Получение и производство промышленных газов. Кислородно-компресорный цех

Процесс получения кислорода происходит следующим образом. Воздух, засасываемый компрессором, проходит через фильтр, заполненный кольцами Рашига, смоченными висциновым маслом, и очищенный от механических примесей и пыли поступает в первую ступень компрессора. Воздух после каждой ступени компрессора проходит промежуточные холодильники с маслоотделителями. В верхней части декарбонизатора находится сепаратор, в котором воздух освобождается от щелочного раствора, а затем направляется в щелочеуловитель, где выпадают капельки щелочи, уносимой воздухом из декарбонизатора. Далее воздух сжимается последовательно в третьей и четвертой ступенях компрессора.

Кислородный цех специализируется на выпуске технических газов: кислорода, аргона, жидкого азота, сжатого воздуха. Готовая продукция цеха поставляется в баллонах, специальных транспортных цистернах и автомобильных установках в соответствии с требованиями к перевозке опасных грузов.

Продукцией кислородного цеха обычно обеспечивают потребность того предприятия, в состав которого входит цех. Если же кислород отпускают другим потребителям и он является основной товарной продукцией, то в этом случае организуют самостоятельное предприятие, являющееся кислородным заводом.

Всякие простои и перерывы в процессе получения кислорода ведут к нарушению нормального режима работы кислородной установки, способствуют более быстрому замерзанию аппарата, вызывают дополнительные потери времени на восстановление режима и пр.

Основные характеристики установки

Тип воздухоразделительной установки- схема с частичным производством под давлением с криогенным насосом. Производительность составляет 1908 т/д, а производство жидкости составляет 47 т/д воздуха.

Энергоресурсы, подающиеся на установку: влажный воздух, охлаждающая и подпиточная воды, электричество, технический газообразный воздух (только для пуска) и продувочный газообразный азот.

Энергоресурсом, поступающим из установки, является технический газообразный воздух.Продуктами производства являются: газообразный кислород низкого давления, газообразный кислород высокого давления, жидкий кислород, газообразный азот среднего давления, газообразный азот низкого давления, жидкий азот, жидкий аргон, смесь He-Ne, смесь Kr-Xe и воздух КИП.

Общие данные

Воздух подается на границу проектирования от существующих воздушных компрессоров. Установка по производству кислорода содержит один блок разделения воздуха с блоком комплексной очистки воздуха и системой предварительного охлаждения. Схема процесса основана на принципе частичного внутреннего цикла сжатия. Процесс и технология соответствует самой передовой и образцовой международной практике.

Предложенная воздухоразделительная установка может быть в основном разделена на следующие технологические единицы:

1 концевой холодильник

1 технологическая воздушно/водяная башня с холодильной машиной 1/2/3), азотно/водяная башня и насосы воды

1 блок очистки воздуха с двойным слоем алюмината и молекулярных сит

1 воздушный бустер компрессор

1 электрический регенерационный

1 комплект холодных блоков для разделения N2/O2/Ar в основном включающих:

1 линию теплообменников;

1 турбодетандер с бустером и концевым холодильником;

1 конденсатор сырого аргона;

1 переохладитель жидкости;

1 He/Ne конденсатор;

1 конденсатор чистого аргона;

1 испаритель чистого аргона;

1 испаритель;

1 Kr/Xe испаритель;

2а насоса жидкого кислорода;

2а насоса жидкого кислорода;

1 насос жидкого кислорода;

1 насос сырого, жидкого аргона;

2а фильтра кислорода.

1 колонна среднего давления;

1 колонна низкого давления;

1 колонна чистого азота;

1 колонна смеси сырого аргона;

1 колонна чистого аргона;

1 колонна бедной смеси Kr/Xe;

1 колонна He/Ne.

В дополнение установка включает в себя следующее дополнительное оборудование:

КИП и Система Управления

нагреватель для отогрева;

Хранилища для жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона и станцию наполнения баллонов.

