ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Комбинированные циклы из "Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства " При создании крупных установок с большой холодопро-изводительностью в основном используют комбинированные циклы с несколькими ступенями охлаждения и агрегаты с высокими КПД. Рассмотрим некоторые из них. [c.27] Детандерный поток после расширения (процесс 5—4) в состоянии, характеризуемом точкой 4, проходит межтрубное пространство теплообменника АТ2 я снова поступает в компрессор /СМ2 на сжатие. Дроссельный поток в состоянии, характеризуемом точкой 6, дросселируется в вентиле ВН1 (процесс 6—7) и затем направляется в сборник А К- Образовавшаяся жидкость в состоянии, характеризуемом точкой /, является продуктом и в цикл не возвращается, а пары в состоянии, характеризуемом точкой 8, поступают в межтрубное пространство теплообменника АТЗ, предварительно смешиваясь с потоком, выходящим из турбодетаидера Д1. [c.28] В детандерном холодильном цикле низкого давления используются теплообменник АТ1 VL турбодетандер Д1, через которые проходит прямой поток (процессы 2—9 и 9—5), а также теплообменники АТЗ и АТ1 на линии обратного потока (процессы 8—10 и 10—1). [c.28] Цикл среднего давления с расширением воздуха в турбодетандере и циркуляционным холодильным циклом. Для получения больших количеств жидких продуктов разделения воздуха в НПО КРИОГЕНМАШ разработана установка КжАжААрж-6, технологическая схема которой базируется на воздушном холодильном цикле среднего давления, дополненном азотным холодильным циркуляционным циклом также среднего давления. Потери холода в установке покрываются за счет ступенчатого расширения основного количества циркуляционного азота в детандерных ступенях, работающих на трех температурных уровнях, расширения большей части воздуха в воздушном одноступенчатом турбодетандере и введения предварительного охлаждения части циркуляционного азота и воздуха с помощью криоагента, поступающего из холодильной станции. Комплексная очистка всего переребатываемого воздуха от примесей влаги, двуокиси углерода и углеводородов осуществляется на синтетических цеолитах. [c.28] ожижается в нем и дросселируется в нижнюю колонну (процесс 5—6) блока разделения воздуха. [c.30] Продукты разделения воздуха X кг выдаются потребителю в жидком виде. Газообразный азот (М — X) кг из блока разделения воздуха направляется также в виде продукта потребителю. В циркуляционном холодильном цикле азот расширяется в двух турбодетандерах. Циркуляционный азот (1 кг), сжатый в азотном турбокомпрессоре КМ2 до давления 3,3 МПа (процесс 12—13), разделяется на два потока. Первый (основная часть )М кг после охлаждения до температуры Т = 200 К в теплообменнике АТ4 (процесс 13— 16) расширяется до давления 1 МПа в первой ступени двухступенчатого турбодетандера Д2 (процесс 16—17) и направляется для дальнейшего охлаждения в блок теплообменников АТЗ. Второй поток (1 —М ) кг охлаждается в теплообменнике АТ2 (где в качестве криоагента используется водный раствор хлористого кальция, поступившего из фреоновой холодильной станции) и направляется в азотный одноступенчатый турбодетандер ДЗ. После расширения в турбодетандере ДЗ (процесс 14—15) азот направляется для дальнейшего охлаждения также в блок теплообменников АТЗ м затем смешивается с основным потоком циркуляционного азота. Весь циркуляционный азот в количестве 1 кг, окончательно охлажденный в блоке теплообменников АТЗ, направляется на расширение во вторую ступень азотного турбодетаидера Д4 (процесс 19—20), где его давление снижается с 1,0 до 0,13 МПа, и возвращается в качестве обратного потока через теплообменники АТЗ, ATI и АТ4 во всасывающий коллектор компрессора /СМ2. [c.30] В приведенном цикле потери холода связаны с выводом продуктов разделения воздуха в жидком виде (кислород, азот, аргон) и с теплотой сжижения влаги в теплообменнике-ожижителе ATI, имеются потери от недорекуперации и в окружающую среду. [c.30] Циклы сжижения водорода и гелия. Специфика сжижения водорода и гелия заключается в том, что эти газы имеют очень низкие температуры конденсации (20,4 и 4,2 К) при атмосферном давлении и очень малую теплоту испарения. В связи с тем что у этих газов температура инверсии ниже температуры окружающей среды, применение предварительного охлаждения в таких установках является необходимым. [c.30] Циклы для получения жидкого водорода (с дросселированием, с расширением в детандере, комбинированные и каскадные циклы). Методы сжижения водорода базируются главным образом на двух широко известных процессах дросселировании сжатого газа и изэнтропном расширении. Впервые жидкий водород получил Д. Дьюар в 1898 г. путем дросселирования предварительно охлажденного газа. [c.31] При разработке структуры циклов и конструкции ожижителей необходимо учитывать следующие специфические особенности сжижения водорода необходимость проведения