Рис. 2. Высокоэффективное оребрение Groovy©

Авторы: А.В. Кабаев, К.А. Слюдеев (ООО «Кельвион Машимпэкс»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2016

Рост уровня мирового потребления удобрений заставляет компании-производители удобрений решать задачи по повышению эффективности производительности предприятий с учетом существующих строительных площадок с минимальным увеличением потребления энергоресурсов (природный газ, водяной пар, электричество). Одним из решений может стать модернизация парка теплообменного оборудования, в базовом состоянии лимитирующего рост производственных возможностей. Современные решения в области теплообмена позволяют повысить эффективность существующего производства с учетом описанных требований. Специалисты компании «Кельвион» имеют богатый опыт реализации проектов поставки теплообменного оборудования на предприятия азотной промышленности.

В 2015 г. в международном теплообменном бизнесе произошло важное событие – завершилась консолидация компаний, которые раньше были частью сегмента GEA Heat Exchangers в составе GEA Group, и образовалась новая компания под названием «Кельвион».

Компания «ГЕА Машимпэкс», представлявшая GEA Heat Exchangers в России, переименована в «Кельвион Машимпэкс». Работая на российском рынке с 1995 г., специалисты «Кельвион Машимпэкс» реализовали большое число проектов, связанных с теплообменным оборудованием. Оборудование, выпускаемое заводами «Кельвион», отвечает всем современным требованиям и позволяет решать задачи по повышению производительности технологических процессов с учетом описанных выше ограничений.

Среди исторически применяемого теплообменного оборудования на производствах азотной промышленности выделяются кожухотрубные аппараты. С увеличением производственных мощностей они, как правило, не могут обеспечивать необходимые технологические показатели, что приводит к недоохлаждению продукта и недорекуперации тепловых потоков. Для того чтобы преодолеть это, предлагается использовать пластинчатые теплообменные аппараты со сварным пакетом пластин и съемными крышками KOBloc (рис. 1).

Рис. 1. Пластинчатый теплообменный аппарат КOBloc
Рис. 1. Пластинчатый теплообменный аппарат КOBloc

 

Рабочие параметры аппаратов KOBloc

Давление, МПа От полного вакуума до 4
Температура, °С –50…+400
Площадь поверхности теплообмена, м2 2,3…320
Ширина каналов, мм 5,0…10,0
Диаметр присоединения, DN 25…600

 

Можно выделить основные технологические процессы, в которых рекомендуется применять указанное оборудование:

  • концевые холодильники аммиака и CO2 после аппаратов воздушного охлаждения на производстве аммиака и карбамида;
  • рекуператоры аммиака;
  • рекуператоры МДЭА на установке очистки газа.

Особенностью конструкции теплообменников KOBloc является возможность прочистки каналов гидромонитором (благодаря однонаправленному рифлению пластин в пакете), а механическая прочность обеспечивается сваркой пластин внахлест и креплением пакета пластин к стойке с помощью гребенки особой конструкции.

Традиционно в качестве межступенчатых холодильников компрессоров и конденсаторов применяются аппараты воздушного охлаждения (АВО). Прирост производственных мощностей требует модернизации АВО.

Задачу по повышению производительности АВО возможно решить без замены аппарата целиком, в том числе без увеличения массогабаритных показателей секций и увеличения мощности электродвигателей, – заменой только секции более современной с развитой площадью поверхности теплообмена (с сохранением массогабаритных характеристик, электродвигателей и вентиляторов). «Кельвион» – производитель высокоэффективных АВО с инновационным оребрением Groovy©, разработанным и запатентованным специалистами компании. За счет развитой поверхности – профилированного оребрения (рис. 2) – прирост производительности на секциях с Groovy © составляет 15–20% с условием сохранения массогабаритных характеристик, двигателей и вентиляторов.

Рис. 2. Высокоэффективное оребрение Groovy©
Рис. 2. Высокоэффективное оребрение Groovy©

Использование оребрения данного типа позволяет исключить систему орошения, часто используемую на предприятиях в летний период. При этом обеспечиваются высокая механическая прочность и эффект самоочистки за счет турбулизации потока по стороне воздуха.

Наиболее часто для повышения производительности предприятия с учетом ограниченной площади строительной площадки указанные АВО применяются на следующих позициях:

  • межступенчатые холодильники синтез-газа и азотноводородной смеси;
  • конденсаторы аммиака и метанола;
  • концевые холодильники.

В качестве приводов компрессоров на предприятиях азотной промышленности используют конденсационные турбины. Из-за ограниченного количества воды для конденсации вакуумного пара применяют воздушные конденсационные установки (ВКУ). ВКУ, предлагаемые компанией «Кельвион» (ранее известные под брендом GEA), традиционно эксплуатируются на предприятиях азотной промышленности. Специалисты компании «Кельвион» постоянно ищут пути повышения эффективности оборудования: увеличение площади поверхности теплообмена при сохранении габаритных размеров и сохранении мощности электродвигателей, а также снижение рисков перемерзания. Предлагаемым решением является однорядная система Alex-tube (рис. 3).

Рис. 3. Однорядная система ВКУ Alex-tube
Рис. 3. Однорядная система ВКУ Alex-tube

За счет развитой поверхности теплообмена удается поддерживать глубокий вакуум (0,3 бар абс.) в летний период без дополнительного орошения, а в зимний период без рисков перемерзания за счет большой площади сечения внутреннего канала (более 30 см2).

Рис. 4. Зависимость расхода пара от глубины вакуума после конденсатора
Рис. 4. Зависимость расхода пара от глубины вакуума после конденсатора

Стоит отметить, что поддержание постоянного уровня вакуума после конденсатора снижает потребление пара и, как следствие, природного газа. На рис. 4 приведена зависимость расхода пара на турбину от глубины вакуума после конденсатора на примере расчета турбины – привода компрессора синтез-газа (позиция 103-J).

Из теоретических расчетов, а также анализа литературных данных можно сделать вывод, что ухудшение вакуума на 1% увеличивает расход пара на 1,4% при номинальной мощности на валу турбины. В дополнение к изложенному можно отметить, что максимально эффективно компрессор может работать на стабильных (без значительных колебаний) оборотах, т.е. при эксплуатации вакуум-вытяжек в летний и зимний период особенно важно выдерживать стабильно глубокий уровень вакуума, тем самым не допуская снижения выработки аммиака.

Рис. 5. Система автоматической очистки: а – поверхность секции до очистки; б – промывка секций; в – поверхность секции после очистки
Рис. 5. Система автоматической очистки:
а – поверхность секции до очистки; б – промывка секций;
в – поверхность секции после очистки

Оперативным решением вопроса по поддержанию стабильной работы АВО и ВКУ может быть качественная очистка секций. Для исключения «человеческого фактора» при очистке секций, а также для повышения качества очистки специалисты компании «Кельвион» разработали систему автоматической промывки (рис. 5).

Применение высокоэффективного теплообменного оборудования «Кельвион» гарантирует заказчикам не только проверенное качество и высокую надежность оборудования, но и инновационные решения, позволяющие реализовывать проекты повышения эффективности производства в условиях ограниченных габаритных размеров с сохранением уровня расхода энергоресурсов.