Файл: Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 120
Скачиваний: 0
Рис. 27. Схематический разрез реакционного аппарата установки КСА-Ц40 для получения защитного газа Hj — N 2 методом селективного каталитического окисле ния аммиака:
/ — корпус; 2 — водяная рубашка; 3 — ф у т е р о в к а (огнеупорный бетон |
+ кольцо |
|||
из шамота); |
4—катализатор; |
5 — опорные решетки; |
6 — воздушная |
форсунка; |
7 — гляделка; |
8 — смеситель; |
9—распределительная |
решетка |
|
94
.лее чем на ±0,5 % регулятор РУ4-16А отключается и дальнейшее регулирование осуществляется сигнальны ми контактами ПСР1-08. Когда содержание Н 2 вновь начинает находиться в диапазоне ±0,5 % Н2 , в работу вступает регулятор РУ4-16А.
Разрез реактора показан схематически на рис. 27. Реактор представляет собой цилиндрический водоохлаждаемый кожух, изготовленный из углеродистой стали,
футерованный |
внутри |
огне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
упорным бетоном. Внутренний |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
объем |
реактора |
разбит на три |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
зоны, заполненные |
катализато |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ром ЦЭЧМ-Ш. В первую из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
них |
подается |
весь |
газообраз |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ный |
аммиак |
и |
часть |
воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
во вторую |
|
и |
третью — только |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
воздух. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Распределение |
температур |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
по высоте |
реактора |
иллюстри |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
руется |
кривой, |
изображенной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
на рис. 28. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Газ, пройдя |
через |
восемь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
реакторов |
|
|
(производительно |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
стью по 40—45 м3 /ч), |
подвер |
Ш 800 800 1000 /№°С |
|||||||||||||||||
гается |
охлаждению |
в |
трубча- |
||||||||||||||||
том |
холодильнике. |
Его |
влаж- |
Рнс. |
28. Характерная кривая рас- |
||||||||||||||
ность |
на выходе |
соответствует |
|||||||||||||||||
пределення |
температур |
по про- |
|||||||||||||||||
температуре точки росы +30°С. |
д ° |
^ |
н о й о с |
н |
Р е а |
к « н о н н |
о г о а п п а - |
||||||||||||
Далее |
после охлаждения |
в хо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
лодильной |
|
установке |
|
(хлад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
агент— фреон) |
влажность газа |
снижается |
до достиже |
||||||||||||||||
ния т. т. р. + 4 ° С. Окончательная |
осушка |
газа |
осуществ |
||||||||||||||||
ляется |
в адсорберах, |
заполненных |
адсорбентом — фор |
||||||||||||||||
мованной |
окисью алюминия |
(A - l, ГОСТ 8136—56). Ре |
|||||||||||||||||
генерация |
адсорбента |
ведется |
горячим воздухом |
(расход |
|||||||||||||||
400 м3 /ч, температура |
250° С). При охлаждении |
адсор |
|||||||||||||||||
бент продувается сухим газом в течение 2—3 ч |
(расход |
||||||||||||||||||
газа 5 м3 /ч). |
Влажность, готового |
|
газа |
|
соответствует |
||||||||||||||
т. т. р. —60° С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Динамическая влагоемкость |
адсорбента |
составляет |
|||||||||||||||||
3,13—3,34% |
(по массе). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Годовая |
экономия |
электроэнергии |
от |
внедрения но |
|||||||||||||||
вого |
способа |
приготовления |
защитного газа |
по сравне |
|||||||||||||||
нию с двустадийным |
оценивается |
для |
одного |
только |
|||||||||||||||
95
Первоуральского старотрубного завода в 3 млн. кВт-ч [32].
Реакция окисления аммиака |
|
4NHS + 302 ^ 2N2 + 6Н 2 0 |
(V-48) |
до образования молекулярного азота протекает в обла
сти внешней диффузии.
Температура на поверхности катализатора Тп может быть поэтому оценена по уравнению (V-44).
Определим, например, Г„ в первой по ходу газа зоне реакци онного аппарата КСА-40, исходя из того, что смесь содержит 34% NH3 и 66% воздуха, а температура ее по входе в слой составляет
20° С.
