорном агрегате (ТДКА) Х3471 / С3420, является
основным холодопроизводящим процессом в холодильном цикле установки
разделения воздуха. [14]
Турбодетандер-компрессорный агрегат (ТДКА) Х3471 / С3420
представляет собой совмещённые в одном блоке (на одной раме) два
устройства – расширительная машина (турбодетандер Х3471) и компрессорная
машина для снятия с вала работы расширения воздуха (турбокомпрессор
С3420), причем расширительное и компрессорное рабочие колёса
смонтированы на одном валу, вследствие чего снятая с потока расширяющегося
газа механическая работа непосредственно передается на компрессорную
ступень. На общей раме так же смонтирована система смазки турбоагрегата и
арматура управления и защиты турбодетандера (отсечной клапан и привод
управления канальным направляющим аппаратом). [13]
Охладитель бустерного воздуха Е3421 предназначен для охлаждения
воздуха после его сжатия в компрессорной ступени С3420 турбодетандер-
компрессорного агрегата (ТДКА) Х3471 / С3420.
Охладитель бустерного воздуха Е3421 представляет собой
горизонтальный кожухотрубный двухходовой теплообменник с прямыми
трубками и плавающей головкой. По трубному пространству проходит
охлаждающая вода, по межтрубному воздух. [11]
Теплообменный блок Y3110 входит в состав блока разделения воздуха
GOX 12000 Ar-IC-MX1 и предназначен для рекуперации холода
технологических и продукционных потоков, отводящихся из блока разделения,
а также теплообмена между некоторым внутриблочными холодными потоками.
[11]
Теплообменный блок Y3110 состоит из теплоизолирующего кожуха с
установленными в нем основным теплообменником Е3116 А/Б,
49
переохладителем Е3316 и сепаратором детандерного воздуха D3432. В
теплообменный блок вводятся потоки технологического воздуха на разделение,
поток жидкого кислорода на испарение в теплообменнике Е3116 А/Б, отводятся
теплые газообразные потоки и продукционные потоки жидких азота и аргона.
Теплообменный блок Y3110 соединен теплоизолирующими кожухами с
проходящими в них коммуникациями с ректификационным блоком Y3210 и
турбодетандер-компрессорным агрегатом (ТДКА) Х3471 / С3420. [11]
Переохладитель Е3316 входит в состав теплообменного блока Y3110 и
предназначен для теплообмена между некоторым внутриблочными холодными
потоками. Переохладитель Е3316 представляет собой шестипоточный пакетный
пластинчаторебристый аппарат с коллекторами и патрубками для
присоединения коммуникаций, выполненный из алюминиевых сплавов. [29]
Сепаратор детандерного воздуха D3432 входит в состав теплообменного
блока Y3110 и предназначен для разделения пара и жидкой фазы воздуха после
расширения воздуха в расширительной ступени Х3471 ТДКА. [29]
Сепаратор детандерного воздуха D3432 представляет собой
вертикальный отнополостной аппарат емкостного типа с коллекторами и
патрубками для присоединения коммуникаций. Сепаратор детандерного
воздуха D3432 имеет характеристики, представленные в таблице 7. [26]
Ректификационный блок Y3210 входит в состав блока разделения воздуха
GOX 12000 Ar-IC-MX1 и предназначен для разделения воздуха на азот и
кислород продукционные, а также формирования аргоновой фракции
(первичного выделения аргона) и отбросных потоков. [26]
Ректификационный блок Y3210 состоит из теплоизолирующего кожуха с
установленными в нем колонной ректификационной нижней Т3211, колонной
ректификационной верхней Т3212 и основным конденсатором Е3216.
Ректификационный блок Y3210 соединен теплоизолирующими кожухами с
проходящими в них коммуникациями с теплообменным блоком Y3110 и
блоком выделения и концентрации аргона Y4110. К ректификационному блоку
50
Y3210 так же примыкают блоки насосов Р3366 подачи жидкого кислорода в
резервуар D7110. [26]
Таблица 7
Характеристики сепаратора детандерного воздуха
Наименование параметра
Размернос
ть
значение
Рабочая среда
—
воздух /жидких воздух
Рабочее давление
МПа (бар)
0,7 (7,0)
Пробное давление
МПа (бар)
1,42 (14,2)
Рабочая температура
0С
минус 196 … 60
Габаритные размеры (диаметр ×
высота, без уче та присоединительных
патрубков)
мм
∅ 850 × 1250
Вес в сборе
кг
180
Размеры присоединительных патрубков
мм
вход ……….. 400
выход ……….400
выход жидкости.. 50
Колонна ректификационная нижняя Т3211 входит в состав
ректификационного блока Y3210 и предназначен для первичного разделения
воздуха на азот и обогащенную кислородом жидкость (жидкий воздух, кубовую
жидкость).
