Водонепроницаемый, эффективный и необходимый газовый криогенный насос жидкого кислорода —

Cтраница 2

При включении насоса жидкого кислорода в блок разделения вносится Дополнительная необратимость вследствие несовершенства процесса в самом насосе и главным образом вследствие необходимости компенсации дополнительных, связанных с включением насоса потерь холода.
 [16]

Взрывы в насосах жидкого кислорода в основном связаны с загрязнением жидкого кислорода органическими примесями, с применением негодных растворителей для обезжиривания деталей и непригодного чешуйчатого графита, а также с отступлениями от инструкций при изготовлении сальниковых набивок.
 [17]

Взрывы в насосах жидкого кислорода в основном связаны с загрязнением жидкого кислорода органическими примесями, с применением некачественных растворителей для обезжиривания деталей и непригодного Чешуйчатого графита, а также отступлениями от инструкций при изготовлении сальниковых набивок.
 [18]

Во ВНИИКИМАШе созданы насосы жидкого кислорода и азота, работающие при давлении нагнетания 165 — 240 и 420 атм.
 [19]

При примерзании клапанов насосов жидкого кислорода по ним обычно легко постукивают.
 [20]

Если установка с насосом жидкого кислорода работает на подачу кислорода потребителю под постоянным давлением, то изменение ( в некоторых пределах) количества отбираемого из установки жидкого кислорода не влияет па уровень конденсатора, так как при этом изменяется энтальпия сжатого воздуха после теплообменника и соответственно количество жидкости, поступающей в аппарат. С увеличением подачи насоса энтальпия воздуха после теплообменника понижается, а количество жидкости, поступающей в аппарат, увеличивается. При наполнении баллонов кислородом давление после насоса повышается постепенно. При этом подача насоса уменьшается, а концентрация кислорода увеличивается. С повышением давления кислорода увеличиваются также потери холода, что приводит к снижению уровня в конденсаторе. При переключении наполнительной рампы давление кислорода после насоса снижается, и процесс повторяется. Чтобы избежать значительных колебаний режима ректификации при наполнении баллонов и получать кислород нужной концентрации, давление воздуха на входе в блок и подачу насоса подбирают ( экспериментально) так, чтобы они обеспечивали достаточно стабильную работу блока.
 [21]

Газификация осуществляется подачей насосом жидкого кислорода. Температура в газогенераторе, 1100 — 1500 С, поддерживается в за ] ( Исимости от температуры плавления золы, которая выводится из системы в расплав — лепном состоянии. Зола охлаждается водяным паром, гранулируется и через шлюз выводится из системы.
 [22]

Воздухоразделительная установка с насосом жидкого кислорода ( не имеющем графитовых сальников, см. главу VIII тома 2) может быть путем несложной реконструкции переведена на режим получения азота высокого давления. Для этого в насос вместо жидкого кислорода следует подавать жидкий азот, отбираемый из карманов конденсатора.
 [23]

IS-детандер; 14 — насос жидкого кислорода; 15 — теплообменник-ожижитель; 16 — теплообменник; 17 — колонна высокого давления; 18 — колонна низкого давления; 19 — сборник жидкого азота; 20-адсорбер ацетилена; 21 — де-тандерный теплообменник; 22-переохладитель; 23 -фильтр детандерного воздуха; 24 — керамиковый фильтр; 25 — влагоотделитель; 26 — электронагреватель азста и воздуха.
 [25]

Для ликвидации примерзания клапанов насосов жидкого кислорода по ним обычно легко постукивают.
 [26]

Несмотря на большие преимущества насосов жидкого кислорода, вопрос об их применении может быть решен лишь при рассмотрении их как составной части воздухоразделительной установки, в особенности с точки зрения влияния на расход энергии.
 [27]

Таким образом, применение насоса жидкого кислорода в установке высокого давления с дросселированием воздуха приводит к существенному упрощению кислородной установки без увеличения расхода энергии на получение кислорода. В настоящее время мелкие кислородные установки строятся исключительно с применением насоса жидкого кислорода.
 [28]

Процесс регулирования установок с насосом жидкого кислорода имеет некоторые особенности.
 [29]

