В современном обществе резко возросла роль промышленной экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией, разрабатывать и совершенствовать инженерно - технические средства защиты окружающей среды, развивать основы создания замкнутых, безотходных и малоотходных технологических циклов и производства.
В связи с этим на Авдеевском коксохимическом заводе в 1999 году были разработаны «Программа реконструкцией и техническому перевооружению ОАО «Авдеевский коксохимический завод» на период до 2001 года» и научно - техническая программа «Оздоровления окружающей среды» со сроком реализаций до 2015 года. В этих документах реконструкция и дальнейшее развитие производства неразрывно связаны с мероприятиями по улучшению экологической ситуации.
Одним из первых цехов, требующих реконструкции стал цех сероочистки №1. Цех предназначен для очистки коксового газа от сероводорода до норм, установленных техническими условиями, и получения из сероводородного газа серной кислоты способом мокрого катализа. В этом цехе в 2001 году завод приступил к осуществлению одного из наиболее значительных проектов вышеупомянутых программ — очистка коксового газа от сероводорода до 0,5 г/м3 с получением серной кислоты по технологии «Хальдор Топсе». Реализация данного проекта обеспечит очистку коксового газа до принятых международной конвенцией норм, что позволит снизить выбросы в атмосферу диоксиды серы и тумана серной кислоты. Кроме того эта технология увеличит производство серной кислоты улучшенного качества, в связи с чем возникла необходимость замены прежних теплообменных аппаратов для охлаждения серной кислоты.
Процессы теплообмена происходят везде, где приходиться нагревать или охлаждать ту или иную среду с целью ее обработки или для утилизаций тепла. Для передачи тепла от среды с высокой температурой к среде с низкой используют теплообменные аппараты.
Однако ПТО более экономичный по отношению к КТО. Рассмотрим такие факторы более подробно.
Первое и одно из основополагающих преимуществ пластинчатого аппарата заключается в его компактности. Кожухотрубный теплообменник занимает приблизительно в 6 - 8 раз больше места, чем аналогичный ему по мощности пластинчатый. Компактность пластинчатых аппаратов определяет следующее:
- Значительную экономию пространства для установки аппарата, что бывает очень важным при отсутствии места для установки аппарата;
- Очень малые тепловые потери в окружающую среду в поверхности аппарата без дополнительной теплоизоляции;
- Сравнительно низкую стоимость пластинчатых аппаратов при очень высоком качестве используемых материалов;
- Значительное снижение затрат на установку (основание) и обвязку аппаратов.
Основным обеспечивающим преимуществом, экономичность ПТО перед КТО является то, что пластинчатые аппараты требуют на 80% меньше теплоносителя, чем аналогичные кожухотрубные. Это обусловлено тем , что скорость протекания теплоносителя в ПТО примерно в два раза ниже, чем в КТО, внутренний объем аппарата — в 6 раз меньше, а коэффициент передачи тепла в 1,5 - 3 раза больше. Кроме того, теплоноситель проходит по аппарату однократно и по короткому пути. Благодаря этому достигается следующее:
- Меньшее количество теплоносителя обеспечивает значительное снижение мощности насосов, размер арматуры и периферийного оборудования систем с теплообменником. Мощность насосов отражается на расходе электроэнергии, размер арматуры обусловливает снижение капитальных затрат на строительство системы с теплообменником.
- Низкая скорость протекания теплоносителя по аппарату обеспечивает высокое качество теплообмена : холодный теплоноситель в ПТО можно нагреть практически до температуры горячего (до разности в 1—3 0С), а горячий — соответственно отсудить до температуры холодного.
- Конструкция ПТО практически обеспечивает невозможность появления внутри аппарата внутренних протечек, ведущих к смешиванию сред: любая появляющаяся протечка (кроме физического разрушения внутренней части платины) определяется визуально.
Ряд преимуществ конструкций ПТО перед КТО обеспечивает дополнительное снижение затрат при эксплуатации аппаратов связанное с его конструкцией качеством исполнения. Это:
- Высокая турбулентность потоков теплоносителя, проходящего через аппарат обеспечивает высокую сопротивляемость теплообменных поверхностей ПТО к образованию различного рода отложений, снижающих КПД теплообмена. Такой факт позволяет производить процедуру очистки поверхностей аппарата гораздо реже, чем у КТО.
- Появление необходимости в очистке затраты на разборку и полную очистку ПТО в сотни раз ниже, чем при ремонте (очистке) КТО. Отсутствие коррозии поверхностей и высокое качество материала аппарата увеличивает срок службы аппарата в несколько раз. Возможный ремонт ПТО сводиться всего - лишь к замене пластины/прокладки.
- Высокая надежность аппаратов снижает вероятность появления потерь в результате аварийных ситуаций. По статистическим данным Alfa Laval при наблюдении за работой ПТО в 18 странах в общей сложности в течение 20 млн. рабочих часов или 2300 лет было зарегистрировано 35 случаев отказов. Это означает один отказ аппарата в 65 лет.
В качестве примера рассмотрим сравнительные технические характеристики одинаковых по мощности кожухотрубного и пластинчатого аппаратов.
Таблица 1 - Технические характеристики теплообменных аппаратов
| Наименование качественных (количественных)характеристик |
Трубчатые теплообменники |
Пластинчатые теплообменники |
| Материал трубок (пластин) |
Латунь или медь |
Нержавеющая сталь или титан |
| Подверженность коррозии при температуре более 600С |
Да |
Нет |
| Возможность механичесрасчетов кой очистки поверхностей |
Трубы — да, межтрубное — нет |
Да |
| Возможность химпромывки |
Да |
Да |
| Оптимальная скорость воды в каналах (трубах), м/с |
1 - 1,5 |
0,3 - 0,7 |
| Возможность плавного изменения производительности аппарата |
Нет |
Да |
| Возможность наличия неявных внутренних протечек в аппарате |
Да |
Нет |
| Возможность замены вышедшей из строя трубы (пластины) |
Нет |
Да |
| Возможность разборки/ сборки аппарата |
Нет |
Да |
| Относительные размеры, % |
100 |
20—35 |
| Коэффициент теплопередачи, Вт/м2*К |
1500 |
2500—4500 |
| Тепловая эффективность, % |
70—80 |
85—95 |
В результате сравнительного анализа и проведеных расчетов мы пришли к выводу, что в качестве теплообменного аппарата для охлаждения серной кислоты целесообразно использовать пластинчатый холодильник конструкции Альфа - Лаваль. Данный теплообменик представляет собой пакет сжатых на прокладках гофрированных пластин, с одной стороны по каналам пластин течет кислота, с другой стороны - охлаждающая оборотная вода.
Характеристика холодильника приведена ниже:
- поверхность охлаждения — 64,48 м2
- расход кислоты — до 80 м3/ч
- расход охлаждающей воды — до 205 м3/ч
- максимально допустимое давление кислоты и охлаждающей воды — 0,49 МПа
- сопротивление холодильника при указанных расходах
- по кислоте — 0,12 МПа
- по воде — 0,055 МПа
- температура кислоты до и после холодильника — 670С - 400С
- температура охлаждающей воды до и после холодильника — 280С - 420С
Таким образом установка пластинчатого холодильника конструкции Альфа - Лаваль для охлаждения кислоты удовлетворяет не только техническим, но и экологическим требованиям.