Технический углерод. Процессы и аппараты. Дополнительные материалы

2.3.Срок окупаемости мероприятия: 92344/7603=12,1 года.

Примечание: В расчёте не учитывалось увеличение производительности реактора, так как эти возможности в настоящее время исчерпаны за счёт внедрения других мероприятий, и производительность реакторов ограничивается только мощностями отделения обработки.

Произведя аналогичный расчёт для Белоруссии при стоимости природного газа для промышленных предприятий 219дол США можно убедиться, что срок окупаемости такого воздухоподогревателя составит 5,3 года. Для того, чтобы использование этого подогревателя приносило осязаемый экономический результат, его целесообразно устанавливать только на тех заводах техуглерода, которые приобретают природный газ по цене не ниже 350 EURO. Это относиться к большинству заводов EC. Что касается заводов техуглерода, находящихся в странах СНГ, и особенно в России, то приобретать подогреватели фирмы ALSTOM в настоящее время не выгодно из за низкой стоимостью природного газа, в связи с чем срок окупаемости такого аппарата превысит нормативный срок его службы.

2.1.2. Использование системы подогрева Омского завода технического углерода.

Система подогрева ОЗТУ включает высокотемпературный воздухоподогреватель ВПВ–235 и воздухоподогреватель первой ступени ПВ-74(ПВ-92). Технические характеристики их будут даны в следующем разделе. Ранее указывалась стоимость этой системы подогрева в первые годы её изготовления ремонтными службами ОЗТУ. С 2012 года подогреватель ВПВ–235 изготавливается на заводе ОЗНО (Озёрский завод нестандартного оборудования). Это связано с тем, что необходимо было улучшить качество сварки при изготовлении подогревателя. Стоимость его значительно возросла и составляет в настоящее время 12200тыс. руб. Стоимость всей системы подогрева с учётом изготовления подогревателя первой ступени (ПВ-74) на заводах техуглерода, не превысит 15000тыс. руб. Тогда срок окупаемости системы обогрева при применении её на российских заводах техуглерода составит: 15000/7603=1,97 года. Срок окупаемости этой системы обогрева при внедрении её на заводах Беларуси не превысит 10 месяцев. В связи с планируемым постоянным повышением стоимости газа в Российской Федерации эффективность мероприятий, направленных на сокращение потребления природного газа на заводах техуглерода России и Беларуси, будет только возрастать. Срок окупаемости этой системы при применении её на заводах техуглерода зарубежных фирм с учётом действующих на этих предприятиях ценах на природный газ составил бы 4–5 месяцев. Это хорошо поняли технические специалисты фирмы Colambian после посещения Омского завода технического углерода. Фирма неоднократно обращалась к собственникам завода с просьбой о продаже высокотемпературного воздухоподогревателя. При этом нужно понимать, что эти подогреватели нужны фирме Colambian для замены воздухоподогревателей с температурой подогрева воздуха 450–500?С., используемых до сих пор на устаревших заводах. Заводов техуглерода, использующих устаревшее оборудование, в странах западной европы ещё достаточно много. Все они находятся в сложном положении, так как реконструкция с использованием самого современного оборудования потребует замены всего оборудования заводов и увеличения территории предприятий, а к повышению технического уровня заводов за счёт частичной замены оборудования они оказались не подготовленными.

2.1.3. Подогрев воздуха при получении каркасных марок техуглерода.

