Струйные вакуумные насосы GEA предназначены для создания и поддержания вакуума в выпарных установках, сушилках, в установках дистилляции и ректификации, при сушке вымораживанием, поликонденсации, дегазации и дезодорировании. Оборудование такого типа состоит в основном из комбинации холодильников-конденсаторов со струйными насосами и с другими вакуумными насосами, например жидкостно-кольцевыми.
Принцип работы пароструйного насоса:
Струйные насосы используют разность давления рабочего вещества для создания вакуума. В рабочей форсунке создается струя с высокой скоростью, которая при низком давлении на всасывании захватывает откачиваемое вещество и ускоряет его движение. В смесительном сопле и диффузоре давление смеси увеличивается за счёт трансформации кинетической энергии.
- Струйные насосы имеют три соединительных патрубка:
— для рабочего вещества с максимальным давлением;
— для откачиваемого вещества с минимальным давлением; - — для выхода смеси из рабочего и откачиваемого вещества со средним давлением.
Струйные насосы создают при достаточно высоком коэффициенте расширения на одной ступени коэффициент сжатия до 20. Чем выше коэффициент расширения, тем меньше требуется рабочей среды. Чем выше коэффициент сжатия, тем выше потребность в рабочей среде. Обычно многоступенчатые струйные вакуумные насосы используются при давлении на всасе < 100 мбар.
Для оптимизации использования энергии между двумя ступенями конденсируют рабочую среду и, соответственно, конденсируемые вещества. Давление конденсации зависит от температуры охлаждающей среды и характеристик рабочей среды.
Если в качестве рабочей среды используется водяной пар и охлаждающая вода при температуре 25° C, это давление составляет около 60 мбар.
В качестве промежуточных холодильников-конденсаторов преимущественно используются конденсаторы поверхностного типа для того, чтобы избежать загрязнения охлаждающей воды компонентами откачиваемой среды.
- Преимущества струйных вакуумных насосов GEA:
— простая конструкция;
— эксплуатационная надежность;
— незначительный износ и потребность в техобслуживании;
— стойкость против коррозии при выборе подходящих материалов;
— исполнение из любого материала, применяемого в аппаратостроении;
— диапазон расходов на всасе от 10 м3/ч до 2 000 000 м3/ч;
— подходят для создания вакуума до 0,01 мбар (абс.);
— работа с водяным паром или парами других жидкостей с избыточным давлением; - — могут комбинироваться с механическими вакуумными насосами.
- Типы вакуумсоздающих систем, производимых компанией GEA:
Одноступенчатый пароструйный вакуумный насос (рис.1) работающий при давлении всасывания от 100 мбар (абс) производит сжатие газовой смеси на выходе до атмосферного давления.
Коэффициент степени сжатия p/p0 находится в пределах p/p0 ≤ 10.
Основное предназначение: предварительное вакуумирование аппаратов.
Двухступенчатый пароструйный вакуумный насос (рис.2) без промежуточного конденсатора работающий при давлении всасывания от 40 мбар (абс) производит сжатие газовой смеси на выходе до атмосферного давления.
Основное предназначение: 2-х ступенчатое предварительное вакуумирование аппаратов при малых расходах по откачиваемому потоку.
Двухступенчатый пароструйный вакуумный насос с промежуточным конденсатором I (конденсатор смешения) (рис.3) работающий при давлении всасывания от 40 мбар (абс).
Используется в основном для предварительного вакуумирования конденсаторов при низком содержании воздуха в откачиваемом потоке.
Трехступенчатый пароструйный вакуумный насос с двумя промежуточными конденсаторами (I, II) (рис.4), работающий при давлении всасывания от 10 мбар (абс).
Данный насос потребляет меньшее количество воды и пара по сравнению с 2-х ступенчатым насосом с одним промежуточным конденсатором (см. рис.3), рассчитанным на аналогичную производительность.
Четырехступенчатый пароструйный вакуумный насос с тремя промежуточными конденсаторами смешения (I, II, III) (рис.5) обеспечивает давление всасывания от 2 до 10 мбар (абс). Используется для откачивания воздуха, газов и паров в различных технологических процессах, на установках на установках где требуется создание глубокого вакуума.
