Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали)

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
15.83 Mб
Скачать

значения этого показателя, так как при 300 м3 /ч была исчерпана установленная мощность печи. В агрегатах

ДАЦ-250/400 производительность

катализатора

поднята

до 2100 ч - ' (4200 ч _ | по диссоциированному

аммиаку).

Новые конструктивные решения позволили интенси­

фицировать работу катализатора

примерно

в 6 раз.

Из-за тепловой инерционности

слоя

катализатора в

агрегатах типа ДА в режиме регулирования

допуска­

лось

лишь незначительное увеличение

производитель­

ности

(не более 10%).

 

 

 

 

Исследованием и опытом эксплуатации головного аг­

регата типа ДАЦ установлено, что степень

диссоциации

аммиака остается неизменной при скорости роста про­ изводительности в широком диапазоне (100—400 м3 /ч), соответствующей скорости срабатывания системы регу­ лирования. Это обстоятельство имеет важное значение для эксплуатации, особенно в тех случаях, когда по­ требление газа во времени неравномерно.

Вследствие высокой температуропроводности слоя катализатора в агрегатах типа ДАЦ температура печи

была снижена с 950 (на агрегатах типа ДА) до

810° С,

что и обусловило низкое значение

удельного

расхода

электроэнергии, эксплуатационную

надежность

и дол­

голетний срок службы нагревательных элементов и ре­ актора. Достижению низкого расхода электроэнергии способствовало использование высокоэффективного теп­ лообменника. Как видно из рис. 17, газообразный амми­ ак подается по трубе диаметром 57X2 мм, образующей змеевик, плотно уложенный иа несущем цилиндре. Го­

рячий

диссоциированный

аммиак

движется

по спи-

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 8

Показатели работы теплообменника

 

 

 

агрегатов

ДАЦ-150

и

ДАЦ-250/400

 

 

 

 

 

 

 

Температура, °С

 

 

Производительроизводитель­

газообразного

аммиака

диссоциированного

аммиака

ностьость,

ы"/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

на

входе

на выходе

на входе

на

выходе

200

 

 

20

504

556

 

216

260

 

 

20

552

624

 

244

300

 

 

20

546

642

 

250

400

 

 

20

565

695

 

230

71

Коллектор ДА

10

~п г

д

т

п

/ 4 о

 

 

Рнс. 18. Схема автоматического регулирования технологических параметров

в агрегате типа ДАЦ-250/'100:

 

а — принципиальная схема

 

7?

73

Автоматический

Регулирующее

Каскад-

электронный

промежуточного

устройстдо

потенциометр

усиления

 

Датчик

Нагреватели

Дроссели

(термопара)

насыщения

 

5

П р о д о л ж е н и е

 

рис.

18:

/1 — фильтр;

Б — испаритель;

В—маслоуловитель;

Г — теплообменник;

Д — днссоцнатор

ДАЦ-250; / — усилитель мощности;

2—ре­

гулятор;

3—преобразователь;

 

 

4 — вторичный

прибор;

5 —

переключатель;

6—регулирующее

устройство; 7 — исполнительный

механизм; 8 — датчик

уров­

ня; 9 — датчик

расхода;

10 — датчик

давления; / — регулирование

давления

дис­

социированного

аммиака;

/ / — р е г у л и р о в а н и е

температуры

в нижней

(лобовой)

зоне днссоциатора;

/ / /

— то

ж е ,

в

верхней

зоне

днссоциатора;

IV—контроль

температуры;

V— регулирование

давления

газообразного аммиака:

VI—регули­

рование

уровня

жидкого

аммиака

в

испарителе;

VII — сигнализатор

падения

давления

жидкого аммиака;

VIII

— защита

и сигнализация

по уровню

жидкого

аммиака

в

испарителе;

IX

— расход

диссоциированного

аммиака;

б — блок-

схема регулирования

температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ральному каналу, образованному змеевиком, несущим цилиндром и наружным кожухом.

Показатели работы теплообменника, установленного па агрегатах ДАЦ-150 и ДАЦ-250/400, приведены в табл. 8.

ОТДЕЛЕНИЕ ЖИДКОГО АММИАКА

 

 

Жидкий

аммиак

поставляют в

железнодорожных

цистернах, откуда его переливают в

хранилище.

Прин­

ципиальная

схема технологических

трубопроводов ти­

пичного

для

заводов

черной металлургии расходного

склада аммиака показана на рис. 19.