Тепловой эффект q определяется как сумма значении энтальпий
реакции (V-48) и реакции разложения аммиака. Сообразно с этим
при подаче 12,5 м3 газообразного |
аммиака и 24,1 м3 воздуха q = |
|
= 22700—3430= 19270 кал. |
|
|
Количество |
образовавшегося |
газа при протекании реакций |
(V-48) и (V-1), |
равно 43,97 м3 /1,96 |
моль при следующем составе га |
зовой смеси: 19,6% Н2 , 57,5% N2,23,0% Н 2 0 .
Среднее значение теплоемкости для указанной смеси при 1000° К
составляет 8,11 кал/(моль-град). |
Отсюда |
Г а = 19270 : (1,96-8,11) = |
|||
= 1210° С. |
|
|
|
|
|
Коэффициент диффузии |
кислорода при 1000° К равен |
0,55 м2 /ч, |
|||
температуропроводность смеси равна 1,765 м2 /ч. |
|
||||
За температуру |
газа в объеме принимаем среднее ее |
значение, |
|||
т. е. Г г = [20+(1210+20)] : 2 = 625° С. |
|
|
|||
Следовательно, |
Г п = 625+0,464-1210= 1187° С, где |
0,464 = |
|||
= ( Д / а т ) 7 3 . |
температура, зафиксированная в 1 зо |
||||
Максимальная |
|||||
не, составляет 1150° С |
(термопара, |
помещенная |
в слое, |
||
в основном воспринимает |
излучение от катализатора и |
||||
поэтому достаточно верно отражает температуру Тп на поверхности).
Величина Тп эффективно снижается при повышении концентрации водорода (в результате увеличения рас хода тепла на диссоциацию, а также благодаря повыше нию теплоемкости газа).
В реакционных аппаратах типа КСА-40 при малой концентрации водорода в конечном газе можно лишь до известного предела (практически до 20—25% Нг) вос пользоваться этой возможностью лишь в границах пер
вой |
зоны, так как при больших концентрациях |
сущест |
|
вует |
опасность перегрева |
катализатора в остальных |
|
двух |
зонах. |
|
|
Несмотря на весьма высокую температуру в слое, ре |
|||
акционные аппараты КСА-40 |
с катализатором |
ЦЭЧМ- |
|
I I I устойчиво работают в течение многих лет. До недав-
96
Рис. 29. Технологическая схема установки КСАЦ-450 для получения защитного |
газа |
типа |
Hz— N2 методом |
селектив |
|||||
ного каталитического окисления аммиака: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J — реакционный аппарат для |
получения |
богатой азотно-водородной смеси |
(~30% |
Н 2 ) ; |
2 — трубчатый |
холодиль |
|||
ник; 3 — р е а к ц и о н н ы й аппарат |
для каталитического |
сжигания части |
водорода |
и |
гидрогенизации примесей; |
4 — труб |
|||
чатый холодильник; 5 — холодильник с фреоновым |
испарителем; 6— |
адсорбер |
с |
твердым |
адсорбентом для осушки |
||||
газа: Q/Q, Q, р — регуляторы |
соответственно |
соотношения, расхода |
и давления |
|
|
|
|
||
него времени станции защитного газа производительно стью от 100 до 500 м3 /ч комплектовали из малых агрега тов КСА-40.
Попытки повысить производительность агрегатов при сохранении трехзонного горения только путем уве личения размеров реакционного аппарата наталкива лись на практически непреодолимые трудности, связан
ные с проблемами отвода тепла и смешения |
воздуха |
с |
|||||||
горячими продуктами |
во |
I I и |
I I I |
зонах. |
Как |
показали |
|||
исследования, от качества |
этого смешения |
зависит преж |
|||||||
де всего полнота |
гидрогенизации |
свободного |
и связан |
||||||
ного (N0) |
кислорода, т. е. чистота |
защитного газа, опре |
|||||||
деляемая этими вредными примесями. |
|
|
|
||||||
Переход |
к большей |
производительности |
агрегатов |
||||||
потребовал |
принципиально |
новых технологических |
и |
||||||
конструктивных |
решении. |
|
|
|
|
|
|
||
В настоящее |
время |
Центроэнергочерметом |
разрабо |
||||||
тан агрегат КСАЦ-450, рассчитанный на производитель
ность 450 |
м3 /ч. Технологическая |
схема |
нового |
агрегата |
|
показана |
на рис. 29. |
|
|
|
|
Смесь |
газообразного |
аммиака с воздухом |
подается |
||
в первый |
реакционный |
аппарат, |
где |
на катализаторе |
|
ЦЭЧМ-Ш получают газ, содержащий 30—35% водоро да. Горячая смесь охлаждается водой в скруббере на насадке из коксика, после чего смешивается со вторич ным воздухом и сжигается при заданном коэффициенте расхода воздуха во втором реакционном аппарате, где предусмотрены решетки, выполненные из хромомагне
зита |
(первые по |
ходу |
газа)., и корундового пористого |
|||
кирпича, |
пропитанного |
каталитической |
массой |
ЦЭЧМ- |
||
I I I . |
Газ, |
покидая |
второй реакционный |
аппарат, |
прохо |
|
дит трубчатый холодильник, где охлаждается водой, за
тем камеру с фреоновым испарителем |
и, пройдя осушку |
в адсорбере, направляется к потребителю. |
|
Установка КСАЦ-450 практически |
полностью авто |
матизирована (см. рис. 29).
