Автор: А. В. Аленичев, А. А. Топоров
Источник: XIX Всеукраїнськa науковa конференцiя аспірантів і студентів «Охорона навколишнього середовища та рацiональне використанння природних ресурсов»
А. В. Аленичев, А. А. Топоров — Повышение надежности и безопасности системы улавливания и транспортирования коксового газа В данной работе проанализированы условия работы оборудования для улавливания и транспортирования коксового газа. Рассмотрены основные проблемы данного оборудования. Одной из таких проблем явлется проблема надежности оборудования.
В печах в процессе коксования образуется кокс и химические продукты, выделяющиеся в виде весьма сложной смеси паров и газов, которую называют коксовым газом.
Коксовый газ является ценным сырьем, из которого получают смолу, аммиак, цианистый водород, сероводород, нафталин, сырой бензол и др.
Содержащееся в коксовом газе значительное количество паров смолы окрашивает его в темно-бурый или коричневый цвет.
Выделяющийся из печей коксовый газ называется прямым и содержит водяных паров 250-450 м3, смоляных паров 80-120 м3, бензольных углеводородов 30-40 м3, аммиака 8-13 м3, сероводорода 6-30 м3, цианистых соединений 0,5-1,5 м3.
Кроме того, в газе содержится незначительное количество легких пиридиновых оснований(0,4-0,6 г/м3), нафталин (до 10 г/м3), различные сероорганические (сероуглерод CS2, сероокись углерода COS, тиофен C4H4S и другие) (2-2,5 г/м3) и иные соединения.
После получения кокосового газа в печах его необходимо уловить и выполнить над ним ряд технологических операций: охлаждение, конденсация смолы, транспортировка. Для этого используются системы улавливания и транспортирования газа, состоящие из стояка, газосборника, газопровода, сепаратора, первичного газового холодильника, газодувки (далее оборудование).
Из коксовой камеры горячий газ (t=600-650°C) отводится через стояк, который чугунным коленом соединен с газопроводом, расположенным вдоль коксовой батареи. В стояк через форсунки подается барильетная вода с температурой 80°C, охлаждающая и увлажняющая газ. Затем газ попадает в сепаратор. Там влага со смолой конденсируется и подается в механизированный осветлитель, где очищают барильетную (надсмольную) воду.
После этого охлажденный до температуры в 85°C газ проходит через конечный газовый холодильник, еще раз охлаждаясь оборотной водой до 35°C. В таком виде коксовый газ подается в газодувку. Объем получаемого прямого коксового газа для всей батареи составляет 37 тыс. м3/ч.
Коксовый газ имеет сложный состав, содержит коррозионно-активные вещества и имеет высокую температуру. Он оказывает определяющее влияние на оборудование. Это приводит к относительно невысокой его надежности и долговечности.
К примеру, срок службы стояков 10 лет, капитальный ремонт проводят через 5 лет, при этом замена футеровки выполняется с периодичностью в 9 месяцев, очистка от отложений 1 раз в неделю.
Проблема надежности оборудования систем улавливания и транспортирования коксового газа носит особо важный характер, так как при его деградации возникают отказы, разрушения и как следствие происходят очень серьезные для окружающей среды выбросы, взрывы, пожары, за которыми следуют большие расходы.
В оборудовании систем улавливания и транспортирования коксового газа происходят различные технологические процессы. Такие как перемещение газа, его охлаждение, конденсация влаги из него. При этом протекают такие деградационные процессы:
Эти деградационные процессы оказывают определяющее влияние на техническое состояние оборудования.
К примеру, отложения, осаждающиеся на стенках газопровода, приводят к таким последствиям:
В каждый момент времени свойства оборудования и его технические характеристики подвергаются изменениям. То есть вместо исходного оборудования имеем несколько иное, с совершенно другими свойствами.
Отсюда следует, что на этапе проектирования необходим прогноз технического состояния или изменения параметров в заданные моменты времени. Что возможно выполнить на основе моделирования изменения технического состояния оборудования.
Однако на практике получить точные данные о влиянии всех этих процессов очень сложно: скорость коррозии на разных участках оборудования различная, количество отложений также отличается, физико-механические свойства меняются по-разному. То есть все процессы, происходящие с оборудованием, имеют вероятностный характер и все свойства, как оборудования, так и технологических и деградационных процессов (размеры, шероховатость, физико-механические свойства, температура, давление, скорость коррозии и т.п.) необходимо описывать математическим ожиданием и дисперсией.
Для определения вероятности отказов системы необходимо учитывать множество факторов. Однако эти факторы, определяющие техническое состояние, являются вероятностными, то они представлены в виде интервала значений, и результаты расчетов также будут вероятностными. Использование такого подхода позволит значительно повысить точность определения показателей надежности в несколько раз.
Таким образом, вероятностные расчеты при проектировании являются конструктивным способом получения количественных оценок рабочих характеристик надежности изделия на различных этапах эксплуатации уже при проектирования. Поскольку при таком подходе рабочие характеристики изделия выражаются через статистические показатели, это помогает конструктору оценивать затраты на гарантийное обслуживание, разрабатывать программы технического обслуживания и планировать движение запасов.