Архивная версия статьи, 2004 год (без графики и таблиц)

  Современная криогенная техника и ее возможности

Несмотря на экономические потрясения реформенного периода Россия по-прежнему считается одной из немногих стран, обладающих всем комплексом известных в настоящее время криогенных технологий. Сегодня криогенное машиностроение как высокотехнологичная отрасль российской промышленности, способно удовлетворить практически любые потребности отечественных производителей в современной криотехнике. Особенно наглядно это показала 2-я специализированная выставка «Криоген-Экспо», организованная на ВВЦ выставочной компанией «Мир-Экспо». А первая в постсоветской России выставка криогенной техники в 2002 г. впервые собрала вместе ведущих криогенщиков после более чем 17-летнего перерыва. Воздухоразделительные установки ОАО «Криогенмаш» (г. Балашиха, Московская обл.) — ведущий отечественный производитель криогенного оборудования. Это предприятие изготовило самый крупный в Европе криовакуумный комплекс для проведения испытаний космических кораблей и станций объемом 10 000 м3 (диаметром 17 м, высотой 35 м). Во времена плановой экономики одним из направлений деятельности завода было производство крупнотоннажных воздухоразделительных установок (ВРУ) для металлургии и химической промышленности. На изготовлении аппаратов малой и средней мощности специализировался одесский завод «Кислородмаш», оказавшийся после распада СССР независимой иностранной компанией. В изменившихся условиях подмосковное предприятие смогло с успехом освоить выпуск и этих установок, широко востребованных на российском рынке. Модельный ряд стандартных ВРУ включает установки ААж-0,65; ААж-1,2 и ААж-2 с производительностью по газообразному азоту от 600 до 2400, по жидкому — от 50 до 160 м3/ч при давлении соответственно 7,8 и 8,5 кгс/см2. Объемная доля кислорода в азоте, т. е. чистота продукции, составляет 0,0005%. Потребляемая мощность этих трех модификаций — 200, 390 и 640 кВт. Аппараты оборудованы микропроцессорной системой управления, осуществляющей стабилизацию основных технологических параметров и обеспечивающей автоматический режим работы блока комплексной очистки. Принципиальная схема работы установок основана на холодильном цикле низкого давления с турбодетандерным компрессорным агрегатом на обратном потоке. Воздух предварительно охлаждается в холодильной машине, а его разделение проводится в узле однократной ректификации. ВРУ изготавливают в блочно-модульном исполнении, что существенно облегчает их монтаж и обслуживание. Аппараты для сжижения природного газа Новым направлением в производственной деятельности ОАО «Криогенмаш» стало изготовление установок для сжижения природного газа. Россия, на территории которой в настоящее время добывается огромное количество метана, практически не имеет подобных крупнотоннажных производств. Сжиженный природный газ (СПГ) как наиболее дешевый и удобный вид энергоносителя можно применять для газификации населенных пунктов, удаленных от газопроводов (примером служит Ленинградская область), для компенсации пиковых нагрузок в газопотреблении, а также в качестве альтернативного моторного топлива. Предприятие предлагает технологическое оборудование для сжижения природного газа на основе разных криогенных циклов: компрессорно-дроссельных, детандерных и детандерных с циркуляционным компрессором. Установки типа ОПх на базе внешних холодильных циклов имеют производительность от 500 до 10 000 кг/ч сжиженного газа давлением 1,05 кгс/см2. Давление на входе в блок сжижения — 50 кгс/см2. Хладагентом в ОПх служит смесь азота, метана, этана, пропана, изо- и нормального бутана в оптимально составленной пропорции. Коэффициент сжижения установок достигает 100%, удельные затраты электроэнергии на 1 кг СПГ составляют 0,6–0,7 кВт•ч. Установки типа ОПд на базе детандерных циклов используют для работы энергию перепада давления на газораспределительных станциях и являются хорошим примером внедрения энергосберегающих технологий. Удельные затраты электроэнергии в этих устройствах не превышают 0,05 кВт•ч на 1 кг