Как указано выше ,газ поступает в теплообменника с температурой 52 С0 и энтальпией i3=4210,а выходит из теплообменника с температурой 284 С0 и энтальпией 5030 кдж/кг .Следовательно , газ в теплообменнике получил
i4- i3=5030-4210=820 кдж/кг
Кроме этого, в щели у теплообменника к газу подведено
i3- i2=4210-4190= 20 кдж/кгтепла.
Вcего при охлаждении горячего газа в теплообменнике холодный газ поглотил
i4- i2=5030-4190=840кдж/кг
Это же количества тепла отдал горячий газ( потерями в окружающую среду пренебрегаем ),т.e
i4- i2 =i10-i11= 840 кдж/кг
Зная температуру и состав газа, выходящего из колонны ,находим ,что i11= 3680 кдж/кг.Тогда для горячего газа ,поступающего в теплообменник
i10= i11 +840 =3680+840=4520 кдж/кг
Газ ,выходящий из катализаторной коробки ,содержит i9=5000 кдж/кг тепла ,а поступающей в теплообменник 4520 кдж/кг
Разница в количестве тепла
i9- i10 =5000-4250=480 кдж\кг
расходуется на нагрев воды в теплоотводящем устройстве .Общее количество тепла ,которое может быть использовано на нагрев воды найдем по уравнению
Q13-Q12=m12*(i13-i12) = Q9-Q10=m9*(i9- i10)=37591*480=18000000 кдж/ч
Энтальпия воды при 280 С0 рвана i13=1234,5 кдж/кг,а при 220 С0 i12= 945,8 кдж/кг.Отсюда ,при нагревании воды от 220 до 280 С0 энтальпия увеличивается на
i13-i12=1234,5-945,8=288,7 кдж/кг
Таким образом ,масса нагреваемой воды равна
m12= Q13-Q12/ i13-i12=18 000 000/288,7=62350 кг/ч
Тепло газ Q в любой точке определяется произведением массы газа на энтальпию его,например
Q2= m2i2 =37591*41900=157500000 кдж/=157500 Мдж /ч
При расчете нужно помнить, что масса газа любой тоске есть величина постоянная.
Тепловой баланс колонны синтеза
| приход | Расход | ||
| Статья Катализаторная коробка | Мдж/ч | Статья | Мдж/ч |
| С газом в колонну (Q1)С газом катализаторную коробку( Q4) | 156400189100 | С газом в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник( Q2)C газом в теплоотводящее устройство | 157500188000 |
| Всего........Теплообменный аппаратС газом в щели на уровне перехода катализаторной коробки в теплообменник( Q2) С газом на входе в теплообменник (Q3)С газом на теплоотводящегоустройства(Q10 )Всего ........... | 345500157500158300170000485000 | Всего........С газом на входе в теплообменник (Q3)С газом на входе в катализаторную коробку ( Q4)С газом на выходе из колонны (Q11)Всего............ | 345000158300189100138400485500 |
| Теплоотводящее устройствоС газом из катализаторной коробки Q9 ..........С водой в колонну (Q12)Всего............. | 18800059000247000 | Cгазом в теплообменник (Q10)С водой из колонны (Q13)Всего................ | 17000077000247000 |
| Сводной тепловой баланс колонуС газом в колонну (Q1)Cводой в колонну (Q12) | 15640059000 | С газом из колонны ( Q11)С водой из колонны( Q13) | 13840077 000 |
| Всего........ | 215400 | Всего........ | 215400 |
Обслуживание установок синтеза
Синтез аммиака относится к категории опасных производств .Иногда малейшая неправильность действий эксплуатационного или ремонтного персонала может привести к не непоправимым последствиям .Поэтому вопросам ,связанным с пуском ,поддерживанием нормального технологического режима устранением аварий ,необходимо уделять серьезное внимание.
Пуск установок. Перед пуском вновь смонтированного агрегата производится его тщательный осмотр и проверка технической документации .При полном соответствии состояния установки правилам Госгортехнадзор и получении разрешении на ее пуск приступают к подготовительным операциям –загрузке колонны катализатором ,зарядке фильтров .Затем включают контрольно-измерительные приборы ,вентили устанавливаю в положение, соответствующее проведению последующих операций .Из системы удаляют воздух путем продувки агрегата азотом или газом. После этого проводится опрессовка аппаратуры и коммуникаций ,лучше всего азотом .Давление при опрессовке повышают до рабочего ступенчато ( по 50 ат) .При отсутствии неплотностей или других дефектов снимают заглушки ,отсоединяющие агрегаты от остальной системы ,и заменяют продувочный газ чистой азото-водородной смесью.
При давлении 40—50 ат включают циркуляционный компрессор, подают воду в первичный конденсатор и подключают к электросети электрический подогреватель. Для предохранения деталей насадки колонн от повреждений скорость повышения температур в зоне катализа ограничивают20—30 °С за 1 ч.
