Первинне охолодження коксового газу

Для боротьби з відкладеннями  нафталіну передбачається введення пари в раз різні місця газопроводу, особливо у місця  поворотів. Місця  для введення пара розташовані на відстані 80-120 м одне від іншого.

Температура газу, його тиск і вологовміст в окремих ділянках газопроводу неоднакові. Тому обсяг  газу шляхом його руху по газопроводу  неоднаковий.

Так як швидкість газу в  газопроводі на всій його довжині  підтримується постійною і в  середньому становить 12-15 м/с, діаметр  газопроводу визначається в основному  його об'ємом в робочих умовах.

Для попередження виникнення термічних напруг і порушення  герметичності фланцевих з'єднань на окремих ділянках газопроводу  встановлюються компенсатори.

При ремонті якої-небудь ділянки газопроводу або апарата, до якого підключений газопровід, його відключають закриттям засувки  і заглушками, які вставляють у  фланцеві з’єднання між закритою засувкою і трубою  з боку ремонтованої ділянки.

Газопроводи укладаються  на спеціальних колонах таким  чином, щоб доступ до них був можливий з усіх сторін.

На газопроводі зворотного коксового газу після уловлює  апаратури встановлюється автоматично  діючий клапан, що забезпечує скидання і спалювання надлишку коксового  газу. В даний час розроблено та впроваджено смолоскіпний автоматичний газозбросний пристрій, що виключає вибух і небезпечне вплив теплової радіації факела, а також розсіювання продуктів горіння до концентрацій, що відповідають санітарним нормам.

      Вживані  на коксохімічних заводах схеми  охолоджування газу відрізняються  типом газових холодильників,  числом ступенів охолоджування,  конструкцією механізованих відстійників-освітлювачів, а також способом обезводнення  і очищення від фусів смоли.  Перші коксохімічні заводи, побудовані  в нашій країні, мали відділення  конденсації, обладнані газовими  холодильниками безпосередньої  дії, що пояснюється простотою  конструкції їх, порівняно низькою  металоємністю і високою інтенсивністю  теплообміну. Недоліками цієї  схеми є громіздкість зрошувальних  холодильників для охолоджування  оборотної аміачної води, незадовільні  санітарно-гігієнічні умови і  інтенсивна корозія устаткування  на прилеглій території із-за  виділення великої кількості  пари в атмосферу, що і зумовило  відмову від цієї схеми уловлювання  і заміну холодильників безпосередньої  дії трубчастими холодильниками.

      Схеми охолоджування газу в холодильниках з вертикальними і горизонтальними трубами принципово не відрізняються один від одного, проте перші вимагають великих площ для розміщення холодильників з вертикальними трубами. Газовий конденсат, що утворюється в них, із-за вищої середньою температурою менш насичений аміаком, сірководнем і іншими кислими газами, фенолами, що полегшує його переробку.

      З метою  скорочення витрати технічної  води розроблені схеми двоступінчатого охолоджування коксового газу– в першому ступені повітрям за допомогою апаратів повітряного охолоджування, а в другій – водою в трубчастих холодильниках, скруберах Вентурі або насадочных колонах. Недоліком таких схем є втрата фізичного прямого тепла коксового газу, тому вони не прийнятні для коксохімічних підприємств з вакуум-карбонатной сероочисткой, що є крупним споживачем низько потенційного тепла.

      Великий  інтерес викликає схема двоступінчатого  охолоджування коксового газу, запропонована східним вуглехімічним інститутом. Відмінність полягає в тому, що після першого ступеня газ очищають від туманообразной смоли в електрофільтрах, а також від аміаку і ціаністого водню. Це дозволяє в другому ступені одержувати практично чистий конденсат, який після обезфенолювання може бути використаний в оборотному циклі водопостачання. При цьому відпадає необхідність в аміачному відділенні, що є важливою перевагою схеми.

Для охолодження газу до 25-30^оС застосовуються холодильники безпосередньої дії (контактні) і непрямої дії (трубчасті). До холодильників безпосередньої дії відносяться насадкові, поличні (каскадні) і низько напірні скрубери Вентурі, розроблені східним вуглехімічним інститутом(рис.1.7-1.8). Процес охолодження газу в них здійснюється при безпосередньому контакті з водою, з цього викладене вище про механізм і закономірності процесів тепло - і масообміну в газозбірнику справедливо і по відношенню до нім.

 Особливістю насадкових  і поличних холодильників є  руху протитечією  газу та  води, завдяки чому температура  води на вході може досягати 70^оС і більше, а її витрата значно нижче, ніж в скруберах Вентурі. У цих холодильниках зниження температури газу до 30-35^оС може бути досягнута при одноступінчастому охолодженні, тоді як в скруберах Вентурі для цього потрібно 2-3 ступені.