СПГ. Предприятие изготавливает аппараты с разной производительностью по сжиженному газу (с давлением 1,05 кгс/см2) — от 500 до 5000 кг/ч. Давление на входе и выходе в блок сжижения составляет соответственно 20–60 и 1,05–12 кгс/см2. Коэффициент сжижения — не менее 10%. Аналогичные устройства на основе детандерных циклов с циркуляционным компрессором имеют производительность (по СПГ с давлением 1,05 кгс/см2) 500–10 000 кг/ч. Давление, нагнетаемое компрессором, достигает 30–35 кгс/см2. Удельные затраты электроэнергии в этом случае несколько выше и составляют 0,7–0,8 кВт•ч на 1 кг СПГ. Коэффициент сжижения — 100%. В последнее время при получении сжиженного природного газа стали использовать вихревые трубы. Свои разработки в этой области на выставке показали специалисты ЗАО «Крионорд» (г. Санкт-Петербург). Фирма занимается проектированием и изготовлением установок для глубокого охлаждения и сжижения метана методом вихревого разделения газового потока. Глубокое охлаждение происходит в каскаде вихревых труб, включающем, как правило, не более пяти ступеней. Соединяются они таким образом, что поток, получаемый на «холодном выходе» трубы, поступает на следующую ступень для дальнейшего разделения на более холодный и теплый. Максимальная эффективность использования вихревых установок достигается при их подключении к магистральным трубопроводам, технологическое давление в которых составляет 40 кгс/см2. Однако потребителям требуется газ с давлением 3 кгс/см2. Поэтому избыточные 37 атм на газораспределительных станциях обычно просто стравливают. Пропускание газа с избыточным давлением через вихревые установки позволяет использовать холодные потоки для получения СПГ, а у горячих снижать давление до требуемого потребительского уровня. Тепло горячего газа используется для отогрева и очистки (от намерзших примесей) теплообменников установки, работающих в линии ожижения поочередно. По сравнению с традиционным оборудованием дроссельного типа эффективность новых установок с производительностью по жидкому газу 500 кг/ч в среднем выше на 20%. Обладают они преимуществом и перед улучшенными системами на основе детандеров — машин для охлаждения газа путем его расширения. Оно заключается в отсутствии изнашиваемых движущихся частей. Комплект оборудования для ожижения метана вихревым методом стоит около 30 млн руб. Оборудование для промышленного получения газов ООО «Криогенмаш-БЗКМ» (г. Балашиха, Московская обл.), созданное на базе экспериментального завода НПО «Криогенмаш», предлагает установки «Хром-3» для получения криптоноксеноновой смеси (ККС) из первичного криптонового концентрата (ПКК). Эти устройства разработаны ООО «Хром» (г. Москва) на уровне мировых стандартов. Выпускаются они для замены морально устаревших установок сырого концентрирования (УСК), которые в свое время использовались в кислородных цехах многих металлургических комбинатов СССР. В отличие от традиционных моделей УСК-1М и УСК-0,45 в современных установках не применяют кислородные компрессоры для предварительного сжатия первичного криптонового концентрата. Это значительно повышает надежность и взрывобезопасность их эксплуатации. Сжатие ПКК осуществляется в блоке вторичного концентрирования за счет утилизации холода отходящих потоков, а промежуточным теплоносителем служит сжатый воздух. Для полного испарения концентрата перед входом в колонну устанавливают низкотемпературный испаритель. В устаревших установках температура в печах дожигания достигала 650–700 °С, давление — 5–6 кгс/см2. У новых устройств эти параметры снижены. Благодаря применению катализатора НКО-2-3 печь выжигания углеводородов в установке «Хром-3» работает при давлении 1,4 кгс/см2 и температуре 450–500 °С, что позволяет перерабатывать более густой ПКК. Сжижение очищенного концентрата производится в столбовом конденсаторе, а не в ректификационной колонне при непосредственном контакте углеводородов с жидким кислородом. Для работы аппарата не требуется отдельное помещение, его можно устанавливать, например, в монтажных проемах цеха разделения воздуха. По сравнению с УСК-0,45 