На лучших зарубежных заводах по производству техуглерода для подогрева воздуха, подаваемого в реакторы при получения каркасных (полуактивных) марок техуглерода, применяются так же воздухоподогреватели фирмы ALSTOM. Как видно из рекламных материалов фирмы SHACK®(ALSTOM) и доклада James F. Geisler на 11-ой Международной конференции по техническому углероду (Рим ноябрь 2010г.) на установках по производству технического углерода для протекторного (твёрдого) техуглерода применяются, как правило, воздухоподогреватели с температурой подогрева 800°С., а для каркасного (мягкого) техуглерода используются воздухоподогреватели с температурой подогрева 650°С. И, если для производства протекторных марок техуглерода продолжается разработка и внедрение подогревателей с температурой подогрева до 900 и даже до 950°С., то при производстве каркасного техуглерода, напротив, устанавливаются ограничения по верхнему пределу нагрева воздуха, подаваемого в реактор – 800°С. Это связано с температурой возгорания техуглерода этих марок. Фактически это означает, что по соображениям техники безопасности температуру нагрева воздуха при выпуске каркасных марок техуглерода (N550, N660 и др.) нужно поддерживать не выше 750°С. Омский завод техуглерода в 2001–2004 годах основные усилия направил на подогрев воздуха, подаваемого в реакторы для получения протекторных марок техуглерода, прежде всего потому, что это даёт значительно больший экономический эффект, чем эффект от подогрева воздуха, используемого для получения каркасных марок техуглерода. Кроме того, при внедрении новых подогревателей в производстве каркасных марок техуглерода возникают дополнительные сложности в связи с высокой склонностью этих марок техуглерода (серий 500 и 600) к отложениям на внутренней поверхности труб подогревателей. В общем, это было связано с обеспечением рационального использования имеющихся ресурсов.

Конечно, принимались меры для повышения температуры подогрева воздуха в производстве техуглерода N550 и N660 без значительных затрат. Так, были установлены рубашки на газоохладители для предварительного подогрева воздуха, были установлены подогреватели ПВ–74 в качестве первой ступени подогрева воздуха, подаваемого в реакторы. В результате осуществления этих мер температура воздуха была увеличена с 500 до 630–650°С.. Однако существенного уменьшения отложений техуглерода на поверхности труб подогревателей добиться не удалось. Требовалась их периодическая очистка. Понятно, что повышение температуры воздуха оправдывало те вложения, которые были затрачены на установку ПВ–74 (срок окупаемости менее 0,5 года при увеличении температуры подогрева воздуха от 500 до600?С.), но в то время, как уже указывалось, гораздо выгоднее было использовать имевшиеся финансовые средства для подогрева воздуха в производстве протекторных марок техуглерода. В настоящее время для подогрева воздуха, подаваемого в реакторы для получения каркасных марок техуглерода, начинают использоваться и воздухоподогреватели фирмы “ИНЖЕНЕРИНГ“ г. Ярославль, изготавливаемые на заводе ОЗНО. Разработчик в технической документации указывает конечную температуру подогрева воздуха 700°С., что должно позволить увеличить температуру подогрева воздуха на некоторых заводах при получении каркасных марок техуглерода с 500 до 700°С. При стоимости воздухоподогревателя с учётом транспортных расходов и затрат на монтаж 22млн.руб, окупаемость воздухоподогревателя составит: 22000000/ (0,12?7200?4800)=5,3 года, где 4800 – цена за 1000нм? газа; 7200 – количество часов работы подогревателя в течение года; 0,12тыс. нм?/час.– часовая экономия газа в реактор(120нм?/час.).

Понятно, что срок окупаемости подогревателя 5,3 года скорее всего превысит срок его службы, тем более, что температура подогрева воздуха в процессе эксплуатации будет снижаться, что понизит экономический эффект от применения подогревателя. Так, понижение температуры подогрева воздуха на 50°С. увеличит срок окупаемости аппарата до 6,4 года. Применение такого подогревателя на Омском и Ярославском заводах нецелесообразно, так как срок окупаемости подогревателя превысит срок его службы .

2.2.Технические характеристики воздухоподогревателей.

В этом разделе будут показаны технические данные различных воздухоподогревателей, используемых в промышленности техуглерода.

