Г.К. Лавренченко
ДЕСЯТЫЙ СЕМИНАР ПО ПРОБЛЕМНЫМ ВОПРОСАМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВ ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА
Десятый международный семинар по актуальной проблеме повышения эффективности и безопасности производств продуктов разделения воздуха (Одесса, 5-9 октября 2009 г.) собрал около 100 специалистов с 70-ти предприятий и компаний 14-ти государств. В работе семинара приняли участие изготовители оборудования и те, кто использует его для извлечения из воздуха кислорода, азота и аргона для обеспечения ими современных производств и технологий. На семинаре были представлены также компании, занимающиеся газовым бизнесом. Организатор семинара — Украинская ассоциация производителей технических газов «УА-СИГМА». На семинаре было заслушано и обсуждено 30 докладов, в которых дана характеристика состояния и перспектив развития производств продуктов разделения воздуха, изложены результаты научно-исследовательских и конструкторско-технологических работ по проблемным вопросам семинара. Активное и заинтересованное восприятие информации, контакты со специалистами позволили участникам семинара повысить квалификацию, получить рекомендации, необходимые для дальнейшего совершенствования оборудования и производств продуктов разделения воздуха. Рассматривается содержание докладов. Делается вывод о важности проведения семинара в связи с ожидаемым ростом спроса на продукты разделения воздуха после преодоления кризисных явлений в экономике, а также предъявлением более высоких требований к обеспечиваемому уровню эффективности и безопасности воздухоразделительных установок.
Ключевые слова: Разделение воздуха. Криогенная техника. Кислород. Азот. Аргон. Редкие газы. Компрессоры. Теплоизоляция. Ёмкости для жидких криопродуктов. Эффективность. Криогенные насосы. Безопасность.
G.K. Lavrenchenko
THE TENTH SEMINAR ON PROBLEM ASPECTS OF AIR SEPARATION PRODUCTS
MANUFACTURE PERFECTION
The tenth international seminar on an actual problem of efficiency and safety increase of air separation products manufactures (Odessa, 5-9 October, 2008) has collected about 100 experts from more than 70th enterprises and companies from 14th states. In the work of the seminar have taken part manufacturers of equipment and those who use it for extraction oxygen, nitrogen and argon from air for maintenance of modern manufactures and technologies. The companies engaged in gas business have been submitted at the seminar also. The organizer of the seminar is the Ukrainian Association of Industrial Gases Manufacturers «UA-SIGMA». There were 30 reports included characteristic of condition and prospects for development of air separation products manufactures learnt and discussed at the seminar, results of the research and design technologies on the problem of the seminar were stated. Active and interested perception of information, contacts with experts have allowed the participants of the seminar to become more qualified, to receive necessary recommendations for the further perfection of the equipment and air separation products manufacture. The content of reports is considered. It is deduced about the importance of carrying out of such seminars under growing demand on air separation products, for higher requirements to provided level of efficiency and safety of air separation plants.
Keywords: Air separation. Cryogenic engineering. Oxygen. Nitrogen. Argon. Rare gases. Compressors. Heat-insulation. Tanks for liquid cryoproducts. Efficiency. Cryogenic pumps. Safety.
В.Л. Бондаренко, Н.Н. Сурьянинова
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА ТЕРМОАКУСТИЧЕСКОГО ОХЛАДИТЕЛЯ
В термоакустических устройствах, реализующих прямые и обратные термодинамические циклы, используются нестационарные процессы, происходящие в их теплообменных аппаратах, стеках и регенераторах. Для проведения исследований термоакустического охладителя (ТАО) необходим генератор акустических колебаний с гибким регулированием частоты и амплитуды рабочих процессов. Сообщается о создании генератора на основе магнитоэлектрического двигателя. Изготовленный макетный образец ТАО реализует классический цикл со стоячей волной. При испытаниях ТАО экспериментально была найдена оптимальная частота рабочих процессов (101,7 Гц), которой соответствует максимальное снижение температуры гелия в регенераторе, составляющее 14 °С. Изложено содержание дальнейших работ по совершенствованию ТАО.
