Технология получения сульфата аммония в условиях "Авдеевского КХЗ"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Аммиак образуется в процессе коксования из азота и водорода каменного угля. Большая доля азота угля (к 60%) остается в коксе в виде термически стойких азотистых сочетаний, а последняя часть удаляется из угля вместе с летучими продуктами коксования - газом, смолой и надсмольной водой.

Образование аммиака при коксовании угля начинается при температуре около 600°С, а максимальный выход его достигается при температурах 800-900°С.

По данным [1] выход аммиака от сухой шихты для донецкого угля варьируется в пределах 0,25-0,30%, а для кузнецких может достигать 0,45 %.

Содержимое аммиака в газе для разного угля может варьироваться в пределах 5,5 - 12,5 г/м3 (0 °С).

Исключение аммиака из коксового газа - обязательная технологическая операция при подготовке газа к его дальнейшему использованию. Нормы допустимого содержания аммиака в газе: не больее 0,03 г/м3, то есть полнота вытягивания аммиака из газа должна составлять 99,7 - 99,8 % масс. Такие серьезные требования определяются чисто технологическими причинами :

- необходимость удаления компонента, который приводит к коррозии газопроводов и оборудования;

- для предупреждения возникновения откладываний в газопроводных коммуникациях и регулирующих устройствах коксовых батарей;

- для нормальной эксплуатации бензольно-скруберних отделений и цехов серооочистки; безсатураторный абсорбер аммоний ветровой

- аммиак с цианистым водородом, который находится в газе, резко усиливает коррозию оборудования, образовывая хорошо растворимое комплексное соединение - гексацианферрат - (NH4) 4[FeCN6];

- аммиак, который остается в газе, при сжигании превращается преимущественно в токсичные и коррозионно-опасные оксиды азота;

- аммиак стабилизирует эмульсии воды и масла при улавливании бензольних углеводородов.

В результате улавливания аммиака серной кислотой образуется сульфат аммония.

Сульфат аммония производится на коксохимических заводах в больших количествах. На 1 т сухой шихты производство сульфата аммония (сухого) ссоставляет 11,0-11,5 кг.

Сульфат аммония является очень эффективным азотным удобрением. Особенностью этого вида удобрения является те, что он позволяет подпитывать почву не только азотом, но и серой. Последняя входит в состав белков и аминокислот растений и потому вместе с азотом является одним из важных элементов питания сельскохозяйственных культур. По мере важности для растений серу можно поставить на третье место после азота и фосфора. Продукт владеет важным для жизнедеятельности растений свойством. Он переводит фосфор, который находится в почве из нерастворимой формы в растворимую и тем же усиливает процесс поглощения растением этого вещества. Это позволяет снизить количество фосфорных удобрений, которые вносятся к почве.

Несмотря на то, что продукт шире всего используется в сельском хозяйстве, он также применяется и в других отраслях. Например, в биохимии переосаждения сульфатом аммония является общим методом очистки белков. Используется в технологии хлорирования воды с амонизацией, вводится в обрабатываемую воду за несколько секунд до хлора, с хлором образует хлорамины - связывая свободный хлор, благодаря чему значительно сокращается образование хлорорганіки вредного для организма человека, сокращается затрата хлора, уменьшается коррозия трубопроводов. В пищевой промышленности его используют в качестве пищевую добавку Е517 (вещества против слеживания). В промышленности сульфат аммония используют в качестве сырья при производстве аккумуляторов, в производстве вискозного волокна и как основу при производстве огнезащитных пропиток для дерева.

1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА АММОНИЯ В УСЛОВИЯХ «АВДЕЕВСКОГО КХЗ»

Так как сатураторный метод не дает возможность регулировать размер получаемых кристаллов, то на «АКХЗ» внедрен безсатураторний метод получения сульфата аммония, в котором на стадии абсорбции получают ненасыщенный раствор соли, которая поддается на вакуум - выпарку в условиях интенсивной циркуляции, которая обеспечивает незначительное пресыщение и управляемый рост кристаллов.[1]

Преимуществами безсатураторних методов являются меньшее гидравлическое сопротивление форсуночних абсорберов и возможность проведения отдельных стадий процесса (абсорбция аммиака, кристаллизация сульфата аммония и др.) при наиболее благоприятных условиях.

1.1 Безсатураторний метод

Безсатураторний процесс получения сульфата аммония может осуществляться по двум принципиально разным схемам: улавливание аммиака пересыщенным раствором, который содержит кристаллы, и ненасыщенным раствором с дальнейшим получением в отдельном аппарате кристаллов соли сульфата аммонию путем упаривания части раствора[5].

На «Авдеевском КХЗ» применяется вторая схема в которой предусматривается установка двухступенчатого абсорбера для осуществления раздельного улавливания из газа аммиака и пиридиновых оснований и кристаллизация сульфата аммония, который образовался, в отдельном аппарате - испарителе (под вакуумом).

Эта схема имеет ряд преимуществ :

- абсорберы орошаются ненасыщенным раствором, который устраняет их засоление;

- при кристаллизации соли в отдельном аппарате можно получить кристаллы практически любого размера;

- процесс легко управляется, процесс кристаллизации можно осуществлять периодически и насыщенный раствор может складироваться.

При этом не нарушается работа улавливающей установки.

Осуществление процесса улавливания аммиака, пиридиновых оснований и кристаллизация соли сульфата аммония в отдельных аппаратах, позволяют поддерживать для каждого из них наиболее целесообразный режим. Это обеспечивает достаточную полноту улавливания аммиака и пиридиновых оснований из газа и получения крупнокристаллической соли.

Таким образом, получение сульфата аммония по безсатураторному методу осуществляется в двух установках - абсорбцилнной и испарительно-кристаллизационной.