СИСТЕМЫ И УЗЛЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В СОВРЕМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗАЩИТНОГО ГАЗА
Вместе с технологическим оборудованием подверга лись изменению и усовершенствованию системы автома- • тического регулирования технологических процессов.
98
Направление этих работ отражено на соответствующих технологических схемах.
Ниже более подробно рассматриваются основные системы регулирования, применяемые в производстве
контролируемых |
атмосфер |
в их современном |
виде (раз |
|
работки Центроэнергочермета). |
|
|||
Уровень |
окидкого аммиака в испарителе. |
Регулиро |
||
вание аммиака |
(рис. 18) |
осуществляется индивидуаль |
||
но в каждом |
испарителе. |
|
|
|
В систему регулирования входит блок реле уровня типа БПРУ-4, работающий в комплекте с датчиком ти
па ДПРУ-4, регулирующим клапаном |
с пневматичес |
||
ким мембранным приводом типа УКН-64-25-1,6 |
ВО и |
||
электропневматическим |
трехходовым |
клапаном |
ЭПК |
1/4 ТО. |
|
|
|
Отклонение уровня |
жидкого аммиака |
от установлен |
|
ного значения воспринимается датчиком . ДПРУ-4. При этом замыкается соответствующий контакт блока реле, через который подается питание на катушку соленоид
ного клапана |
ЭПК 1/4". Последний |
открывает |
воздух |
|||||
к пневмоприводу клапана, |
установленного |
на |
линии |
|||||
жидкого аммиака. |
|
|
|
|
|
|||
|
Регулирование |
давления |
газообразного |
аммиака в |
||||
общем |
коллекторе. |
Давление |
в коллекторе |
соответству |
||||
ет |
давлению |
в испарителях. |
Автоматическое регулиро |
|||||
вке |
давления |
газообразного |
аммиака (схематично по |
|||||
казано |
на рис. 18) |
осуществляется |
путем плавного из |
|||||
менения мощности, вводимой с помощью нагревателей испарителей. Для этого используется бесконтактный ре гулятор типа Р П И Б - Ш , работающий в комплекте с эле ктрическим индукционным датчиком типа МЭД, вторич ным прибором типа ДСР1-12, блоком управления типа БУ 2/6, индикатором положения типа ИПУ, магнитным усилителем типа УМД-10, исполнительным механизмом типа МЭО 10/100 и сельсином типа БД-500.
Задание на регулирование устанавливается на вто-- ричном приборе типа ДCP 1-12. Импульс давления газо
образного аммиака изменяет положение |
бесконтактно |
|
го сельсина. |
|
|
Входные сигналы напряжением 24—60 |
В усилива |
|
ются каскадом промежуточного усиления |
п |
поступают |
в усилители мощности, которые управляют мощностью электрообогрева.
Регулирование давления газообразного аммиака пе-
7* |
99 |
вшод\
Рис. 30. Регулятор давления для газообразного |
аммиака типа РДА-МЗ: |
/ — корпус; 2 — верх корпуса; Л — п р у ж и н а ; 4— |
мембрана; 5 — с е д л о клапана; б — к л а п а н |
110
Рис. 31. Регулирующие! кран КРА-150/30: |
|
|
/ — корпус; 2 — верхняя часть корпуса; 3 — нижний конус с •калиброванной |
щелью |
о; 4 — верхний конус |
5 — прижимная пружина; 6 —- шток; 7 — рычаг |
|
|