Колонны синтеза аммиака

  Аварии  могут возникать, кроме того, при  нарушении режима работы циркуляционных нагнетателей. Увеличение сверх 30 ат перепада давления между всасывающей и нагнетательной линиями может привести к обрыву штоков в поршневых машинах, к сдвигу вала и разрушению подшипников циркуляционных нагнетателей. При возрастании перепада нагрузка нагнетателей должна быть немедленно снижена.

  Следует также иметь в виду, что резкое уменьшение интенсивности циркуляции газа вызывает резкий скачок температуры в колонне. Если в этом случае колонна находится на разогреве, возможен перегрев спиралей электрического подогревателя, что приводит к выходу его из строя.

  При возникновении неполадок на одном  участке технологического процесса необходимо обращать серьезное внимание на все связанные с ним другие звенья, чтобы меры, принятые к ликвидации одного из нарушений, не вызвали возможных аварий на смежном участке.

Спецификация  оборудования

  Насадки колонн синтеза

  Колонны синтеза состоят из корпуса и насадки, включающей теплообменник и катализаторную коробку.

  Применяемые в настоящее время конструкции  насадок можно свести к следующим  типам:

  1. Трубчатые насадки с теплообменником  в зоне катализа, подразделяемые  на противоточные, в которых потоки газа в теп-лообменных трубках и в слое катализатора имеют встречное направление (см. рис. VI-10), и прямоточные (обычно с двойными теплообменными трубками), в которых потоки газа движутся в трубках и в слое катализатора параллельно друг другу (см. рис. VI-! 1).

  2. Полочные насадки с катализатором,  загруженным сплошным слоем на полки, и подводом холодного газа в пространство между полками (см. рис. VI-13).

  Известны  также многочисленные варианты конструкции  насадок, являющихся комбинациями перечисленных выше типов (см., например, рис. У1-12).Производительность колонн во многом зависит от конструкции их насадок, совершенство которых оценивается простотой и надежностью работы, а также возможностью создания наиболее благоприятного температурного режима синтеза аммиака. В идеальном случае распределение температур по высоте слоя

  Рис. VI-10. Противоточная насадка Рис. VI-11. Прямоточная насадка (здесь и на рис. VI-!! —VI-13 спра- с двойными теплообменными трубками ва изображены графики распределения температур в катализаторной коробке):

  /—предварительный (нижний) теплообменник;

  2—катализаторная коробка; 3—теплообменные

  трубки  катализаторной   коробки.

  катализатора  должно соответствовать оптимальной  температурной кривой (см. рис. У1-2, стр. 277). Для обеспечения оптимального режима должно быть правильно определено соотношение размеров предварительного теплообменника и катализаторной коробки и организован отвод тепла из зоны реакции таким образом, чтобы исключалась возможность как перегрева, так и переохлаждения катализатора.

  Трудность создания температурного режима колонн синтеза, близкого к оптимальному, связана  с тем, что образование аммиака по высоте катализаторной коробки и, следовательно, выделение тепла происходят неравномерно. 

 
 
 
  

  

  Вертикальные  водяные холодильники-конденсаторы состоят из пучка согнутых в спирали труб высокого давления, помещенных в стальной цилиндрический кожух; концы труб ввальцованы в распределительные камеры. Газ движется по змеевикам сверху вниз, вода проходит в кожухе противотоком газу. В зависимости от производительности агрегатов синтеза аммиака охлаждающая поверхность таких конденсаторов составляет 150—200 л*².

  К наиболее эффективным  типам конденсаторов  относятся спиральные теплообменники. Они достаточно компактны, однако из-за трудности изготовления еще редко применяются.

  Аммиачные конденсаторы устанавливают в дополнение к водяным конденсаторам. Они являются второй ступенью охлаждения циркуляционного газа и служат для более полной конденсации из него аммиака. Ниже кратко описаны применяемые типы аммиачных конденсаторов.

  Горизонтальный  конденсатор представляет собой стальной котел, рассчитанный на давление 16 ат. В нижней части котла размещается от 5 до 8 секций труб высокого давления, каждая из которых состоит из шести горизонтальных труб, соединенных между собой.

  Снаружи такого конденсатора расположены газовые  коллекторы, связывающие секции труб высокого давления по входу и выходу газа. Газ поступает в конденсатор сверху, разветвляется на параллельные потоки по секциям и движется вниз, переходя затем в нижний коллектор. Нижние ряды труб высокого давления погружены в кипящий жидкий аммиак, залитый в котел, а верхние трубы охлаждаются парами аммиака. Чем меньше давление паров над жидким аммиаком, тем ниже возможная температура охлаждения. Обычно конденсатор работает при давлении 2 ат.

  Котел конденсатора имеет предохранительные устройства — рычажные или пружинные клапаны и взрывные пластины, предотвращающие возможность случайного повышения давления в котле.

  Вертикальный конденсатор (рис. VI-19) также представляет собой котел, заполняемый до определенного уровня жидким аммиаком. В котле размещены змеевики 3 (трубы высокого давления). Азото-во до родная смесь входит в конденсатор через верхний коллектор 2 и движется через параллельно включенные змеевики (до 12. шт.) внутренним диаметром 25—35 мм. Охлажденная газовая смесь выходит из аппарата через нижний коллектор б при температуре 10—20 °С.. Охлаждающая поверхность змеевиков-испарителей, установленных на крупных агрегатах, достигает 100 м*.

