Охлаждение коксового газа в трубчатых холодильниках

Обстеження роботи газових холодильників з вертикальними трубами і подальший аналіз отриманих даних показав, що їм властиві низькі коефіцієнти теплопередачі (50-90 Вт / м ² К) через низькі швидкості води в трубах і інтенсивного відкладення смолистих в міжтрубному просторі. До переваг цих холодильників відносять їх невисоку вимогливість до якості технічної води, що охолоджує.

 

   На рис. 3 представлена  ​​технологічна схема первинного  охолодження коксового газу в  холодильниках з горизонтальними  трубами.

Рис, 3 Технологічна схема первинного охолодження коксового газу в холодильниках з горизонтальним розташуванням труб.

1 - газозбірнік; 2 - сепаратор; 3 - освітлювач механізований; 4-заглиблена  проміжна збірка для смоли; 6 - механізоване сховище для смоли; 7 - проміжний збірник для води; 9 - первинні трубчасті газові  холодильники; 10 - електрофільтр; 11 - нагнітач; 12,14 - гідрозатвори; 13 - проміжний збірник  конденсату; 16 - відстійник для конденсату; 17-сховище для надлишкової води; 5,8,15,18,19 - насоси.

I - прямий коксовий газ; II - охолоджений коксовий газ; III - вода на охолодження; IV - вода після холодильника; V - вода у відстійники; VI - вода на переробку; VII - смола на кінцеві газові холодильники.

За цією схемою, коксовий газ, охолоджений в газозбірнику до 80-85 ° С надходить через сепаратор 2 в міжтрубний простір холодильників 9 і рухається зверху вниз, омиваючи злегка похилі труби. По висоті холодильника труби розділені на окремі секції. Охолоджуюча вода подається в нижню частину холодильника і рухається вгору через всі пучки труб, з'єднані послідовно за допомогою водяних камер. При температурі охолоджуючої води 20-25 ° С газ охолоджується до 25-35 ° С, очищається від туманообразной смоли в електрофільтрі 10 і подається нагнітачем 11 в сульфатне відділення.

 

  Конденсат з 9, 10, 11 надходить через гідрозатвори в збірник 13, звідки насосом 15 перекачується у відстійник 16.

 

  Смола з останнього надходить в механізоване сховище 6, а надсмольна вода - в проміжний збірник 7 для поповнення газозбірникового циклу. Надлишкова надсмольная вода стікає в сховище 17, звідки насосом 18 передається на переробку в аміачне відділення.

 

  При роботі з окремими водяними циклами газозбірників і холодильників у першому відбувається накопичення нелетких солей амонію, що викликають корозію апаратури і комунікацій відділення конденсації. Погіршується відстоювання надсмольной води від смоли і фусів. При цьому відбувається збільшення вмісту апаратури в смолоперегонном цеху.

 

  Для підтримки концентрації хлористих і роданистих солей амонію у воді газосборнікового циклу на рівні ≤ 6 г / л, частина її відводиться з проміжного збірника 7 в відстійник газового конденсату 16. при цьому відповідну кількість конденсату перетікає з відстійника 16 в збірник 7.

 

  Як показав промисловий досвід, застосування холодильників з горизонтальним розташуванням труб, забезпечує більш ефективне охолодження газу, полегшує роботу нагнітачів т всієї наступної апаратури цеху уловлювання. Ці апарати мають цілий ряд переваг (у порівнянні з холодильниками з вертикальними трубами):

- Охолоджуюча вода рухається  в трубах під напором, має більшу  швидкість (0.8-1.0 м / с), що дозволяє  інтенсифікувати теплопередачу  від труб до води, зменшити  відкладення зважених часток  в трубах;

- Низхідний потік конденсату  змиває з зовнішньої поверхні  труб відкладення смоли і нафталіну, завдяки чому сповільнюється  зростання гідравлічного опору  апарату;

- Наявність самостійних  трубних секцій дозволяє використання  різних холодоагентів в одному  апараті. Тим самим дозволяючи  використовувати тепло коксового  газу для технологічних потреб.

 

  Разом з тим, експлуатаційники відзначають ряд недоліків:

- Підвищені вимоги до  якості технічної води;

- Складні умови ремонту (особливо заміна труб);

- Необхідність підтримки  швидкості води в трубному  пучку не менше 1 м / с;

- Неможливість заміна  окремих секцій.

 

  На ряді нововведених коксохімвиробництва для первинного охолодження коксового газу встановлюються сучасні холодильники безпосередньої дії.  Коксовий газ проходить холодильники безпосередньої дії знизу вгору, контактуючи з розбризкуючою через форсунки циркулюючої водою. Вода, що подається на верхній (перший) щабель зрошувального холодильника. Стікає на проміжну перегородку 2 і далі насосом 3 під тиском подається на розбризкуючий пристрій нижній (другий) ступені зрошення, нагнітаючи циркулююча вода з відстійника другого ступеня надходить в освітлювач 4 для осадження смоли, твердих включень і освітлення води. Циркуляційний насос 5 подає осветлювану воду в холодильник 6 для охолодження її перед подачею на зрошення. Добавка смоли до зворотньої води сприяє запобіганню відкладень нафталіну та інших забруднень.