В дореволюционное время наша страна располагала 21 импортной кислородной установкой общей производительностью 530 кислорода в час. Первая отечественная кислородная установка производительностью 100 м3/час была изготовлена в 1932 г. Московским автогенным заводом.
В тридцатых годах в России был освоен выпуск стационарных установок производительностью 30 м3/час, установок жидкого кислорода производительностью 250 л/час, автомобильных установок жидкого кислорода производительностью 7 л/час. а в предвоенные годы были спроектированы, изготовлены и введены в эксплуатацию первые крупные установки, позволившие получать с каждого агрегата по 5000 м3/час воздуха, обогащенного кислородом до 60%.
Мощность всех установок по Советскому Союзу, построенных в послевоенный период, к 1960 г. намечено довести до 460 тыс. м3/час. Реализация этой программы позволит нашей стране выйти на первое место в мире по объему и технике производства кислорода, а также по количеству кислорода, применяемого в металлургии.
Уместно отметить, что ФРГ производит 350 000 м3/час кислорода, а общая производительность кислородных станций США в 1952 г. оценивалась в 200-250 тыс. м3/час, включая 4 установки фирмы «Стесси Дрессер» мощностью по 29 тыс. м3/час каждая, которые в дальнейшем были законсервированы вследствие их неработоспособности. В настоящее время, по литературным данным, в США эксплуатируются агрегаты производительностью до 5000 м3/час.
В России успешно завершена работа по созданию новых эффективных типов кислородных установок и тем обеспечена возможность широкого промышленного применения кислорода в ведущих отраслях производства.
Советским ученым и инженерам принадлежит приоритет получения кислорода методом разделения составных частей воздуха - глубоким охлаждением; это направление является в настоящее время основным в создании крупных кислородных и азотных установок как у нас, так и за границей. В частности, все мощные станции, сооружаемые для интенсификации процессов в нашей черной и цветной металлургии, будут работать по этому методу, основанному на различной температуре кипения жидкого кислорода (-182,9°) и жидкого азота (-195,8°). Процесс получения кислорода состоит в получении жидкого воздуха сжатием атмосферного воздуха компрессорами, последующего его расширения с отдачей производимой при этом работы в детандерах, ректификации с разделением на кислород и азот, причем первый может быть выдан в виде газа или жидкости.
При обогащении воздуха кислородом считается нецелесообразным получение сравнительно чистого, дорогого кислорода в связи с неизбежным при высокой степени компрессии уменьшением производительности установки. Но получение кислорода чистотою ниже 90% также считается нецелесообразным, так как в этом случае значительно увеличиваются размеры и стоимость оборудования установок. Изменение стоимости кислорода с увеличением степени его чистоты ориентировочно характеризуется следующими данными:

В России создана кислородная установка БР-1 производительностью 12-18 тыс. м3/час кислорода. Такой агрегат смонтирован на Ново-Тульском металлургическом заводе и действует безотказно, заменяя в отдельные периоды шесть установок типа КТ-3600 и КТ-2400. Он расходует на 60% меньше энергии, чем агрегат американской фирмы «Стесси Дрессер», и на 30% меньше, чем агрегаты фирмы «Линде»; штат обслуживающего персонала БР-1 в 5 раз, а расход металла на 40% меньше по сравнению с лучшими заграничными установками.

Установки БР-1 и БР-3 создали надежную базу для широкого внедрения кислорода в различные отрасли народного хозяйства и явились основой для дальнейшего проектирования еще более мощных агрегатов производительностью 30-50 и даже 100 тыс. кислорода в час.
Тенденция разработки и освоения все более крупных установок по выработке кислорода обусловлена тем, что удельные (на 1 м3) капитальные затраты и себестоимость продукции резко понижаются с повышением производительности агрегата. Считается, что при увеличении производительности установки в 3 раза удельные капиталовложения сокращаются в 1,5 раза, а себестоимость продукта - кислорода, аргона - снижается примерно в 1,4 раза (рис. 2 и табл. 1).

Краткая характеристика установок для получения технологического кислорода, сооружаемых в России, приведена в табл. 2.
В тех случаях, когда потребность в техническом кислороде не велика и сооружать кислородную станцию нецелесообразно, он доставляется к месту потребления в баллонах, танках, железнодорожных цистернах или, наконец, по трубопроводу с соседних станций. Известно, например, что кислород применяется в настоящее время в Швеции для интенсификации металлургических процессов на 10 заводах, в то время как кислородная станция имеется только на заводе «Домнарвет» и на небольшом заводе, где производительность кислородной установки составляет всего лишь 315 м3/час, а остальные заводы пользуются кислородом со стороны, получая его по трубопроводам, в танках и баллонах. 3 США примерно 75% всего производимого в стране кислорода поставляется в жидком виде. Транспортные танки, установленные на автомашинах, вмещают 1200 и 6000 л жидкого кислорода, что соответствует 1000 и 5100 газообразного кислорода; потери кислорода в танках составляют 0,1-0,3% в час. Железнодорожные кислородные цистерны изготовляются емкостью 10, 13,5 и 32 г жидкого кислорода; потери кислорода из цистерн составляют 3-5% в сутки.

Жидкий кислород, поступающий в танках или цистернах, переводят в газообразное состояние в специально сооружаемых испарительных станциях, состоящих из стационарных танков, газификаторов и приемников газообразного кислорода (газгольдеры) или газодувок для подачи кислорода непосредственно в технологический агрегат. При использовании кислорода, поступающего к месту потребления в баллонах, для удобства работы целесообразно применять рампу, к которой можно подключать, в зависимости от потребного количества кислорода, от нескольких штук до нескольких сот баллонов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:

Добавить

23.03.2019

Правильное обустройство освещение во многом определяет красоту придомовой территории. Осветительных приборов для установки на улице в продаже предлагается очень много....

22.03.2019

Одна из самых больших проблем в квартире – узкие темные коридоры. Как визуально расширить « темный тоннель» и сделать его уютнее?...

22.03.2019

Со временем гидроизоляция бассейнов может обнаружить неисправности из-за постоянных внутренних и внешних сил, воздействующих на него. Хотя эти трещины часто начинаются с...

22.03.2019

Для предотвращения разрушения несущих конструкций подвальных помещений, а также для устранения активных протеканий воды выполняется профессиональная гидроизоляция...

22.03.2019

Уход за приусадебным участком довольно хлопотное занятие. Но если не уделять ему должного внимания, газон быстро превратится в поле с сорняками....