эксплуатационные энергозатраты снижены почти на 40%. Коэффициент извлечения криптоноксеноновой смеси составляет не менее 99%. Тяжелые инертные газы сегодня широко применяют в световой и лазерной технике, а также в электронной промышленности, в частности, в производстве плазменных дисплеев. Криптон используется производителями современных оконных систем при изготовлении «теплых» стеклопакетов. Ксенон получил распространение в западноевропейских клиниках как хорошее анестезирующее средство. В отечественном ракетостроении он применяется при изготовлении импульсных двигателей инерционного типа. Последней разработкой одесского АО «Кислородмаш» (Украина) стала установка АР-1 для промышленного получения аргона чистотой 99,9995% методом низкотемпературной ректификации. В настоящее время она уже введена в эксплуатацию на заводе «Южмаш» в Днепропетровске. Главным достоинством нового оборудования является то, что очистка аргона в тарельчатых ректификационных колоннах производится без применения насосов за счет естественных гравитационных процессов. Требуемый перепад давления создает гидростатический столб жидкости. За счет подачи в конденсаторы-испарители циркуляционного азота разработчикам удалось уменьшить высоту колонны, сократив необходимое количество тарелок. Представители питерского машиностроительного завода «Арсенал» для получения жидкого азота чистотой 99,7% непосредственно на месте его потребления предложили использовать установки ЗИФ-1002 и ЗИФ-2002. Эти аппараты состоят из криогенной газовой машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, и ректификационной колонны. В качестве хладагента в них используется гелий. Безопасная эксплуатация обеспечивается отсутствием необходимости предварительного сжатия воздуха. Устройства размерами 2300і1400і2090 и 1450і2100і2450 мм и установленной мощностью 17 и 34 кВт имеют производительность соответственно 10 и 20 л/ч. Специализированная техника Еще одна новинка ООО «Криогенмаш-БЗКМ» — автоматизированный криогенный кислородный газификатор производительностью до 20 кг/ч, предназначенный для создания системы жизнеобеспечения в замкнутых пространствах. Работой над этой установкой заводские специалисты начали заниматься после гибели экипажа АПЛ «Курск». Оборудование обеспечивает прием и длительное хранение жидкого кислорода, его последующую газификацию и выдачу потребителям. Вместимость газификатора составляет 1 м3, рабочее давление выдаваемого кислорода — 9–12 кгс/см2. Время хранения продукта при отключении дренажной системы установки достигает 10 суток. Стоит новое устройство около 1,5 млн руб. Сотрудники Научно-технического агентства «Наука» (г. Москва) представили специалистам комплект оборудования для заправки баллонов сухим газом высокого давления. В его состав входят установка глубокой осушки газов УГОА-2,5/5 и криокомпрессор 0,4/400. УГОА-2,5/5 предназначена для тонкой очистки от водяного пара и механических частиц воздуха, азота, кислорода, аргона, гелия, неона, а также их смесей, не содержащих агрессивных компонентов и паров масел. В установке используют два параллельно действующих адсорбционных аппарата полочного типа периодического действия. Длительность стадии осушки в них составляет не менее 24 часов, стадии регенерации — не более 24 часов. Осушение производится при рабочем давлении газа 10 кгс/см2, а регенерация — при температуре 350 °С под давлением, близким к атмосферному. Расход газа в процессе регенерации составляет 0,2 м3/ч. Производительность установки по азоту — 5 м3/ч (в пересчете на 0 °С и 1 кгс/см2). Концентрация паров воды в исходном газе (на входе) не превышает 0,1%, в осушенном — 1,3•10-6 %. Для финишной очистки газа от механических примесей используется фильтр типа МКФ-140, обеспечивающий снижение концентрации включений размером более 0,1 мкм до 0,03 частиц/л. Криокомпрессор 0,4/400 используют для наполнения баллонов емкостью до 400 см3 глубоко осушенными газами с начальным давлением 10 кгс/см2, предварительно сжав их до 400 кгс/см2. Входящий газ сначала конденсируется в специальных трубках, находящихся в сосуде