Колонна ректификационная нижняя Т3211 представляет собой
вертикальный цилиндрический аппарат колонного типа и содержит контактные
тепломассообменные устройства – ректификационные тарелки. В верхней
части колонны концентрируется азот продукционной чистоты, в нижней части
обогащенная кислородом жидкость.
Колонна ректификационная верхняя Т3212 входит в состав
ректификационного блока Y3210 и предназначена для окончательного
разделения воздуха на азот и кислород, а также первичного концентрирования
аргона (выделения аргоновой фракции).
Колонна ректификационная верхняя Т3212 представляет собой
вертикальный цилиндрический аппарат колонного типа и содержит контактные
тепломассообменные устройства – ректификационные тарелки. В верхней
части колонны концентрируется азот продукционной чистоты, в нижней части
кислородом. В расположении тарелки концентрируется аргоновая фракция. [26]
51
Основной конденсатор Е3216 входит в состав ректификационного блока
Y3210 и предназначен для конденсации паров азота, отбираемых из верхней
части колонны ректификационной нижней Т3211 и испарения жидкого
кислорода, отбираемого из нижней части колонны ректификационной верхней
Т3212. [28]
Основной конденсатор Е3216 представляет собой двухполостной
пакетный пластинчато-ребристый аппарат с коллекторами и патрубками для
присоединения коммуникаций, выполненный из алюминиевых сплавов.
Насос подачи жидкого кислорода в резервуар Р3366 предназначен для
подачи продукционного жидкого кислорода из нижней части колонны
ректификационной верхней Т3212 в резервуар D7110. [28]
Насос подачи жидкого кислорода в резервуар Р3366 представляет собой
динамический (центробежный) криогенный насос с односторонним рабочим
колесом (консольный) с частотным регулированием производительности,
установленный вместе с электродвигателем на стенке теплоизоляционного
кожуха (насос находится внутри кожуха, электродвигатель снаружи). В
теплоизоляционном кожухе насоса так же установлена запорно-регулирующая
арматура управления насосом. [28]
Блок выделения и концентрации аргона Y4110 входит в состав блока
разделения воздуха GOX 12000 Ar-IC-MX1 и предназначен для окончательного
концентрирования (очистки) аргона и выдачи продукционного жидкого аргона
в систему хранения.
Блок выделения и концентрации аргона Y4110 состоит из
теплоизолирующего кожуха с установленными в нем двухсекционной
колонной ректификационной сырого аргона Т4110 / Т4111, конденсатором-
испарителем колонны сырого аргона Е4116, колонной ректификационной
чистого аргона Т4112, конденсатором-испарителем колонны чистого аргона
Е4118, нижним испарителем-переохладителем Е4119. Блок выделения и
концентрации аргона Y4110 соединен теплоизолирующим кожухом с
проходящими в них коммуникациями с ректификационным блоком Y3210. К
52
блоку выделения и концентрации аргона Y4110 так же примыкают блоки
насосов аргонной флегмы Р4566 и возврата аргонной флегмы Р4565. [28]
Колонна ректификационная сырого аргона Т4110 / Т4111 входит в
состав блока выделения и концентрации аргона Y4110 и предназначена для
очистки аргоновой фракции, поступающей из колонны ректификационной
верхней Т3212 ректификационного блока Y3210, от кислорода.
Колонна сырого аргона с целью достижения приемлемой высоты кожуха
блока выделения и концентрации аргона Y4110 разделена на две секции Т4110
и Т4111. Обе секции колонны ректификационной сырого аргона Т4110 / Т4111
представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты колонного типа и
содержат контактные тепломассообменные устройства – пакеты со
структурированной перфорированной насадкой (по четыре пакета на каждую
секцию). [28]
В нижнюю часть колонны Т4110 подается пар аргоновой фракции из
колонны ректификационной верхней Т3212 ректификационного блока Y3210. В
верхней части колонны Т4110 концентрируется пар сырого аргона, очищенного
от кислорода до промежуточной чистоты, в нижней части – жидкая аргоновая
фракция. Пар сырого аргона промежуточной чистоты подается в нижнюю часть
колонны Т4111, жидкая аргоновая фракция насосом возврата аргонной флегмы
Р4565 возвращается в колонну ректификационную верхнюю Т3212
ректификационного блока Y3210. [28]
В нижнюю часть колонны Т4111 подается пар сырого аргона
промежуточной чистоты из колонны Т4110. В верхней части колонны Т4111
концентрируется пар сырого аргона (продукционной чистоты по кислороду), в
нижней части – жидкий сырой аргон промежуточной чистоты. Пар сырого
аргона подается в конденсатор-испаритель колонны сырого аргона Е4116,
жидкий сырой аргон промежуточной чистоты насосом аргонной флегмы Р4566
подается на орошение колонны Т4110.
