Авторы: В.С. Драгоман, О.В. Исупова (ООО «КСБ»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2015
Аммиак относится к числу важнейших продуктов в химической промышленности. В настоящее время Россия является одним из крупнейших производителей и экспортеров аммиака в мире, так как основное конкурентное преимущество российского производства заключается в стоимости природного газа. Для повышения доли своего участия и конкурентоспособности на внешнем рынке в России вкладываются значительные средства в расширение имеющихся производственных мощностей и строительство новых заводов, а также в усовершенствование технологий промышленного получения аммиака. Основное внимание уделяется повышению ресурсои энергосбережения, в результате чего расход природного газа и электроэнергии при производстве аммиака значительно снижается, что делает производство более рентабельным и снижает себестоимость продукции, а также уменьшает экологическое влияние и минимизирует ущерб, наносимый природе.
Процесс получения аммиака в промышленности основывается на синтезе его из водорода и азота при помощи катализаторов и высокой температуры. Данный процесс требует наличия специального оборудования, которое способно выдерживать высокое давление. Производство аммиака состоит из нескольких стадий: удаление серы и сернистых соединений из природного газа, получение водорода методом конверсии метана, двухступенчатая конверсия монооксида углерода, очистка газовой смеси от диоксида углерода, метанирование и синтез аммиака.
Немецкий концерн KSB имеет многолетний опыт проектирования, изготовления и поставки насосного оборудования для решения многих специализированных задач, связанных с процессом производства аммиака. Концерн сотрудничает с ведущими фирмами и является одним из основных поставщиков насосного оборудования для таких мировых лицензиаров, как Thyssen Krupp (Uhde), KBR, Stamicarbon, Tecnimont, ABB Lummus, Toyo Corporation, Lurgi, Linde, Shell Research Technology, Fluor и др.
На вопрос о том, какое насосное оборудование KSB сегодня является наиболее востребованным, оптимальным и энергоэффективным в современных установках производства аммиака, отвечает В.С. Драгоман – руководитель направления по насосному оборудованию для технологических процессов ООО «КСБ».
Одной из ключевых задач, решаемых в процессе синтеза аммиака, является очистка от СО2. Очистка от СО2 производится различными способами, например, методом химической и физической абсорбции. Самым низким энергопотреблением отличается способ активированного МДЭА (аМДЭА®) по лицензии компании BASF, где раствор в первую очередь регенерируется мгновенным испарением вместо отпаривания. Для реализации этого процесса компания KSB предлагает питательные насосы очистки серии RPH и YNKR для перекачивания полуобедненного раствора МДЭА и дренажные насосы серии RPH-V для раствора МДЭА.
Для большего понимания необходимости применения этих моделей коротко остановимся на их основных технических характеристиках.
Насос RPH – горизонтальный консольный центробежный насос со спиральным корпусом, имеющим поперечный разъем, в процессной конструкции по стандарту API 610, 11-е издание, предназначенный для тяжелых режимов работы, тип OH2, с радиальным рабочим колесом, одноступенчатый, с расположенными на уровне оси насоса опорными лапами, с возможностью при необходимости установки предвключенного шнека для улучшения кавитационных качеств насоса. Данные насосы имеют ряд отличительных характеристик, например, для достижения повышенного
КПД производится более 70 исполнений проточной части, что позволяет сделать оптимальный выбор в соответствии с требованиями API. Насосы этой серии характеризуются большой надежностью, низкими эксплуатационными расходами и увеличенными межремонтными интервалами. Благодаря индивидуальному расчету разгрузки в зависимости от рабочей точки значительно сокращаются осевые усилия и обеспечивается максимальная долговечность подшипников. Двойная спираль уменьшает радиальную силу и предотвращает прогиб вала. Таким образом, значительно снижается нагрузка на подшипники и торцовые уплотнения. При высокой температуре перекачиваемой среды и окружающей среды стальные корпусы подшипников со встроенными ребрами охлаждения и дополнительная крыльчатка вентилятора позволяют защитить агрегат от перегрева. В конструкции насоса применяются картриджные торцовые уплотнения согласно требованиям API 682, что упрощает монтаж/демонтаж и техническое обслуживание. Материальное исполнение этих насосов позволяет подобрать оптимальный вариант для решения узкоспециализированных задач.