Ключевые слова: Термоакустический охладитель (ТАО). Стек. Регенератор. Теплообменные аппараты. Стоячая волна. Частота. Резонатор. Снижение температуры. Гелий.
V.L. Bondarenko, N.N. Surianinova
PROTOTYPE PATTERN TEST RESULTS OF A THERMO-ACOUSTIC REFRIGERATOR
In thermo-acoustic equipment carried out direct and reversible thermodynamic cycles are used non-stationary processes taking place in their heat-exchange devices, stacks and regenerators. An acoustic vibration generator with a flexible frequency and amplitude operation control is necessary for a thermo-acoustic refrigerator (TAR) research. It is informed about the creation of a generator on the base of a magneto-electric engine. A prototype pattern of TAR implements a classical cycle with a standing wave. At TAR testing the optimal operation frequency (101,7 Hz) to which corresponds the highest possible temperature reduction of helium in a regenerator (it is 14 °C ) was experimentally found. The basic tasks of further studies on TAR improving were stated.
Keywords: Thermo-acoustic refrigerator (TAR). Stack. Regenerator. Heat-exchange devices. Standing wave. Frequency. Resonator. Temperature reduction. Helium.
И.К. Буткевич
СПОСОБЫ ФОРСИРОВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ГЕЛИЕВЫХ СИСТЕМ
Большой опыт, накопленный в процессах создания, исследования, испытаний и эксплуатации криогенных гелиевых систем (КГС) различного назначения, указывает на целесообразность как длительного, так и кратковременного форсирования производительности КГС и криогенных гелиевых установок (КГУ). Отмечается, что если такая возможность предусмотрена заранее, это позволяет значительно проще и с меньшими затратами решить ряд проблем, возникающих при согласовании параметров КГС с криогенными потребителями. Рассматриваются основные приемы форсирования КГС (КГУ), обращается внимание на зависимость степени форсирования от регламента работы.
Ключевые слова: Криогеника. Гелий. Холодопроизводительность. Сверхпроводящее устройство. Закачной компрессор. Турбодетандерный ожижитель.
I.K. Butkevich
FORCING WAYS OF CRYOGENIC HELIUM PLANTS
The great experience received in the process of development, analysis, testing and exploitation of cryogenic helium systems (CHS) for different purpose, explains the necessity of long and also short term of CHS forcing and cryogenic helium plants (CHP) manufacturing. It is mentioned that if such possibility is foreseen, it allows solving more easily and with less expenses many problems, appearing during the coordination of CHS settings with cryogenic consumers. The main methods of CHS (CHP) forcing are taken into consideration and it is paid attention to the dependence of the forcing degree on the work order.
Keywords: Cryogenics. Helium. Refrigerating capacity. Superconducting device. Pumping compressor. Turboexpanding liquefier.
В.Н. Таран
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА РЕКТИФИКАЦИИ ВОЗДУХА.
1. ПОЛУЧЕНИЕ АЗОТА ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Проанализированы уравнения, описывающие процессы в аппаратах узла ректификации, исследовано поле концентраций в конденсаторе-испарителе и его влияние на давление кипения. Введено понятие расчётной функции ректификации и рассмотрены способы задания граничных условий для её определения. Сформулированы требования к количеству начальных параметров, вычислены коэффициенты влияния начальных величин на выходные. Построены расчётные алгоритмы и исследована их сходимость при разных описаниях процесса ректификации. Проведены контрольные расчёты и установлены причины отклонений балансовых соотношений. Показана необходимость для обеспечения полной внутренней согласованности расчёта создания расширенной модели, включающей как колонну, так и конденсатор-испаритель. Исследованы условия устойчивости алгоритма расширенной модели. По расширенной модели рассчитаны расходные характеристики узла ректификации для получения азота под давлением. Эти характеристики пригодны для управления качеством продукционного азота.
Ключевые слова: Ректификация. Воздух. Азот. Кислород. Аргон. Математическая модель. Алгоритм. Внутренняя согласованность и устойчивость. Расширенная модель. Характеристики узла ректификации. Теоретическая тарелка.