предварительного охлаждения с целью получения положительного дроссель-эффекта применять эффективную теплоизоляцию выполнять высокие требования по очистке проводить принудительный процесс конверсии в целях сохранения жидкого параводорода длительное время выбирать материалы, которые хорошо работают в условиях низких температур, выполнять требования по герметизации оборудования и систем во избежание потерь газа и образования взрывоопасных концентраций в помещениях. [c.31] Для сжижения водорода этим методом необходимо, чтобы ] Т нв. Чем ниже температура предварительного охлаждения Т , тем выше коэффициент сжижения X и, следовательно, экономическая эффективность цикла. Наиболее подходящим криоагентом для предварительного охлаждения водорода является жидкий азот, кипящий в вакууме при температуре 65 К. Из уравнения теплового баланса можно определить коэффициент сжижения X = ( 8 — 4)/(4 — Термодинамически более рациональной является схема с двумя уровнями предварительного охлаждения (рис. 25 и 26). В ванне АТ2 азот кипит при атмосферном давлении Т = 80 К), а в АТ4 — в вакууме Т = 65 К). Такой цикл позволяет уменьшить расход азота. [c.32] Циклы для получения жидкого гелия с дросселированием, с расширением в детандере, комбинированные и каскадные). Подобно жидкому водороду, жидкий гелий долгое время получали только в лабораторных условиях в небольших количествах. В настоящее время гелий широко используют в науке и технике, поэтому существует большое число гелиевых ожижителей и рефрижераторов, предназначенных для охлаждения сверхпроводящих систем, криогенных вакуум-насосов, квантовых генераторов, а также различных приборов и аппаратуры. [c.34] Применение дросселирования для сжижения гелия осложнено тем, что его температура инверсии очень низкая (Тинв 40 К), следовательно, для предварительного охлаждения гелия необходим жидкий водород. Для начального охлаждения применяют жидкий азот. [c.35] Трехступенчатый цикл с предварительным охлаждением жидким криоагентом, расширением части потока в детандере и дросселированием, применяемый для сжижения водорода, также используют в ожижительных и рефрижераторных гелиевых установках. Первый гелиевый ожижитель с детандером был разработан П. Л. Капицей в 1934 г. [c.36] Наибольшее распространение получил цикл с расширением гелия в двух детандерах, широко используемый для крупных гелиевых ожижителей и рефрижераторов. По такому циклу работает крупная отечественная гелиевая установка КГУ-250-4,5 в ожижительном и рефрижераторном режимах. Принципиальная схема и процессы цикла с предварительным охлаждением гелия, расширением его в турбодетандерах и дросселированием приведены на рис. 31 и 32. [c.38] Сжатый в компрессоре К,М до давления = 1,6 МПа гелий в количестве 1 кг двумя потоками проходит теплообменники АТ1 и АТ1 и ванну жидкого азота АТ2, в которых охлаждается от Тг до Т4. В теплообменнике АТ1 гелий охлаждается только парами азота. При работе в рефрижераторном режиме жидкий азот не используют и теплообменник АТ1 не работает. Пройдя дальнейшее охлаждение в теплообменнике АТЗ (процесс 4—5), прямой поток гелия в состоянии, характеризуемом точкой 5, делится на две части. [c.38] Первая часть (1 — М) кг идет в турбодетандер Д1, где расширяется от давления уОз до давления уОцр = 0,8 МПа (процесс 5—17), и ее температура понижается до 38 К. Затем она охлаждается в теплообменнике АТЗ, расширяется в турбодетандере Д2 от давления рпр до давления р = 0,12 МПа (процесс 7 —15 ) с понижением температуры до Т15 = 10 К и поступает в обратный поток за теплообменником А Тб. Вторая часть гелия проходит охлаждение в теплообменниках АТ4 (процесс 5—6), АТЗ (процесс 6—7), АТ6 (процесс 7—8), АТ7 (процесс 8—9), дросселируется вентилем ВИ2 от давления Р2 до давления 0,65 МПа, проходит теплообменник АТ8 и вторично дросселируется вентилем ВЯ5 до давления Р1 = 0,13 МПа (процесс 11—12). [c.38] Парожидкостная смесь направляется в сборник АК, из которого сжиженный гелий X кг через вентиль ВН5 выводится из системы к потребителю в виде продукта, а несжиженный гелий (М — X) кг — в виде обратного потока последовательно подогревается во всех теплообменниках, кроме АТ7 и АТ2, и возвращается во всасывающий коллектор компрессора КМ. [c.38] При рефрижераторном режиме поток М кг после охлаждения в теплообменнике АТ8 делится на две части небольшая доля дросселируется в сборник А К вентилем ВИЗ, а большая часть, охладившись в змеевике сборника АК, через вентиль ВН4 идет к потребителю АТ9, там подогревается и, возвратившись, поступает в обратный поток теплообменника АТ8. При такой организации цикла в турбодетандеры поступает значительный поток гелия, что улучшает характеристики этих машин. Установка КГУ-250-4,5 перерабатывает 1200 м /ч гелия, при этом сжижается 90 л/ч гелия в рефрижераторном режиме холодопроизводительность установки равна 250 Вт. [c.38] Вернуться к основной статье