Застосування холоду в нафтовій, газовій і хімічній промисловості

Загальна характеристика холодильних установок

Тут знаходяться найкрупніші споживачі холоду. Енергоспоживання деяких холодильних установок цих галузей досягає 30000кВт при холодовидатності 50000кВт. Така витрата енергії на вироблення холоду іноді істотно впливає на енергетичному балансі регіонів, де вони розташовані.

Тому важливо обґрунтовано вибирати Q₀, t_к, t₀ цих установок, а також вживане холодильне устаткування і технологічні схеми.

Вимоги, що пред'являються до холодильних установок даних галузей промисловості:

• велика холодовидатність вживаних холодильних машин – компресорів;
• висока надійність;
• великий ресурс роботи;
• допускати застосування дешевих холодоаґентів (звично це основні або побічні продукти на даному виробництві);
• можливість використання енергетичних ресурсів, які є на даному виробництві;
• максимальна автоматизація.

Цим вимогам якнайповніше відповідають паро-компресорні холодильні машини з турбо- і ґвинтовими компресорами, газомото-компресорами, а також холодильні машини абсорбції, що використовують:

• теплоту технологічних процесів;
• вторинні енергетичні ресурси;
• воду теплофікації від ТЕЦ.

Системи охолодження. Безпосереднє випаровування (звично найекономнїше) тут часто неприйнятно із-за великих відстаней між споживачами холоду і, відповідно, великих втрат на всмоктуючих трубопроводах, або із-за несумісності холодильного аґенту і технологічного продукту.

Холодильні аґенти. Часто це технологічні продукти (нормальні температури кипіння їх дані в дужках):

амоніак (-33,4°С), пропан (-42,1°С), метан (-161,6°С), етан (-88,5°С), етилен (-103,2°С), і-бутан (-14,1°С), н-бутан (-0,5°С).

Там, де заборонено застосування вибухонебезпечних речовин, використовують фреонові холодильні установки з вторинними холодоносіями.

Холодоносії. Використовують водні розчини хлористого натрію, хлористого кальцію, кальцієвої селітри, етиленгліколя.

Для температур нижче мінус 40°С застосовують фреон-30, переохолоджений амоніак.

Для кондиціонування повітря в цехах (там, де це диктується технологічним процесом) використовують крупні водо-охолоджуючі блоки (чілери).

Системи відводутеплоти конденсації. Сучасні крупні аміачні і пропанові компресори пристосовані до роботи при t_к = (47...50)°С. Тому часто застосовують повітряні конденсатори.

Проте, якщо вода є в достатній кількості, то використовують крупні горизонтальні кожухотрубні конденсатори (F ³ 800м²) з ґрадирнями.

Хімічна промисловість характеризується різноманітністю виробництв, що потребують штучний холод; азотна промисловість (виробництво амоніаку, азотної кислоти), виробництво етилену, фармацевтичних, біологічних препаратів та ін. Для неї характерні: різноманітність холодильних аґентів, систем холодоспоживання, компресорів (від невеликих поршневих до турбокомпресорів Q₀ > 5000 кВт), абсорбційні холодильні машини та ін.

У газовій промисловості штучний холод застосовують для розділення природного газу по окремим фракціям (метан, етан, пропан, бутан, пентан та ін.), а також при перекачуванні природного газу у охолодженому (t = (-70…-75)°C, P = (80…120) кг/см²) чи у зниженому (t = (-120±15)°C, P = (20…45) кг/см²) стані.

Холодильні станції

У крупних хімічних і інших виробництвах, споживаючих холод на декількох температурних рівнях, використовують централізовані машинні відділення, розташовані в будівлях, що окремо стоять, на території підприємств. Їх називають центральними або цеховими холодильними станціями.

Якщо цех підприємства споживає низькотемпературний холод (нижче –30°С), то холодильну станцію розташовують в безпосередній близькості від нього, або вся холодильна установка вбудовується в будівлю цеху.

Самостійна холодильна станція звично обслуговує декілька споживачів холоду, розосереджених по території, при нерівномірному в часі споживанні холоду кожним з них. У цих умовах втрати при транспортуванні холоду досягають 8% при температурах кипіння (2...-5)°С і 15% при температурах (-15...-30)°С. Для зменшення втрат холодильну станцію розташовують можливо ближче до споживачів низькотемпературного холоду, або до найбільших.

Для отримання холоду використовують агрегатоване холодильне устаткування з відцентровими і ґвинтовими компресорами. Агрегатування здешевлює проектування, спрощує монтаж і підвищує надійність експлуатації холодильної станції. Вибирають найкрупніші апарати і холодильні машини великої потужності для зменшення їх числа.

Компресорні агрегати встановлюють на колонних фундаментах на відмітці 4,8 м над рівнем підлоги у високих засклених будівлях (висота до рівня шляхів мостового крана рівна 9,6м). На рівні установки агрегатів влаштовують підлогу проміжного рівня для їх обслуговування.

Розведення всіх трубопроводів – нижнє.

Конденсатори, випарники, ресивери, віддільники рідини та інше устаткування розміщують на відкритих майданчиках. При цьому приймаються заходи по корозійному захисту і забезпеченню високої герметичності апаратури і трубопроводів.

Особливістю хімічних виробництв є безперервне і безперебійне споживання холоду протягом всього року без істотних коливань теплового навантаження в часі. У цих умовах на холодильних станціях передбачається резервування устаткування.

Холодильні станції пов'язані із споживачами холоду трубопроводами холодильного аґента або холодоносія. Розведення трубопроводів – естакадне.

Далі розглянемо деякі типові випадки застосування холоду в нафтовій, хімічній і газовій промисловості.