Колонна ректификационная чистого аргона Т4112 представляет собой
вертикальный цилиндрический аппарат колонного типа и содержит контактные
53
тепломассообменные устройства – пакеты со структурированной
перфорированной насадкой – один пакет на отгонную часть колонны и два
пакета на укрепляющую часть колонны.
Отгонная часть колонны (выше точки ввода сырого аргона из
конденсатора-испарителя колонны сырого аргона Е4116) имеет больший
диаметр, чем укрепляющая часть колонны. [31]
В среднюю часть колонны Т4112 подается пар жидкий сырой аргон из
конденсатора-испарителя колонны сырого аргона Е4116.
В верхней части колонны Т4112 концентрируется пар сырого аргона,
обогащенного по азоту, в нижней части – жидкий аргон продукционной
чистоты. Пар сырого аргона, обогащенного по азоту, подается в конденсатор-
испаритель колонны чистого аргона Е4118, жидкий аргон продукционной
чистоты подается на испарение в нижний испаритель-переохладитель Е4119, а
также сливается в резервуар D7531.
2.3. Анализ объекта автоматизации, разработка технического задания на
проектирование АСУ ТП разделения атмосферного воздуха
Производство разделения воздуха предназначено для получения из
воздуха продукционных (газообразных и жидких) азота, кислорода и аргона,
резервном их хранении, а также выдаче на основное производство
(газообразные продукты) и в транспортные цистерны (жидкие продукты). [8]
Технологический процесс разделения воздуха основан на методе
глубокого охлаждения (низкотемпературной ректификации). Установка
разделения воздуха работает по циклу среднего давления с турбодетандером,
колонной двукратной ректификации (получение азота и кислорода) и блоком
очистки аргона. Подача жидких криопродуктов на хранение, выдача
продукционных газовых потоков под давлением, а также транспортировка
жидкостных потоков в блоке очистки аргона осуществляется центробежными и
плунжерными криогенными насосами. [14]
54
Хранение жидких криопродуктов (азота, кислорода и аргона)
производится в резервуарном парке базы хранения изотермическим (без
давления) и полуизотермическим (под избыточным давлением) способом. База
хранения так же оснащена тремя терминалами для приёма / выдачи жидких
криопродуктов (азота, кислорода и аргона соответственно) из криогенных
автоцистерн. [14]
Основным продуктом разделения является кислород газообразный с
концентрацией 99,6% об. О2, жидкий кислород сливается на базу хранения в
качестве резервного запаса на случай остановки блока разделения воздуха. Так
же на установке производятся газообразный и жидкий продукционный азот с
концентрацией 0,0001 % об.О2 и аргон с концентрацией 0,0001 % об.О2 и
0,0001 % об.N2. Отводимый из установки разделения воздуха отбросной газ
(азот промежуточной степени очистки) применяется для регенерации
адсорберов блока комплексной очистки воздуха, а так же дополнительного
охлаждения воды, и в дальнейшем сбрасывается в атмосферу. [8]
Технологическая схема производства разделения воздуха состоит из
следующих узловых блоков и схем: [8]
− Схема компримирования воздуха;
− Схема блока предварительного охлаждения воздуха;
− Схема блока комплексной очистки воздуха;
− Схема производства и рекуперации холода;
− Схема основного ректификационного блока;
− Схема схемы блока выделения и концентрации аргона;
− Схема хранения и выдачи кислорода;
− Схема хранения и выдачи азота;
− Схема хранения и выдачи аргона;
− Схема водоснабжения.
Схема компримирования воздуха состоит из компрессоров воздушных
поз. C1161 и C1261 (основного и дожимающего), смонтированных в виде
единого блока с общим приводом и водяным охлаждением на промежуточных