Четырехступенчатый пароструйный вакуумный насос (рис.6),в качестве предварительных эжекторов используются первые две первые ступени по потоку перед промежуточным конденсатором I. Всего в данной схеме применяется 3 промежуточных конденсатора (I, II, III). Насос рассчитан на работу в диапазоне давлений всасывания от 0,5 до 2 мбар (абс.), при среднем расходе до 1000 — 2000 кг/ч.
Основное назначение: создание вакуума для установок в производстве синтетических волокон — конденсация полиэстера; вакуумная дистилляция, деаэрация, вакуумная сушка, дегазация стали.
Использование комбинации многоступенчатых пароструйных наосов с водокольцевыми вакуумными насосами имеет эксплуатационные преимущества по сравнению с обычной схемой пароструйных насосов, если не предъявляется специальных требований к материалам насосов.
Пятиступенчатый пароструйный вакуумный насос с реализацией предварительного 3-х ступенчатого эжектирования для давления всасывая от 0,01 мбар (абс) (рис.7).
Область применения то же что и для системы обозначенной на Рис. 6.
В зависимости от производительности по расходу откачиваемой паро-газовой смеси, водокольцевые вакуумные насосы могут применяться в диапазоне давлений от 60 до приблизительно 200 мбар (абс) для откачивания воздуха и предварительного вакуумирования перед 1-ым и 2-ым предварительными конденсаторами (см. Рис. 3 – 7)
Система конденсации с конденсаторами смешения и станцией деаэрации для конденсации паров (рис.8), предпочтительно в пределах давлений от 30 до 200 мбар (абс).
Система может применяться расходе откачиваемой парогазовой смеси до 1000 — 2000 кг/ч пара.
Основное назначение: выпарные установки.
Система конденсации с поверхностными конденсаторами и станцией деаэрации для конденсации паров (рис.9), предпочтительно в пределах давлений от 40 до 200 мбар (абс).
Для деаэрации 1-го и 2-го конденсатора вместо пароструйного насоса может быть использован водокольцевой вакуумный насос (см. рис.11).
Основное назначение: в качестве конденсаторов отработанного пара турбин, для установок дистилляции в случаях, когда смешение сред неприемлемо – вторичные процессы нефтепереработки.
Трехступенчатая пароструйная вакуумсоздающая система с конденсаторами поверхностного типа (рис.10) работающие при давлении откачивания от 5 мбар (абс) и любом расходе парогазовой смеси.
Область применения: вакуумная дистилляция, создание вакуума в емкостных аппаратах, реакторах.
Трехступенчатая пароструйная вакуумсоздающая система с водокольцевым вакуумным насосом и конденсатором поверхностного типа (рис.
11), с независимым охлаждением рабочей жидкости, циркулирующей через водокольцевой вакуумный насос.
В зависимости от числа ступеней предварительного эжектирования, система работает в диапазоне давлений от 0,5 до 40 мбар (абс) при любом расходе парогазовой смеси.
Одно — или многоступенчатая пароструйная вакуумсоздающая система с водокольцевым вакуумным насосом и конденсатором поверхностного типа (рис.11) для работы в диапазоне давлений откачивания от 0,5 до 30 мбар (абс) при низком или среднем значении расхода парогазовой смеси на входе в систему (см. также рис. 11)
Многоступенчатая пароструйная вакуумсоздающая система с поверхностным конденсатором и периодическим отведением конденсата в отдельный конденсатный бак через конденсатоотводчик (рис.12).
Используется для работы в диапазоне давлений откачивания от 0,1 до 10 мбар (абс).
Как выбрать вакуумный насос. Часть 1: Вакуум
Содержание статьи:
1. Введение
При выборе вакуумного насоса (или компрессора) и оценке его пригодности для использования в той или иной технологии оперируют двумя главными характеристиками:
- ДАВЛЕНИЕ
- ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Вакуумный насос или компрессор, который в поиске у потенциального пользователя, должен, прежде всего, обеспечить требуемый уровень давления. Затем ставится задача получить это давление за определенный промежуток времени.
Быстрота получения заданного значения давления определяется производительностью (pumping speed) вакуумного насоса. При этом газовые компрессоры нагнетают газы и формируют давления выше атмосферного.
Вакуумные насосы генерируют давления ниже атмосферного, т.е. создают разрежение.