2.2.1. Прежде всего, нужно рассмотреть характеристики наиболее распространённых подогревателей воздуха фирмы ALSTOM. В источнике /2.3.1./ на стр. 76–77 показана схема и описание этого подогревателя. Указывается, что принципиальная конструкция его известна с начала 60-х годов прошлого века/2.7.5./ стр. 195–196. Если точнее, то в этом источнике даётся ссылка на статью 1958 года, в которой указывается, что такие подогреватели работают устойчиво, используется противоточная схема, воздух нагревается до 750°С. при температуре газов на входе в подогреватель 1200°С. Так же как и в современных конструкциях имеется двойное дно, в результате чего плита и нижние концы труб омываются холодным воздухом. Нижняя плита футеруется огнеупорным бетоном. Свободное удлинение всех труб, предохраняющее как трубы, так и плиты от напряжений из-за температурных деформаций, достигают свободным перемещением всех труб в верхней доске, уплотняя их поршневыми кольцами. В современных воздухоподогревателях фирмы ALSTOM, выпускаемых для заводов технического углерода, компенсация температурных удлинений обеспечивается за счёт установки на каждой трубе линзового компенсатора. Применяются компенсаторы так же на корпусе подогревателя и на газоходе после подогревателя, на котором устанавливается специальный пилообразный компенсатор, что способствует не только компенсации термического расширения между воздухоподогревателем и газоходом, но способствует уменьшению отложений на поверхности труб подогревателя. Предусмотрено использование паровой продувки подогревателей для удаления отложений техуглерода в трубах. Продувка осуществляется струями пара со сверхзвуковой скоростью через сопла Лаваля под давлением 10 бар. При этом, если для протекторных марок техуглерода предусматривается периодическая продувка труб, то для подогревателей, используемых в производстве каркасных марок техуглерода, предусматривается постоянная продувка при одновременной продувке 10% труб. Продувка труб производится с использованием программированного логического контроллера. Автоматизирована и подача воздуха для охлаждения нижней трубной доски. Количество воздуха для обдувки составляет 10–20% от общего объёма воздуха, подаваемого в воздухоподогреватель/2.7.6./.

На рис.2.1. схематично показан воздухоподогреватель Schack® (ALSTOM) и установка воздухоподогревателей на линиях по производству протекторного и каркасного техуглерода, откуда видна разница в габаритах подогревателей, что дополнительно указывает на существенно более низкую температуру подогрева воздуха при получении каркасных марок техуглерода. На схеме дано и краткое описание работы воздухоподогревателя.

2.2.2. Китайская компания DORIGHT Co., Ltd. Выпускает 4 серии подогревателей для нагрева воздуха на установках по производству техуглерода до 600°С., 650°С., 800°С. и 950°С. Первые две серии предназначены для установок по производству каркасного техуглерода, подогреватели с температурой подогрева воздуха до 800 и 950°С. используются при производстве протекторных марок техуглерода. Воздухоподогреватели с температурой подогрева воздуха 800 и 950°С. также как и подогреватели «ALSTOM» имеют двойное дно для охлаждения нижней трубной доски, доска также футеруется огнеупорным бетоном. Компания рекламирует новую конструкцию подогревателя, трубы которого установлены с зазором для возможности их свободного удлинения при нагревании, однако не указывается, как обеспечивается герметичность в месте входа трубы в верхнюю трубную решётку. В первых подогревателях такой конструкции для этой цели применяли поршневые кольца, о чём было сказано ранее/2.7.5./. Что касается конструкции воздухоподогревателей, используемых при получении каркасных марок техуглерода, то конструкция их не указывается в рекламных проспектах фирмы. Следует отметить, что воздухоподогреватели этой китайской компании выпускаются в основном для внутреннего потребления.