 

 

При

сравнительно

небольшом

потреблении

(до

'/2 т/сутки) для хранения аммиака можно рекомендовать автоцистерны (для ряда заводов Центроэнергочерметом запроектированы расходные склады, базирующиеся на использовании автоцистерн малой емкости, широко при­

меняемых в последнее время

в

сельском

хозяйстве). '

Если потребление аммиака

не

превышает

5 кг/ч, то

для его хранения можно употреблять баллоны, устанав­ ливаемые на раме с наклоном в сторону коллектора жидкого аммиака, Каждый баллон связывают гибким

74

Аммиачные 8едь> к оётоцистерне

 

 

 

 

 

 

 

 

Вентиль запорный м Гайка Рог

 

Рис. 19. Принципиальная схема технологических трубопроводов пас

л- Предохранительныйт Расходомер

 

ходного склада

аммиака:

 

 

 

*

клапан

„,

 

 

/ — резервуар

аммиачных вод; 2— аварийное

хранилище

жидкого

 

-ев— Обратный клапан

 

аммиака; 3— расходное

хранилище жидкого аммиака- 4 — железно ­

 

 

 

 

 

д о р о ж н а я

цистерна;

5 — коллектор

жидкого аммиака: б — конденсатор;

7 — маслоотделитель;

— маслособиратель;

и— коллектор

газообразного аммиака;

10 — компрессор- Л-1

Л-6 Л-9

линия

жидкого аммиака; Л-2,

Л-4, Л-10 — линии газо-

образного аммиака; Л-3

- -линия газообразного'

азота;- - Л'-5 —

линия

аммиачных вод;

Л-1 — линия

продувочных

газов;

Л-8 — линия

д р е н а ж а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трубопроводом (тонкостенной стальной трубкой, вы­ полненной в виде змеевика) с коллектором с помощью накидных гаек.

В жидком аммиаке содержится масло в количествах, зависящих от условий его производства, транспортиров­ ки, хранения п отбора. Как было упомянуто выше, для

Рнс. 20. Маслоотделитель для газообразного аммнка: / — сопло; 2— стакан-копнлышк

целого ряда процессов требуется соблюдение жестких требований к содержанию масла. Так, по данным [24], при термообработке нержавеющей стали концентрация масла в жидком аммиаке не должна превышать 5 р р т .

Получить аммиак указанной чистоты в процессе его производства принципиально возможно, однако стои­ мость такого аммиака пока высока и для его транспор­ тировки требуются специальные емкости.

Значительно проще и дешевле очищать аммиак от масла. Как показал опыт, первой ступенью очистки яв-

76

Ляе.тся хранилище аммиака. Масло и механические при­ меси оседают в нижней части цистерны, образуя шлам. Если отбор аммиака расположить выше возможного уровня шлама, а также регулярно чистить цистерны, то

уже в результате этого

можно

в

значительной

степени

снизить содержание масла в жидком аммиаке.

 

Второй

ступенью

очистки

является

испаритель.

Шлам из него нужно периодически

спускать в дренаж.

Легкие фракции масла уносятся вместе с газообраз­

ным аммиаком. Если на их пути не установить

надежно

действующие

улавливатели, то

масло попадет

сначала

в теплообменник, где произойдет его частичная

газифи­

кация, а потом в реактор. В конечном итоге

образуются

метан

и окись углерода

(при взаимодействии с

парами

воды).

В агрегатах типа ДАЦ установлены

маслоулав-

ливатели, принцип действия которых виден из рис. 20. Эффективность работы маслоулавливателя этого ти­ па зависит от правильности выбора диаметра сопла и от фиксируемого расстояния а от устья крышки. В новых

конструкциях это расстояние фиксируется без снятия крышки. Маслоулавливатель может быть также цик­ лонного типа.

Испарение аммиака. Испарение жидкого аммиака удобнее и экономичнее осуществлять в специальных сосудах — испарителях.

На рис. 21 показан испаритель конструкции Центроэнергочермета, используемый в крупных агрегатах типа ДАЦ. Жидкий аммиак подается в испаритель из храни­ лища. Он испаряется главным образом за счет утилиза­ ции тепла диссоциированного аммиака. Для этого в ис­ парителе размещен теплообменник, выполненный в ви­ де змеевика из трубы. Тепло, необходимое сверх утили­

зированного,

обеспечивается электронагревателем, смон­

тированным

на несущей керамике и

размещенным в

центре нижней части испарителя.

 

 

Установленная

мощность в крупных

испарителях

составляет '/г от суммарной мощности

W-a—qim, необхо­

димой для испарения т кг/ч аммиака

при скрытой теп­

лоте испарения

ккал/кг. Потребляемая

мощность не

превышает 25—30% от Wu.

Давление в испарителе поддерживается в диапазоне, обеспечивающем нормальную работу агрегата, и регу­ лируется плавным изменением мощности с помощью бесконтактного регулятора (см. рис. 18).

77

При строгом соответствии интенсивности испарения потреблению газообразного аммиака можно теоре­ тически получать в испарителе нулевое давление. Ес­ ли интенсивность испарения превышает потребление, то давление растет. Максимальное значение давления, от^ вечающее равновесной упругости паров при данной тем­

пературе,

достигается

при

нулевом

потреблении.

Нор­

мальные

условия

работы средств

регулирования

(дав­

ления газообразного

аммиака, уровня

жидкого аммиа­

ка)

обеспечиваются,

когда

давление

в испарителе

со­

ставляет

4—6

ат

независимо от режима потребления

га-

за.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Покажем, как это условие сказывается иа высоте объема испа­

рителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Допустим,

что

вследствие

подключения

(отключения)

 

печи

(группы печем) производительность агрегата увеличивается (снижа­ ется) с 20 до 100% (максимально возможный показатель). По ус­ ловиям нормальной работы средств регулирования давление в испа­ рителе не должно быть более 7 и менее 3 ат.