22.03.2019

Респираторы являются надежной и простой защитой дыхательных органов от опасных газов, пыли и химических паров. Данные приспособления способны защитить дыхательные органы...

20.03.2019

Чтобы составить объективное заключение, касательно возможности осуществления намеченного строительного проекта и его безопасности в существующих геологических и...

20.03.2019

Наверняка большинство людей, проживающих на территории нашего государства, слышали о такой услуге, как приём металлолома в Москве, но далеко не все осознают, насколько...

Вложения : от 1 270 000 рублей

Окупаемость : от 10 месяцев

Специфика деятельности предприятий по изготовлению тяжелых металлов и ряда других химических заводов заключается в том, что они потребляют большое количество кислорода. Этот же ресурс нужен и другим отраслям. Однако не всегда действующим цехам по производству «искусственного воздуха» удается удовлетворить потребности покупателей. Поэтому бизнес в этой сфере станет источником стабильного, высокого дохода. Как добиться высот и реализовать бизнес-идею, вы узнаете из данной статьи.

Концепция бизнеса

Дело связано с открытием предприятия по производству кислорода из атмосферного воздуха с помощью специального оборудования – генератора.

Сфера применения кислорода велика, поэтому продукт всегда будет пользоваться спросом. Его покупают для медицинской отрасли, сварки и резки металлических заготовок, для искусственных водоемов при разведении рыбы, обеззараживания воды и т.д.

Что потребуется для реализации?

Для того, чтобы начать бизнес, необходимо найти подходящий участок, на котором будет располагаться будущее предприятие, построить производственный цех, закупить оборудование. Поскольку речь идет о взрывоопасном веществе, к помещению предъявляются повышенные требования. Прежде всего, цех должен располагаться в обособленном здании.

Главное, чтобы будущее предприятие соответствовало техническим нормам. Перед запуском производственного процесса помещение проходит экспертизу. При соответствии площади заявленным требованиям выдается соответствующее разрешение.

Для помещения необходимо обеспечить усиленную пожарную защиту. Еще одно обязательное условие – наличие электроэнергии 280 или 380 Вт, как того требует стандартное кислородное оборудование.

Общая сумма расходов на строительство и обустройство цеха составит примерно 400 000 рублей.

Главным прибором, с помощью которого вы будете получать «искусственный воздух», служит генератор.

На стоимость генератора влияет его мощность. Судить о производительности оборудования можно по количеству кислорода нужной концентрации, которое агрегат выдаст за 60 минут работы при полной загруженности.

Например, китайский прибор, производительностью 10 м³ за час будет стоить около 350 000 рублей. А генератор этой же фирмы, только производительностью 100 м³ в час обойдется в 30 000 000 рублей. Понятно, что на начальном этапе развития «кислородного бизнеса» вкладываться в супердорогой агрегат не имеет смысла. Даже несмотря на то, что кроме кислорода, он еще производит азот.

Если продукт вы будете добывать из баллонного воздуха, кроме основного оборудования потребуется покупать баллоны со сжатым воздухом, очищенным от посторонних соединений и испарений воды. Стоимость одного составляет около 5 000 рублей. Однако тут не обошлось без плюсов. Израсходовав сжатый воздух, в тару можно закачать готовый кислород.

Если вы хотите самостоятельно наладить производство воздуха, нужно будет купить компрессор большой мощности. Такое устройство стоит недорого, поэтому на расходы существенно не повлияет. Потребление воздуха генератором в 13-15 раз превышает количество производимого им кислорода. Например, оборудование производительностью 10 м³ кислорода за час будет потреблять около 130 м³ воздуха. Можете сами посчитать, что для вас выгоднее покупать баллоны со сжатым воздухом или производить его самостоятельно. Понятно, что второй вариант будет лучше, хотя и потребует дополнительных инвестиций. Так, компрессор будет стоить примерно 10 000 рублей, а вот осушитель и система фильтров выйдут в несколько раз дороже (примерно 60 000 рублей и 350 000 рублей, соответственно).

Если вы не планируете обеспечить кислородом несколько регионов страны, то часть оборудования можете взять в долгосрочную аренду. Или купить совсем недорогой генератор, производительность которого не превысит 3,5 м³ за час.

Для среднестатистического предприятия достаточно генератора стоимостью 350 000 рублей. В дальнейшем можно расширить масштабы деятельности, закупить оборудование большей мощности и производительности.

Производство кислорода – тот бизнес, который регламентируется рядом документов, ГОСТами и Техническими условиями. Несмотря на это, особых сложностей при оформлении бумаг возникнуть не должно. Для открытия бизнеса потребуется предоставить:

• заявление соответствующего образца;
• если выбран вид субъекта ООО, то заверенные нотариально копии учредительных документов;
• для ИП и ООО – копии документов о регистрации предприятия и ОГРН (нотариально заверенные);
• документы, которые подтверждают право сотрудников работать в данной области.

Расходы на оформление всей документации составят примерно 5 000 рублей.

С кислородной установкой по силам справиться одному человеку, даже не имеющему знаний и навыков в данной области. Монтаж и настройку оборудования можно доверить подрядчикам. Однако в цех потребуется принять мастера-технолога или инженера, имеющего соответствующее образование. Вести бухгалтерию и заниматься поиском клиентов может руководитель фирмы самостоятельно.

