Конденсатор установки вакуумной кристаллизации для Уралкалий

Юникс Инжиниринг завершило изготовление конденсатора установки вакуумной кристаллизации и титанового трубного пучка для него.

Заказчик: Уралкалий.

Масса: 93 400 кг.

Сфера назначения конденсатора:

На современных калийных предприятиях кристаллизацию производят в многоступенчатых вакуум-кристаллизационных установках с рекуперацией тепла растворного пара. На некоторых из них сохранились устаревшие комбинированные схемы с охлаждением в вакуум-кристаллизаторах и башнях типа градирен. Охлаждение в башнях происходит при самоиспарении распыленного раствора. Выделившиеся кристаллы хлористого калия и маточный щелок собирают внизу башни и направляют на отстойную станцию. Разность температур между наружным воздухом и охлажденным раствором составляет летом 10-15°, а зимой 25-35°.

При охлаждении в башнях исключается возможность использования тепла растворного пара. При комбинированном охлаждении в вакуум-кристаллизаторах и башнях кристаллы из башен имеют линейные размеры в 1,5 раза меньшие, чем в вакуум-кристаллизаторах. Средние размеры получаемых кристаллов колеблются в пределах 0,11—0,16 мм.

Непрерывно действующие многоступенчатые вакуум-кристаллизационные установки обеспечивают возможность рекуперации 40— 70% тепла, затраченного на нагрев щелоков при выщелачивании руды. Рекуперация тепла осуществляется путем нагревания маточных щелоков растворным паром в поверхностных конденсаторах или конденсаторах смешения. Скорость охлаждения и перепад температур при ступенчатой кристаллизации значительно снижаются, что способствует увеличению размеров кристаллов.

При укрупнении кристаллов, наряду с улучшением товарных качеств хлористого калия, обеспечивается повышение производительности центрифуг и сушилок за счет снижения влажности осадка.

С увеличением числа ступеней охлаждения повышается степень использования тепла растворного пара, возрастает общая площадь зеркала испарения и уменьшается перепад температур в каждой ступени. Многоступенчатые вакуум-кристаллизационные установки имеют очень большие габариты, удельный расход металла значителен, велик также объем производственных помещений. Увеличение числа ступеней свыше 14-15 почти не дает дальнейшего повышения температуры нагреваемого щелока 28. При нагревании в поверхностных конденсаторах конечная температура щелока на 7—10° ниже, чем при нагревании в конденсаторах смешения, однако качество хлористого калия в последнем случае несколько хуже.

В вертикальных вакуум-кристаллизаторах обеспечивается малый унос брызг щелока с паровоздушной смесью. Горизонтальные вакуум-кристаллизаторы с мешалками дают более равномерное и медленное охлаждение, что способствует укрупнению кристаллов. Присутствие в растворе взвешенных частиц шлама повышает вероятность образования центров кристаллизации и поэтому влечет за собой уменьшение размеров кристаллов. Диспергирующее воздействие шламов может быть подавлено введением добавок, из которых особенно активное влияние оказывают соли свинца, первичные алифатические амины, пектин, альгинат натрия и другие. При эксплуатации 14-ступенчатых вакуум-кристаллизационных установок, в которых перепад температуры в каждой ступени составляет в среднем 4-5° и скорость охлаждения около 2 град/мин, Получаются кристаллы, средний размер которых не превышает 0,200 мм при значительном содержании фракции 0,150 мм (80%).

Присутствие этой фракции повышает пыление продукта при складировании и внесении в почву. Для получения хорошо рассеваемого хлористого калия размер зерен 0,15 мм является предельным и содержание этой фракции должно строго контролироваться.

Схема устройства поверхностного конденсатора.

В корпусе поверхностного конденсатора установлены трубные доски (пучки, системы), в отверстия которых завальцованы тонкостенные трубки. Охлаждающая поверхность конденсатора образуется совокупностью поверхностей трубок, называемых «трубными пучками». Трубки выполняются из латуни, нержавеющей стали, титана и прочих коррозиеустойчивых сплавов они имеют, как правило, диаметр 24-40 мм и толщину 1-2 мм. Места вальцовки — основной путь попадания примесей в конденсат. Пространство между трубными досками и боковыми стенками конденсатора представляют собой водяные камеры и могут быть разделены перегородками на несколько отделений. Охлаждающая циркуляционная вода подводится под напором через патрубок к нижнему отсеку водяной камеры, проходит по трубкам в поворотную камеру, проходит по другому пучку трубок и удаляется через патрубок. При этом вода нагревается примерно на 10 °C. Такой конденсатор называется двухходовым. Могут быть также одноходовые, трёхходовые и даже четырёхходовые конденсаторы.

Пар входит в конденсатор через горловину цилиндра низкого давления турбины, попадает на холодную поверхность трубок, конденсируется, стекает вниз и скапливается в сборнике конденсата, откуда откачивается конденсатными насосами. Бо́льшая часть пара (свыше 99 %) конденсируется в т. н. зоне массовой конденсации, куда проникает сравнительно мало воздуха. Температура насыщенного пара не превышает обычно 105 °C. В зоне охлаждения парциальное давление пара меньше и температура паровоздушной смеси ниже. В этой зоне возможно переохлаждение конденсата, что неблагоприятно сказывается на эффективности установки в целом. Зону охлаждения отделяют перегородкой.

При конденсации в паровой части конденсатора образуется разрежение, то есть давление становится ниже атмосферного. При этом через неплотности в корпусе и через места вальцовки трубок проникает наружный воздух и воздух, растворённый в воде (примерно 0,05-0,1 % массового расхода пара). Попадание кислорода в конденсат влечёт возможность коррозии оборудования. Кроме того, примесь воздуха значительно ухудшает теплотехнические характеристики конденсатора, так как коэффициент теплоотдачи при конденсации пара составляет несколько тысяч кВт/(м²°С), а для паровоздушной смеси с большим содержанием воздуха — всего несколько десятков кВт/(м²°С). Воздух отсасывается пароструйным или водоструйным эжектором через патрубок. Так как воздух в конденсаторе смешан с паром, то отсасывать приходится паровоздушную смесь. Попадание в конденсат сырой охлаждающей воды приводит к солевому загрязнению пароводяного тракта, поэтому химический состав конденсата необходимо контролировать. На электростанциях после конденсатных насосов устраивают системы очистки конденсата.

Для расчёта теплотехнических свойств конденсатора используются заводские характеристики конденсаторов. Коэффициент теплопередачи в поверхностном конденсаторе зависит от паровой нагрузки, диаметра и чистоты трубок, скорости воды в трубках, числа ходов и других факторов. Коэффициент теплопередачи резко падает при снижении паровой нагрузки в связи с неравномерностью процесса распространения пара. Для определения коэффициента теплопередачи часто используют эмпирические зависимости.