В этой статье речь пойдет о низком давлении, т.е. о ВАКУУМЕ, как об основной технической характеристике всех вакуумных насосов.
Создание или генерирование устройством вакуума – это динамический процесс понижения атмосферного давления в объеме и во времени.
При поисках и выборе вакуумного насоса по уровню вакуума обычно говорят о двух характеристиках вакуумного насоса, связанных с давлением:
- предельное остаточное давление (или предельный вакуум, ultimate pressure)
- рабочее давление (или рабочий вакуум, working pressure)
Предельное остаточное давление – это самое хорошее (высокое) значение вакуума, которое позволяет достигнуть конструкция этого вакуумного насоса.
Важно понимать, что когда вакуумный насос достигает этого предельного значения вакуума, производительность откачки газов становится равной нулю, т.е.
откачка прекращается, и в дальнейшем при работе насоса это значение предельного давления будет поддерживаться как некое достигнутое равновесное состояние системы «насос-откачиваемый объём».
Как правило, значение предельного остаточного давления достигается лишь при работе вакуумного насоса в режиме «сам на себя», т.е. при заглушенном входном патрубке.
Это объясняется довольно просто: при подключении к насосу технологических объемов (емкости, трубопроводы, стыки, камеры и др.
) всегда существуют течи (негерметичности) или явления газовой десорбции, которые не позволяют достичь в откачиваемом объеме максимальное значение вакуума, который способен создать сам насос.
Рабочее давление – это заданное значение вакуума, которое требуется обеспечить и поддерживать вакуумным насосом в той или иной технологии или техпроцессе.
При выборе вакуумного насоса его предельное остаточное давление должно быть немного лучше чем рабочее. Это как бы обеспечивает некий «запас прочности», т.е. гарантию того, что требуемое в техпроцессе давление будет достигнуто с помощью именно этого вакуумного насоса.
2. Давление газов в объёме. Атмосферное давление. Понятие «ВАКУУМ»
Давление газов в замкнутом объёме – это суммарное усилие, оказываемое ударами (толчками) постоянно движущихся молекул газов в стенки объёма, в результате их постоянного броуновского движения и сталкивания друг с другом и с твёрдыми стенками сосуда.
Основная единица измерения давления в системе СИ – это «Па» (Паскаль):
1 Па = 1 Н / м2 = 0,01 мбар [ 1 ]
Другие общепринятые единицы измерения давления и их соотношения приведены в Таблице 1:
| Единица измерения давления | бар | мбар | мм.рт. ст. | мвод. ст. | Па | кПа | МПа | атм. | ат. | кгс/см2 | psi |
| Бар (bar) | 1 | 1000 | 750 | 10,2 | 100 000 | 100 | 0,1 | 0,9869 | 1,02 | 1,02 | 14,5 |
Атмосферное давление – это давление, которое оказывает масса воздушного столба, как смесь газов, простирающихся на высоту более 1000 км от уровня поверхности земли и океана.
При этом надо понимать, что чем выше от поверхности моря находится точка измерения этого атмосферного давления, тем атмосфера менее сконцентрирована, тем смесь газов реже (как бы их масса разбавляется в огромном увеличивающемся с высотой объёме) и, как следствие, давление этой смеси газов падает с подъёмом на высоту (см. Рис.
2). Почему? Просто так издавна утроена планета Земля, вокруг которой существует атмосфера, как газовая аура вокруг шара. Благодаря этой атмосферной ауре живут организмы и проистекают самые жизненные реакции веществ, постоянно потребляющие кислород, и растения, которые этот кислород постоянно вырабатывают и восстанавливают т.н.
кислородный атмосферный баланс. Самые яркие примеры – это ветер, горение (как процесс окисления) и дыхание живых организмов, животных, людей.
Кривая изменения атмосферного давления до высоты 12 км над уровнем моря показана на Рис. 3.
Земная атмосфера. Принято считать, что это смесь 14 основных «земных» газов (см. Рис. 1), из которых три составляют львиную долю, в целом более 99% (азот – более 78%, кислород – более 20%, паров воды может быть более 1%).
Земная атмосфера делится на зоны по параметрам давления и температуры: тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу (см. Рис. 4).
Вакуум – это всякое давление, величина которого ниже атмосферного. Нормальным атмосферным давлением в земных условиях принято считать абсолютное давление атмосферного столба на уровне поверхности мирового океана (моря). Это значение составляет 1013 мбар абс. «абс.