Перспективними для охолодження  коксового газу представляються  холодильники безпосередньої дії колонного  типу з провальними тарілками, що відрізняються високою інтенсивністю  теплообміну при протиточному русі фаз. Перевагою холодильників безпосередньої дії є більш високе, ніж у  трубчастих холодильниках ступінь  очищення газу від смоли і нафталіну. За досвідченим даними при двухступінчатому охолодженні газу в скруберах  Вентурі зміст мряко видної смоли  в ньому знижується до 0, 2 до 0, 3 г/м³, що відповідає ступеню очищення 80-90%. Холодильники безпосередньої дії відрізняються простотою конструкції і низькою металомісткістю. Загальним недоліком їх є насичення охолоджуючої води аміаком, кислими газами, фенолом та іншими шкідливими домішками, що виключає можливість її охолодження в градирнях і вимагає встановлення спеціальних теплообмінників. Застосовувалися раніше для цієї мети зрошувальні холодильники відрізняються низькою інтенсивністю теплообміну і громіздкістю, а їх експлуатація пов'язана з посиленою корозією метало конструкцій і погіршенням санітарно - гігієнічних умов через випаровування води та виділення парів в атмосферу. Ці недоліки обумовили відмову про застосування газових холодильників безпосередньої дії і заміну їх трубчастими при реконструкції цехів уловлювання хімічних продуктів коксування в 50-80-і роки.

У трубчастих холодильниках  контакт газу з охолоджуючою водою  виключається, з цього масообмін  між ними відсутній. Інтенсивність  теплообміну у них в них  нижче через додаткового термічного опору розділяють стінки і шару забруднень на поверхнях з боку газу і води. У нашій країні набули поширення  два різновиди цих холодильників: з вертикальними і з горизонтальними трубами (рис.1.6)

 

а) б)

Рис.1.6 Газовий холодильник з вертикальними а) і з горизонтальними б) трубами. трубами.

Газовий холодильник з  вертикальними трубами:1-корпус холодильника; 2-гратки трубчаті; 3-труби теплообмінні; 4-перегородки; 5-днище;6-вхід газу; 7-вихід газу; 8-вхід води; 9-вихід конденсату і подвою пару; 11-повітряник і пропарок.

Газовий холодильник з  горизонтальними трубами:1-трубна гратка; 2-труби; 3-кришка водяної камери; 4-прокладка; 5-ребра жорсткі; 6-анкерні стяжки; 7-вхід газу; 8-вихід газу; 9-вхід води; 10-вихід води; 12-люк обслуговуючий.

 У перших газ рухається  в міжтрубному просторі, розділеному  вертикальними перегородками на  шість послідовних ходів, вздовж  труб протитечією до води рухається  в трубах під дією невеликого  перепаду рівнів у суміжних  водяних камерах. Утворений газовий конденсат виводиться з нижньої частини міжтрубному простору кожного ходу. Через мало швидкості руху води в трубах (близько 0,1 м/с), а також інтенсивного відкладення нафталіну на зовнішній поверхні труб останніх ходів коефіцієнт теплопередачі в цих холодильниках не значний.

У холодильниках з горизонтальними  трубами газ рухається зверху в низ перпендикулярно осі  труб, а вода проходить знизу вгору  послідовно через всі трубні пучки, з'єднані між собою водяними камерами. Щоб уникнути осадження зважених часток і солей жорсткості в трубах швидкість води повинна підтримуватися не менше 0,8-1,0 м/с, а температура води на виході не більше 42^оС. Весь газовий конденсат утворюється в холодильнику, стікає зверху вниз і змиває нафталін, відкладаються на трубах нижніх пучків. З цією ж метою в міжтрубний простір вводиться зверху через розбризкують пристрій гаряча смола або водо-смоляна емульсія. Завдяки цьому не потрібно часте пропарка холодильника, а інтенсивність теплообміну значно вище ніж в холодильниках з вертикальними трубами.

Перевагою холодильників  з горизонтальними трубами є  також можливість використання тепла  коксового газу для нагрівання поглинаючого розчину сіркоочищення у верхніх трубних секціях з метою регенерації. Недоліками цих холодильників є складність конструкції, велика металоємність, недоступність труб для огляду, очищення та ремонту через великої висоти апарату і складності зняття кришок водяних камер, що кріпляться до корпуса за допомогою великого числа шпильок.