Производство кислорода – тот вид бизнеса, который лучше всего рекламировать не через интернет и средства массовой информации, а напрямую общаясь с потенциальными клиентами. Для этого потребуется провести анализ рынка в населенном пункте, выявить предприятия, которые используют чистый кислород в своей деятельности, заключить с ними договоры, рассчитанные на долгосрочную перспективу.

Пошаговая инструкция запуска

1. Регистрация.
2. Помещение.
3. Оборудование и материалы
4. Итак, из оборудования нужно купить (примерная стоимость указана в рублях): генератор (концентратор) кислорода – 350 000; компрессор – 10 000; осушитель – 50 000; систему фильтров – 350 000; пустые баллоны для готового кислорода – 100 000. Итого расходы на оборудование составят примерно 860 000 рублей.
5. Персонал.
6. Реклама.

Финансовые расчеты

Стартовый капитал

Расходы, связанные с запуском цеха по производству кислорода, представлены в таблице

Ежемесячные расходы

Сколько можно заработать?

Чистая прибыль будет зависеть от того, какой способ производства кислорода применялся. Например, если изготавливался продукт из баллонного воздуха, то рентабельность составит около 100%, а если основным компонентом был атмосферный воздух, то 150%. Уже на втором месяце работы предприятие выйдет на стабильную чистую прибыль в размере 150 000 рублей.

Сроки окупаемости

Вложенные инвестиции полностью окупятся за 10-12 месяцев.

Особенности бизнеса

Главное преимущество бизнеса, связанного с производством кислорода – отсутствие необходимости комплектовать штат из большого количества работников. Установку сможет обслуживать один сотрудник.

Что касается возможных рисков, то они зависят от работоспособности оборудования. При выходе из строя хотя бы одной машины остановится весь процесс.

Заключение

Вложения в такой бизнес с большой вероятностью окупятся, а доход станет постоянным и высоким. Главное – придерживаться инструкции запуска и дальнейшего ведения бизнеса.

Для получения технически чистого кислорода воздух подвергается глубокому охлаждению и сжижается (температура кипения жидкого воздуха при атмосферном давлении - 194,5°). Полученный жидкий воздух подвергается дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной разности (около 13°) в температурах кипения жидких азота (-196°) и кислорода (-183°).

Воздух, засасываемый многоступенчатым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, затем проходит последовательно ступени компрессора (на фигуре изображён четырёхступенчатый компрессор). За каждой ступенью компрессора давление воздуха возрастает и доводится до 50-220 атм в зависимости от системы установки и стадии производства. После каждой ступени компрессора воздух проходит влагоотделитель, где осаждается вода, конденсирующаяся при сжатии воздуха, и водяной холодильник, охлаждающий воздух и отнимающий тепло, образующееся при сжатии. Между второй и третьей ступенями компрессора для поглощения углекислоты из воздуха включается аппарат - декарбонизатор, заполняемый водным раствором едкого натра. Сжатый воздух из компрессора проходит осушительную батарею из баллонов, заполненных кусковым едким натром, поглощающим влагу и остатки углекислоты. Возможно полное удаление влаги и углекислоты из воздуха имеет существенное значение, так как замерзающие при низких температурах вода и углекислота забивают трубки кислородного аппарата сравнительно малого сечения и заставляют прекращать работу установки, останавливая её на оттаивание и продувку кислородного аппарата.

Пройдя осушительную батарею, сжатый воздух поступает в так называемый кислородный аппарат, где происходит охлаждение и сжижение воздуха и его ректификация с разделением на кислород и азот. Нормальный кислородный аппарат включает две ректификационные колонны, испаритель, теплообменник, дроссельный вентиль. Сжатый воздух охлаждается в теплообменнике отходящими из аппарата кислородом и азотом, дополнительно охлаждается в змеевике испарителя, после чего проходит дроссельный вентиль, расширяясь и снижая давление. Вследствие эффекта Джоуля-Томсона температура воздуха при расширении резко падает и происходит его сжижение.

Жидкий воздух испаряется в процессе ректификации, процесс испарения и отходящие газообразные продукты ректификации - азот и кислород - охлаждают новые порции сжатого воздуха, поступающего из компрессора, и т.д. Газообразный азот чистотой 96-98% обычно не используется и из теплообменника выпускается в атмосферу. Газообразный кислород чистотой 99,0-99,5% направляется в резиновый газгольдер, откуда засасывается кислородным компрессором и подаётся для наполнения кислородных баллонов под давлением 150 атм.

Установка работает непрерывно круглосуточно до замерзания аппарата или появления каких-либо неисправностей, требующих остановки для ремонта. По замерзании аппарата работа прекращается и начинается период отогрева аппарата тёплым воздухом, подаваемым компрессором. По окончании отогрева производятся продувка аппарата, необходимый текущий ремонт, и установка готова к новому пуску.