Потери от необратимости в насосе жидкого кислорода составляют относительно небольшую величину. Очень сильно уменьшаются суммарные пот ( ери в змеевике нижней колонны и дросселе высокого давления в связи с понижением тепловой нагрузки змеевика. Уменьшением этих потерь в основном и объясняется снижение общих потерь от необратимости в блоке разделения установки с насосом по сравнению с установкой с кислородным компрессором.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Скачать статью (1.8 MB)

Бурными темпами развивается применение сжатого природного газа в качестве моторного топлива на автотранспорте. Задача наполнения баллонов газами высокого давления в настоящее время решается оптимальным образом с использованием криогенной техноло-гии, а именно с использованием криогенных поршневых насосных установок средней и малой производительности. Криогенная технология обеспечивает целый ряд технико-экономических преимуществ на всех стадиях производства и доставки сжатых газов конечному потребителю. На первом этапе — это снижение транспортных издержек при доставке криогенных жидкостей (сжиженных продуктов разделения воздуха или сжиженного природного газа) на региональные наполнительные станции. Доставка криогенных жидкостей на большие расстояния в криогенных емкостях низкого давления обходится дешевле, чем транспортировка сжатого газа непосредственно с воздухоразделительных предприятий. На втором этапе криогенная технология обеспечивает дополнительный выигрыш при переводе жидкости в другое агрегатное состояние — газ, сжатый под давлением. Выигрыш состоит в том, что, в отличие от компрессорной технологии, сжатие осуществляется на стадии нахождения рабочей среды в жидкой фазе, т.е. для получения рабочей среды с высоким давлением используется насос, а не компрессор. Получение высокого давления 150, 200, 300 или 400 бар осуществляется в одну стадию, а не в 4 стадий как при компрессии. Нет необходимости отводить тепло сжатия рабочего тела и, как следствие, необходимая механическая мощность на повышение давления жидкости в 8 раз меньше, чем мощность, расходуемая на сжатие эквивалентного количества газа. Таким образом, насосная установка является менее энергоемкой, более компактной, простой в обслуживании и более дешёвой машиной, чем компрессор высокого давления.

Можно сказать, что заполнение баллонов газом высокого давления фактически является поэтапным процессом превращения жидкости низкого давления в газ высокого давления. Сначала в цилиндре поршневого насоса происходит повышение давления жидкости. Критическое давление азота 34 атмосферы, аргона 49 атмосфер, а кислорода 50.4 атмосферы. Это означает, что в процессе наполнения баллонов или моноблоков исходная криогенная жидкость покидает цилиндр насоса сначала в жидком виде, а затем, по мере превышения критического давления, переводится в сверхкритическое состояние. Температура исходного продукта при этом не меняется. Испарение и/или нагрев сверх-критической жидкости до температуры окружающей среды осуществляется в атмосферном или электрическом испарителе высокого давления.

Для заполнения баллонов газом высокого давления необходимо иметь оборудование, размещенное в следующей схемно-технологической последовательности:

1. 1) резервуар низкого давления для хранения и выдачи жидкости;
2. 2) насосная установка высокого давления;
3. 3) испаритель высокого давления для газификации жидкости;
4. 4) собственно баллоны или моноблоки и реципиенты для приема и хранения газа высокого давления.

Перечисленные четыре единицы оборудования соединены между собой жидкостными и газовыми трубопроводами и металлорукавами. Также в общий комплект оборудования входят автоматика, контрольно-измерительные приборы и силовое электрооборудование. Ключевым элементом в данной технологической цепочке является, безусловно, насосная установка.

Одним из признанных мировых лидеров по производству криогенных насосов является расположенная в Калифорнии (г. Санта-Анна) компания ACD. Криогенные поршневые насосы высокого давления ACD выпускаются с рабочим давлением до 1250 бар и максимальной производительностью до 1350 литров в минуту. Для заполнения баллонов нет необходимости в использовании насосов с такими предельными параметрами. Обычно на наполнительных станциях применяются насосы с рабочим давлением до 414 бар и производительностью до 20 литров в минуту. Этих параметров вполне достаточно для заполнения сотен или даже нескольких тысяч стандартных баллонов в день.