Схемой предусматривается очистка газа в двухступенчатом полом форсуночном абсорбере, причем в первой ступени 2 из газа извлекается основное количество аммиака с получением раствора сульфата аммония солесодержа- нием около 40 % и кислотностью не более 1 %, а во второй ступени 3 извлекаются остаточное количество аммиака и легкие пиридиновые основания раствором кислотностью 10 - 12 % и солесодержанием около 30 %.

Каждая ступень абсорбции имеет автономный цикл орошения, включающий циркуляционные сборники 6,8, насосы 5, 7, а также коммуникации для подпитки растворных циклов кислотой и водой из напорных баков 10,11,12, Такое исполнение узла абсорбции и состав поглотительного раствора обеспечивают наиболее благоприятные условия для эффективной и надежной очистки газа как от аммиака, так и от пиридиновых оснований, а также выполнения соответствующих требований к составу раствора, выводимого из циркуляционного

контура первой ступени 2 в сборник 9 для последующей переработки вакуум-выпарной кристаллизацией с получением товарного сульфата аммония.

Непрерывное извлечение аммиака из газа с получением сульфата аммония приводит к образованию избытка поглотительного раствора в циркуляционных

Рисунок 1.1 - Схема безсатураторного метода получения сульфата аммония: 1 - аммиачная колонна; 2,3 - первая и вторая ступени абсорбера; 4 - кислотная ловушка; 5, 7,13,19,21,23,24,35,36 - насосы; 6,8,9- сборники маточного раствора; 10,11,12- напорные баки кислоты и конденсата; 14 - испаритель; 15- паровые эжекторы; 16, 17-конденсаторы; 18,20,22 - сборники конденсата; 25 - центрифуга; 26,30 - транспортеры; 27 - сушилка; 28 - вентилятор; 29 - калорифер; 31 - приемная яма; 32 - элеватор; 33 - бункер; 34 - сборник кислой смолки; 37-хранилище кислоты

контурах ступеней 2,3 абсорбера. Избыток раствора ступени 3 через перелив сборника 8 поступает в циркуляционный сборник б, а ступени 2 выводится в сборник 9, откуда после отстоя от смолки насосом 13 направляется в испаритель 14, оснащенный трубчатой греющей камерой с центральной циркуляционной трубой, а также системой для вакуумирования (эжекторы 15) и конденсации водяных паров (поверхностные конденсаторы 16,17). В испарителе 14 за счет кипения обеспечивается естественная циркуляция раствора и содержащихся в нем кристаллов. В результате испарения воды и пересыщения раствора происходит рост кристаллов и образование новых центров кристаллизации. Температура кипения раствора в испарителе 14 поддерживается на уровне 60 °С путем создания соответствующего вакуума эжекторами 15. Соковые пары конденсируются с образованием грязного конденсата, накапливаемого в сборнике 18 и расходуемого на пополнения циркуляционных циклов ступени 2 и ступени 3 аммиачного абсорбера. Чистый конденсат греющего пара собирается отдельно в сборниках 20,22.

Особенностью режима выпарной кристаллизации, обусловленной конструкцией аппарата 14, является совмещение во времени и пространстве процессов создания пересыщения и его реализации, а также отсутствие классифицирующего фактора как на стадии роста кристаллов, так и при выводе твердой фазы из кристаллизационного объема. Отрицательным аспектом такого режима является получение товарного продукта с широким спектром дисперсии частиц, а положительным - простота и надежность процесса вывода твердой фазы из аппарата при стабильной величине ее содержания в циркулирующей суспензии.

Поддержание постоянства уровня раствора в аппарате 14 обеспечивается за счет ручной или автоматической корректировки расхода питающего раствора, подаваемого насосом 13, при непрерывном выводе продуктовой суспензии насосом 24 в центрифугу 25. Влажные кристаллы после центрифуги 25 поступают на ленточный транспортер 26, а затем в сушилку 27, куда также поступает горячий воздух из калорифера 29. Высушенный продукт транспортером 30 направляется на хранение в насыпи или подвергается фасовке. Отработанный теплоноситель после сушилки 27 перед сбросом в атмосферу подвергается пылеочистке (на рис. 5.2 не показано).

Маточный раствор после центрифуги 25 поступает в циркуляционный сборник 6 ступени 2 абсорбции аммиака.

При контакте газа с раствором в ступенях 2, 3 аммиачного абсорбера согласно его тепловому балансу соответствующая часть тепла расходуется на испарение воды из раствора, то есть на повышение влагосодержания газа, выводимого в кислотную ловушку 4 и далее в конечный газовый холодильник (на рис. 5.2 не показано).

С учетом того, что узел абсорбции аммиака функционирует в непрерывном режиме, а узел выпарной кристаллизации может работать периодически благодаря наличию буферной емкости (что обеспечивает возможность осуществления промывок испарителя 14

2. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СУЛЬФАТНОГО ОТДЕЛЕНИЯ

К основному оборудованию сульфатного отделения цеха улавливания относятся: абсорбер, вакуум-выпарной кристаллизатор, центрифуга.

При бессатураторном методе получения сульфата аммония очистку газа от аммиака осуществляют в двухступенчатом абсорбере оросительного типа, представленном на рис. 5.15 [33] в разрезе с сечениями на уровне разделительной тарелки и отбойника.

Корпус аппарата состоит из цилиндрической обечайки 4, конического днища 5 и крышки 1. Внутреннее пространство аппарата разделено на две секции посредством кольцевой перегородки с обечайкой 10, в верхней части которой смонтирована (строго горизонтально) колпачко- вая барботажная тарелка с кольцевым переливом на уровне кромок обечайки 10. Штуцеры 3, а также установленные над ними колпаки 11 имеют трапециидальную форму и на тарелке расположены радиально, как показано на сечении А-А.