Полный производственный цикл установки называется кампанией, нормальная продолжительность которой около 600 час, из них полезной работы с выдачей кислорода 550-560 час. В пусковой период, когда требуется интенсивное охлаждение аппарата и скорейшее создание запаса жидкого воздуха, компрессор подаёт воздух под давлением около 200 атм, когда же устанавливается нормальный ход процесса, расход холода уменьшается и рабочее давление компрессора снижается до 50-80 атм. Сказанное относится к получению из аппарата газообразного кислорода, который уносит с собой немного холода из аппарата, отдавая большую часть холода в испарителе и теплообменнике аппарата. В настоящее время часто значительная часть кислорода отбирается из аппарата в жидком виде. С жидким кислородом, имеющим температуру -183°, из аппарата уносится много холода, и для возможности нормальной работы установки необходимо усилить охлаждение системы. Это достигается двумя путями: 1) повышением рабочего давления воздушного компрессора; 2) совершением внешней работы при расширении воздуха.

При работе установки для получения жидкого кислорода рабочее давление воздушного компрессора поддерживается около 200 атм. на протяжении всей кампании, вместо 50-80 атм., достаточных для производства газообразного кислорода. При производстве жидкого кислорода сжатый воздух из компрессора разделяется на два примерно одинаковых потока, один из которых направляется непосредственно в кислородный аппарат, как было описано выше, другой же предварительно поступает в специальную поршневую машину, так называемую расширительную машину или детандер. В детандере поступающий сжатый воздух расширяется, совершая внешнюю работу, и снижает давление с 200 до 6 атм. Расширение в детандере с совершением внешней работы охлаждает воздух значительно сильнее, чем расширение в дроссельном вентиле кислородного аппарата за счёт эффекта Джоуля-Томсона. Воздух охлаждается на выходе из детандера примерно до -120° и поступает в кислородный аппарат, смешиваясь с частью воздуха, поступающего в кислородный аппарат помимо детандера. Указанные изменения позволяют непрерывно отбирать жидкий кислород из аппарата без нарушения процесса производства.

Транспортирование и хранение кислорода

Производство кислорода из воздуха ведётся непрерывно круглосуточно, в малых масштабах оно нерентабельно. Обычно лишь предприятия с большим потреблением кислорода, не менее 400 - 500 м 3 в сутки, могут иметь собственные кислородные установки, основная же масса потребителей со средним и малым потреблением кислорода получает его со специальных кислородных заводов. Поэтому существенное значение приобретает транспорт и хранение кислорода, часто обходящиеся дороже его производства. Кислород обычно хранится и транспортируется в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 атм.

Кислородный баллон представляет собой цилиндр со сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживается башмак, позволяющий ставить баллон вертикально. На горловину насаживается кольцо с резьбой для навёртывания защитного колпака. Горловина имеет внутреннюю коническую резьбу для ввёртывания вентиля.

По ГОСТ баллоны изготовляются из стальных цельнотянутых труб углеродистой стали с пределом прочности не ниже 65 кг/мм2, пределом текучести не ниже 38 кг/мм2 и относительным удлинением не ниже 12%. Кислородные баллоны изготовляются для разных целей ёмкостью от 0,4 до 50 л. В сварочной технике применяются главным образом баллоны ёмкостью 40 л. Такой баллон имеет наружный диаметр 219 мм, длину корпуса 1390 мм, толщину стенки 8 мм; весит баллон без кислорода около 67 кг.

Баллоны из углеродистой стали для рабочего давление 150 атм имеют вес тары 1,6-1,7 кг! л ёмкости, В последнее время начато освоение баллонов из легированных сталей с пределом прочности 100-120 кг/мм2, что даёт возможность повысить рабочее давление баллонов и снизить их вес в 2-2,5 раза для той же ёмкости и рабочего давления. Чтобы избежать опасных ошибок при наполнении и использовании, баллоны для разных газов окрашиваются в различные цвета, кроме того, присоединительный штуцер запорного вентиля имеет различные размеры и устройство. Кислородные баллоны окрашиваются снаружи в голубой цвет и имеют надпись чёрными буквами кислород. Через каждые пять лет кислородный баллон подвергается обязательному испытанию в присутствии инспектора Котлонадзора, что отмечается клеймом, насекаемым на верхней сферической части баллона. Производится также гидравлическое испытание на полуторное рабочее давление, т.е. на 225 атм. Вентиль кислородного баллона изготовляется из латуни. Присоединительный штуцер вентиля имеет правую трубную резьбу 3/4, Во время хранения вентиль защищается предохранительным колпаком, который навёртывается на наружное кольцо горловины баллона. Баллон, заполненный кислородом под давлением 150 атм, при нарушении правил обращения с ним может дать взрыв значительной разрушительной силы. Поэтому при обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать установленные правила безопасности. В особо ответственные или опасные цехи рекомендуется вообще не вносить кислородных баллонов, а располагать их вне цеха в отдельной пристройке, и подавать в цех по трубопроводу редуцированный кислород пониженного давления, обычно 10 атм.

Простейшая пристройка в форме железного шкафа у наружной стены. Обычно в цехе не должно находиться одновременно более 10 баллонов. В цехе баллоны должны прикрепляться хомутом или цепью к стене, колонне, стойке и т.п. для устранения возможности падения. На территории завода баллоны нужно переносить на носилках или лучше перевозить на специальных тележках; переносить баллоны на руках или на плечах запрещается. При перевозке баллонов на автомашинах или подводах необходимо обязательно применять деревянные подкладки, устраняющие перекатывание и соударения баллонов. Погрузка и выгрузка баллонов должны производиться осторожно, без толчков и ударов. Баллоны необходимо защищать от нагревания, например от печей, вызывающего опасное повышение давления газа в баллонах.