Дьюара с жидким азотом, затем конденсат нагревается и испаряется в определенном объеме системы «криокомпрессор–баллон». Расход жидкого азота на заправку 1 баллона составляет не более 2,4 кг, время заправки — 30 минут. Для финишной очистки водорода от влаги и кислорода фирма предлагает использовать свою установку «Вера-50/10А» номинальной производительностью 50 м3/ч. Ее главным преимуществом перед аналогичными системами является высокая степень очистки продукта. Точка росы на входе составляет -34 °С, на выходе — -100 °С. Содержание кислорода на входе и выходе — соответственно 0,05 и 2•10-7 %. Для контроля микропримесей аппарат можно комплектовать автоматическим хроматографом «Луч-6.7А». Основными компонентами установки являются реактор глубокой очистки от кислорода, представляющий собой агрегат полочного типа, заполненный низкотемпературным катализатором, и адсорбционные аппараты глубокой осушки. Процесс осушения происходит при рабочем давлении водорода 8–10 кгс/см2, регенерации — при атмосферном. После прохождения газом финишного фильтра концентрация механических включений размером более 0,01 мкм не превышает 0,03 частиц/л. Работает «Вера-50/10А» в автоматическом режиме. В случае превышения содержания водорода в полостях установки встроенные анализаторы подают сигнал блокировки его подачи, что обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования. Такой аппарат можно использовать в электронной промышленности при проведении эпитаксии (ориентированного выращивания кристаллов), а также в металлургии — при получении мелкодисперсных порошков для твердосплавного производства. Найдет он свое применение и в других процессах, требующих водорода высокой степени чистоты. Стоит оборудование около 30 тыс. евро. Вспомогательное оборудование Украинская производственно-коммерческая фирма «Криопром» (г. Одесса) сегодня является единственным на территории СНГ производителем насосов для перекачивания сжиженного метана — переохлажденного и находящегося под избыточным давлением. Поэтому показанные на выставке образцы продукции этого предприятия привлекли внимание многих специалистов. Насос 2НСПГ-0,63/25 для сжиженного природного газа представляет собой трехлинейный (трехплунжерный) одноступенчатый агрегат с эксцентриковым шатунным механизмом привода. Регулирование производительности осуществляется с помощью преобразователя частоты. Подача может меняться в пределах 600–2400 л/ч. Давление на входе насоса составляет 0,5–6, максимальное давление на выходе — 250 кгс/см2. При наибольшей производительности мощность насоса достигает 30 кВт. Агрегат изготавливается во взрывозащищенном исполнении и стоит около 113 тыс. руб. Этой же фирмой был показан стенд СТ-1 для освидетельствования и ремонта газовых баллонов вместимостью 40 и 50 л с рабочим давлением до 196 кгс/см2. Он интересен прежде всего своей многофункциональностью, которая дает возможность в процессе поточной работы свести к минимуму ручной труд. Продолжительность выполнения всех необходимых операций по освидетельствованию одного баллона не превышает 15 минут. Стендовое оборудование позволяет выполнять операцию ввертывания/вывертывания вентилей с помощью электрогайковерта со сменными головками, промывать и обезжиривать баллоны, взбалтывая их кантователем. В перечень его возможностей входят очистка наружной поверхности шлифмашинкой, взвешивание на тензометрических весах, опрессовка с определением остаточной деформации и клеймение баллонов. Испытание баллонов на стенде производится под давлением до 300 кгс/см2. Погрешность взвешивания не превышает ±0,075 кг. Стоит комплект стендового оборудования установленной мощностью 9 кВт около 375 тыс. руб. ЗАО «Уралкриомаш» (г. Нижний Тагил, Свердловская обл.) в этом году приступило к изготовлению универсальных контейнеров-цистерн КЦМ-35/0,6, предназначенных для хранения, выдачи и транспортировки сжиженного природного газа. В процессе доставки их можно легко перегружать с одного вида транспорта на другой. Раньше подобную тару для перевозки газов отечественные предприятия не производили. Использование контейнеров