«… криогенная технология заполнения баллонов с помощью современных криогенных поршневых насосных установок и современных средств автоматизации является на сегодня наиболее эффективной, надежной, безопасной и рентабельной…»

Чаще всего на наполнительных станциях применяют насосные установки с горизонтальным расположением холодной насосной части, которые имеют достаточно простую конструкцию и удобны в эксплуатации. Далее остановимся подробнее на насосах типа NDPD, WDPD и ACPD, предназначенных для наполнения баллонов и создания испытательных стендов. Данные насосы предназначены для перекачивания азота, кислорода, аргона, водорода, сжиженного природного газа или этилена. Эти модели доступны с плунжерной группой 1.2”х0.79” (30ммх20мм) и 1.2”х1.26” (30ммх32мм). Первое число означает диаметр поршня в дюймах или миллиметрах, а второе ход поршня. Данные плунжерные группы предназначены для эксплуатации при максимальном рабочем давлении 275 бар и максимальной производительности соответственно 6.5 и 10.5 литров в минуту. Насос ACPD предлагается так же с диаметром поршня 1” (25 мм) и с ходом 0.79” (20мм) или 1.26” (32мм). Такие плунжерные пары позволяют работать с давлением до 414 бар при предельных производительностях 4.5 и 7.3 литра в минуту. В зависимости от рабочего давления и производительности насосные установки с этими насосами предлагаются с электродвигателями мощностью 5.6; 7.5 или 11 кВт. В состав установки входят:

— единая стальная рама, на которой смонтировано все оборудование;

— электродвигатель;

— ременная передача с защитным кожухом;

— механизм движения, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное;

— холодная насосная часть;

— трубопроводы;

— сепаратор на линии всасывания;

— предохранительный клапан низкого давления на линии всасывания,

— ручной дренажный клапан на линии низкого давления;

— демпфер на линии нагнетания;

— предохранительный клапан высокого давления на линии нагнетания;

— ручной дренажный клапан на линии нагнетания;

— обратный клапан на линии нагнетания;

— манометр на линии нагнетания;

— датчик давления на линии нагнетания;

— датчик температуры на линии всасывания;

— датчик температуры на линии нагнетания;

— датчик температуры в зоне механизма движения;

— электрошкаф с преобразователем частоты.

Отметим некоторые важные отличия таких насосных установок от насосов, сконструированных в прошлом веке:

• — если ранее для снижения частоты вращения вала механизма движения по сравнению с частотой вращения вала двигателя использовался механический редуктор, то сейчас применяется ременная передача, что существенно упрощает конструкцию и эксплуатацию установки ;
• — если ранее изоляция холодной насосной части осуществлялась порошковым материалом (перлитом), для чего требовался специальный кожух, а в реальных условиях эксплуатации порой изоляция отсутствовала вообще, то сейчас холодная насосная часть имеет корпус с вакуумной изоляцией для снижения теплопритока из окружающей среды к перекачиваемой жидкости;
• — если ранее для регулирования производительности насоса использовался механический способ, связанный с изменением места расположения эксцентрика на валу механизма движения, то сейчас регулирование производительности насоса в широком диапазоне осуществляется с помощью частотного преобразователя, в том числе и плавно при работающем насосе; это более простой и менее затратный способ, достаточно лишь правильно выбрать преобразователь частоты (инвертор) и правильно настроить параметры его работы;
• — если ранее для защиты двигателя от перегрузки по току использовались токовые и тепловые реле, то сейчас входящий в состав электрошкафа преобразователь частоты обеспечивает как управление насосом (плавный пуск двигателя, контроль параметров напряжения входного и выходного электропитания, мощности, частоты, силы тока и т.д.), так и защиту двигателя насоса от перегрузки по току;
• — если ранее охлаждение насоса и заполнение его рабочей средой перед пуском осуществлялось по времени и «на глаз», то сейчас для контроля готовности насоса к запуску и исключения «сухого пуска» используются датчики температуры, установленные в линиях всасывания и нагнетания; исключение «сухого пуска» насоса, т.е. пуска насоса в условиях «сухого трения» рабочей пары поршень — втулка цилиндра, повышает ресурс работы насоса и увеличивает продолжительность периода работы насоса между необходимым техническим обслуживанием;
• — если ранее в случае прекращения подачи жидкости в работающий насос или в случае прогрева этой жидкости и, соответственно кавитационного срыва насоса, снятие питания с двигателя и остановка насоса осуществлялась оператором, то сейчас это выполняет автоматика, использующая сигнал отдатчика температуры в линии нагнетания;
• — если ранее контроль утечек через уплотнение штока насоса осуществлялся оператором визуально по появлению пара в зоне насоса, разделяющей теплый механизм движения и холодную насосную часть, то сейчас в этой зоне устанавливается датчик температуры, предупреждающий о наличии тенденции к появлению течи, те. сообщающий об износе элементов уплотнения штока, при этом насос автоматически останавливается и, далее, выполняется его техническое обслуживание, связанное с заменой уплотнения штока.