Для возможности пользования жидким кислородом необходимы: 1) транспортный танк для перевозки жидкого кислорода, установленный на автомашине, обычно принадлежащий кислородному заводу; 2) газификатор, служащий для превращения жидкого кислорода в газообразный и устанавливаемый обычно у потребителя кислорода.

поликристаллический кислород полупроводниковый кремний

Атмосферный воздух представляет собой смесь, содержащую по объёму кислорода 20,93% и азота 78,03%, остальное - аргон и другие газы нулевой группы, углекислота и пр. Указанные цифры относятся к осушенному воздуху без влаги. Содержание водяных паров в воздухе может меняться в широких пределах в зависимости от температуры и степени насыщения. Для получения технически чистого кислорода воздух подвергается глубокому охлаждению и сжижается (температура кипения жидкого воздуха при атмосфер­ном давлении-194,5°). Полученный жидкий воздух подвергается дробной перегонке или ректификации в ректификационных колон­нах. Возможность успешной ректификации основывается на доволь­но значительной" разности (около 13°) в температурах кипения жид­ких азота (-196°) и кислорода (-183°).

Схема заводской установки для производства кислорода из воз­духа показана на фиг. 118. Воздух, засасываемый многоступенча­тым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, затем проходит последовательно ступени ком­прессора (на фигуре изображён четырёхступенчатый компрессор). За каждой ступенью компрессора давление воздуха возрастает и доводится до 50-220 атм в зависимости от системы установки и стадии производства. После каждой ступени компрессора воздух

проходит злагоотделитель, где осаждается зода, конденсирующаяся при сжатии воздуха, и водяной холодильник, охлаждающий воздух и отнимающий тепло, образующееся при сжатии. Между второй и третьей ступенями компрессора для поглощения углекислоты из воздуха включается аппарат - декарбонизатор, заполняемый вод­ным раствором едкого натра. Сжатый воздух из компрессора про­ходит осушительную батарею из баллонов, заполненных кусковым едким натром, поглощающим влагу и остатки углекислоты. Воз­можно полное удаление влаги и углекислоты из воздуха имеет су­щественное значение, так как замерзающие при низких температу­рах вода и углекислота забивают трубки кислородного аппарата сравнительно малого сечения и заставляют прекращать работу установки, останавливая её на оттаивание и продувку кислородного аппарата.

Пройдя осушительную батарею, сжатый воздух поступает в так называемый кислородный аппарат, где происходит охлаждение и сжижение воздуха и его ректификация с разделением на кислород и азот. Нормальный кислородный аппарат включает две ректифи­кационные колонны, испаритель, теплообменник, дроссельный вен­тиль. Сжатый воздух охлаждается в теплообменнике отходящими из аппарата кислородом и азотом, дополнительно охлаждается в змеевике испарителя, после чего проходит дроссельный вентиль, расширяясь и снижая давление. Вследствие эффекта Джоуля-Том­сона температура воздуха при расширении резко падает и про­исходит его сжижение.

Жидкий воздух испаряется в процессе ректификации, процесс - испарения и отходящие газообразные продукты ректификации ■- азот и кислород - охлаждают новые порции сжатого воздуха, по­ступающего из компрессора, и т. д. Газообразный азот чистотой 96-98% обычно не используется и из теплообменника выпускается в атмосферу. Газообразный кислород чистотой 99,0-99,5% направ­ляется в резиновый газгольдер, откуда засасывается кислородным компрессором и подаётся для наполнения кислородных баллонов под давлением 150 атм.

Установка работает непрерывно круглосуточно до замерзания аппарата или появления каких-либо неисправностей, требующих остановки для ремонта. По замерзании аппарата работа прекра­щается и начинается период отогрева аппарата тёплым воздухом, подаваемым компрессором. По окончании отогрева производятся продувка аппарата, необходимый текущий ремонт, и установка го­това к новому пуску.

Полный производственный цикл установки называется «кампа­нией», нормальная продолжительность которой около 600 час., из них полезной работы с выдачей кислорода 550-560 час. В пуско­вой период, когда требуется интенсивное охлаждение аппарата и скорейшее создание запаса жидкого воздуха, компрессор подаёт воздух под давлением около 200 атм, когда же устанавливается нормальный ход процесса, расход холода уменьшается и рабочее давление компрессора снижается до 50-80 атм. Сказанное отно-

сится к получению из аппарата газообразного кислорода, который уносит с собой немного холода из аппарата, отдавая большую часть холода в испарителе и теплообменнике аппарата. В настоящее вре­мя часто значительная часть кислорода отбирается из аппарата в жидком виде. С жидким кислородом, имеющим температуру -183°, из аппарата уносится много холода, и для возможности нормаль­ной работы установки необходимо усилить охлаждение системы. Это достигается двумя путями: 1) повышением рабочего давления воздушного компрессора; 2) совершением внешней работы при рас­ширении воздуха.