» — здесь имеется в виду абсолютное давление, которое равно нулю в том случае, когда в объеме нет ни одной молекулы газов. Т.к. на поверхности земли, в её недрах и в атмосфере всегда есть газообразные вещества и пары жидких веществ, то абсолютный вакуум недостижим в земных условиях.
Как бы быстро и хорошо не откачивались объемы современными вакуумными насосами, какими бы герметичными они бы ни были, в микроскопических шероховатостях стенок объемов всегда есть определенное количество молекул газов, которые невозможно удалить из этих микрорельефов.
Кроме того, при давлении на стенки сосудов извне всегда есть проскакивающие, как бы просачивающиеся сквозь сито, внутрь молекулы газов, даже сквозь твёрдые кристаллические решетки металлов. В закрытых объёмах всегда есть явления газовой десорбции, т.е.
выделения молекул газов со стенок объема вовнутрь, всегда есть микропоры и микротрещины, через которые газы проникают в зоны низкого давления. Всё это не позволяет получить абсолютный вакуум в земных условиях.
 |
Факты: Альпы – это горный массив, пересекающий границы шести стран. В самом их сердце возвышается знаменитая гора Монблан, находящаяся на границе Франции и Италии. Сами Альпы представляют собой горную гряду, которая тянется по Европе почти 1200 км, в самом широком месте между итальянской Вероной и немецким Гармиш-Партенкирхеном имеет ширину около 260 км, занимая общую площадь в 190 тыс. кв. км. Альпы полностью или частично находятся на территории 8 стран. По доле общей площади государства, приходящейся на Альпы, эти страны располагаются следующим образом: Лихтенштейн (100%), Монако (100%), Австрия (65%), Швейцария (60%), Словения (40%), Италия (17%), Франция (7%), Германия (3%). |
 |
Факты: Эверест, она же Джомолунгма – высочайшая вершина в мире, высота этой горы составляет 8848 метров. Эверест расположен в Гималайских горах, которые протягиваются по Тибетскому нагорью и Индо-Гангской равнине на территории нескольких стран: Непала, Индии, Бутана, Китая. Вершина Эвереста расположена на территории Китая, но сама гора находится на китайско-непальской границе. |
 |
Факты: В гражданской и военной авиации очень важно поддерживать атмосферное давление внутри самолета, т.к. при поднятии его на любую высоту от поверхности Земли, давление за бортом падает, а это влечет за собой отток воздуха из салона самолета во внешнюю среду. Чтобы этого не происходило требуется выполнение двух основных условий нормального полета с лётчиком или пассажирами внутри: — корпус самолета должен быть герметичен (max отсутствие утечек воздуха наружу); — в корпус необходимо подавать воздух компрессорами под избыточным давлением, чтобы компенсировать всегда существующие утечки и микро утеки воздуха наружу. Если в военных самолётах можно решить проблему утечек индивидуальными масками пилотов, то в гражданских самолётах, где много пассажиров, создают специальные автоматизированные системы поддержания атмосферного давления. |
Рис. 3. График снижения атмосферного давления с высотой над уровнем моря (от 0 до 12) км.
Рис. 4. Диаграмма распределения температуры воздуха в 4-х слоях атмосферного столба:
тропосфера (до 11 км), стратосфера (от 11 до 47 км), мезосфера (от 47 до 80 км), термосфера (свыше 80 км).
3. Градация вакуума по глубине (технические уровни вакуума)
Существует несколько методик по разбивке всей возможной шкалы низкого давления на различные интервалы (отрезки). Самые распространенные – это академическая градация и индустриальная градация.
Академический основан на оценке плотности (степени разрежения) газов по характеру движения их молекул в объёмах путем соизмерения длин пробега молекул между их столкновениями друг с другом и со стенками сосудов, т.е. соизмерения т.н. длин свободного пробега.
Чем больше средняя длина свободного пробега молекулы, тем лучше вакуум. Так, например, если молекула газа в объёме успевает пролететь от стенки к стенке не соударяясь с другими молекулами, то это показатель того, что в таком объёме достигнут сверхвысокий вакуум.