Внутри обечайки 10 установлен каплеотбойник 9, выполненный из изогнутых полос листового материала (см. сечение а-а). Верхняя и нижняя секции абсорбера оборудованы индивидуальными системами орошения и выполняют функции первой и второй ступени абсорбции аммиака. Нижняя секция (первая ступень) оборудована двумя ярусами форсунок 8 по шесть штук в каждом. Верхняя секция (вторая ступень) имеет один ярус форсунок 12, кроме того, вдоль оси аппарата расположена форсунка 13 с крупнокапельным орошением, предназначенная также для уменьшения брызгоуноса газовым потоком. Верхняя секция оборудована люками 2.



Рисунок 2.2 Аммиачный абсорбер: 1 - крышка, 2-люк, 1 - патрубок для входа газа, 3 - штуцер колпачковой тарелки, 4 - цилиндрическая обечайка 5 - коническое днище, 6,15 - патрубки для вывода раствора, 7 - штуцер входа газа, 8,12,13 - форсунки, 9 - каплеотбойник, 10 - обечайка, 11 - колпак, 14 - патрубок для выхода газа.

Коксовый газ поступает в нижнюю секцию аппарата через патрубок 7, промывается кислым раствором циркуляционного цикла первой ступени абсорбции посредством форсунок 8, затем освобождается от брызг раствора в каплеотбойнике 9 и поступает в штуцеры 3 колпачковой тарелки, которая заполнена жидкостью до уровня кромок обечайки 10. При этом в нижней секции абсорбера из газа извлекается около 95 % содержащегося в нем аммиака.

Циркулирующий раствор кислотностью около 1 % после контакта с газом поступает в коническое днище 5 и выводится через патрубок 6.

Вход газа в верхнюю секцию абсорбера осуществляется в режиме барботажа благодаря наличию погруженных в жидкость колпаков 11. Далее газ подвергается повторному контактированию с жидкой фазой в режиме орошения посредством форсунок 12 и 13. В процессе рециркуляции в контуре оросительной системы второй ступени раствора кислотностью 10- 12% из газа извлекаются остатки аммиака и легкие пиридиновые основания. Очищенный коксовый газ выводится из абсорбера через патрубок 14, а раствор накапливается в кольцевом зазоре между стенками абсорбера и обечайки 10 и выводится через патрубок 15.

Технические характеристики абсорбера:

Производительность по газу………………………………..100 000 м³/ч

Количество раствора на орошение каждой ступени (секции)....380 м³/ч

Диаметр……………………………………………………………3600 мм

Площадь свободного сечения (с учетом футеровки)…………… 8,5м²

Скорость газа в свободном сечении аппарата……………………...3м/с

Масса аппарата……………………………………………………… ~32т

Получение кристаллического сульфата аммония путем переработки ненасыщенного питающего раствора, выводимого из первой ступени аммиачного абсорбера, осуществляется в выпарном кристаллизаторе (рис. 2.3).

Корпус аппарата имеет цилиндрическую форму. Полая часть его состоит из секций 3 и 4 различного диаметра, причем секция 3 частично заполняется раствором, уровень которого визуально контролируется посредством смотровых окон 10. Секция 3 стыкуется посредством фланцевого соединения с верхней трубной решеткой нагревателя 1, в центральной части которого расположена циркуляционная труба 2, а в периферийной части - вертикальная трубчатка. Верхняя часть нагревателя 1 оборудована кольцевым коллектором с патрубком 7 для подачи греющего пара, а в нижней части установлен патрубок 9 для вывода конденсата. Нижняя трубная решетка нагревателя 1 посредством фланцевого соединения стыкуется с коническим днищем, в котором имеется люк - лаз (на рисунке не показано), патрубок 5 для подачи питающего раствора и труба 6 для вывода продуктовой суспензии.

Секция 4 снабжена системой каплеотбоя в виде наклонно установленных полок и патрубком 8 для вывода вторичного пара.

В процессе работы в выпарном кристаллизаторе поддерживается постоянный уровень раствора путем регулирования расхода питающего раствора на входе в патрубок 5. В зоне конического днища аппарата питающий раствор смешивается с циркулирующим раствором, поступающим из трубы 2. Циркулирующий раствор содержит кристаллическую фазу и на выходе из трубы 2 имеет остаточное пересыщение, которое снижается или полностью снимается в результате смешения с питающим раствором. После смешения раствор поступает в трубчатку нагревателя 1.

В результате конденсации пара в межтрубном пространстве нагревателя 1 находящийся в трубчатке раствор получает соответствующее количество тепла. В зависимости от высоты уровня раствора над верхней трубной решеткой, который определяет величину гидростатического давления жидкости в верхней части трубчатки, получаемое раствором тепло расходуется в определенном соотношении на повышение его температуры или на испарение воды непосредственно в трубчатке. Это обстоятельство определяет два возможных режима работы нагревателя 1:

¦ при увеличенном уровне раствора в аппарате в трубчатке преобладает режим конвективного подогрева раствора с последующим его кипением вне трубчатки по мере подъема раствора и снижения гидростатического давления;

¦ при минимальном уровне раствора относительно верхней трубной решетки процесс теплопередачи сопровождается кипением раствора непосредственно в трубчатке.