2.2.3. Воздухоподогреватель Ярославской фирмы ОО« ТЕХИНЖЕНЕРИНГ», изготавливаемый заводом ОЗНО, является упрощённой копией подогревателя ALSTOM. Подогреватель рассчитан на подогрев воздуха до 700°С. при выпуске каркасных марок техуглерода. На двух технологических потоках российских заводов такие подогреватели установлены и эксплуатируются. Для определения надёжности работы подогревателей пока недостаточно данных. Следует отметить, что в отличие от места установки подогревателей фирмы ALSTOM этот подогреватель монтируется на нисходящей ветви колонки реактора. Впервые такая установка основного воздухоподогревателя была применена на Омском ЗТУ ещё в 1976 году для повышения надёжности воздухоподогревателя/2.7.1./ стр.78.Рис.4.5. Это исключает попадание капель воды на трубную решётку подогревателя. Кроме того, движение запылённых газов по трубам в нисходящем направлении способствует уменьшению отложения пыли на внутренней поверхности труб/2.7.5./. Установка этого подогревателя на нисходящей ветви колонки реактора стала возможна благодаря тому, что масса его значительно меньше массы подогревателя фирмы ALSTOM (20т. против 44,5т.).

2.2.4. На Рис.2.2показана схема подогрева воздуха, применяемая на ОЗТУ в производстве каркасных марок техуглерода (серий 500 и 600).

Рис. 2.2.

Рассматривая температурные параметры этой системы подогрева воздуха можно сделать вывод, что происходит постепенное забивание внутренней поверхности газоохладителя и затем труб подогревателя ПВ–74. При чистых стенках газоохладителя температура воздуха после газоохладителя обычно составляет 105–115°С., а температура воздуха после ПВ–74 находится в пределах 230–260°С., что обеспечивает конечную температуру подогрева воздуха 650°С. Принципиально эта схема подогрева воздуха, подаваемого в реактор, не отличается от системы подогрева воздуха, применяемой в производстве протекторного (активного) техуглерода. Отличие, прежде всего, заключается в том, что в качестве основного подогревателя используется подогреватель ПВ–185 без изменения его конструкции и места установки, а увеличение подогрева воздуха достигается за счёт установки дополнительного подогревателя первой ступени на нисходящей ветви колонки реактора. В качестве дополнительного подогревателя применяются подогреватели ПВ–74 или ПВ–92 конструкции ОЗТУ. Общий вид подогревателя ПВ–74 показан в источнике /2.3.1/ стр.81, рис.4.8. Подогреватель ПВ–92 отличается от ПВ–74 только длиной труб и большей поверхностью нагрева. Необходимо отметить, что для улучшения компенсационных возможностей подогревателя ПВ–74 двухлинзовый компенсатор был заменён на трёхлинзовый. Как показал опыт эксплуатации воздухоподогревателей, не имеющих индивидуальных компенсаторов на каждой трубе, для компенсации температурных напряжений, возникающих в трубном пучке, необходимо на корпусе подогревателя устанавливать трёхлинзовый компенсатор. Нужен компенсатор и на газоходе после ПВ–74 (ПВ–92). Начиная с 2004-го года все воздухоподогреватели ОЗТУ изготавливаются с трёхлинзовыми компенсаторами (рис.2.3.). Следует также отметить, что при изготовлении подогревателей ремонтными службами заводов техуглерода компенсаторы следует приобретать в организациях, специализирующихся на их изготовлении, а не изготавливать на заводах, так как компенсаторы являются важнейшим элементом, обеспечивающим надёжность работы воздухоподогревателей и систем подогрева воздуха. Что касается причин осаждения техуглерода на поверхностях труб и газоохладителей, то об этом будет сказано подробно в следующих разделах, хотя и при беглом рассмотрении Рис.2.2. понятно, что начало забивания внутренней поверхности аппаратов связано с понижением температуры воздуха после газоохладителя. Только обеспечив стабильную температуру воздуха после газоохладителя на уровне 130–160°С. можно значительно снизить количество отложений на внутренней поверхности аппаратов и обеспечить их продолжительную работу без очистки труб.

2.2.5. Далее необходимо рассмотреть эксплуатируемую длительное время на Омском заводе технического углерода систему подогрева воздуха, обеспечивающую нагрев воздуха, подаваемого в реактор, до 780–820°С.

На Рис.2.3. показана схема подогрева воздуха, используемая на ОЗТУ в производстве протекторных (активных) марок техуглерода.

Рис.2.3.

