И науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет
низкотемпературных и пищевых технологий
|
Кафедра криогенной техники
ИМИТАЦИЯ РАБОТЫ
УСТАНОВКИ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА АжК-0,02
НА ПРОГРАММНОЙ МОДЕЛИ
Методические указания к лабораторной работе
для студентов специальностей 140401, 140504
всех форм обучения
Санкт-Петербург
2010
УДК 621.59
Иванов В.И. Имитация работы установки разделения воздуха АжК-0,02 на программной модели: Метод. указания к лабораторной работе для студентов спец. 140401, 140504 всех форм обучения. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2010. - 14 с.
Изложены сведения по управлению имитационной моделью установки разделения воздуха АжК-0,02 и дана рекомендуемая последовательность работы программной модели.
Рецензент
Доктор техн. наук, проф. В.И. Пекарев
Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом уни-верситета
Ó Санкт-Петербургский государственный
университет низкотемпературных
и пищевых технологий, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторная работа выполняется на программной модели воздухоразделительной установки, работающей в режиме производства жидкого азота или в режиме производства газообразного кислорода под давлением. При производстве жидкого азота установка работает по криогенному циклу высокого давления с расширением части воздуха в детандере, а при производстве газообразного кислорода – по циклу высокого давления с простым дросселированием.
Имитационная модель позволяет реализовать следующие процедуры:
1. Начать с исходного состояния, запустить оборудование, накопить жидкость в колоннах, отладить производство жидкого азота. Далее можно либо остановить установку, либо перейти на режим получения газообразного кислорода под давлением и затем остановить.
2. Начать сразу с режима получения жидкого азота, а затем остановить установку или перейти на производство газообразного кислорода.
СОСТАВ УСТАНОВКИ
В состав установки входят: поршневой компрессор КВ-100 (К); поршневой детандер ДВД-11 (Д); насос жидкого кислорода (Н); блок комплексной осушки и очистки воздуха (БО) и блок разделения воздуха.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
В процессе выполнения работы студент должен ознакомиться:
– с составом оборудования ВРУ;
– с последовательностью процессов пуска, захолаживания, накопления жидкости, регулирования ректификации воздуха и остановки, в том числе с органами регулирования установки;
– с наиболее типичным набором аварийных ситуаций и их последствиями.
Студент должен уметь объяснить:
– причины изменения параметров установки в процессе захолаживания и влияние на их изменение регулирующих органов: байпасного вентиля (3–7), отсечки впуска детандера (С), дроссельных вентилей.
Студент должен научиться самостоятельно пускать установку в ручном режиме управления без создания аварийных ситуаций.
Условные обозначения
К – компрессор;
Д – детандер;
Н – насос;
ОВ – отделитель влаги;
БО – блок комплексной очистки и осушки воздуха;
ДТ – детандерный теплообменник;
ОТ – основной теплообменник;
ПК – переохладитель кислорода;
РК-1 – ректификационная колонна № 1;
РК-2 – ректификационная колонна № 2;
СА – сборник жидкого азота;
НР – наполнительная рампа;
Др-1, Др-2, Др-3, Др-4 – регулирующие вентили;
3–1…3–19 – запорные вентили;
ДФ – детандерный фильтр;
А – степень открытия вентиля 3–1;
В – степень открытия дросселя Др-4;
С – отсечка наполнения детандера;
М – степень открытия вентиля 3–7;
Г – степень открытия дросселя Др-1.
Назначение вентилей
3–1 – сброс воздуха в атмосферу;
3–2 – вход воздуха в блок очистки;
3–3 – выход воздуха из блока очистки;
3–4 – вход воздуха в детандер;
3–5 – воздух после детандера;
3–6 – слив жидкого азота;
3–7 – байпас теплообменника-ожижителя;
3–8 – выход газа из теплообменника-ожижителя;
3–9 – жидкий кислород;
3–10 – слив жидкого азота потребителю;
3–11 – сброс кислорода в атмосферу;
3–12 – подача кислорода в рампу;
3–13 – подача кислорода в левую рампу;
3–14 – подача кислорода в правую рампу;
3–15 – продувка влагоотделителя;
3–16 – слив кубовой жидкости;
3–17 – слив жидкого кислорода;
3–18 – слив жидкого азота;
3–19 – утечка кислорода из насоса.