V.N. Taran
FEATURES OF AIR RECTIFICATION COMPUTATION.
1. PRODUCTION OF COMPRESSED NITROGEN
The equations, describing the processes in the rectification units have been analyzed. The concentration field in a condenser-evaporator and its influence on the boiling pressure has been investigated. The concept of rectification function has been formulated and the methods of the definition of boundary conditions have been examined. Requirements to the quantity of initial parameters have been defined. Factors of influence of the initial values on the finite data have been calculated. Calculation algorithms have been generated and the convergence of algorithms has been investigated at different methodical descriptions of rectification. The control calculations have been carried out and the reasons of unbalance results have been established. It is shown the necessity of providing with full internal co-ordination in the creation of the expanded model including both a column and the condenser-evaporator. Metering characteristics of rectification unit for nitrogen manufacturing have been calculated on the base of expanded model. These characteristics are suitable for quality control of production nitrogen.
Keywords: Rectification. Air. Nitrogen. Oxygen. Argon. Mathematical model. Algorithm. The internal coordination and convergence. The extended model. Characteristics of rectification unit. Theoretical plate.
Д.Ю. Шалаев
ОСОБЕННОСТИ КОМПРЕССОРОВ КОМПАНИИ «MAN TURBO»
ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ КРИОГЕННЫХ ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Снижение удельных затрат при производстве продуктов разделения воздуха представляет актуальную проблему. Затраты зависят от эффективности и надёжности применяемых в криогенных воздухоразделительных установках (ВРУ) воздушных, а также азотных и кислородных компрессоров. Необходимые для ВРУ компрессоры с высокими показателями изготавливает компания «MAN Turbo». Приводится информация об эффективных компрессорах компании для современных ВРУ: многовальных компрессорах серии RG со встроенным редуктором; изотермических центробежных компрессорах серии RIKT. В компрессорах могут в качестве привода применяться электродвигатели или паровые турбины. Рассматриваются особенности и конструкции компрессоров и их достоинства.
Ключевые слова: Основной воздушный компрессор. Бустерный воздушный компрессор. Изотермический компрессор. Многовальный компрессор. Криогенная воздухоразделительная установка. Паровая турбина. Воздух. Кислород. Азот.
D.Yu. Shalaev
FEATURES OF «MAN TURBO» COMPRESSORS FOR MODERN CRYOGENIC AIR SEPARATION PLANTS
Minimizing specific production costs is a topical problem of air separation. The costs depend upon the efficiency and reliability of air compressors used for air separation plants (ASP), as well as nitrogen and oxygen compressors. «MAN Turbo» manufactures the high performance compressors, required by ASP: multishaft gear-type compressors of RG series and isotherm centrifugal compressors of RIKT series. Electric motors or steam turbines are used as drives. Design features and advantages of compressors are considered.
Keywords: Main air compressor. Booster air compressor. Isotherm compressor. Gear-type compressor. Cryogenic air separation plant. Steam turbine. Air. Oxygen. Nitrogen.
А.А. Леонтьев, А.Д. Бровко
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИДКОСТНЫХ ВРУ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ
ПРИ ИХ СОЗДАНИИ ИЛИ МОДЕРНИЗАЦИИ
Воздухоразделительные установки (ВРУ), работающие по термодинамическому циклу среднего давления, широко используются на многочисленных предприятиях для производства кислорода или азота. Повышение их экономичности и надёжности представляет собой актуальную проблему. Сообщается о создании нового поколения ВРУ. Используемые в них новые схемы, конструкции и оборудование позволяют решать указанную проблему. В результате созданы высокоэффективные ВРУ для получения жидких криопродуктов. Опыт разработки таких ВРУ с успехом применяется также при модернизации существующих установок.
Ключевые слова: Воздухоразделительная установка. Жидкие кислород и азот. Экономичность. Надёжность. Модернизация.