При работе установки для получения жидкого кислорода рабо­чее давление воздушного компрессора поддерживается около 200 атм на протяжении всей кампании, вместо 50--80 атм, доста­точных для производства газообразного кислорода. При производ­стве жидкого кислорода сжатый воздух из компрессора разделяется на два примерно одинаковых потока, один из которых направляется непосредственно в кислородный аппарат, как было описано выше, другой же предварительно поступает в специальную поршневую машину, так называемую расширительную машину или детандер. В детандере поступающий сжатый воздух расширяется, совершая внешнюю работу, и снижает давление с 200 до 6 атм. Расширение в детандере с совершением внешней работы охлаждает воздух зна­чительно сильнее, чем расширение в дроссельном вентиле кисло­родного аппарата за счёт эффекта Джоуля-Томсона. Воздух охлаж­дается на выходе из детандера примерно до -120° и поступает в кислородный аппарат, смешиваясь с частью воздуха, поступающего в кислородный аппарат помимо детандера. Указанные изменения позволяют непрерывно отбирать жидкий кислород из аппарата без нарушения процесса производства.

1 м3 кислорода при 760 мм рт. ст. и 0° весит 1,43 кг, а при 20° - 1,31 кг.

1 л жидкого кислорода весит 1,13 кг и, испаряясь, образует 0,79 м3 газообразного кислорода при 0° и 760 мм рт. ст. 1 кг жид­кого кислорода занимет объём 0,885 л и, испаряясь, образует 0,70 м3 газообразного кислорода при 0° и 760 мм рт. ст. Техниче­ские данные стандартных кислородных установок, изготовляемых в Советском Союзе, приведены в табл. 15.

Установки на 5 и 30 м3/час изготовляются не только стацио­нарными, но и передвижными.

В последние годы в Советском Союзе академик П. Л. Капица разработал новый процесс производства кислорода из воздуха. От всех существующих этот способ отличается низким рабочим давле­нием сжатого воздуха, всего 6 атм. Сжатие воздуха производится турбокомпрессором, основным производителем холода служит турбо­детандер, предварительное охлаждение воздуха производится в ре­генераторах. Установка даёт жидкий кислород.

По действующему в СССР стандарту технический кислород 1-го сорта для сварки и резки металлов должен иметь степень чистоты не ниже 99%.

Таблица 15 Технические данные кислородных установок, изготовляемых в СССР Наименование показателей Кислородные установки Производительность установки: а) газообразного кислорода в м31час б) жидкого кислорода в кг/час. . Количество воздуха, перерабатывае­мого компрессором (для 20° и 760 мм рт. ст.) в м31час....................................................... Рабочее давление воздушного ком­прессора в атм: а) для установившегося производ­ства газообразного кислорода. б) в пусковой период и для произ­водства жидкого кислорода. . . Мощность приводного мотора ком­прессора в кет............................................................ Расход электроэнергии в квт-час: а) на 1 л& газообразного кислорода б) на 1 кг жидкого кислорода. . .

Производство кислорода из воздуха ведётся непрерывно круг­лосуточно, в малых масштабах оно нерентабельно. Обычно лишь предприятия с большим потреблением кислорода, не менее 400- 500 ж3 в сутки, могут иметь собственные кислородные установки, основная же масса потребителей со средним и малым потреблением кислорода получает его со специальных кислородных заводов. По­этому существенное значение приобре­тает транспорт и хранение кислорода, часто обходящиеся дороже его произ­водства. Кислород обычно хранится и транспортируется в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 атм.

Кислородный баллон (фиг. 119) представляет собой цилиндр со сфериче­ским днищем и горловиной для крепле­ния запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживается башмак, позволяющий ставить баллон верти­кально. На горловину насаживается кольцо с резьбой для навёртывания защитного колпака. Горловина имеет

внутреннюю коническую резьбу для ввёртывания вентиля. По ГОСТ баллоны изготовляются из стальных цельнотянутых труб углероди­стой стали с пределом прочности не ниже 65 кг/мм2, пределом теку­чести не ниже 38 кг! мм2 и относительным удлинением не ниже 12%. Кислородные баллоны изготовляются для разных целей ёмкостью от 0,4 до 50 л. В технике применяются главным образом бал­лоны ёмкостью 40 л. Такой баллон имеет наружный диаметр 219 мм, длину корпуса 1390,лш, толщину стенки 8 мм; весит баллон без кисло­рода около 67 кг.

Баллоны из углеродистой стали для рабочего давление 150 атм имеют вес тары 1,6-1,7 кг/л ёмкости. В последнее время начато освоение баллонов из легированных сталей с пределом прочности 100-120 кг/мм2, что даёт возможность повысить рабочее давление баллонов и снизить их вес в 2-2,5 раза для той же ёмкости и ра­бочего давления. Чтобы избежать опасных ошибок при наполнении и использовании, баллоны для разных газов окрашиваются в раз­личные цвета, кроме того, присоединительный штуцер запорного вентиля имеет различные размеры и устройство. Кислородные бал­лоны окрашиваются снаружи в голубой цвет и имеют надпись чёр­ными буквами кислород. Через каждые пять лет кислородный бал­лон подвергается обязательному испытанию в присутствии инспек­тора Котлонадзора, что отмечается клеймом, насекаемым на верх­ней сферической части баллона. Производится также гидравличе­ское испытание на полуторное рабочее давление, т. е. на 225 атм. Вентиль кислородного баллона изготовляется из латуни. Присоеди­нительный штуцер вентиля имеет правую трубную резьбу Во время хранения вентиль защищается предохранительным колпаком, который навёртывается на наружное кольцо горловины баллона. Баллон, заполненный кислородом под давлением 150 атм, при на­рушении правил обращения с ним может дать взрыв значительной разрушительной силы. Поэтому при обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать установленные правила безопасности. В особо ответственные или опасные цехи рекомен­дуется вообще не вносить кислородных баллонов, а располагать их вне цеха в отдельной пристройке, и подавать в цех по трубо­проводу редуцированный кислород пониженного давления, обычно 10 атм.