Так как мы специализируемся на поставках оборудования для промышленных применений, то рассмотрим в этой статье индустриальный подход к разбивке вакуума на 4 класса (интервала). Этот метод соответствует европейскому стандарту DIN 28400. Классы вакуума приведены в Таблице 2.
| Технические уровни вакуума (classes) | Диапазон давлений (pressure range) |
| ФОРВАКУУМ (rough vacuum) | (от 1000 до 1) мбар абс. |
| СРЕДНИЙ ВАКУУМ (fine vacuum) | (от 1 до 10-3) мбар абс. |
| ВЫСОКИЙ ВАКУУМ (high vacuum) | (от 10-3 до 10-7) мбар абс. |
| СВЕРХВЫСОКИЙ ВАКУУМ (ultrahigh vacuum) | (10-7 и ниже) мбар абс. |
4. Базовые законы ФИЗИКИ ГАЗА и уравнение состояния идеального газа
  |
Закон Бойля-Мариотта был установлен английским физиком Робертом Бойлем в 1662 г. и независимо от него французским ученым Эдмом Мариоттом в 1679 г. и звучит так: Для данной массы газа при неизменной температуре произведение его давления p на объем V есть величина постоянная: pV = const [ 2 ]
|
||
 |
Закон, связывающий объем газа V и его температуру T, был установлен французским ученым Жозефом Гей-Люссаком в 1802 г. Для данной массы газа при постоянном давлении отношение объёма газа к его температуре есть величина постоянная. VT = const [ 3 ]
|
||
Закон, связывающий давление газа p и его температуру T, установлен Жаком Шарлем в 1787 году. Для данной массы газа в закрытом герметичном объёме давление газа всегда прямо пропорционально его температуре. pT = const [ 4 ]
|
|||
Уравнение, позволяющее обобщить все три основных газовых закона термодинамики называется уравнением состояния идеального газа или уравнением Менделеева-Клапейрона. Оно дает взаимосвязь трёх важнейших макроскопических параметров, описывающих состояние идеального газа: давления p, объема V, температуры T,- и имеет вид: [ 5 ]
или при записи в другом виде: [ 6 ]
|
5. Конструктивные типы вакуумных насосов
- Если говорить об уровне вакуума и его использовании в промышленных и исследовательских целях, то:
- — в массовой мировой промышленности очень широко применяют форвакуум и средний вакуум;
- — в более редких высоких технологиях используют форвакуум, средний и высокий вакуум;
— в лабораториях и исследованиях можно встретить все классы вакуума, в т.ч. и сверхвысокий.
Для получения всех классов в промышленности применяют различные конструкции вакуумных насосов, основные типы которых приведены в Таблице 3.
|
Соответственно работа в диапазоне: — от 100 мбар абс. до атмосферного давления — от 10 мбар абс. до атмосферного давления — от 2 мбар абс. до атмосферного давления- от 0,5 мбар абс. до атмосферного давления |
| Вихревая воздуходувка | от 600 мбар абс. до атмосферного давления |
| Двухроторнвя воздуходувка | от 400 мбар абс. до атмосферного давления |
| Сухой пластинчато-роторный вакуумный насос | от 150 мбар абс. до атмосферного давления |
| Водокольцевой вакуумный насос | от 33 мбар абс. до атмосферного давления |
| Сухой кулачковый вакуумный насос | от 20 мбар абс. до атмосферного давления |
| Пластинчато-роторный вакуумный насос с рецикркуляционной смазкой | от 0,5 мбар абс. до атмосферного давления |
| Сухой спиральный вакуумный насос | от 0,01 мбар абс. до атмосферного давления |
| Сухой винтовой вакуумный насос | от 0,01 мбар абс. до атмосферного давления |
| 2-х ступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос с масляной ванной | от 0,0005 мбар абс. до атмосферного давления |
| Сухой вакуумный насос Рутса (бустерный) | от 0,001 до 25 мбар абс. |
|
от 10-11 до 5 мбар абс. |
В этом разделе основной акцент сделан на насосы для получения форвакуума, т.к. это самая востребованная ниша рынка вакуумного оборудования, и не только в России и странах СНГ, а и во всем мире.
Следует также знать, что высоковакуумные насосы не могут работать без вакуумных насосов фор- и среднего вакуума, т.к.