A.A. Leontyev, A.D. Brovko
LIQUID AVERAGE PRESSURE ASP PROGRESS IN THEIR CREATION OR MODERNIZATION
Air separation plants (ASP), working in thermodynamic cycle of average pressure, are widely used at numerous enterprises of oxygen and nitrogen production. The increase of their efficiency and safety is an actual problem. It is informed about the creation of new generation of ASP. The new schemes, constructions and equipment used in them make it possible to solve this problem. As the result, high-effective ASP for production of liquid cryoproducts have been created. The developing experience of such ASP is successfully used in the modernization of the exist plants.
Keywords: Air separation plant. Liquid oxygen and nitrogen. Efficiency. Safety. Modernization.
А.М. Домашенко, А.Г. Лапшин, А.Л. Довбиш, В.А. Передельский, М.А. Кузнецов
КРИОГЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО СНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СЖИЖЕННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ
Растёт интерес к использованию сжиженного природного газа (СПГ) для децентрализованного снабжения им различных потребителей. Для развития этого направления необходимо разрабатывать и производить специализированное криогенное оборудование. Изготовлением такого оборудования в России занимается известная компания «Криогенмаш». На основе оборудования компании можно создавать надёжно работающие комплексы, в состав которых могут быть включены установки ожижения природного газа, резервуары для хранения СПГ на заводе и у потребителей, транспортные средства для доставки СПГ, системы газификации СПГ. Рассматриваются особенности и характеристики указанного оборудования. Приводятся примеры его эффективного использования при создании ряда комплексов различного назначения в России.
Ключевые слова: Криогенная техника. Сжиженный природный газ. СПГ-установка. Криогенные резервуары. Транспорт для СПГ. Газификатор СПГ.
А.M. Domashenko, A.G. Lapshin, A.L. Dovbish, V.A. Peredelskiy, M.A. Kuznetsov
CRYOGENIC EQUIPMENT FOR DECENTRALIZED CONSUMER SUPPLY OF LIQUEFIED NATURAL GAS
The growing interest to the liquefied natural gas usage for decentralized consumer supply is observed. It is important to elaborate and produce a specialized cryogenic equipment for the development of this direction. «Cryogenmash», a well-known company, produces such equipment in Russia. On the base of such equipment, produced by the company, it is possible to create safe systems, combining natural gases liquefaction plants, LNG tanks at a plant and at consumers, transport vehicles for the LNG delivery to the consumers, LNG gasification system. The peculiarities and characteristics of the mentioned equipment are being examined. Its effective usage in the creation of quite a few complexes of different purpose in Russia has been exemplified.
Keywords: Cryogenic technology. Liquefied natural gas. LNG plant. Cryogenic tanks. Transport for LNG. LNG gasificator.
С.В. Артёменко, Ю.В. Семенюк, В.П. Железный, В.А. Мазур, Н. Кокс, Д. Коулборн
ОЦЕНКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ ХЛАДАГЕНТОВ
С НИЗКИМИ ЗНАЧЕНИЯМИ ПОТЕНЦИАЛА ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ
Представлены результаты исследований азеотропных смесей с температурами нормального кипения в диапазоне от –40 до –80 °С. Цель работы — поиск новых хладагентов IV-го поколения, обладающих теми же термодинамическими свойствами на линии насыщения и холодопроизводительностью, что и существующие хладагенты, которые подлежат выводу из обращения из-за высоких значений потенциала глобального потепления GWP. Из большого числа возможных комбинаций, были идентифицированы три азеотропные смеси, состоящие из природных и синтетических хладагентов с GWP<150: R1270/R161 (пропилен/фторэтан), R170/R717 (этан/аммиак) и R600a/R161 (изобутан/фторэтан). Каждая из указанных смесей обладает индивидуальным набором свойств, которые обусловливают области практических приложений. Для смесей были проведены экспериментальные измерения P-T-x-свойств. C учётом результатов экспериментов была разработана термодинамическая модель, использующая уравнение состояния Пенга-Робинсона, для предсказания фазового равновесия в широком интервале составов, давлений и температур. Новые смеси обладают значительными преимуществами перед существующими хладагентами: нулевой потенциал разрушения озонового слоя и низкий потенциал глобального потепления (ниже 150); присутствие в смесях природных компонентов; улучшенные термодинамические свойства, например, более высокая критическая температура и минимальная неизотермичность; хорошая растворимость с маслами; низкая токсичность и сниженная пожароопасность; предсказуемая химическая совместимость.