  Жидкий  аммиак подается в испаритель (конденсатор) снизу, газообразный испарившийся аммиак отводится по трубке в ловушку /. Здесь задерживаются капли жидкого аммиака, уносимые газом; жидкость стекает обратно в аппарат через вертикальную трубу 5.

 

 

  Сепараторы  и фильтры

  Фильтры предназначены для  очистки газа от твердых  и жидких веществ, сепараторы — для отделения жидкого аммиака.

  Применяются следующие способы  выделения из газа твердых примесей и капель жидкости: фильтрация через пористые материалы, очистка под действием силы тяжести и резкого изменения скорости и направления газа, очистка в поле центробежных сил (созданием вращательного движения газа). Различают несколько типов сепараторов и фильтров.

  Вертикальный сепаратор (рис. У1-20) состоит из толстостенного стального цилиндрического корпуса 2 с верхней и нижней крышками / и 5. Внутри аппарата имеется цилиндр 4, ввальцованный в верхнюю часть корпуса и опускающийся на треть его высоты. Газ, содержащий капельки жидкости, входит в сепаратор через отверстие и движется по кольцевому зазору между внутренней стенкой корпуса 2 и цилиндром 4. На выходе из этого кольцевого зазора газ изменяет скорость и направление и устремляется вверх цилиндра. Отделение капель жидкости от газа лроисходит под действием силы тяжести, изменения направления и скорости газового потока.

  Внутри  цилиндра на металлических  стержнях укреплены отбойники 3, представляющие собой стальные полудиеки, повернутые друг к другу под углом 30°. Уносимые газом брызги жидкого аммиака ударяются об отбойники и стекают вниз. Газ, освобожденный от жидкости, выходит из сепаратора через верхнее отверстие, жидкий аммиак удаляется из аппарата снизу. Для предотвращения прорыва газа в жидкостной трубопровод (что очень опасно) в сепараторе всегда поддерживается определенный уровень жидкого аммиака при помсщи регулятора уровня, получающего соответствующий импульс от бхйковой камеры 6.

  Циркуляционные  нагнетатели

  В качестве циркуляционных нагнетателей применяются поршневые и центробежные компрессоры, а также газоструйные компрессоры (инжекторы).

  Поршневые циркуляционные компрессоры (ПЦК) представляют собой машины двойного действия с сжатием газа в одну ступень и с одним или двумя параллельно работающими цилиндрами. Цилиндры не охлаждаются, так как количество выделяющегося тепла незначительно вследствие небольшой степени сжатия газа.

  Характеристика  некоторых типов поршневых нагнетателей, применяемых в производстве аммиака, приведена ниже: 

 

  Производительность, м^я/ч сжатого газа .   . Скорость вращения вала, об/мин .   .- .   .   . Ход поршня,   мм ............

  Дияметр цилиндра, мм   .........

  Мощность  двигателя, кет ........ 

  Центробежные  циркуляционные компрессоры (ЦЦК) являются многоступенчатыми центробежными машинами, непосредственно соединенными с электродвигателем и помещенные в толстостенный сосуд высокого давления (корпус). Такая конструкция компрессора позволяет исключить применение сальников, что является одним из достоинств ЦЦК (см. ниже).

  Газ входит в корпус ЦЦК (рис. У1-24) со стороны  двигателя, движется в кольцевой  щели между корлусом компрессора  и электродвигателя и выходит через окно промежуточного фонаря во всасывающую камеру первого рабочего колеса. Здесь газ центробежной силой отбрасывается на периферию. Проходя все рабочие колеса машины, газ подвергается сжатию до нужного давления и через нагнетательный патрубок удаляется из компрессора в трубопровод.

  В большинстве случаев центробежные компрессоры работают при перепаде давлений 15—20 ат между всасывающим и нагнетательным патрубками и, в зависимости от этого, имеют от 10 до 14 рабочих колес. Производительность ЦЦК составляет 300— 400 м³/ч сжатого газа.

  Изоляционные  материалы в электродвигателях  аммиачных компрессоров при соприкосновении  с аммиаком быстро теряют диэлектрические  свойства. Поэтому, чтобы предотвращался контакт изоляции с циркуляционным газом, для обдувки двигателя применяется свежая азото-водородная смесь, предварительно

  •освобожденная  от водяных паров путем охлаждения испаряющимся аммиаком с последующей осушкой смеси силикагелем.

  Компрессор  имеет байпас (перепускной вентиль), которым пользуются при пуске  машины и для регулирования ее нагрузки.

  Преимущества  центробежных компрессоров перед поршневыми заключаются в следующем: ЦЦК работают почти без смазки, благодаря чему газ не загрязняется маслом. Из-за отсутствия сальниковых уплотнений высокого давления в таких компрессорах снижаются потери газа и уменьшается возможность проникания газа в рабочие помещения. ЦЦК создают равномерный газовый поток без пульсаций_г характерных для работы поршневых компрессоров.