Если сравнить эту схему обвязки подогревателей со схемой, используемой до 2004-го года /2.7.1./ стр.80, то в данной схеме воздух сначала подаётся в подогреватель ПВ–74 и только затем в прямоточную секцию ВПВ–235. При такой обвязке снижается вероятность забивания труб ВПВ–235, так как повышается средняя температура стенок труб в прямоточной секции подогревателя ВПВ–235. Для улучшения работы данной системы подогрева воздуха целесообразно предварительно нагреть воздух в рубашках газоохладителей, что позволит увеличить конечную температуру подогрева воздуха и исключить отложения техуглерода на внутренней поверхности труб подогревателей. В связи с тем, что система подогрева воздуха Омского ЗТУ широко используется на практике (только на ОЗТУ она применяется на восьми потоках по производству протекторных марок техуглерода), будет полезно рассмотреть особенности её эксплуатации.

2.3. Условия эксплуатации воздухоподогревателей и систем подогрева воздуха Омского завода технического углерода.

Системы высокотемпературного подогрева воздуха, разработанные специалистами Омского ЗТУ, состоят из воздухоподогревателя ПВ–74, изготовленного из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т и высокотемпературного воздухоподогревателя ВПВ–235, изготовленного из жаропрочной стали 10Х23Н18. Допустимая температура применения стали 12Х18Н10Т составляет 750°С., температура применения стали 10Х23Н18 равна 1000°С.. Поэтому для изготовления высокотемпературных воздухоподогревателей и применяют такую сталь. Возможность применения других марок стали для изготовления высокотемпературных воздухоподогревателей будет рассмотрена в другом разделе.

Схема обвязки воздухоподогревателей показана на Рис.2.3.

Холодный воздух с температурой 20–70°С.(Т-4) подаётся в межтрубное пространство подогревателя ПВ–74 противотоком по отношению к движению газов, нагревается в подогревателе до 250–350°С. (Т5) и поступает в прямоточную секцию воздухоподогревателя ВПВ–235 (или ВПВ–250), где дополнительно нагревается до 350–450°С. (Т6) и направляется в основную противоточную часть ВПВ–235 (250), где нагревается до 750–820°С (Т7) и далее поступает в реактор. Нагрев воздуха осуществляется углеродогазовой смесью, которая с температурой 930—950°С. (Т1) поступает из реактора в воздухоподогреватель ВПВ–235, охлаждается в нём до 650–720°С. (Т2) и затем противотоком проходит подогреватель ПВ–74, охлаждаясь до 550–600°С.(Т3) и далее поступает в коллектор углеродогазовой смеси и направляется в аппараты улавливания после дополнительного охлаждения в газоохладителе и затем в холодильнике за счёт впрыска воды. Следует отметить, что кроме подогревателя ПВ–74 в качестве подогревателей первой ступени использовались воздухоподогреватели ПВ–92 и ПВ–125. Подогреватель ПВ–92 по сравнению с воздухоподогревателем ПВ–74 имеет большую поверхность нагрева (92м?) за счёт длины труб и более высокую температуру подогрева воздуха. Воздухоподогреватель ПВ–120 изготавливался из труб 57?3,5 и эксплуатировался в течение 3-х лет при выпуске техуглерода серий 300 и 200 без аварий, обеспечивая более высокую температуру подогрева воздуха по сравнению с ПВ–74. Однако эти подогреватели больше не изготавливались, так как, по мнению технических специалистов ОЗТУ, в подогревателях первой ступени для уменьшения отложения техуглерода в трубах необходимо в соответствии с зарубежным опытом применять трубы с внутренним диаметром не менее 80мм./2.7.1.стр.77/.

2.3.1. Контроль технологических параметров высокотемпературного подогрева воздуха.

Температура углеродогазовой смеси перед воздухоподогревателем ВПВ–235(250) должна поддерживаться в пределах 930–950°С. Учитывая важность этого параметра, измерение температуры осуществляется двумя термопарами. Термопары должны располагаться диаметрально по отношению друг к другу. При появлении расхождений в результатах измерений необходимо срочно организовать проверку термопар.