 

  Питома поверхня охолодження в зрошувальних холодильниках складає 0.04-0.06 м ² • ч / м ³ газу, витрата охолоджуючої води - 0.024-0.03 м ³ на 1м ³ газу. Подібні холодильники безпосередньої дії встановлені на комплексі для уловлювання і переробки ГПК потужністю 100 тис.м ³ / год коксового газу .

 

  Високий ступінь видалення нафталіну з коксового газу в результаті подачі в холодильник безпосередньої дії смоли циклу газозбірників і холодильників і змішання її з циркулюючої надсмольною водою.

 

  В одній з технологічних схем відділення первинного охолодження передбачено 2 триступеневих зрошувальних холодильника (один резервний), в які на перші дві ступені зрошення подають оборотну охолоджену надсмольну воду, а ні третю-рециркулят з перших двох ступенів. Оборотну аміачну воду охолоджують в спеціальних холодильниках водою, охолоджуваної на градирні. Обсяг оборотної води підтримують постійним, а задану температуру коксового газу - шляхом регулювання кількості води, що охолоджує [5].

 

  Порівняння прямого охолодження коксового газу в холодильниках безпосередньої дії і непрямої (в трубчастих газових холодильниках) вказує на більш низькі капітальні вкладення і більш високі енергетичні витрати при використанні схеми прямого охолодження [4].

 

  Вибір найбільш доцільної схеми та її апаратурного оформлення визначається економікою виробництва; при цьому в кожному окремому випадку необхідний облік специфічних особливостей конкретної установки.

 

  Непряме охолодження вигідно тоді, коли потрібно досить низька температура. У цьому випадку різниця між температурою входу охолоджуючої води і температурою виходу газу Δt = 2-3 ° С, в той час, як при прямому охолодженні 5-8 ° С. Якщо ж це не є першочерговим вимогою, то спосіб прямого охолодження має незаперечні переваги: ​​поверхня теплообміну в холодильниках для циркулюючою надсмольної води набагато менше, ніж при непрямому охолодженні. Більш того, якщо холодильник виконаний у вигляді порожнього апарату, то він нечутливий до забруднень.

 

 

1.16. Обгрунтування  вибору технологічної схеми.

Вибір технологічної схеми застосовуваної в даній роботі, заснований на промисловому досвіді роботи коксохімічних заводів, і удосконаленнях схеми уловлювання, розроблених Гипрококс.

За схемою, коксовий газ з газозбірників надходить у первинні газові холодильники з горизонтальним розташуванням теплообмінних труб. Холодильники технологічно розділені на дві зони охолодження. Кожна зона працює на своєму холодоагенті. На першому ступені по ходу газу, тепло коксового газу відбирається регенерувати поглинювальним розчином цеху сіркоочищення. На другій, технічною водою. Таким чином, у перших секціях холодильників відбувається нагрів розчину сіркоочищення, і за рахунок цього є можливість економити енергію, що йде на отримання гострої пари для підігріву поглинаючого розчину в теплообмінниках, що робить процес уловлювання хімічних продуктів коксування економічно дешевше.

Застосування холодильників такої конструкції, пов'язано ще і з тим, що холодильники з горизонтальним розташування труб, мають наступні переваги:

* Інтенсивне охолодження  газу в холодильнику з горизонтальним  розташуванням труб обумовлено  перпендикулярним рухом газу  і води

* Більш високими швидкостями  руху охолоджувальної води, що  виключають можливість випадання  суспензій і забезпечують турбулентний  характер руху рідини * Значно мале обволікання поверхні труб плівкою конденсату, безперервно змивається при його стогони зверху вниз

Для постійного видалення відкладень нафталіну на поверхні теплообмінних труб і на стінках холодильника, що знижують гідравлічний опір апарату, застосовується його постійна промивка водо-смоляною сумішшю через форсунку, розташовану під входом газопроводі в холодильник.

Для кращого поділу смоли від води, передбачається два механізованих освітлювача. Один призначений для відстоювання надсмольной (аміачної) води. Він так і називається - механізований освітлювач для надсмольной води. А інший для остаточного поділу важкої смоли і знаходиться залишкової надсмольної води. Смола з механізованого освітлювача для надсмольної води по перетіканню самопливом надходить в механізований освітлювач для смоли.

Відстояна смола в збірнику і відстійниках стікає в колектор смоли і направляється в проміжний збірник смоли після механізованого освітлювача для смоли.

Розташування електрофільтрів перед нагнітачами коксового газу засноване на наступних факторах:

* Коксовий газ поступає  в електрофільтр вільним від  смоли

* Виключається можливість  проходу газу назовні і загорання  його в ізоляторних коробках, що робить роботу електрофільтрів  більш надійною.

