| Известно, что глубина первичного охлаждения коксового газа имеет большое значение как с точки зрения расхода электроэнергии на его транспортирование, так и с точки зрения стабильности работы аппаратов цеха улавливания, качества получаемых продуктов, количества вредных отходов. С повышением температуры коксового газа после ПГХ увеличивается содержание в нем нафталина и смолистых веществ, растет количество кислой смолки в сульфатном отделении, ухудшается качество сульфата аммония и поглотительного раствора в бензольном отделении, происходит забивание трубопроводов и насадки в КГХ и абсорберах. |
| Тем не менее данные о работе отделений конденсации на некоторых заводах свидетельствуют о неудовлетворительном охлаждении коксового газа: его температура после ПГХ часто достигает 45 - 50 °С, а в летнее время даже 55 - 60 °С. Такое отклонение от технологического регламента объясняется двумя основными причинами: |
| – высокой температурой оборотной технической воды из-за недостаточной мощности и плохого технического состояния градирни; |
| –низкой эффективностью применяемых трубчатых холодильников. |
| Применяемые на многих заводах газовые холодильники с вертикальными трубами отличаются быстрым забиванием межтрубного пространства последних газовых ходов нафталином, из-за чего резко снижается коэффициент теплопередачи и повышается температура газа. Требуемые частые пропарки ПГХ нарушают непрерывность процесса охлаждения, приводят к увеличению количества сточных вод и эксплуатационных затрат. |
| ПГХ с горизонтальными трубами имеют в этом отношении определенные преимущества. Благодаря одноходовому движению газа сверху вниз весь образующийся конденсат орошает нижние трубные секции и препятствует быстрому накоплению нафталина на их поверхности. Подача водносмоляной эмульсии в межтрубное пространство этого холодильника также замедляет накопление загрязнений на поверхности труб. Однако это преимущество их сводится практически к нулю более интенсивным отложением в горизонтальных трубах солей жесткости и взвешенных частиц и обусловленной этим необходимостью увеличения скорости воды в трубах до 0,8 - 1,0 м/с и улучшения ее очистки, что связано с дополнительными эксплуатационными расходами. |
| Серьезным недостатком ПГХ с горизонтальными трубами является сложность конструкции из-за большого количества трубных решеток и крепящихся к ним множеством шпилек водяных камер. При нарушении плотности крепления тшетках или образовании свищей в трубах из-за коррозии техническая вода поступает в межтрубное пространство и смешивается с газовым конденсатом, следствием чего является увеличение количества аммиачной воды и расходов на ее переработку. Из-за трудности обнаружения и устранения течей, поврежденные холодильники приходится отключать и выводить из эксплуатации. По этой причине на некоторых заводах количество выведенных из эксплуатации холодильников превышает число работающих. |
| Из-за указанных недостатков трубчатых холодильников в последние десятилетия за рубежом наметилась тенденция к их замене холодильниками непосредственного действия. Наиболее простыми из них являются полые скрубберы с форсуночным орошением. Для предупреждения коагуляции падающих капель и обусловленного этим снижения интенсивности теплообмена скруббер делится с помощью тарелок на 2-3 секции, через которые газ проходит последовательно снизу вверх, а охлаждающая вода с каждой тарелки подается насосом в форсунки нижерасположенной секции. Недостатками полых скрубберов являются большой расход воды и электроэнергии на ее циркуляцию, значительный унос мелкодисперсной воды с газом, а также быстрый износ форсунок взвешенными в воде частицами, что требует постоянного контроля их состояния и частой замены. |
| Насадочные скрубберы несколько сложнее в конструктивном отношении, однако, более надежны и просты в эксплуатации, требуют меньшего расхода охлаждающей воды и электроэнергии, обеспечивают более полную очистку газа от туманообразной смолы и нафталина. Важным преимуществом их перед трубчатыми холодильниками является большая единичная мощность, что позволяет уменьшить в несколько раз количество задвижек и другой арматуры для распределения газа и воды между параллельно работающими аппаратами. |
| Нами был проведен сравнительный анализ расчетных показателей схем первичного охлаждения коксового газа в холодильниках косвенного и прямого действия при сопоставимых условиях. Коэффициенты теплопередачи в трубчатых холодильниках определяли по уравнениям М. Д. Кузнецова, а в насадочных – по уравнениям Н. М. Жаворонкова. Для охлаждения оборотной воды насадочного холодильника предусмотрена установка пластинчатых теплообменников (ГОСТ 5518 – 83), состоящих из 620 пластин поверхностью 1,3 м2 каждая. |