Температура углеродогазовой смеси после подогревателя ВПВ–235 должна находится в пределах 650–730°С. Значение этой температуры зависит от объёма нагреваемого воздуха и от состояния труб воздухоподогревателя. При повышении температуры после ВПВ–235(250) выше 730°С. необходимо провести продувку воздухоподогревателя продуктами полного сгорания. В случае, если продувка не даст результата, нужно останавливать реактор для проверки воздухоподогревателя.

Конечная температура подогрева воздуха должна составлять 770–830°С. при понижении температуры воздуха менее 760°С. необходимо также продуть воздухоподогреватель продуктами полного сгорания.

Понижение конечной температуры воздуха и повышение температуры углеродогазовой смеси после основного воздухоподогревателя указывают на частичное забивание труб воздухоподогревателя, вследствие чего ухудшается теплоотдача от газа к воздуху. Это приводит к тому, что воздух хуже нагревается, а газ (углеродогазовая смесь) соответственно хуже охлаждается. При этом первым признаком частичного забивания труб воздухоподогревателя является повышение температуры углеродогазовой смеси на выходе из ВПВ–235(250). Температура же воздуха будет снижаться постепенно, так как при повышении температуры после ВПВ–235, а значит и на входе в ПВ–74, повысится температура воздуха после подогревателя ПВ–74, то есть перед подогревателем ВПВ–235, что будет частично компенсировать ухудшение нагрева в самом ВПВ–235. Если температура газов после ВПВ–235 будет и далее повышаться, следует продуть систему подогрева продуктами полного сгорания. Следует учитывать и то обстоятельство, что при температуре после ВПВ–235 более 750°С. возможно нарушение целостности ПВ–74 (вырыв одной и или нескольких труб из верхней трубной доски). В этом случае происходит покраснение или прогар металла на отводе между ВПВ–235(250) и ПВ–74. Направленная струя воздуха вызывает местное горение газа. В этом случае реактор нужно немедленно остановить для замены или ремонта ПВ–74.

Аппарат ВПВ–235(250) изготавливается из жаропрочной ограниченно свариваемой стали, поэтому в процессе эксплуатации возможно нарушение сварочных швов и проникновение воздуха в газовое пространство непосредственно перед трубной доской, что может привести к горению газов перед трубной доской и даже в самих трубах. В этом случае увеличивается температура воздуха при неизменной температуре газов перед воздухоподогревателем за счёт местного горения газов непосредственно перед трубной доской. Поэтому при разности температур перед воздухоподогревателем ВПВ–235(250) и конечной температурой подогрева воздуха менее 100°С. реактор нужно остановить для проверки воздухоподогревателя ВПВ–235(250).

Таким образом, во избежание вывода из строя дорогостоящего оборудования и обеспечения подогрева воздуха в пределах 750–830°С. необходимо соблюдать следующие условия:

1. Обеспечить достоверный контроль температуры углеродогазовой смеси перед высокотемпературными воздухоподогревателями ВПВ–235(250) с использованием двух термопар, расположенных на одном уровне диаметрально по отношению друг к другу(Т1). При расхождении в показаниях термопар срочно организовать их проверку. Необходимо проверить, все ли водяные форсунки в зоне закалки находятся в работе.

2. Обеспечить периодический контроль температуры газов после

воздухоподогревателей (Т2).

3. Осуществлять продувку воздухоподогревателя ВПВ–235(250) при повышении температуры газов после него (Т2) более 750°С., а также при понижении конечной температуры подогрева воздуха (Т6) менее 760°С.

4. Контролировать разницу между температурой углеродогазовой смеси перед воздухоподогревателем ВПВ–235 (Т1) и конечной температурой подогрева воздуха (Т6). При разнице этих температур менее 105°С. информировать об этом руководство цеха. При уменьшении разницы этих температур до 100°С. (например, температура газов перед ВПВ–235 составляет 930°С., а конечная температура воздуха равна 830°С.) реактор нужно останавливать для проверки воздухоподогревателя.