ПАРАМЕТРЫ
Температуры
Т1 – после компрессора;
Т2 – после теплообменника-ожижителя;
Т3 – после блока очистки;
Т4 – перед детандером;
Т5 – после детандера;
Т6 – отбросной газ из теплообменника;
Т7 – кислород перед рампой;
Т3=Т4.
Концентрации
х1 – куб колонны № 1;
х2 – куб колонны № 2;
х3 – азот колонны № 2;
х4 – отбросной азот;
х5 – кислород на рампу;
х6 – кислород на насос.
ОПИСАНИЕ СХЕМЫУСТАНОВКИ
Воздух после сжатия в компрессоре К до давления 10–20 МПа поступает в теплообменник-ожижитель ТО, где охлаждается отбросным азотом до температуры ~278 К (рисунок). При этом содержащиеся в воздухе пары влаги конденсируются и собираются во влагоотделителе ОВ, из которого периодически удаляются. Затем воздух очищается от СО₂ и остатков влаги в адсорбере блока очистки БО.
При получении газообразного кислорода весь поток воздуха охлаждается в ОТ обратным потоком азота, а при получении жидкого азота воздух делится на два потока: 44 % воздуха охлаждается в ОТ, а 56 % – расширяется в детандере Д.
Из ОТ воздух поступает в змеевик куба ректификационной колонны № 1 РК-1 и затем дросселируется до давления 0,6 МПа. Жидкость куба, обогащенная кислородом, дросселируется до давления 0,06 МПа в вентилях Др-2 и Др-3 и поступает в межтрубное пространство конденсатора колонны РК-1 и на 18-ю тарелку колонны РК-2. Пары азота, конденсирующиеся в трубках конденсатора колонны РК-1 за счет подпаривания кубовой жидкости, стекают с трубок, попадают в колонну, образуя флегму, а газообразный азот отводится в трубное пространство конденсатора колонны РК-2, где конденсируется жидким кислородом, находящимся в межтрубном пространстве.
Пары обогащенного воздуха из межтрубного пространства конденсатора колонны РК-1 направляются на 16-ю тарелку колонны РК-2, в которой происходит окончательное разделение воздуха. Жидкий кислород отводится из приемного кармана нижней тарелки колонны РК-2 через переохладитель кислорода ПК в насос жидкого кислорода Н. В переохладителе он охлаждается за счет отбросного газа из колонны РК-2. Насос Н подает кислород в трубки теплообменника ОТ, где он испаряется, нагревается и под давлением 16,5 МПа поступает на рампу НР с баллонами.
При получении жидкого азота воздух после детандера дополнительно охлаждается в детандерном теплообменнике ДТ отбросным азотом и затем направляется в куб колонны РК-1. Жидкий азот отбирается из трубного пространства конденсатора колонны РК-2 и дросселируется через вентиль 3–6 в сборник жидкого азота СА, откуда под давлением 0,06 МПа периодически сливается в сосуды Дьюара.
ПОДГОТОВКА ПО КУРСУ
Исходное состояние.
1. Все вентили запорные и дроссельные закрыты.
2. Исходное давление во всех точках P = 0,01 МПа.
3. Температура во всех точках Т = 293 К.
4. Уровни жидкости y = 0,0 см.
5. Концентрации х = 70,1 % N₂ (везде).
ПУСК УСТАНОВКИ
Все время пуска разбито на несколько временных периодов, в которых могут быть разные функциональные связи отдельных параметров. Продолжительность пуска составляет около 360 минут. В модели реализуется масштаб времени 1:10 и 1:20.
Независимо от того, в каком режиме будет работать установка в будущем, ее пуск осуществляется при возможно максимальной холодопроизводительности цикла, т. е. давление после компрессора Р 1 = 18–20 МПа, а отсечка наполнения детандера С = 100 %.