они стартуют в работу только с пониженных давлений (как правило, со среднего вакуума) и выхлоп у них должен происходить в зону вакуума, иначе высокий и сверхвысокий вакуум недостижим. Т.о.
форвакуумные насосы и насосы среднего вакуума востребованы во всех отраслях промышленности, высокотехнологичных сферах и в научных исследованиях.
Вакуумсоздающие системы
04.05.2016
- Вниманию технических руководителей предприятий нефтяной, газовой и химической промышленности
- НПП «Экоэнергомаш» предлагает Вашему вниманию вакуумсоздающую систему (ВВС) на базе вакуумного гидроциркуляционного (ВГЦ) агрегата, которая успешно реализована в нефтяной, газовой и химической промышленности.
- Принципиальная схема вакуумсоздающей системы на базе ВГЦ-агрегата.
|
Откачиваемая среда из технологического аппарата, например ректификационной колонны, направляется после системы конденсации паров на вход вакуумсоздающего устройства В-1. В вакуумсоздающем устройстве происходит сжатие паро-газа за счет энергии струи рабочей жидкости, подаваемой в В-1 насосом Н-1/1 (Н-1/2 – резерв). В качестве рабочей жидкости может быть использован один из технологических потоков установки, который допустимо смешивать с откачиваемыми парам, поступающими из технологического аппарата на вход вакуумсоздающего устройства. Одновременно со сжатием паро-газа происходит процесс конденсации паров на струе рабочей жидкости. Из вакуумсоздающего устройства В-1 образовавшаяся жидкостно-газовая смесь попадает в сепаратор С-1, где происходит разделение газа и жидкости. Сжатый до требуемого давления газ направляется на дальнейшую утилизацию, например на сжигание. |
| Рабочая жидкость, после снятия избытка тепла в холодильнике Х-1, подается насосом Н-1/1 (Н-1/2 – резерв) в вакуумсоздающее устройство В-1. Для обновления рабочей жидкости осуществляется подпитка. Балансовый избыток рабочей жидкости выводится из системы. Так как одновременно с процессом сжатия в вакуумсоздающем устройстве проходит процесс абсорбции, выходящий из сепаратора газ очищается от ряда примесей. |
Основные преимущества ВГЦ – агрегата .
Преимущества вакуумсоздающих систем на базе вакуумного гидроциркуляционного агрегата по сравнению:
С паровыми эжекторами:
- повышение экологической безопасности всей установки за счет значительного уменьшения сбросов в окружающую среду тепловой энергии и загрязненных стоков воды и парового конденсата, нуждающихся в очистке;
- экономия за счет снижения затрат на потребление энергоресурсов (водяного пара и охлаждающей воды);
- сокращение потерь ценных продуктов с конденсатом водяного пара;
- стабилизация остаточного давления в технологическом аппарате на проектном уровне и сокращение технологических потерь, связанных с ухудшением работы пароэжекторных систем при загрязнении межступенчатых конденсаторов и при колебаниях параметров водяного пара и охлаждающей воды;
С механическими вакуумнасосами:
- низкая чувствительность к наличию в откачиваемом газе агрессивных и взрывоопасных газов, паров, конденсата и твердых частиц;
- высокий уровень взрыво- и пожаробезопасности за счет исключения возможности образования взрывоопасных смесей;
- высокая надежность работы и простота эксплуатации.
С жидкостно-кольцевыми вакуумнасосами:
- возможность получения более глубокого вакуума;
- низкая чувствительность к наличию в откачиваемом газе агрессивных и взрывоопасных газов, паров, конденсата и твердых частиц;
- высокая надежность работы и простота в эксплуатации.
Опыт промышленного применения
В настоящее время, внедрено более двадцати вакуумсоздающих систем на базе ВГЦ – агрегата на вакуумных колоннах установок первичной переработки нефти на тринадцати нефтеперерабатывающих заводах семи государств.
Внедрение вакуумсоздающих систем на базе ВГЦ-агрегата на таких объектах приводит к существенной экономии энергоресурсов, снижению затарат на очистку загрязненных стоков и увеличению выхода вакуумного газойля за счет поддержания стабильного уровня вакуума в колонне. По опыту эксплуатации это увеличение иногда достигает 1,5%.
Срок окупаемости реконструкции вакуумсоздающих систем составляет 4-18 месяцев, в зависимости от цен на энергоресурсы и нефтепродукты.