5. При любом переводе реактора на режим полного горения необходимо продуть систему подогрева, увеличив количество воздуха, подаваемого в реактор.

2.4. Конструктивные недостатки воздухоподогревателей, применяемых в промышленности технического углерода.

2.4.1. Начать следует с воздухоподогревателя предварительного подогрева воздуха ПВ–74. Как уже отмечалось ранее, /2.7.1./ первоначально на корпусе подогревателя предусматривалась установка двухлинзового компенсатора. Однако в связи с увеличением диаметра труб подогревателя значительно возрастает напряжение сжатия труб при нагревании, что снижает надёжность подогревателя при резких изменениях температуры углеродогазовой смеси. Поэтому в конструкцию подогревателя были внесены изменения, и двухлинзовый компенсатор был заменён трёхлинзовым. Напряжение сжатия возрастает и от массы труб, то есть, чем больше толщина труб, тем больше вероятность вырывания отдельных труб из верхней трубной решётки /2.3.5./. Это происходит при резком изменении температуры углеродогазовой смеси (при аварийных ситуациях и нарушениях инструкций по пуску и остановке реакторов.). В подогревателе ПВ–74 применены трубы 76?5, что приводит не только к ухудшению условий эксплуатации подогревателя, но и увеличивает массу подогревателя на 140кг по сравнению с применением труб 76?4 и на 210кг в случае использования труб 76?3,5, то есть на 7–10%. Тем не менее, эти подогреватели представляли собой необходимый элемент системы подогрева воздуха и совместно с подогревателем ВПВ–235 обеспечили нагрев воздуха, подаваемого в реактор, до 750–820°С. Необходимо отметить, что толщина труб выбиралась разработчиками конструкции подогревателя с учётом применения на заводе устаревшего сварочного оборудования при изготовлении подогревателей. Подогреватели ПВ–74 давно уже себя окупили и в настоящее время для дальнейшего повышения температуры воздуха, подаваемого в реакторы, требуются подогреватели предварительного подогрева с большей поверхностью нагрева, большим диаметром труб и, желательно, с применением индивидуальных компенсаторов для каждой трубы. Необходимо отметить, что увеличение диаметра труб подогревателя не обязательно приводит к увеличению их массы. Так, труба 89?4 имеет массу даже несколько меньше, чем труба 76?5. Поэтому для подогревателя предварительного подогрева воздуха целесообразно применить трубы 89?4 с внутренним диаметром 81мм, как это распространено при изготовлении подогревателей для промышленности технического углерода за рубежом/2.7.1./стр.77. Диаметр подогревателя не должен быть менее 1200мм.

2.4.2. Воздухоподогреватель ВПВ–235 – основной подогреватель в системе подогрева воздуха, подаваемого в реакторы для получения протекторных марок техуглерода. На рис. 2.4. показана схема высокотемпературного подогревателя ВПВ–235. Воздухоподогреватель ВПВ–235 состоит из корпуса, трубного пучка, перегородок, направляющих поток воздуха, входного и выходного воздушных патрубков прямоточной и противоточной секций, соединённых трубопроводом. Прямоточная и противоточная секции разделяются диафрагмой, препятствующей перетоку воздуха из прямоточной секции в противоточную во избежание понижения конечной температуры воздуха. Воздух, нагретый до 250–350°С. в подогревателе ПВ–74, направляется в прямоточную секцию воздухоподогревателя ВПВ–235, дополнительно нагревается до 350–400°С. и по соединительному трубопроводу поступает в противоточную секцию подогревателя, где нагревается до 750–820°С. Схема движения теплоносителей показана на Рис. 2.5. Более подробная информация о нагреве воздуха в системе подогрева, в том числе в воздухоподогревателе ВПВ–235, дана в разделе 2.2.(п.2.2.5.) и разделе 2.3. Главный недостаток воздухоподогревателя ВПВ–235 (также как и ВПВ–250) заключается в том, что подогреватели имеют трубы малого диаметра (Двн.33мм и 36мм соответственно), что способствует отложению техуглерода на стенках труб. Однако, отложения происходят и на трубах значительно большего диаметра (Двн.80–100мм.). Это хорошо известно из зарубежного опыта. Поэтому в воздухоподогревателях фирмы ALSTOM предусмотрена продувка труб паром со сверхзвуковой скоростью. Это сложная и дорогая система и для подогревателей типа ВПВ–235(250) не применима.