Простейшая пристройка в форме железного шкафа у наружной стены цеха показана на фиг. 120. Обычно в цехе не должно нахо­диться одновременно более 10 баллонов. В цехе баллоны должны прикрепляться хомутом или цепью к стене, колонне, стойке и т. п. для устранения возможности падения. На территории завода бал­лоны нужно переносить на носилках или лучше перевозить на спе­циальных тележках; переносить баллоны на руках или на плечах запрещается. При перевозке баллонов на автомашинах или подво­дах необходимо обязательно применять деревянные подкладки, устраняющие перекатывание и соударения баллонов. Погрузка и выгрузка баллонов должны производиться осторожно, без толчков и ударов. Баллоны необходимо защищать от нагревания, например

от печей, вызывающего опасное повышение давления газа в бал­лонах. При работах летом на открытом воздухе в солнечную пого­ду следует прикрывать кислородные баллоны мокрым брезентом. Нельзя допускать загрязнения баллона, в особенности его вен­тиля, маслами и жирами, кото­рые самовозгораются в кислоро­де, что может привести к взрыву баллона. Баллоны с кислородом должны храниться в специально отведенных отдельных складах.

Транспортирование газообраз­ного кислорода в баллонах об­ходится дорого, иногда дороже стоимости самого кислорода.

Нормальный баллон ёмкостью 40 л, весящий около 67 кг, вме­щает 4x150 = 6000 л = 6 м3 ки­слорода, весящего всего 6х 1,3=

7,8 кг, так что на вес полезно - го груза 7,8 кг приходится пере-

возить тару 67 кг, т е. вес тары ФнГ ш пристройка для кислород-

составляет почти 90%, а полез - ных баллонов,

ный груз-10%. Если учесть

ещё содержание, ремонт и амортизацию баллонов, то часто стои­мость кислорода на месте у потребителя в два-гри раза превышает отпускную его стоимость на кислородном заводе. Поэтому значи­тельный экономический интерес представляет доставка кислорода с кислородного завода потребителям в жидком виде, при котором вес тары составляет около 50% общего веса груза, и при том же весе перевозимого груза доставляется жидкого кислорода в пять раз больше, чем при перевозке его в газообразном виде.

Для возможности пользования жидким кислородом необходимы:

1) транспортный танк для перевозки жидкого кислорода, установ­ленный на автомашине, обычно принадлежащий кислородному за­воду; 2) газификатор, служащий для превращения жидкого кисло­рода в газообразный и устанавливаемый обычно у потребителя кислорода.

Транспортный танк для перевозки жидкого кислорода в основ­ном представляет собой шар из листовой латуни, заключённый в стальной кожух; пространство между шаром и кожухом запол­нено теплоизоляционным материалом - порошкообразной угле­кислой магнезией. Жидкий кислород заливается в танк через приёмно-спускной вентиль, заполняет латунный шар, а забирается из него через гибкий шланг, присоединённый к вентилю. Так как окружающая температура воздуха всегда выше его критической температуры, то жидкий кислород неизбежно испаряется, т. е. про­исходит непрерывная потеря кислорода в окружающую атмосферу вследствие испарения. При хорошем состоянии теплоизоляции танка
эта потеря может быть сведена до 0,3% в час. На случай повыше­ния давления танк снабжён предохранительным клапаном.

Потребители жидкого кислорода должны иметь газификаторы. Кислородные газификаторы разделяются на стационарные и пере­носные, а также на: а) низкого давления или холодные, подающие кислород в распределительную трубопроводную сеть при давлении до 15 атм, и б) высокого давления или тёплые, дающие кислород, для наполнения баллонов под давлением 150-165 атм.

Наиболее распространён на наших заводах стандартный стацио­нарный холодный газификатор ёмкостью 1000 л жидкого или 800 м3" газообразного кислорода. Газификатор устанавливается в отдельном помещении. Установка рассчитана на рабочее давление до 15 атм и состоит из газификатора, испарителя н реципиента. Газификатор" состоит из толстостенного стального шара, внутри которого поме­щается тонкостенный латунный шар для жидкого кислорода. Шар - газификатора находится в кожухе; пространство между кожу­хом и шаром заполняют магнезией, как в кислородных танках. На­полняется газификатор жидким кислородом из транспортного танка через вентиль и гибкий шланг. Из газификатора жидкий кислород поступает в змеевик испарителя и оттуда газообразный кислород направляется в сеть кислородных трубопроводов. Для вырав­нивания колебаний давления приключается рессивер ёмкостью - около 10 м3.

← Вернуться