Во втором случае возможен форсированный режим работы аппарата при высоких тепловых нагрузках, так как кипение раствора в трубчатке существенно интенсифицирует теплоотдачу. Однако при таком режиме возрастает вероятность пристеночного солеобразования в трубчатке, а также чрезмерного зародышеобразования при повышенном пересыщении раствора. Оптимальный режим работы нагревателя 1 предполагает обеспечение таких условий вы

Для получения крупнокристаллического сульфата аммония улучшенного фракционного состава применяются кристаллизаторы со взвешенным слоем частиц и внешним контуром циркуляции раствора, снабженным подогревателем парной кристаллизации, которые гарантируют получение Рис. 5.16. крупнокристаллического продукта при непрерывной рабо- Вакуум-кристаллизатор те аппарата между его промывками в течение 3 суток. Кипение раствора в периферийной части сечения аппарата сопровождается его пересыщением и создает нисходящий поток в трубе 2 и восходящий в трубчатке нагревателя 1, то есть циркуляцию суспензии кристаллов по замкнутому контуру. Многократное прохождение кристаллов через зону образования пересыщения (зону кипения) обеспечивает их рост и накопление массы твердой фазы в циркуляционном контуре. Непрерывный вывод суспензии с постоянной объемной скоростью по трубе б обеспечивает постоянство массы твердой фазы в выпарном кристаллизаторе на оптимальном уровне.



Рисунок 2.2 - Вакуум-выпарной кристаллизатор: I - нагреватель трубчатый; 2 - труба циркуляционная; 3 - испарительная секция; 4 - каплеотбойная секция; 5 - вход раствора; 6 - выход пульпы; 7 - вход греющего пара; 8 - выход вторичного пара; 9 - выход конденсата; 10-смотровые окна

Образовавшаяся в процессе кипения раствора паровая фаза проходит каплеотбойную секцию 4, где освобождается от уносимых брызг раствора, и выводится через патрубок 8 на конденсацию. Для снижения температуры кипения раствора в выпарном кристаллизаторе поддерживается соответствующий вакуум.

Технические характеристики выпарного кристаллизатора:

Габариты аппарата:

Диаметр……………………………………………………………...2,7м

Высота……………………………………………………………….8,5м

Диаметр труб нагревателя………………………………………….57x4мм

Поверхность теплопередачи (по внутреннемудиаметру труб)….246м

Диаметр центральной циркуляционной трубы (по внутренним

стенкам)…………………………………………………………..620мм

Номинальный вакуум в объеме аппарата…………………...685 мм рт. ст

Температура раствора в объеме аппарата……………………55 - 65°С

Температура греющего пара…………………………………….125-130°С

Окончательное выделение продуктовых кристаллов сульфата аммония из растворного цикла сульфатной установки обеспечивается путем фильтрования суспензии через металлическую перфорированную перегородку с последующим отжимом остатков маточного раствора и промывкой осадка горячей технической водой под воздействием центробежного фактора. Для этих целей применяются автоматические горизонтальные центрифуги с пульсирующей выгрузкой осадка типа 1/2 ФГП. На рис. 2.3 приведена конструктивная схема ротора центрифуги. Полый вал 4 опирается на подшипники 3 и жестко соединен одним концом с полым шкивом 2, а другим - с перфорированным цилиндром 9 (наружный каскад ротора), ко дну которого посредством стоек 8 жестко крепится выталкивающее кольцо 14 с приемным конусом 11. Все указанные элементы конструкции совершают только вращательное движение посредством шкива 2. Полый вал 4 снабжен втулками 6, в отверстиях которых скользяще установлен шток 5, снабженный на одном конце поршнем, перемещающимся в цилиндрической полости шкива 2, а на другом - перфорированным цилиндром 10 (внутренний каскад ротора), который крепится к штоку 5 днищем.

Устройство 1 для подачи масла в цилиндрическую полость шкива 2, а также поршень штока 5 представляют собой гидропривод, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение перфорированного цилиндра 10 (вместе со штоком 5) вдоль-оси ротора центрифуги. Наряду с этим цилиндр 10 и шток 5 с поршнем, жестко связанные между собой, совершают вращательное движение синхронно вращению перфорированного цилиндра 9 с валом 4 и шкивом 2 Суспензия из вращающегося приемного конуса 11 поступает в кольцевую пристеночную зону

Рисунок 2.2 Конструктивная схема центрифуги типа 1/2 ФГП: 1- устройство для подачи масла; 2 - шкив; 3 - подшипники; 4 - 5 - шток; 6 - втулка; 7 - кожух; 8 - стойка; 9 - перфорированный цилиндр (наружный каскад ротора); 10- перфорированный цилиндр (внутренний каскад ротора); 11- приемный конус; 12 - труба для промывки слоя осадка; 13 - сменное кольцо; 14 - выталкивающее кольцо цилиндра 10 (ограниченную кромками кольца 14 и конуса 11), образуя первичный слой кристаллического осадка вследствие фильтрации жидкой фазы сквозь перфорацию цилиндра 10, на стенках которого уже имеется отфильтрованный вторичный слой на участке цилиндрической поверхности между кромками конуса 11 и цилиндра 10. В то же время на перфорированных стенках вращающегося цилиндра 9 также содержится слой кристаллического осадка, ширина которого соответствует расстоянию между кромками цилиндров 9 и 10 по образующей. При перемещении цилиндра 10 влево кольцо 14 подпирает первичный и вторичный слои осадка, вследствие чего часть вторичного слоя под воздействием центробежной силы перемещается со стенок цилиндра 10 на стенки цилиндра 9.

При перемещении цилиндра 10 вправо в кольцевой пристеночной зоне вследствие непрерывной подачи суспензии в конус 11 вновь образуется первичный слой кристаллического осадка, и одновременно кромка цилиндра 10 сталкивает часть вторичного слоя со стенок цилиндра 9, а центробежная сила обеспечивает его срез по кромке ротора центрифуги.

Ротор центрифуги расположен в кожухе 7, в нижней части которого расположены каналы для раздельного вывода фильтрата и влажных кристаллов. Заданная толщина вторичного слоя осадка в цилиндре 10 устанавливается посредством сменного кольца 13. Для промывки слоя осадка предусмотрена труба 12.