Трубы подогревателя ВПВ–235 изготавливается из жаропрочной стали 10Х23Н18, которая может эксплуатироваться при температуре до 1000?С., тогда как трубные решётки, диафрагма и корпус подогревателя изготавливаются из стали 20Х23Н18, температура применения которой допускается по справочникам до 1050 – 1100?С. В этих данных присутсвует неопределённость. Поэтому нижнюю трубную решётку желательно изготавливать из стали 20Х25Н20С2, для которой температура применения 1100?С. гарантируется. Кроме того эта сталь более коррозионностойкая по сравнению со сталью 20Х23Н18. Следует отметить, что сталь типа 20Х25Н20С2 с содержанием хрома 25% и никеля 20% используется за рубежом для изготовления труб воздухоподогревателей. Необходимо также отметить, что предварительный подогрев воздуха уменьшает коррозионное воздействие газовой среды на металл нижней трубной решётки и трубы воздухоподогревателя. Это объясняется тем, что температура газов в отдельных трубах в зонах подачи холодного воздуха может понизиться до 160?С. и ниже, что для газов, содержащих сернистые соединения, приведёт к конденсации влаги.

.

.Рис.2.5.

2.4.3. Воздухоподогреватель фирмы Alstom спроектирован и изготавливается на высоком техническом уровне и обеспечивает нагрев воздуха при получении протекторных марок техуглерода до 800–900°С. К недостаткам следует прежде всего отнести большую массу подогревателей (44,5т. составляет масса подогревателя для нагрева воздуха до 800°С.)., что требует существенных затрат на установку и обвязку воздухоподогревателя, а это дополнительно увеличивает срок его окупаемости. Наличие системы продувки труб струями пара со сверхзвуковой скоростью, а также системы регулирования подачи воздуха на обдувку нижней трубной доски усложняет обслуживание подогревателя.

2.4.4. Воздухоподогреватели Китайской фирмы DORJHT Co., Ltd. также имеет большую массу, что затрудняет их монтаж и ремонт. Подогреватели выпускаются с различным диаметром труб от 89 до 126мм. Однако проблема забивания труб остается. Компания рекламирует конструкцию подогревателя, в котором трубы свободно перемещаются в трубной решётке при температурных расширениях. Если это действительно так, такой аппарат можно приобрести при наличии гарантии обеспечения герметичности и возможности установки такого аппарата на действующих потоках.

2.4.5. Что касается воздухоподогревателя ВПВ–235, то о его недостатках уже было сказано. Два из них было исправлено. Изготовление этих подогревателей передано в специализированную организацию по изготовлению нестандартного оборудования, и в отношении качества сварочных швов не должно возникать проблем. Значительно снизились и отложения на стенках труб воздухоподогревателя за счёт предварительного подогрева воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель ВПВ–235. Как показано на рис 2.3., воздух поступает в первую секцию ВПВ–235 с температурой 250–350°С., что повышает температуру стенок труб секции выше 600°С. При такой температуре отложений на внутренней поверхности труб не может происходить даже при диаметре труб 33–36мм. Однако, в периоды пуска и остановки технологических потоков вероятность отложения техуглерода на внутренних стенках труб воздухоподогревателя ВПВ–235 всё же остаётся.

2.5.Основные причины забивания труб воздухоподогревателей.

Учитывая, что проблема закупоривания труб воздухоподогревателей касается всех заводов техуглерода, необходимо определить причины этого явления.