В химической и нефтехимической промышленности, наши системы обеспечивают вакуум в производствах получения циклогексанола-циклогексанона, получения алкилбензола, выделения бензол-толуол-ксилольной фракции и др.
Схема вакуумного гидроциркуляционного агрегата Одноступенчатая с подачей газов разложения в печь
|
|
| Откачиваемая парогазовая смесь с верха вакуумной колонны подается в качестве пассивного (сжимаемого) рабочего тела в вакуумсоздающее устройство 1. В качестве активного (сжимающего) рабочего тела в вакуумсоздающем устройстве используется подаваемая насосом 4 дизельная фракция или вакуумная газойль. В вакуумсоздающем устройстве энергия жидкости передается газу. В результате этого происходит сжатие парогазовой смеси до заданного давления нагнетания с одновременной конденсацией углеводородов и водяного пара. На выходе из вакуумсоздающего устройства образуется газожидкостная смесь, которая поступает в сепаратор 2, где происходит разделение жидкой и газообразной фаз. Газы из сепаратора поступают в печь на сжигание или на дальнейшую утилизацию, а рабочая жидкость — в теплообменник 3, в котором охлаждается водой до заданной температуры (вместо водяного может быть использован воздушный холодильник). Конденсат пара и избыток рабочей жидкости отводятся из сепаратора. После теплообменника рабочая жидкость направляется на вход насоса. |
Схема вакуумного гидроциркуляционного агрегата. Двухступенчатая с углеводородным рабочим телом.
|
|
Сжатие парогазовой смеси осуществляется последовательно в двух ступенях за счет энергии углеводородной рабочей жидкости. Это существенно уменьшает, по сравнению с одноступенчатой схемой вакуумного гидроциркуляционного агрегата, энергетические затраты на привод насоса рабочей жидкости.
Схема вакуумного гидроциркуляционного агрегата. Двухступенчатая со сжатием газов разложения до давления в топливном коллекторе завода и очисткой от кислых компонентов.
|
|
| В данной схеме во второй ступени сжатия в качестве рабочей жидкости используется сорбент кислых газов (например, раствор моноэтаноламина), что позволяет одновременно со сжатием очищать газ, например, от сероводорода |
Схема вакуумного гидроциркуляционного агрегата. Двухступенчатая с водокольцевым насосом в качестве второй ступени.
|
|
| Сжатие парогазовой смеси производится за счет энергии углеводородной жидкости в вакуумсоздающем устройстве 1, а затем в водокольцевом насосе 3. |
Вакуумсоздающие системы на НПЗ
Заданная глубина вакуума в вакуумных колоннах создаётся и поддерживается с помощью вакуумсоздающих систем (ВСС), в состав которых входят следующие блоки:
- конденсации дистиллятных паров
- собственно вакуумные насосы
- барометрические трубы
- газосепараторы
- сборник конденсата
ВСС предназначены как для создания начального разряжения в технологической системе, необходимого для запуска процесса, так и для поддержания заданного вакуума в течение технологического процесса [67].
Нагрузка на ВСС вакуумных колонн (ВК) установок АВТ формируется за счет [68]:
- газов натекания (атмосферный воздух), поступающих в ВК через неизбежные неплотности в колонне (сварные швы, фланцевые разъёмы, уплотнения насосов, …), а также в растворенном виде с питанием колонны;
- легких газов разложения, образующихся в системе за счёт термодеструкции тяжелых углеводородов и сернистых соединений, содержащихся в сырье (представлены в основном сероводородом);
- несконденсированных водяных паров, вводимых в ректификационную систему из технологических соображений.
На сегодняшний день можно считать доказанным [12], что понижение давления в ВК дает ощутимые технологические преимущества, связанные в первую очередь со снижением интенсивности процессов разложения тяжелых углеводородов. Поэтому в промышленности наметилась устойчивая тенденция перевода режимов работы колонн разделения мазута на более глубокий вакуум. Решение проблемы ищется при этом в двух направлениях:
- разрабатываются контактные устройства (в основном насадочного типа), обладающие малым гидравлическим сопротивлением, высокой массообменной и теплообменной эффективностью;
- разрабатываются новые ВСС, обладающие в сравнении с традиционными более высокими технико-экономическими показателями.