| Благодаря большой интенсивности теплообмена в насадочных холодильниках для охлаждения газового потока мощностью 120000 нм3/час требуется два аппарата диаметром 5 м высотой 20 м, а для охлаждения оборотной воды ПГХ - 6 пластинчатых теплообменников по 800 м2 каждый. Общая масса 3 насадочных холодильников и 7 пластинчатых теплообменников (с учетом резервных) примерно в 2 раза меньше массы трубчатых холодильников. Требуемая для их размещения производственная площадь в 2 раза меньше занимаемой холодильниками с вертикальными трубами. |
| Равномерное распределение газового потока в 2 параллельно работающие аппараты значительно проще, чем в 6 или 12 трубчатых холодильников. Расчеты показывают, что для охлаждения газового потока мощностью 120000 нм3/час может быть установлен 1 насадочный скруббер диаметром 6 м и высотой около 25 м. Такой вариант является более предпочтительным с точки зрения обслуживания, однако требует 100 %-го резерва для обеспечения стабильной работы отделения конденсации при ремонтах ПГХ. |
| Недостатком насадочных скрубберов большого диаметра является снижение их эффективности из-за неравномерного распределения потоков газа и жидкости в насадке. Для улучшения их работы требуется установка перераспределительных тарелок между секциями насадки. Однако такое решение связано со значительным увеличением гидравлического сопротивления скруббера. |
| Более широкие возможности интенсификации процесса охлаждения коксового газа предоставляет аппарат полочного типа, в котором пространство между полками заполнено металлической насадкой из просечно-вытяжного листа. Гофрированные листы с перфорацией, уложенные друг на друга, образуют пакеты с горизонтальными каналами для прохода газа. Жидкость стекает из одного листа на нижерасположенные через отверстия в них. В зависимости от формы отверстий живое сечение листов составляет 10 - 50 %. Теплообмен между газом и жидкостью происходит на поверхности не только листов, но и капель, образующихся при многократном диспергировании воды. |
| При перекрестном движении жидкости и газа скорость последнего может быть увеличена до 5 - 6 м/с, благодаря чему коэффициент теплопередачи возрастает в 2,5 - 3 раза. Интенсификации процесса в этом аппарате способствует также равномерное орошение каждого слоя насадки жидкостью, стекающей через отверстия в полках. |
| Вместе с тем необходимо отметить, что при охлаждении коксового газа в холодильниках непосредственного действия ограничивается возможность использования его тепла для регенерации поглотительного раствора вакуум-содовой сероочистки. При необходимости для этой цели может быть использовано тепло надсмольной воды цикла газосборников. Опыт решения этой проблемы имеется как за рубежом, так и на отечественных заводах. |
| Всесторонне обоснованная оценка схемы охлаждения коксового газа в насадочных ПГХ может быть сделана только на основе исследований промышленной установки, которую следовало бы построить при реконструкции отделения конденсации на одном из коксохимических заводов Донбасса. |
| Библиографический список |
| 1. Волков Е.Л. Очистка коксового газа на стадии первичного охлаждения // Кокс и химия. – 1992. - №2. – с. 28-29. |
| 2. Быхало Б.И., Милютин В.И., Полторадня В.С. О сохранности и ремонте труб первичных газовых холодильников с горизонтальными трубами // Кокс и химия. – 1981. - №5. – с. 52-53. |
| 3. Назаров В.Г., Ларина Н.Б., Михайлов Н.Ф. и др. Совершенствование процессов и оборудования первичного охлаждения коксового газа // Обзорная информация. Серия «Коксохимическое производство». Выпуск 3. – М.: Черметинформация, 1981. – 16 с. |
| 4. Установка для первичного охлаждения коксового газа / Реф. В.В.Антипова. Экспресс – информация. Серия «Коксохимическое производство». Выпуск 10. – М.: Черметинформация, 1982. – 8 с. |
| 5. Коробчанский И.Е., Кузнецов М.Д. Расчеты аппаратуры для улавливания химических продуктов коксования. – М.: Металлургиздат, 1952. -286 с. |
| 6. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И.Дытнерского. – М.: Химия,1991. – 496 с. |
| 7. Гребенюк О.Ф., Саранчук В.І., Власов Г.О. і ін. Тепломасообмінний апарат „Газ – рідина”. Патент України на корисну модель №7365 7В01D47/02. Опубліковано в Бюл. №6,2005 р. |
| 8. Гребенюк А.Ф., Збыковский Е.И., Волков Е.Л. Об использовании тепла надсмольной воды цикла газосборников для регенерации поглотительного раствора сероочистки // Кокс и химия. – 2001. - №5. – с. 26-30. |