Подібна схема відділення охолодження і конденсації коксового газу була спроектована Гипрококс і успішно працює на ВАТ КХП «Криворіжсталь».

 

1.17. Основна апаратура  первинного охолодження коксового  газу та конденсації парів  моли і води. Холодильник з  вертикальним розташуванням труб.

 

Холодильник (рис. 4) являє собою овальний апарат з плоским днищем 1, верхньої та нижньої трубними гратами 3, до яких кріпляться вертикально розташовані труби 4. вертикальні перегородки 5 ділять міжтрубний простір, на 6 ходів. Коксовий газ через штуцер 6 надходить в міжтрубний простір, проходить послідовно всі 6 ходів і покидає апарат через штуцер 9. Т.к. при охолодженні коксового газу та конденсації парів води і смоли, об’єм значно зменшується, для збереження постійної швидкості газу перегородки встановлені таким чином, щоб поперечний переріз ходів зменшувалася до виходу з апарату. Трубний простір, в свою чергу, поділено на 6 ходів.

Рис 4 Холодильник з вертикальним розташуванням труб.

1-днище холодильника; 2 - перегородки; 3 - трубні решітки; 4-труби; 5 - вертикальні  перегородки міжтрубному простору; 6 - штуцер введення газу; 7 - додаткова  перегородка; 8 - корпус холодильника; 9 -  штуцер виходу газу; 10 - штуцер  входу води; 11 - штуцер виходу води; 12-штуцер для виходу конденсату

1 - вхід коксового газу  в; II - вихід коксового газу; III - вхід  охолоджуючої води; IV - вихід охолоджуючої  води.

 

 

    Охолоджуюча технічна  вода входить в нижню частину  трубного простору через штуцер 10 - проходить назустріч газу послідовно 6 ходів (з нижньої камери у верхню по трубах і назад) і виходить через штуцер 11 з нижньої водяної камери. У кожному з ходів здійснюється противоточний рух газу і води. Тепло від газу до води передається через поверхню труб, яка і є поверхнею теплопередачі холодильника. Конденсат, що утворився при охолодженні газа, в міжтрубному просторі видаляється через штуцери 12.

 

   Технічна характеристика  холодильника з вертикальним  розташуванням труб:

Номінальна продуктивність по газу, м ³ / год ............................................. 10000

Площа поверхні охолодження, м ² .............................................................. 2100

Площа прохідного перерізу, м ²:

- Для газу .................................................................................................... 1.25

- Для технічної води ...................................................................................... 0.82

Число труб ........................................................................................................ 1265

Зовнішній діаметр труби, мм .............................................................................. 76

Довжина труб, мм .......................................................................................... 7000

Габарити, мм:

- Висота ......................................................................................................... 9532

- Довжина ....................................................................................................... 6500

- Ширина ..................................................................................................... 2600

Маса, т ........................................................................................................... 79.9

Для ефективної роботи холодильника необхідно забезпечити проектні швидкості газу і води чистоту зовнішніх і внутрішніх поверхонь труб.

Відхилення від проектних швидкостей газу відбувається через відкладення нафталіну в міжтрубному просторі холодильника. Для очищення міжтрубному простору холодильника, на нього припиняють подачу води і газу, і в міжтрубний простор подають пар протягом 4-6 годин. Така пропарювання повинно проводитися регулярно за спеціальним графіком.

 

  Відхилення від проектної швидкості води може відбуватися в результаті утворення накипу всередині трубок. Для зменшення накипоутворення оборотна вода повинна бути відфільтрована, додано відповідну кількість речовин, що перешкоджають утворенню накипу (мідний купорос, триполіфосфат і т.п.), а температура нагрітої води після холодильника не повинна перевищувати 42 ° С.

 

  Періодично (раз на 2-3 роки) необхідно промивати трубний простір спеціально підготовленим розчином соляної кислоти, а труби чистити механічним способом.

 

  Основними недоліками холодильників з вертикальними трубами є:

- Велике гідравлічний  опір;

- Трудомісткість промивання  зовнішньої поверхні труб;

- Порівняно низькі коефіцієнти  теплопередачі (до 90 Вт / (м ² К))

 

1.18. Холодильники  з горизонтальним розташуванням  труб.

 

 

  На рис. 5 представлений первинний газовий холодильник з горизонтальними трубами.

 

 

 

 

Рис 5 Холодильник з горизонтальним розташуванням труб.

1 - вертикальні стінки  з трубними гратами; 2 - труби для  теплообміну; 3-кришка; 4 - прокладки; 5 - ребра жорсткості; 6 - анкерні стяжки; 7 - штуцер входу газу; 8 - штуцер  виходу газу; 9 - штуцер входу води; 10 - штуцер виходу води; 11 год-штуцер  для виходу конденсату; 12 - люки; 13 - стропові пристрої; 14 - форсунки.