Молекулярная

Рис. 35. Узел теплообмена и очистки воздуха ВРУ типа АК и КА


Отбросный азот снизу-вверх последовательно проходит азотный и кислородно-фракционный основные теплообменники, азотный и кислородно­фракционный теплообменники-ожижители и далее направляется на регенерацию блока очистки либо выбрасывается в атмосферу.

3. 
   Узел теплообмена и очистки воздуха ВРУ высокого давления
   

В установках средней производительности для получения жидких продуктов разделения обычно используется эффективный с термодинамической точки зрения цикл высокого давления с детандером и промежуточным охлаждением газа.
Энергетические показатели этих установок во многом зависят от числа ступеней охлаждения. Включение нескольких турбодетандеров на различных температурных уровнях и использование предварительного охлаждения приводят к снижению энергетических затрат, хотя усложняют схему установки.
Поэтому вопрос о схеме включения одного или нескольких детандеров, промежуточного охлаждения и другого оборудования должен решаться индивидуально в каждом конкретном случае.


114




Так, для крупных ВРУ производительностью до 8000 — 10000 м³/ч воздуха обычно применяется цикл высокого давления с одним детандером и одним уровнем промежуточного охлаждения газа.
Схема (рис. 36) включает теплообменник-ожижитель 1, блок осушки и очистки воздуха 2 и основной теплообменник 3.





Рис. 36. Узел теплообмена и очистки воздуха ВРУ высокого давления


Воздух после воздушного компрессора при давлении 20 — 22 МПа поступает в теплообменник-ожижитель 1, где охлаждается до температуры 278 — 281 К. Далее воздух проходит влагоотделитель и поступает в блок очистки 2, где из него удаляются остатки влаги, диоксид углерода и углеводороды.
Основной теплообменник 3 выполнен с предварительной и основной секциями.
Очищенный воздух направляется в предварительную секцию основного теплообменника 3, после которой поступает в теплообменник 5 фреоновой холодильной установки, где охлаждается до температуры 235 — 240 К. Охлажденный воздух разделяется на два потока: часть воздуха отбирается на воздушный детандер 4, а остальной поток охлаждается в нижней зоне теплообменника и после дросселирования поступает в узел ректификации.


115




Отбросный азот снизу-вверх последовательно проходит основной теплообменник 3, теплообменник-ожижитель 1 и далее направляется на регенерацию блока очистки 2 либо выбрасывается в атмосферу.
Такая конструкция теплообменника имеет ряд достоинств:

1. 
   достигается оптимальная температура воздуха перед детандером (235-240 К);
   
2. 
   осуществляется максимальное использование системы промежуточного охлаждения (с охлаждением всего потока воздуха);
   
3. 
   сокращаются потери из-за недорекуперации благодаря наличию предварительной секции теплообменника при соотношении прямого и обратного потоков 1/1,
   

К недостаткам такой схемы следует отнести:

1. 
   усложнение конструкции основного теплообменника;
   
2. 
   необходимость установки промежуточных коллекторов;
   
3. 
   увеличения габаритов аппарата и т.д.
   

Поэтому для жидкостных ВРУ средней производительности часто применяют упрощенную схему без предварительной секции основного теплообменника. Это существенно упрощает схему узла теплообмена и очистки газа, но одновременно приводит к уменьшению выхода жидкости.

4. 
   Узел теплообмена и очистки воздуха ВРУ среднего давления высокой производительности с получением жидких продуктов
   

Развитие космонавтики поставило перед криогенной техникой задачу разработки ВРУ производительностью 5000— 10000 кг/ч жидкого кислорода, который используется в качестве окислителя ракетного топлива.
Отсутствие крупных поршневых компрессоров высокого давления определило естественное желание использовать для сжатия воздуха турбокомпрессоры среднего давления. Холодопроизводительность криогенного цикла таких схем может быть повышена путем применения несколько ступеней охлаждения. Как показывают расчеты, каждая последующя ступень охлаждения улучшает энергетические показатели цикла установки на 6 — 10 %.
Такая схема реализована при разработке ВРУ типа КжАжАрж-5 производительностью 5 т/ч жидкого кислорода.
Установка работает по схеме двух давлений с потоком воздуха среднего давления (3,2 МПа) и азотным циркуляционным циклом среднего давления (3,2 МПа). Сжатие воздуха и азота осуществляется одинаковыми турбокомпрессорами типа К-390-111/1 производительностью 22000 м³/ч,
Необходимая холодопроизводительность ВРУ обеспечивается несколькими ступенями охлаждения - воздушным и азотным компрессорами, фреоновым охлаждением воздуха и азота, а также тремя турбодетандерами - одним на потоке воздуха и двумя на потоке азота (рис. 37).
Воздух после воздушного компрессора при давлении 3,2 МПа поступает в теплообменник-ожижитель 1, где охлаждается до температуры 278 К. Далее


116




воздух проходит влагоотделитель и поступает в блок очистки 3, где из него удаляются остатки влаги, диоксид углерода и углеводороды.