Модернізація великотоннажних кисневих виробництв

В даний час більшість експлуатованих на металургійних комбінатах України та в країнах СНД повітророзділювальних великотоннажних кисневих установок (ВРУ) вже повністю або майже повністю виробили термін служби, а також морально застаріли.

Усі ВРУ, які відпрацювали призначений термін служби, але залишаються в експлуатації, повинні бути схильні до професійного обстеження за програмою підприємства-виробника. Обстеження включає два етапи: технологічне обстеження визначення ефективності процесів поділу повітря та технічне обстеження стану устаткування (апаратів, систем контролю та управління, машин, трубопроводів, металоконструкцій) різними методами. За результатами обстеження робиться висновок про можливість продовження терміну експлуатації, про необхідність ремонтних робіт, про важливу можливість модернізації установки та її обсяг тощо.

Установки, з початку експлуатації яких минуло 30 років і більше, не підлягають обстеженню, ремонту та модернізації. Вони мають бути виведені з експлуатації, списані та утилізовані.

Можливі два основні варіанти модернізації діючих ВРУ, що відрізняються обсягом робіт та глибиною перетворень.

Перший варіант — спрощена модернізація, при якій установці надають сучасного вигляду: все морально та фізично застаріле обладнання замінюють на нове, ефективніше, енергозберігаюче та продуктивне. Так, вузол регенераторів замінюють на блок комплексного очищення повітря (БКО) та вузол пластинчасто-ребристих теплообмінників (ПРТ), турбодетандерні агрегати замінюють на турбодетандер-компресорні агрегати (ТДКА). Значна частина обладнання зберігається (це, перш за все, колони ректифікації), деяке обладнання виключається (петлевіадсорбери та адсорбери кубової рідини). Установку оснащують новою сучасною системою контролю та управління (СКУ) на базі мікропроцесорної техніки. Технічні характеристики установки порівняно з проектними дещо покращуються (за рахунок виключення втрат повітря при перемиканні регенераторів, зменшення втрат холоду, підвищення питомої холодопродуктивності турбодетандерів). Модернізованою за спрощеним варіантом встановлення продовжують термін служби на 10 років.

У ході поглибленої модернізації установці надають сучасного вигляду, суттєво покращуючи її техніко-економічні показники. Видозмінюють не тільки вузли очищення та охолодження повітря (як при спрощеній модернізації), але значною мірою і вузол ректифікації. Як правило, замінюють верхню колону, принципово новими стають технологічна схема та обладнання вузла одержання аргону. Установку оснащують сучасною СКУ. Модернізованою за цим варіантом установці призначається термін служби 20 років - такий самий, як і для нових сучасних ВРУ.

При розгляді варіантів комерційних пропозицій оновлення повітророзподільчих установок замовники враховують, окрім абсолютних фінансових витрат, цілий ряд супутніх показників: питоме енергоспоживання на одиницю продукту, що отримується, безпека, надійність і стабільність процесу, екологічність, ступінь автоматизації та ергономічність. Установки нового покоління враховують усі вищеперелічені параметри та успішно конкурують із зарубіжними аналогами на світовому ринку кріогенного обладнання.

За останнє десятиліття Кріогенмаш провів модернізацію великотоннажних ВРУ типів: КАр-30, КТК-35-3, АК-15П, АКт-16-2 на металургійних та хімічних підприємствах України та України. Як правило, керівництво комбінатів цікавитьпоява на тих же площах установок з додатковими можливостями: підвищення продуктивності та зниження питомих енерговитрат, додаткове одержання газоподібного та рідкого азоту, рідкого кисню, аргону та інших нових продуктів повітрозділення. Сучасна модернізація дозволяє покращити техніко-економічні показники цих установок, значно продовжити термін їхньої експлуатації. При цьому економічні розрахунки та оцінки показують, що за поглибленої модернізації капітальні вкладення становлять не більше 60—70% порівняно з будівництвом нової установки аналогічної продуктивності.

В установці були використані сучасні схемні та конструкторські рішення:

комплексне очищення повітря на молекулярних ситах;
охолодження повітря в скруберах зрошувального типу та нереверсивних пластинчасто-ребристих теплообмінниках;
газові адсорбери для очищення та осушення газової суміші;
виробництво низькотемпературного холоду в турбодетандерно-компресорних агрегатах з безпосереднім використанням енергії розширення газу в турбодетандері (для підвищення початкового тиску в блоці поділу повітря);
новітня автоматизована система контролю та управління (АСКУ) установки;
персональні комп'ютери для контролю та управління технологічним процесом.

Новий блок поділу повітря установки розміщено у будівлі цеху на фундаменті старого блоку.

Модернізована установка вигідно відрізняється за своїми технічними можливостями, економічності, конструктивними особливостями від двох інших повітророзподільчих установок типу КАр-30, які сьогодні експлуатуються в кисневому виробництві. В результаті модернізації на старому фундаменті виріс агрегат новогопокоління, змонтований із застосуванням сучасного кріогенного обладнання, оснащений надійною та ефективною автоматизованою системою контролю та управління на базі програмованих контролерів відомої фірми Allen Bradley.

Модернізований КАр видає продукти поділу повітря, насамперед кисень та азот, сухими. Це важливо для забезпечення їхньої надійної, безперебійної подачі цехам-споживачам у зимових умовах, коли вологість газів здатна створити серйозні проблеми. Крім того, кисневики отримали по суті абсолютно чистий азот, що містить лише десятитисячні частки кисню. Робота КАр-30 №7 дозволила також покращити постачання цехів комбінату високоякісним технічним киснем. До речі, використання в модернізованій КАР сучасного кріогенного обладнання нової конструкції — теплообмінних апаратів пластинчасто-ребристого типу, насадочних ректифікаційних колон — тепер гарантує випуск продукції належної якості за будь-якої продуктивності агрегату, незалежно від того, під яким тиском подається на поділ стиснене повітря.

Ще один позитивний результат модернізації КАр-30 №7 — збільшення виробництва аргону, завдяки чому його можна буде більшою кількістю відпускати зовнішнім споживачам. На модернізованій установці досягнуто продуктивності з випуску аргону, що дорівнює 830 м 3 /год, тоді як на агрегатах старої модифікації вона не перевищувала рівня 350-400 м 3 /год.

Модернізація дозволила підвищити економічність роботи агрегату. Завдяки застосуванню нового ефективного обладнання знизилися технологічні втрати (у вигляді викидів в атмосферу) стисненого повітря і газів, що утворюються при його поділі, що, у свою чергу, знизило питому витрату електроенергії на вироблення готової продукції.

Істотно зросла та експлуатаційна надійність повітророзподільної установки. Величезною мірою тому сприяло виключення з її конструкції вузла регенераторів — найбільш вразливої та навантаженої ланки, що часто виходить з ладу. На модернізованому агрегаті натомість вузла встановили набагато надійніші та ефективні блоки комплексного очищення, засновані на короткошарових адсорберах на базі цеолітів та активованого оксиду алюмінію, з пластинчасто-ребристими теплообмінниками, які не навантажені циклічно.

Порівняльні характеристики установки до та після модернізації представлені у таблиці.