Технические характеристики центрифуг, применяемых в сульфатных отделениях:

Типоразмер центрифуг…………………………1/2ФГП-630 1/2ФГП-800

Внутренний диаметр каскада ротора, мм………...........630 800

Фактор разделения………………………………………595 644

Максимальная производительность по осадку

сульфата аммония,кг/ч………………………………....2500 8000

Мощность привода общая, кВт………………………… 33 52

Удельная материалоемкость,кг/(кг/ч)………………….0,88 0,75

Удельная энергоемкость, кВт/(кг/ч)…………………..0,013 0,006

Эффективная работа центрифуг обеспечивается при концентрации твердой фазы в суспензии 40 - 50 % (по массе) и содержании в твердой фазе частиц размером более 100мкм не менее 90%.

3. РАСЧЕТ АММИАЧНОГО АБСОРБЕРА

3.1 Расчет корпуса абсорбера

Исходные данные для расчета

D = 3,2м- внутренний диаметр аппарата;

Н = 19,220 м - высота аппарата

Р_раб = 0,2МПа- расчетное внутреннее давление;

t = 65°С - расчетная температура (максимально допустимая)

= 160 МПа - для стали Ст3сп при t = 65°С;

Е = 0,195х10⁶ МПа- для Ст3сп при t = 65°С;

С = 0.0035м- толщина плакирующего слоя;

= 255МПа- предел текучести для стали Ст3сп при t = 65°С.

Расчет обечайки

Обечайка нагружена внутренним давлением

Толщину стенки приближенно определяем по формуле [3]:

- коэффициент прочности сварных швов

Принимаем исполнительную толщину конструктивно S = 10 мм

Условие применения формул:

Условие выполняется.

Допускаемое наружное давление, определяемое исходя из условия устойчивости всей обечайки;

Расчет конического днища

Расчет проводим как для стандартного неотбтированного днища для сварной обечайки. Радиус развертки обечайки при б = 60°

R = ==1,78м

Определяем согласно графика 16.11[2] зависимость фактора формы днища у=1,1 от отношения:

Определяем отношение определяющих параметров Р и

с учетом коэффициента сварных швов

Следовательно номинальную расчетную толщину стенки днища определяем по формуле 16.16[2]

Опроеделяем расчетное значение диаметра аппарата

Номинальную расчетную толщину стенки днища теперь определяем по формуле

Из расчета видно, что и в том и в другом случае толщина стенки днища 10мм удовлетворяет расчетным параметрам

Определим допускаемое внутреннее давление:

Расчет укрепления отверстий

Для цилиндрической обечайки (рис 3,1)

Отверстие под штуцер наибольшего диаметра в обечайке -

Ограничительные условиями расчета [3]

и

и

Условия для данного расчета выполняются

Рисунок 3,1 Основные размеры аммиачного абсорбера сульфатного отделения АКХЗ

Наибольший допустимый диаметр в обечайке не требующий дополнительного укрепления (без учета привариваемого штуцера) [3]

Где м - расчетная толщина стенки (см. п. 2.2.2)

С_к = 0,0035м - прибавка на коррозию

Следовательно штуцера диаметром более 0,2м требуют дополнительного укрепления

Расположение и диаметр отверстий под штуцера см. рис.3,1

Площадь сечения отверстий в стенке подштуцера

Для штуцеров Ду600

Для штуцеров Ду800

Для штуцеров Ду1420

Укрепление выбираем одностороннее, внешнее см. рис. 3,2

Рисунок 3,2 - Расчетная схема для конструкции укрепленных оотверстий под штуцера вобечайке корпуса регрнератора 1 - лист усиления, 2 - обечайка, 3 - штуцер

Площадь сечения штуцера участвующего в одностороннем укреплении [3]

Где =0,01м - толщина стенки штуцера

- номинальная расчетная толщина стенoк штуцера без прибавок при

- длина части штуцера участвующая в укреплении

Для штуцеров Ду600

Для штуцеров Ду800

Для штуцеров Ду1400

Площадь сечения укурепляющей накладки

Где - толщина укрепляющей накладки (принимаем=0,01м)

- ширина укрепляющей накладки

Для штуцеров Ду600

Для штуцеров Ду800

Для штуцеров Ду1400

Условие применения данного расчета

Для Ду600

Для Ду800

Для Ду1400

Условие выполняется

Для конических днищ

Расчет отверстий в конических днищах аналогичен расчету для цилиндрических обечаек работающих при статических нагрузках [3]

Для d = 1420

и

и

Условия для данного расчета выполняются

Наибольший допустимый диаметр в обечайке не требующий дополнительного укрепления (без учета привариваемого штуцера) [3]

Где м - расчетная толщина стенки (см. п. 2.2.2)

С_к = 0,0035м - прибавка на коррозию

Так как минимальный диаметр штуцера составляет 0,3м, что значительно больше 0,177м, то укрепление отверстий обязательно.

Площадь сечения отверстий требующих укрепления в днище под штуцера

Для штуцера Ду1400

Укрепление выбираем одностороннее, внешнее см. рис. 2.4

Площади сечения штуцеров участвующих в одностороннем укреплении рассчитываем аналогично п.