Восстановление катализатора начинается, когда температура в колонне достигнет 280—300 °С и в циркуляционном газе появится аммиак. Содержание МН3 постепенно возрастает, в результате этого в сепараторе начинаетотделяться уже не чистая вода, а содержащая аммиак. На 3—4-е сутки давление в агрегате повышают до 100 ат. К этому времени, благодаря тому, что температура катализатора поддерживается на определенном уровне уже не только за счет электроподогрева, но и вследствие выделения тепла реакции синтеза, в агрегате удается создать довольно интенсивную циркуляцию газа. На 5—6-е сутки содержание аммиака в сливаемом конденсате возрастает до 96—97%,температура в колоннахдостигает рабочей величины(460—500 °С в «горячейточке») и колонна выводится на рабочийавтотермический режим. По мере включения колонны в нормальную работу вся аппаратура агрегата также переводится па рабочий режим.
Поддержание нормального технологического режима. Показатели р.аботы каждого аппаратастрого регламентируются нормамитехнологического режима(стр. 289, 291).Температура в «горячей точке» должна быть не ниже 460 °С (приболее низких температурах процесс перестает быть .устойчивым) и не выше 530 °С (во избежание перегрева катализатора). Температуру на выходе газаиз колонны поддерживают не выше 200 °С, чтобы выходной трубопровод не подвергался водородной коррозии*.
На установках с трубопроводами горячего газа, изготовленными из стали специальных марок, температура газовой смеси, выходящей из колонн синтеза, может составлять 250 °С.
Наиболее сложно регулированиережима работы колонны синтеза. Оно производится в основном по температуре «горячей точки», т. е. наиболее нагретой зоны катализатора. С увеличением объемной скорости температура в зоне реакции снижается, уменьшение объемной скорости приводит к противоположным
* Реакция С+ 2Н2 = СН4, приводящая к уменьшению количества углерода в стали и нарушению ее структуры, при температуре более 200 °С резко усиливается.
результатам. Изменением интенсивности циркуляции газа целесообразно пользоваться до тех пор, пока не будет установлена наиболее выгодная нагрузка агрегата по газу. В дальнейшем нагрузку изменяют только при резких расстройствах технологического режима. Постоянным приемом регулирования температуры процесса синтеза является изменение соотношений газовых потоков, направляемых в колонну через главный вентиль и холодный байпас (иногда два байпаса, а в колоннах с полочной насадкой — даже четыре). При повышении температуры, наблюдаемом ранее всего на входе газа, открывают вентиль холодного байпаса до тех пор, пока температура не достигнет заданной нормы. Если же при полном открытии этого вентиля температура продолжает возрастать, для поддержания ее в нужных пределах прикрывают главный вентиль, что приводит к увеличению потока газа, идущего через холодный байпас.
При понижении температуры поступают обратным образом. Сначала полностью открывают главный вентиль, затем постепенно прикрывают вентили- холодного байпаса. Если эти меры не дают эффекта, приходится уменьшать количество газа, подаваемого в колонну.
В насадках колонн с двумя холодными байпасами (см. рис. VI-12, стр. 296) можно регулировать температуру как в верхней, так и в нижней и средней зонах катализатора и достигать наиболее выгодного соотношения температур в верхних и нижних слоях катализатора. В ^колоннах с полочной насадкой по существу регулируется температура на каждой полке в отдельности .
В ходе технологического процесса требуется также постояннее регулирование работы других аппаратов установки синтеза аммиака (высота уровней жидкости в сепараторах аммиака, температура конденсации газа и другие параметры).
Автоматическое управление агрегатом синтеза. Схема агрегата с автоматическим управлением процессом синтеза аммиака показана на рис. У1-26. При таком управлении агрегатом автоматически регулируются следующие параметры процесса: температура в колоннах синтеза; уровни жидкого аммиака в сепараторе и конденсационной колонне; температура газа, выходящего из аммиачного конденсатора; состав циркуляционного газа по содержанию инертных примесей (СН4 и Аг); выдача жидкого аммиака из газоотделителя на склад; давление в газоотделителе. ••$
Для автоматического регулирования используется наиболее распространенная в настоящее время пневматическая унифицированная система. Каждый узел регулирования состоит из датчика, преобразующего контролируемую или регулируемую величину в выходной сигнал, удобный для дистанционной передачи и дальнейшего преобразования в соответствующий импульс; регулятора, состоящего из одного или нескольких блоков, обе-
спечивающих поддержание заданного закона регулирования технологического параметра; вторичного прибора (самопишущего или показывающего) с встроенным датчиком и* переключателем; исполнительного механизма — регулирующего клапана с пневмо-приводом или другого устройства. Общий принцип действия системы можно пояснить на примере автоматического регулирования температуры в колонне синтеза.