В традиционных схемах вакуумной ректификации мазута между ВК и ВСС размещается парциальный конденсатор, а для отвода несконденсированной парогазовой смеси (ПГС) после конденсатора используются пароэжекторные насосы (ПЭНы).
В настоящее время подобные схемы устойчиво работают при давлениях 50 мм Hg и выше [12], однако для перехода на более глубокий вакуум требуются новые технические решения.
Расчеты показывают, что при понижении давления до 30 мм Hg и ниже конденсация парогазовой смеси (ПГС), отводимой с верха вакуумной колонны, при использовании в качестве хладоагента воды из системы оборотного водоснабжения, становится малоэффективной.
Это объясняется тем, что в ПГС присутствует значительное количество (до 85%) водяных паров.
Даже переход на технологию «сухого вакуума» (ВК работает без подачи водяного пара в кубовую секцию) не позволяет кардинально снизить концентрацию водяных паров в ПГС, поскольку определенное количество водяных паров все равно должно вводиться в технологические печи для снижения процессов коксоотложения в змеевиках печей.
При давлении верха колонны 25 мм Hg и температуре конденсации 30 оС и выше (водяное охлаждение) достигаемая степень конденсации ПГС не превышает 15%, причем конденсируются только тяжелые соляровые фракции (температура кипения 350 оС и выше). Водяные пары, вводимые в систему из технологических соображений, при этом практически не конденсируются и полностью остаются в газовой фазе.
Поэтому при переходе на глубокий вакуум (25 мм Hg и ниже) использование узла промежуточной конденсации между верхом ВК и ВСС на существующих режимах становится нецелесообразным, и всю ПГС из ВК приходится направлять на ВСС.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Аксиально-поршневой насос
Альтернативой этому решению может выступать технология использования в конденсационных узлах захоложенной воды, полученной, например, с помощью бромистолитиевых холодильных машин [69]. И тот, и другой подход связан с ростом и капитальных, и эксплуатационных затрат: в первом случае – на усложнение ВСС, во втором – на подготовку охлаждающей воды.
До настоящего времени в отечественной промышленности в качестве ВСС наиболее ПЭНы, причем вне зависимости от величины принятого технологического вакуума.
Основными недостатками ПЭНов являются: во-первых, их высокая энергоемкость и, во-вторых, чувствительность как к качеству охлаждающей воды, так и к параметрам (давление, температура) рабочего пара.
Повышение температуры охлаждающей воды (летний период) и снижение параметров рабочего пара (зимний период) сопровождается «просадкой» вакуума, что приводит к снижению технико-экономических показателей совокупной системы.
Кроме того, эксплуатация пароэжекторных насосов связана с выбросами вредных веществ в атмосферу.
В этой связи становится актуальной задача замены ПЭНов на энергосберегающие и экологически чистые ВСС, которые позволили бы снизить эксплуатационные затраты на процесс создания и поддержания вакуума, а также уменьшить образование химзагрязнённых стоков.
На сегодняшний день разработаны и внедрены в промышленности гидроциркуляционные ВСС [68], в которых используются или одноступенчатые жидкостные эжекторы (ЖЭ), или жидкостнокольцевые вакуумные насосы (ЖКВН), причем в качестве рабочих жидкостей в обоих случаях используются дистилляты ВК (вакуумный дистиллят) или продукты, близкие к ним по своим термодинамическим свойствам (дизельное топливо).
Кстати, прочтите эту статью тоже: Пластинчатый насос
Эта технология позволяет уменьшить количество химзагрязнённых стоков, что повышает экологические характеристики ВСС. Проведенный анализ [68] показывает, что в области создаваемого вакуума 50 мм Hg и выше ВСС на базе ЖКВН однозначно выигрывают как у ПЭНов, так и у ВСС на базе ЖЭ в плане эксплуатационных затрат.
Аналогичный вывод можно сделать и относительно капитальных затрат, что достаточно важно, поскольку из-за особенностей технологии разделения мазута под вакуумом необходимо предусматривать резервирование ВСС для обеспечения безопасности эксплуатации данных установок.
Классификация вакуумных насосов
В таблице приведена классификация вакуумных насосов различных типов (нажмите на рисунок для увеличения).
Диапазоны рабочих давлений в миллиметрах рт. ст. вакуумных насосов различных типов
Загрузка...