Площадь сечения укурепляющей накладки [3]

Где - толщина укрепляющей накладки для штуцеров Ду300, Ду500, Ду600

- для штуцера Ду1400

- ширина укрепляющей накладки

Для Ду1400 -

Условие применения данного расчета

Для Ду1400

Условие выполняется

3.2 Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки

Определение геометрических и силовых характеристикик аппарата

Геометрические и силовые характеристики аппарата с учетом двух возможных состояний (V = 1 - рабочее состояние; V = 3 - пустой аппарат без монтируемых на месте внутренних устройств и без изоляции) сводим в таблицу 3.1

Частота колебаний

Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте аппарата массой определяем по формуле [4]

Таблица 3.1

№п/п	Участки аппарата	Наружный диаметр Div м	Высота участка Нi м	Осевая сила от массы участка	Экватори-альный момент инерции сечения стенки Ii м4	Расст-е от центра аппарата до i-го участка хi м
		V = 1	V = 3		V = 1	V = 3
1	0 - 1	3,2	3,2	2,75	65842	15158	0,127	5
2	1 - 2	3,2	3,2	9,55	73158	16842	0,127	14,6

3,1

Где Н = 19,2м - высота аппарата

- вес аппарата при полном заполнении

- вес порожнего аппарата (в условиях монтажа)

- модуль продольной упругости материала аппарата при 65^оС

- момент инерции сечения аппарата относительно вертикальной оси

- коэффициент неравномерности сжатия грунта

- минимальный момент инерции подошвы фундамента

Подставляем в (3.1) полученные величины

Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте х₀ определяем по формуле [4]

3,2

Ветровые загрузки

Ветровая загрузка на i-м участке

3,3

Статистическая составляющая ветровой загрузки на i-м участке

3,4

Для участка 0-1

Для участка 0-1

Динамическая составляющая ветровой загрузки на i-м участке

3,5

Нормативное значение статистической составляющей ветровой загрузки на середине i-го участка [4]

3,6

Где - скоростной напор ветра для района установки аппарата

- определяем по диаграмме

Для участка 0-1 -

Для участка 1-2 -

К = 0,7 - для данного типа аппаратов

Для участка 0-1 -

Для участка 1-2 -

Коэффициент определяем в зависимости от параметра и находим по графику [4]

Коэффициент определяем по таблице [4]

Рисунок 3.2 - Расчетная схема аппарата для определения ветровых нагрузок

Приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка

3,7

Подставляя в формулу значения получим значения з на участках 0-1 и 1-2 при монтаже аппарата и при полном заполнении. Результаты заносим в таблицу 3.2

и относительное перемещение i-го и к-го участка при основном колебании

3,8

Для участка 0-1

Таблица 3.2

Участки аппарата	0-1	1-2
Показатели
1	2	3
	0,95	0,6
	1,6	1,6
	1,3	1,3
	1,3	1,3
	1,157	1,157
1	2	3
	1,40	1,32
	441	416
	V = 1	0,0243	0,0243
	V = 3	0,0116	0,0116
1	2	3
	V = 1	1,48	1,48
	V = 3	1,40	1,40
	14112	21850
	0,505	0,53
	V = 1	0,00340	0,00337
	V = 3	0,0186	0,0179
	V = 1	1786	5786
	V = 3	1757	5743
	V = 1	15898	27636
	V = 3	15859	27593

Для участка 1-2

Где - определяется в зависимости от по графику [4]

- коэффициент определяем по формуле

3,9

Коэффициенты , и определяем по графикам [4] в зависимости от значения экваториального момента инерции сечения стенки I_i

Все данные заносим в таблицу 3.2

Изгибающий момент от действия ветровой нагрузки

Изгибающий момент в сечении А-А на высоте

Изгибающий момент в сечении Б-Б на высоте

Изгибающий момент от действия ветровой нагрузки на обслуживающие площадки

3.10

Площадки расположены от подошвы апарата на всоте

; ;

- коэффициент учитывающий изменение скоростного напора повысоте аппарата и опроеделяется по графику [4]

; ;

- Коэффициент динамичности при ветровой нагрузке определяется по графику [4] в зависимости от значения

- Коэффициент определяем по графику [4] в зависимости от отношения

;

;

;

- Коэффициент пульсации основного напора определяется по графику [4] в зависимости от значения

;

;

;

Общая площадь площадки

Где - наружный диаметр аппарата

- ширина площадки

=1,2м - высота ограждения

Подставляем полученные значения в 3.10 и определяем изгибающий момент в расчетных сечениях от действия ветра на площадку

В сечении при -

В сечении при

Изгибающий момент в расчетном сечении определяем по формуле

В сечении

В сечении

Из расчета видно , что максимальный изгибающий момент

3.3 Проверочный расчет аппарата на устойчивость

Так как абсорбер работает под совместным действием осевой сжимающей силы и изгибающего момента от действия ветровой нагрузки расчет производим из условия

3.11

- поперечное усилие, значит

- максимальный изгибающий момент

- максимальная осевая нагрузка

Допускаемое наружное давление из условий устойчивости в пределах упругости следует рассчитываем по формуле [2]

3.12

Где - коэффициент запаса устойчивости

- коэффициент жесткости обечайки подкрепленной кольцами жесткости

3.13

- эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца жесткости

- безразмерный коэффициент принимаем так, как

Подставим в 3.12 полученные значения

Р - внутреннее давление по условиям расчета Р = 0,2 МПа

Отношение

F и М - осевая сжимающая сила и изгибающий момент

- допускаемое осевое усилие и изгибающий момент

3.14

- допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности

- допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости

Так, как

Подставляем в 3.14 полученные значения

Допускаемый изгибающий момент

3.15

- допускаемый изгибающий момент из условия прочности

- допускаемый изгибающий момент в пределах упругости из условия устойчивости

Подставляем в 3.15 полученные значения

Подставляем в 3.11 полученные значения

Условие устойчивости выполняется

3.4 Выбор опоры

Определяем приведенные нагрузки

Максимальная приведенная нагрузка

Минимальная приведенная нагрузка

Принимаем опору 2-2200-250-200-1000 по ОСТ 26-467-78 с параметрами

S₁ = 10мм; S₂ = 30мм; S₃ = 30мм

Количество фундаментных болтов М42 - 16шт.

4. МОНТАЖ И РЕМОНТ АППАРАТА

4.1 Выбор способа монтажа

При выборе способа монтажа колонны учитываем длительность работ и приведенные затраты.