позволяет обеспечить природным газом любой населенный пункт, не подключенный к газопроводу. Из 1 м3 СПГ получается 600 м3 газообразного метана. Сосуды объемом 35 360 л изготавливаются из высоколегированной стали марки 12Х18Н10Т толщиной 6 (стенка) и 8 (днище) мм. Наружная оболочка выполняется из низколегированной стали 09Г2С-14 толщиной 8 мм. Сохранение необходимой температуры сжиженного метана обеспечивается волокнисто-вакуумной теплоизоляцией. Сосуды рассчитаны на максимально допустимое рабочее давление 6 кгс/см2. Масса тары и транспортируемого продукта составляет соответственно 14 950 и 15 530 кг. Цистерна имеет четвертый класс герметичности (по ОСТ 26-11-14). При стационарном хранении суточные потери от испарения (при температуре 33 °С и давлении 1 кгс/см2) не превышают 0,61% в сутки. Контрольное время удержания* — не менее 30 суток. Конструкция контейнера позволяет использовать его в любых погодных условиях при температуре от -50 до +60 °С. Назначенный срок службы — 20 лет. Стоит модель КЦМ-35/0,6 около 4 млн руб. ЗАО «Уралкриомаш» предлагает также универсальные контейнеры-цистерны для хранения и перевозки любым видом транспорта жидкого азота, кислорода и двуокиси углерода. Конструкции этих изделий удовлетворяют требованиям правил Российского морского регистра судоходства, Международного кодекса морской перевозки опасных грузов (IMDG Code), Европейского соглашения о международной дорожной перевозке опасных грузов (ADR), Международных правил перевозки опасных грузов по железным дорогам (RID), а также соответствующих рекомендаций экспертов ООН. Производство технических газов для сварки и резки металлов Некоторые предприятия, занимающиеся резкой и сваркой металлов, расположены достаточно далеко от заводов по выпуску технических газов. Для обеспечения их бесперебойной работы оптимальным решением является создание собственного подразделения по производству кислорода и азота. Помочь им в этом может ОАО «Уралкриотехника» (г. Екатеринбург), входящее в промышленную группу «Уралинвестэнерго». В этом году оно освоило изготовление нескольких новых агрегатов. Модульная воздухоразделительная установка АжКж-0,06-1 монтируется в двух транспортабельных блоках размерами 9000і3000і2400 мм, которые оборудованы замкнутой системой водообеспечения для охлаждения компрессоров, освещением и отоплением. Для ее размещения не требуется отдельного здания. С целью повышения термодинамической эффективности холодильного цикла в установке применяется блок предварительного охлаждения с компрессорно-конденсаторным агрегатом. Комплексная очистка воздуха осуществляется методом адсорбции на синтетических цеолитах (молекулярных ситах). В качестве теплоизоляции используют перлитовый песок. Производительность установки по газообразным азоту и кислороду составляет соответственно 60 и 45 м3/ч, по жидким — 60 и 55 кг/ч. Чистота получаемого азота и кислорода достигает 99,9 и 99,7%. Рабочее давление газообразных и жидких сред — 200 и 1 кгс/см2. В любом из четырех режимов работы установка потребляемой мощностью 150 кВт обеспечивает получение одного из продуктов в виде газа или жидкости. Для обеспечения газообразным азотом современных комплексов лазерной резки екатеринбургский завод разработал новый газификатор высокого давления ГХ-0,6/3-0,1 производительностью 0–100 м3/ч, рассчитанный на рабочее давление 1–30 кгс/см2. Вместимость аппарата — 0,54 м3, количество заливаемого жидкого азота — 414 кг. Газификаторы не подлежат регистрации в органах Госгортехнадзора, что значительно упрощает их установку и эксплуатацию. Опыт ряда предприятий показывает, что переход с баллонного способа снабжения техническими газами на использование газификаторов окупается (с учетом капитальных затрат) менее чем за год. Модульная газификационная установка Г-1,6/20-0,05-1 предназначена для транспортировки и хранения жидкого азота, аргона или кислорода с последующей их газификацией, а также для наполнения баллонов газом под давлением 200 кгс/см2. Аппарат потребляемой мощностью 24 кВт состоит из цистерны ЦТК-1,6/0,25-1 вместимостью 1,6 м3 и модуля