Основные детали насосных агрегатов и арматуры KSB производятся и тестируются на собственных заводах концерна в 8 странах мира. Компания самостоятельно проводит научно-исследовательские работы в части разработки инновационных материалов и сплавов, обладающих высокой степенью устойчивости к химически агрессивным средам, коррозии и изнашиванию, которые по своей надежности и техническим параметрам превосходят стандартные сплавы.
Центр разработки высокотехнологичных материалов, сплавов и технологий находится на базе собственного литейного производства KSB в г. Пегнице (Германия).
Для увеличения производительности процесса очистки от CO2 применяются насосы серии YNKR с рабочим колесом двухстороннего входа.
YNKR – это горизонтальный центробежный насос двухстороннего входа с литым стальным спиральным корпусом по стандарту API 610, 11-е издание, имеющим поперечный разъем, тип исполнения BB2. Двойная завитковая спираль в конструкции агрегата позволяет минимизировать радиальные усилия, а применение рабочего колеса двухстороннего входа позволяет разгрузить осевые усилия. В зависимости от мощности и габаритных размеров для данного типа насосов применяются различные варианты подшипников скольжения либо качения.
В конструкции насоса применен модульный принцип, благодаря которому замена деталей и узлов насоса (например, ротора) осуществляется без демонтажа основного корпуса насоса, что значительно удешевляет техническое обслуживание и сервис. Данный агрегат характеризуется высоким КПД и низкими значениями кавитационного запаса (Net Positive Suction Head – NPSH).
центробежный насос RPH V
Камера уплотнений выполнена в соответствии со стандартом API 610, 11-е издание. В конструкции насоса устанавливаются двойные картриджные торцовые уплотнения, соответствующие стандарту API 682.
Для дренажа раствора МДЭА из технологических емкостей в процессе очистки от CO2 применяются насосы RPH V. Насос RPH V – полупогружной вертикальный одноступенчатый центробежный насос со спиральным корпусом и радиальным рабочим колесом. Конструкция и материальное исполнение насоса соответствуют требованиям API 610, 11-е издание, и ISO 13709, его гидравлическая часть идентична консольному насосу RPH. Отличительной особенностью RPH V является применение специальных одинарных газовых уплотнений. Такое техническое решение позволяет надежно обеспечить герметизацию и безопасно откачивать химический раствор.
Процесс синтеза аммиака проходит при высоких температурах, требует нагрева, подачи и циркуляции пара, а также охлаждения основного технологического оборудования. Эта задача решается при помощи питательных насосов для паровых котлов и систем утилизации пара. Концерн KSB производит широкую линейку оборудования для данного применения, например, насосы серии HPK, HPH, RPHb, Multitec, HG и CHTR. Таким образом, всегда имеется возможность предложить заказчику наиболее выгодное решение с точки зрения первоначальной инвестиции и последующей стоимости владения при эксплуатации.
Рассмотрим подробнее высокотехнологичные питательные насосы высокого и среднего давления серии CHTR и конденсатные насосы для поверхностного конденсатора серии RPHb.
Насос CHTR – горизонтальный двухкорпусной насос высокого давления с радиальными рабочими колесами, однои двухпоточный, многоступенчатый. Для увеличения энергоэффективности установок производства аммиака такие насосы помимо электропривода оснащаются турбиной для рекуперации пара.
Для перекачивания синтезированного охлажденного аммиака в емкости хранения обычно применяются одноступенчатые центробежные насосы серии RPHb с противоположно расположенными рабочими колесами.
Товарный аммиак из хранилищ отгружается для отправки потребителю при помощи вертикальных секционных баррельных насосов WKTR.
Данные насосы многоступенчатой конструкции имеют горшкообразный внешний корпус, радиальные рабочие колеса; рабочее колесо первой ступени специально спрофилированое для улучшения кавитационных качеств. Тип VS6 – по API 610, 11-е издание. Особенность конструкции насоса WKTR заключается в том, что проточная часть агрегатов выполняется из низкотемпературной стали для эксплуатации при расчетных температурных условиях от минус 45°C и давлении 4,0 МПа. Для соответствия требованиям в области промышленной безопасности применяются тандемные двойные торцовые уплотнения с соответствующей обвязкой.
Концерн KSB сотрудничает с ведущими мировыми компаниями, специализирующимися на производстве уплотнительной техники, например с компанией Eagle Burgmann (Германия), которая разрабатывает и производит торцовые уплотнения и системы обвязки. Такое стратегическое партнерство позволяет предлагать заказчикам наиболее экономически выгодное, качественное и надежное решение.