Предполагаем, что за период времени переходного процесса / Р тепловой режим в испарителе сохраняется таким же, как до рас­ сматриваемого возмущения.

Обозначим количество образующегося в единицу времени ам­ миака через N, м3 /ч, максимальную производительность (по диссо­ циированному аммиаку)—через (Эд.а, м3 /ч, свободный объем испа­ рителя — через Vr , м3 .

Время, мин

Рис. 21. Испаритель аммиака:

 

 

а, о б щ и / 1 вид испарителя аммиака

агрегата типа

Д А Ц 250/400; / — кор­

пус;

2 — змеевик-теплообменник;

3 — патрон

электрообогревателя;

/ — вход диссоциированного аммиака; / / — выход

диссоциированного

аммиака;

 

 

б — характер изменения избыточного

давления в испарителе при двух-

позпцнопном регулировании:

 

 

/ — выключение электроподогрева;

2—включение

элсктроподогр'ева;

3 — заливка аммиака в испаритель

 

 

Разбаланс в выработке газообразного аммиака до возмущения составлял

N~^f

= a u

 

(а)

что обеспечивало

в испарителе давление 6 ат. За время tp

разбаланс

(в случае снижения производительности в 5 раз) увеличится до

Л Г - ^ = а 2 ,

 

(б)

а давление возрастет (по условию задачи) с 6 до 7 ат.

 

Тогда

 

 

 

Vr=*(as-a1)tp=

Q ^ P 4 = 0 , 4 < г д . „ / р .

(в)

Общий'объем испарителя принимают, исходя из необходимости размещения в жидком аммиаке средств электрообогрева и тепло­ обмена.

Время / р можно оценить, зная скорость движения газов в тру­ бопроводах и протяженность последних на участке испарителя: вы­ ход газообразного аммиака из свободного объема — вход диссоци­ ированного аммиака в змеевиковын теплообменник.

Максимально допустимый уровень жидкого аммиака по усло­

виям максимального использования полезного объема

испарителя

принимаем равным 2 /з высоты испарителя. Тогда общий

его объем

К„ составит

 

V„=*3Vr.

(г)

ПРОИЗВОДСТВО БЕДНОЙ

\

 

АЗОТНО-ВОДОРОДНОИ СМЕСИ

 

ИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО АЗОТА

 

И ДИССОЦИИРОВАННОГО АММИАКА

 

Потребление кислорода в металлургии непрерывно растет, сообразно с чем с каждым годом увеличивается количество установок по производству кислорода, повы­ шается их номинальная производительность. Последнее обстоятельство позволяет снизить стоимость кислорода и повысить стабильность процесса.

Наряду с кислородом вырабатываются большие ко­ личества технического азота, содержащего кислород. Концентрация кислорода в техническом азоте зависит от кислородной установки, ее производительности и ко­ леблется в пределах от 0,5 до 5%. Чем выше производи­ тельность кислородной установки, тем меньше, как пра­ вило, среднее значение концентрации кислорода в тех­ ническом азоте.

80

Использование технического азота для приготовле­ ния защитной среды рационально прежде всего по эко­ номическим соображениям, так как такой способ полу­ чения бедного газа намного дешевле процесса, основан­

ного

па сжигании диссоциированного

аммиака.

Стоимость защитного газа, приготовленного на тех­

ническом

азоте, зависит

от

концентрации в нем кисло­

рода

(см.

гл. X X I I ) .

При

больших

количествах газа

Рис. 22. Технологическая схема получения бедного газа типа Н«—N2 из технического азота и диссоциированного аммиака:

/ — у с т р о й с т в о

для предварительного

подогрева и

смешения;

2 — реак­

ционный

аппарат

с

катализатором

для

гидрогенизации

кислорода;

3

трубчатый

холодильник; 4 — фреоновый

холодильник; 5 — адсорбе ­

ры;

6 — воздуходувка;

7 — электровоздухоподогреватель;

ТА

техничес­

кий

азот;

ДА

диссоциированный

аммиак;

QIQ — регулирование

соот­

ношения;

р — то ж е ,

давления;

Я 2

и

0 2

— датчики

для

определения со­

д е р ж а н и я

водорода

в

готовом

газе

и

кислорода

в техническом

азоте

соответственно

универсальным и экономически наиболее рентабельным методом очистки технического азота от кислорода явля­ ется метод каталитического гидрирования.

Установка в этом случае состоит из трех основных блоков: диссоциации аммиака, очистки технического азота от кислорода и осушки (рис. 22).

Технический азот из кислородной станции поступает в газгольдер, где его состав выравнивается, оттуда за­ сасывается газодувкой и подается в смеситель. Туда же направляется диссоциированный аммиак из блока дис­ социации (описан раньше). Смесь газов поступает в аппарат очистки, где происходит каталитическое гид-

6—391

81

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