газификации, в котором смонтированы испаритель, насос сжиженных газов, силовой шкаф, щит приборов и шкаф управления. В цистерну заливают азот (1230 кг), аргон (2120 кг) или кислород (1730 кг). Производительность установки по азоту составляет 48, по аргону и кислороду — 60 м3/ч. Аппарат можно устанавливать в помещении с размерами 6000і3000і2500 мм или монтировать на шасси практически любого автомобиля достаточной грузоподъемности (масса порожней установки — 2300 кг). При мобильном варианте размещения автомашину оборудуют откидной наполнительной рампой на пять баллонов. На предприятиях с большим баллонным парком, рассредоточенным на обширной территории, применение мобильной установки дает возможность производить заправку баллонов непосредственно на местах их использования. Залитый кислородом аппарат позволяет заполнить около 200 сорокалитровых сосудов. Хроматографы «Луч» Эти приборы изготавливает Научно-техническое агентство «Наука». Они позволяют анализировать содержащиеся в газах микропримеси и измерять концентрацию орто- и параизомеров водорода. Прибор «Луч-4» способен определять объемную долю водорода в разных газах (неоне, аргоне, гелии, воздухе) в пределах 0,1–100%, а также его состав. Абсолютная погрешность измерений составляет 0,3%, относительная — 7%. «Луч-5» предназначен для аналитического контроля качества технического водорода и состава газовой среды, например, при регенерации адсорбционных аппаратов или замене воздушной среды на азотную. Применяют его и для определения объемной доли кислорода в азоте или воздухе. Прибор измеряет концентрацию компонентов в водороде в диапазоне 0,01–100%, а в азоте и воздухе — в пределах 0,1–100% с относительной погрешностью 7%. Хроматограф «Луч-6.7А» предназначен для измерения в водороде или дейтерии объемных долей микропримесей кислорода, азота, метана и окиси углерода с относительной погрешностью 15%. Концентрация кислорода определяется в пределах 5•10-7–2•10-3%, остальных примесей — в диапазоне 5•10-6–2•10-3%. Газом-носителем является сам анализируемый водород. Прибор можно использовать при контроле качества этого продукта после прохождения установок его очистки (кроме диффузионных). Устройство «Луч-6.7» применяют для аналитического контроля качества жидкого водорода, а также для контроля подготовки криогенного оборудования к его приему. Концентрации субмикропримесей (аргона, кислорода, неона, метана и окиси углерода) измеряются с относительной погрешностью 20%. Объемная доля кислорода определяется в диапазоне 5•10-8–2•10-7%, остальных примесей — в пределах от 2•10-7 до 0,002%. Контроль технологических процессов очистки и сжижения гелия специалисты фирмы рекомендуют проводить с помощью приборов «Луч-6.7(Не)» и «Луч-10». Первый позволяет измерять объемные доли субмикропримесей азота, метана, окиси углерода в диапазоне 2•10-7–2•10-3%, а также суммарную долю кислорода и аргона. Второй определяет доли микропримесей неона и водорода в интервале от 10-5 до 0,002%. Оба прибора выполняют измерения с относительной погрешностью 20%. Для проведения периодической калибровки системы контроля и аттестации анализных коммуникаций хроматографы могут комплектоваться двумя дополнительными аппаратами. Установка сверхтонкой очистки «База-6.7» обеспечивает получение водорода с объемной долей примеси кислорода и азота соответственно не более 2•10-8 и 2•10-7%. Газосмесительная установка ГСУ-6.7 применяется при динамическом приготовлении поверочных газовых смесей. Александр Пуховский, фото Александра Ануфриенко * Время удержания — промежуток времени между моментом наполнения и моментом, когда в результате притока тепла давление повышается до величины, при которой открываются предохранительные клапаны.

 Важно:
  ДЛЯ ОБМЕНА КНОПКАМИ - возьмите наш код, поставьте его на Ваш сайт и добавьте Ваш ресурс ЗДЕСЬ

Код кнопки:


Главная | Рубрикатор | Размещение рекламы | Рекламные агентства | Обзор выставок
Строчная реклама | Рынок металлов | Статьи и анонсы | Адреса фирм из статей
Содержание справочника ЛКМ | Анкета для посетителей | Доска объявлений | Страница ссылок