Помимо основных технологических насосов концерн KSB предлагает широкий диапазон центробежных насосов для общезаводского хозяйства, например, насосы водяного конденсата, насосы деминерализованной воды, насосы подачи щелочи, насосы подачи серной кислоты и насосы нейтрализации, которые отвечают всем требованиям международных стандартов ISO. Одним из универсальных технических решений для данного применения является химический насос MegaCPK нового поколения.
Насос серии MegaCPK – стандартный химический насос, созданный на основе своих предшественников серии CPK и CPKN, соответствует нормам EN 22858/ISO 2858/ISO 5199.
Применяется для перекачивания агрессивных органических и неорганических жидкостей. Подобрать комплектацию можно с учетом условий эксплуатации и характеристик перекачиваемой среды, от которых также непосредственно зависит выбор материального исполнения агрегата.
В стандарт поставки каждого насоса входит подрезка рабочего колеса под рабочую точку, что дает до 10% дополнительной экономии электроэнергии при эксплуатации.
Увеличенный размер конической камеры уплотнения уменьшает износ при перекачивании агрессивных сред и облегчает вентиляцию в камере для жидкостей, содержащих газ. Низкий коэффициент NPSH предотвращает возникновение кавитационных явлений и делает работу насоса вибростабильной и тихой.
В настоящее время современные заводы по производству аммиака – это, как правило, предприятия по производству минеральных удобрений, поскольку кооперирование производства аммиака и карбамида позволяет снизить энергетические затраты и упростить технологические схемы обоих производств. Энергопотребление является одним из важнейших параметров, определяющих рентабельность таких производств, поэтому производителями постоянно ведутся работы по модернизации, направленные на снижение энергопотребления, улучшение утилизации теплоты, минимизацию потерь. Технология получения аммиака и карбамида постоянно совершенствуется, проводятся исследования по повышению эффективности катализаторов, снижению температуры процессов и созданию новых более компактных конструкций реакторов с применением нового высокотехнологичного и энергоэффективного оборудования.
Именно поэтому насосное оборудование KSB является активным участником строительства, модернизации и технического перевооружения современных заводов по производству минеральных удобрений во всем мире. Так, например, в 2006 г. по лицензии Thyssen Krupp (Uhde) поставлено 76 насосных агрегатов KSB для технологических процессов на завод по производству удобрений Alexandria Fertilizers Co (AlexFert) в Египте, мощность которого составляет 1 200 т/сут (аммиак), 1 925 т/сут (карбамид).
В 2010 г. для Egyptian Agrium Nitrogen Products Co. поставлено 159 насосных агрегатов высокой производительности, в том числе насосы KWP, RPH, CTN и другие (по лицензии Thyssen Krupp (Uhde). В 2011 г. для National Petrochemical company (г. Шираз, Иран) поставлено 76 насосов KSB, в том числе RPH, RPHb, RPHv, CHTR, WKTR на процессы производства аммиака и карбамида, по лицензии Ammonia Casale и Toyo Corporation. Для завода Iowa Fertilizer Company (штат Айова, США) производительностью по карбамиду 2 000 т/сут по лицензии Thysse n Krupp (Uhde) поставлено 70 насосных агрегатов серий RPH, RPHb,RDLO, CPK, CTN для применения в технологических процессах производства азотной кислоты, аммиака, карбамида, в системах охлаждения и отвода конденсата. Комплекс по производству удобрений Yara в г. Слуискиле (Нидерланды) производительностью по карбамиду 3 500 т/сут также оснащен насосами KSB по лицензии Thyssen Krupp (Uhde). В 2011 г. было поставлено 44 агрегата для перекачивания аммиака, карбамида, карбамата и др.
В России ООО «КСБ» – дочернее предприятие немецкого концерна KSB – тесно сотрудничает с такими производственными гигантами, как ОАО «Невинномысский Азот» (Ставропольский край); ОАО «Новомосковский Азот» (Тульская обл.); ОАО «Акрон» (г. Новгород), ОАО «Дорогобуж» (Смоленская обл.), ОАО «Минудобрения» (г. Россошь), ОАО «Азот» (Пермская обл.), ЗАО «Куйбышевазот» (Самарская обл.) и ОАО «Щекиноазот» (Тульская обл.).
Все оборудование KSB, поставляемое в Российскую Федерацию, имеет необходимые сертификаты безопасности технического регламента ТР ТС в области промышленной безопасности.