До трубчастих газовим холодильників відносяться також апарати повітряного охолодження, в яких коксовий газ рухається по трубах, оребрені зовні і встановленим з нахилом до горизонтальної осі для полегшення стоку газового конденсату, а повітря в між трубному просторі перпендикулярно осі труб за допомогою осьового вентилятора. Залежно від температури навколишнього повітря коксовий газ охолоджується в таких апаратах влітку до 60-70^о С а взимку до 59-63^О С. Для подальшого зниження температури газу до 30-35^оС потрібна установка після апаратів повітряного охолодження газових холодильників з водяним охолодженням.

                       Рис.1.7 Газовий холодильник поличного типу.    Рис.1.8 Скрубер Вентурі

Газовий холодильник поличного:1-корпус холодильника; 2-полиці дирчасті; 3-вхід газу; 4-вихід газу; 5-вхід води; 6-зрошувальний пристрій; 7-збірник підскруберний; 8-гідрозасув;9-вихід води; 10-вихід води; 11-змійовик паровий; 12- штуцер спорожнення.

Скрубер Вентурі:1-вхід газу; 2-конфузор; 3-горловина; 4-дифузор; 5-збірник-бризкоулавлювач; 6-вихід газу;7-зрошувальний пристрій.

Крім наведених вище конструкцій  трубчастих холодильників з вертикальним і горизонтальним розташуванням  труб, становить інтерес розроблений  Донецьким політехнічним інститутом і ПКБ тресту «Укркоксохімремонт»  безтрубчатий холодильник.

Рис. 1.9 - Безтрубчатий газовий холодильник

У цьому холодильнику передача тепла здійснюється також через  металеву поверхню, однак вона виконана не із труб, а з листового металу у вигляді окремих камер, що мають  прямокутний перетин із закругленими кутами. Камери уварені в зовнішню й внутрішню ґрати, утворюючи  висувну горизонтальну секцію, що складається з 28 камер, загальною  поверхнею 54 м². Конструкція такого холодильника показана на рис. 1.9. Корпус холодильника розділений вертикальною перегородкою на два самостійних напівхолодильники. У кожному напівхолодильнику є 12 водяних висувних секцій.

Рух газу в цьому холодильнику здійснюється зверху донизу, чим досягається  змивання відкладень нафталіну з  охолоджувальної поверхні. Вода надходить  знизу й рухається нагору, переходячи за допомогою колін з однієї камери в іншу. У кожній камері вода робить два ходи.

Як і трубчасті холодильники з горизонтальним розташуванням  труб, ці холодильники повинні забезпечуватися  технічною водою, позбавленої зважених часток, і не мати тимчасову твердість. Температурний режим по газі й  воді такий же, як і в холодильниках  з горизонтальними трубами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПОБУДОВА МАТЕМАТИЧНОЇ  МОДЕЛІ.

Математична модель стаціонарного процесу теплопередачі  в протитечійному газовому холодильнику. Розв’язок крайової  задачі.

Представлена на рисунку 2.1 схема протитечійного холодильника включає в себе два потока теплоносіїв – потік,що охолоджується  з початковою температурою коксового газу (на вході в апарат) Т₁₍₀₎ =80-85   ⁰С  ,кінцевою температурою коксового газу (на виході )Т₁ (L)=25-35⁰C, витратою(продуктивністю) ѵ₁ = 10000 м³/г, теплоємністю C_p1 і потік що нагрівається(вода) з початковою температурою (на виході з апарату) Т₂₍₀₎=20-28⁰С, кінцевою температурою (на вході)Т₂(О)=45⁰С, витратою ѵ₂  теплоємністю C_p2. Поверхня теплопередачі має площину F^T=2400 м² Коефіцієнт теплопередачі визначений К^т.

Рис. 2.1 Схематичне зображення протитечійного теплообмінника.

Основні припущення для побудові цієї моделі треба прийняти такими ж , як у випадку прямоточного  теплообміну в холодильнику.

Рівняння теплового балансу  для прийнятої гідродинамічної  моделі ідеального відштовхування та вираз для локальної швидкості  теплопередачі для першого потоку теплоносія записують відносно координати  Ɩ наступним чином :          

1                                                                                        (2.1)          

2                                                                                     (2.2)                 

Рівняння теплового балансу  і вираз локальної швидкості  теплопередачі для другого потоку теплоносія записують відносно координати Ɩ’ наступнім чином:

3               ;                                                         (2.3)                                  4                      .                                                                  (2.4)

При цьому Ɩ’=L – Ɩ, звідки випливає , що .

Система рівнянь МО теплообмінника записується як СОДУ в  кінцево-різничному уявленні з крайовими умовами , заданими при різних значеннях просторової  координати Ɩ=0 и Ɩ=L, система приведена до єдиної системи координат.

1                                                                                             (2.5)

або

1*                      

 2                                                                                          (2.6)