Ключевые слова: Смеси с низким потенциалом глобального потепления. Азеотропия. Фазовые равновесия. Термодинамическая эффективность. R1270/R161. R170/R717. R600a/R161. Холодильная машина. Тепловой насос.
S.V. Artemenko, Yu.V. Semenyuk, V.P. Zhelezny, V.A. Mazur, N. Cox, D. Colbourne
THERMODYNAMIC EFFICIENCY OF LOW GWP AZEOTROPIC REFRIGERANT MIXTURES
The results of azeotropic mixtures research with a normal boiling point between –40 °C and –80 °C are stated. The aims were to design refrigerants of the fourth generation and to match the saturated pressure-temperature characteristics and refrigerating capacity of existing refrigerants within this range. There have been selected three azeotropic mixtures R1270/161 (propene/fluoroethane), R170/717 (ethane/ammonia), and R600a/161 (isobutane/fluoroethane) of a large number of potential combinations, all formed from natural refrigerants or synthetic chemicals with a global warming potential GWP<150. Each of these has distinct characteristics and is suited to certain types of applications. Experimental measurements of P-T-x-properties were made for mixtures. Based on the results of the measurements, a thermodynamic model was developed using the Peng-Robinson type equation of state to predict the phase behaviour of the full range of compositions, pressures and temperatures. These new blends offer notable advantages over existing refrigerants, in particular: zero ODP and low GWP, below 150, and mainly «naturally» occurring fluids; improved thermodynamic properties (such as critical temperature and minimal temperature glide) over similar existing refrigerants; good solubility with oils; low toxicity, and reduced flammability; known and understood chemical and material compatibility.
Keywords: Low GWP blends. Azeotrope. Phase equilibria. Thermodynamic efficiency. R1270/161. R170/717. R600a/161. Refrigerating machine. Heat pump.
И.В. Левин, Б.М. Машункин, В.Н. Уткин
ПРИМЕНЕНИЕ НАСОСОВ КОМПАНИИ «CRYOSTAR» В ЭФФЕКТИВНЫХ ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ И КРИОГЕННОМ ОБОРУДОВАНИИ
Потребители относительно небольших количеств газов обеспечиваются ими в местах их использования посредством газификации криогенных жидкостей, доставляемых от производителей. Традиционные технологии и типы оборудования для заправки баллонов газами высокого давления крайне несовершенны. Потери продуктов в них могут достигать 25 %. Рассматриваются различные способы существенного снижения этих потерь за счёт внесения изменений в технологические схемы и применения в них насосов широко известной компании «Cryostar». Использование транспортных центробежных насосов этой компании в криогенных полуприцепах отечественного производства также улучшает их показатели. Приводятся и другие примеры эффективного применения насосов.
Ключевые слова: Жидкие криопродукты. Криогенные ёмкости, резервуары. Криогенные насосы. Газификация. Баллоны. Снижение потерь. Криогенные полуприцепы.
I.V. Levin, B.M. Mashunkin, V.N. Utkin
«CRYOSTAR» PUMPS APPLICATION IN THE EFFICIENT GAS TECHNOLOGIES AND CRYOGENIC EQUIPMENT
The consumers of relatively small gas amounts are provided with them in the area of their use by means of cryogenic liquids gasification delivered from manufacturers. Traditional technologies and types of equipment for filling cylinders with gases at high pressure are rather imperfect. Product waste in them may reach over 25 %. Different ways of this waste significant reduction by making changes in technological schemes and the application of pumps produced by the world-wide company «Cryostar» in them are being examined. The use of transport centrifugal pumping equipment made by this company in cryogenic semi- trailers of domestic origin also improves their effectiveness. There are also other examples of the pumps effective application.
Keywords: Liquid cryoproducts. Cryogenic containers, tanks. Cryogenic pumps. Gasification. Cylinders. Waste reduction. Cryogenic semi-trailers.