Наиболее экономично вести подъем колонны краном способом скольжения. При подъеме аппарата способом скольжения очень мал объем подготовительных работ. Но при таком способе грузоподъемность крана должна быть больше массы аппарата, а вот высота вылета стрелы может быть меньше высоты аппарата.

Подъем колонны осуществляется краном «Камаз-JONES» грузоподъемностью 25 тонн, который обладает хорошей проходимостью и маневренностью, и может передвигаться с грузом на крюке, а удельное давление на грунт невелико.

4.2 Описание технологии монтажа

Перед проведением работ должна быть подготовлена монтажная площадка, изготовлены фундаменты, площадка покрыта сборными железобетонными плитами. При монтаже выполняют строповку ниже вершины аппарата за специальные монтажные упоры, но выше центра тяжести. Аппарат выкладывают относительно фундамента таким образом, чтобы точка крепления и ось фундамента находились на одной окружности описываемой стрелой крана (рисунок 5.1).

Подъем ведут в такой последовательности:

Сначала поднимают вершину аппарата при одновременном подтаскивании его нижней части лебедкой или трактором. Для обеспечения горизонтального перемещения нижняя часть укладывается на монтажные сани. Скорость подтаскивания согласовывается со скоростью подъема, чтобы грузовой полиспаст находился в вертикальном положении. Плавный переход в вертикальное положение в этом случае производят после того, как аппарат в наклонном положении устанавливают на фундамент. Перевод осуществляется с помощью тормозной системы, которая начинает работать, когда достигается неустойчивое равновесие аппарата. После установки колонны на фундамент, производится нивелировка и окончательная выверка вертикального положения колонны и крепление его к основанию анкерными шпильками. Вертикальность колонны выверяют по уровню или отвесу.

4.3 Ремонт абсорбера

4.3.1 Подготовка абсорбера к ремонту

Перед началом ремонта полностью отключаются аппараты и трубопроводы установки от рабочей части схемы цеха. Остановку абсорбера осуществляет эксплуатационный персонал. Колонна пропаривается паром, а затем продувается инертным газом.

Отключение абсорбера от коммуникаций заглушками производит ремонтный персонал согласно соответствующей в цехе схеме установки заглушек под руководством начальника цеха. После подготовительных операций (пропарка, промывка) открываются люки абсорбера Люки нужно открывать в строгой последовательности, начиная с верхнего когда абсорбер находится под паром, для предотвращения тока воздуха через колонну при одновременном открытии нижнего и верхнего люков. После пропаривания абсорбер промывается водой и проветривается. Проветривание необходимо для охлаждения абсорбера и доведения концентрации продуктов в ней до допустимых санитарных норм. После окончания проветривания нужно провести анализ проб воздуха, взятых из абсорбера на разных высотных отметках. К работам внутри абсорбера разрешается приступить только тогда, когда анализ покажет, что концентрация вредных газов и паров не превышает предельно допустимых санитарных норм.

Перед проведением капитального ремонта до остановки агрегата, механик цеха или мастер по ремонту оборудования, выполняющий ремонт, обязан составить дефектную ведомость, которая должна отвечать типовым объемам работ. Подготовленный к ремонту аппарат принимает механик цеха от начальника смены по акту передачи оборудования в ремонт. Перед проведением такого ремонта, за сутки до начала работ механик цеха обязан письменно поставить в известность начальника цеха в необходимости остановки и подготовки аппарата к ремонту в указанное и согласованное время с начальником цеха сроком. Выполнение работ фиксируется механиком в ремонтном журнале.

4.3.2 Текущий ремонт

В ходе выполнения текущего ремонта абсорбера производятся следующие виды работ:

- наружный осмотр аппарата;

- частичная смена шпилек и гаек;

- ремонт изоляции аппарата.

4.3.3 Капитальный ремонт абсорбера

Демонтируются внутренние устройства абсорбера, производится чистка форсунок, при необходимости производится полная замена, при сильном износе производится полная замена каплеотбойника.

Ремонт абсорбера заканчивается испытанием. При гидравлическом испытании абсорбер заполняется водой при открытой воздушке, установленной в верху абсорбера. Появление воды в воздушке свидетельствует о заполнении абсорбера. После закрытия воздушки давление в абсорбере медленно повышают до контрольной величины. При этом давлении аппарат выдерживается 5 минут,

Пуск

Если абсорбер освобождался от коксового газа, то он должен включаться следующим образом:

1) Исходное положение: закрыты задвижки на входе и выходе из абсорбера, закрыты задвижки на воздушниках. Открыты задвижки мимо абсорбера.

2) Открывается задвижка на воздушнике абсорбера № 3, затем открывается задвижка на входе газа в аппарат. Производится продувка абсорбера газом.

3) После продувки - отбор пробы газа из штуцера на воздушнике. Продувка абсорбера ведется до содержания кислорода не выше 1,5%.

4) При получении удовлетворительного анализа закрывается задвижка на входе в абсорбер и открывается задвижка на выходе из абсорбера для продувки в течение 15 - 20 минут вертикального газопровода выхода из абсорбера. После продувки “стояка” снова открывается задвижка на входе газа в абсорбер и закрывается задвижка на воздушнике.

5) После проверки полноты открытия задвижек на входе и выходе газа из абсорбера постепенно закрывается задвижка мимо абсорбера.

Примечание: в процессе ведется наблюдение за сопротивлением абсорбера и давлением газа перед абсорбером № в случае повышения сопротивления выше 150 мм вод.ст. закрытие задвижки мимо абсорбера прекращается для выяснения причины повышенного сопротивления скруббера.

После пуска абсорбера налаживается нормальная работа конденсатоотводчиков - гидрозатворов на газопроводах.

После пуска отделения аппаратчик сульфатного отделения 6 разряда с помощью своих подчиненных в течение 4-5 часов выводит отделение на нормальный режим работы.

5. НАДЕЖНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ

В данном разделе для определения надежности оборудования произведем построение дерева отказов и категорирование аммиачного абсорбера

Исходные данные для расчета

В качестве исходных событий приняты отказы механизмов и устройств вакуум-насоса (АА). Это обусловлено тем, что детализация дерева отказов до элементарных составляющих ведет к чрезмерной громоздкости его конфигурации, неоправданно большим затратам времени, а также потребовало бы в дальнейшем большого объема статистической информации и длительных (до 10 лет и более) наблюдений за работой АА в эксплуатации.

Наряду с отказами внутренних устройств АА в качестве исходных событий вводится отказ корпуса АА, поскольку практика свидетельствует об этом.

Учитывая, что категорирование механизмов служит для оптимизации системы ТОИР механизмов, при построении дерева отказов не рассматриваются исходные события, связанные с отказом электрической части, КИП и А, и ошибками операторов.

Обработка статистических данных по наработке на отказ внутренних устройств АА и корпуса показала, что этот параметр имеет распределение, близкое к распределению Вейбулла. Вероятность отказа механизмов определили по Формуле [7]:

где А, В - параметры распределения, значения которых приведены в таблице 4.1 Построение и анализ дерева отказов АА:

При построении дерева отказов АА учитывали, что аппарат выполняет следующие операции:

- орошение коксового газа 1-й ступени

- орошение коксового газа 2-й ступени

- вывод обогащенного маточного раствора из АА

«Отказ производственного процесса» Z, связанный с невыполнением функции

ВН произойдет при наступлении одного из следующих событий (рис.1.):

- «нет орошения коксового газа 1-й ступени» - Т1;

- «нет орошения коксового газа 2-й ступени» - Т2;

- «нет вывод обогащенного маточного раствора» - ТЗ.

Таким образом, отказ производственного процесса можно представить в виде булевого тождества:

Z = T1 U T2 U T3.

Событие - «нет орошения коксового газа 1-й ступени» Т1 произойдет при наступлении промежуточного события, когда «забиты форсунки орошения 1й ступени» - F1, «нарушена целостность подводящих труб» - F2, «выход из строя запорной арматуры» - F3, «нарушена герметичность корпуса АА» - F4

Tl = Fl U F2 U F3 U F4

Промежуточное событие F1 наступит при:

- «нет фильтрации раствора» - А1

Промежуточное событие F2 наступит при:

- «трубы выполнены из неустойчивой к коррозии стали» - А2

- «слищком длительный срок службы» А3

Промежуточное событие F3 наступит при:

- «разкерметизация корпуса» - А4

- «сработалась сальниковая набивка» - А5

- «обрыв штока» - А6

Промежуточное событие А6 наступит при:

- «нет смазки» - G1

Промежуточное событие F4 является самодостаточной причиной

Следовательно

Tl = Аl U А2 U А3 U А4 U А5 U А6 U G1

Событие - «нет орошения коксового газа 2-й ступени» Т1 произойдет при наступлении промежуточного события, когда «забиты форсунки орошения 2й ступени» - F5, «нарушена целостность подводящих труб» - F2, «выход из строя запорной арматуры» - F3, «нарушена герметичность корпуса АА» - F4

Промежуточное событие F5 наступит при

- «выход из строя подающих насосов» - G1

- «выход из строя запорной арматуры 2й ступени» - А7

Промежуточное событие А7 наступит при:

- «обрыв штока задвижки» - G1

Следовательно

T2 = G1 U G1 U А2 U А3 U А4 U А5 U А6 U G1

Событие - «нет вывод обогащенного маточного раствора» - ТЗ. произойдет при наступлении промежуточного события когда «забиты форсунки орошения 2й ступени» - F5

Промежуточное событие F5 наступит при:

- «выход из строя запорной арматуры 2й ступени» - А8

Промежуточное событие А8 наступит при:

- «обрыв штока задвижки» - G1

Следовательно T3 = G1

Полученные тождества подставим в выражение Z

Z = Аl U А2 U А3 U А4 U А5 U А6 U G1 U G1 U G1 U А2 U А3 U А4 U А5 U А6 U G1 U G1

Применяя основные законы булевой алгебры к тождеству, получим:

Z = A1 U A2 U A3 U A4 U A5 U А6 U G1

Так как события независимы, вероятность появления события определяется по формуле:

Рисунок 3.1 - Дерево отказов механизмов ВН

Q(Z)=Q(Al)+Q(A2)+Q(A3)+Q(A4)+Q(A5)+ Q(G1)

Полученное выражение позволяет провести последовательный анализ надежности функционирования АА с учетом каждого конкретного вида отказа устройств, и установить значимость отказов для разработки оптимальной стратегии ТОИР. Из полученного дерева отказов видно, что конечное событие «отказ производственного процесса» может произойти при различном сочетании исходных и промежуточных событий. Следовательно, для уменьшения вероятности отказа необходимо выявить виды отказов, наиболее часто происходящие или наиболее вероятные, по возможности установить их. Это можно четко определить с помощью принципа минимальных аварийных сочетаний. Для данного дерева отказов общее число найденных аварийных сочетаний - 14, 4 из

Таблица 3.2 Минимальные аварийные сочетания для дерева отказов механизмов КВПК

1	А2
2	А3
3	А4
4	А5
5	А2А3
6	А2А4
7	А2А5
8	А2А6
9	А3А4
10	А3А5
11	А3А6
12	А4А5
13	А4А6
14	А5А6

которых являются сочетаниями отказов одного механизма, а 10 - сочетаниями отказов двух механизмов (табл.3.2).

Аварийные сочетания связанные с отказами А2, A3, А4, А5, А6, создают основную потенциальную угрозу сбоя функционирования ВН

Размещено на Allbest.ru

...