Соединение резервуара и насосной установки осуществляется с помощью металлорукава, по которому жидкость из резервуара поступает на всасывание насоса. Наличие металлорукава исклю-
чает передачу механических усилий на всасывающий патрубок насоса. Наиболее принципиальным вопросом, связанным с обеспечением устойчивой работы насоса без кавитации и срывов, является вопрос гарантированного поступления жидкой фазы без газовых включений через всасывающий клапан насоса в цилиндр для сжатия. Для снижения тепло-притоков из окружающей среды к жидкости, поступающей в насос, компания «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) предлагает металлорукава с экранновакуумной теплоизоляцией. Это гибкая двустенная конструкция (рукав в рукаве) с необходимым количеством слоев теплоизоляции, расположенной на внутреннем рукаве, и с отвакуумированным пространством между внутренним и наружным рукавом. На внешней гибкой оболочке имеется клапан для вакууми-рования, который одновременно служит и защитным устройством, предохраняющим наружный кожух от повышения давления вследствие разгерметизации внутреннего гибкого трубопровода.

» Чаще всего на наполнительных станциях применяют насосные установки с горизонтальным расположением холодной насосной части, которые имеет достаточно простую конструкцию и удобны в эксплуатации «

Насосные установки высокого давления являются в настоящее время серийно выпускаемым оборудованием, имеющим высокую надежность и безотказность при правильной эксплуатации и своевременном техническом обслуживании. Интервалы между техническим обслуживанием насоса составляют, как правило, 500 моточасов работы установки, что достаточно много и свидетельствует о незначительной цене владения установкой.

Следует обратить повышенное внимание на установки, работающие на жидком кислороде. При изготовлении такой установки должно быть полностью исключено использование материалов, запрещенных для работы в контакте с кислородом. Запрещено использование минеральных масел. Все используемые смазочные материалы должны быть безопасны в контакте с кислородом. Оборудование любой установки, даже работающего на жидком азоте и аргоне, должно быть обезжирено по требованиям работы с кислородом.

Необходимо отметить еще один принципиальный момент, обусловленный общей тенденцией в развитии оборудования. Это желание получить полностью автоматизированную установку, что, во-первых, снижает затраты и, во-вторых, сводит к минимуму риски, связанные с человеческим фактором. Такие установки могут работать в полностью автоматизированном режиме без присутствия оператора. Для этого в составе установки необходимо установить дистанционно управляемую арматуру и обеспечить управление этой арматурой по соответствующему алгоритму.

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что криогенная технология заполнения баллонов с помощью современных криогенных поршневых насосных установок с активным применением экранно-вакуумной изоляции и современных средств автоматизации является на сегодня наиболее эффективной, надежной, безопасной и рентабельной. Специалисты компании «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) в прошлом году прошли обучение на Европейском заводе ACD CRYO, а в мае этого года на заводе ACD в Калифорнии. Компания MV&F изготавливает серийно как центробежные, так и поршневые насосные установки с применением насосов ACD, соединительные рукава с экран-но — вакуумной изоляцией, испарители высокого давления и системы автоматизированного управления насосными установками.