Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


¬ дальнейшем мы отказались исследовать отдельные блоки и узлы технологии, так как тогда отбрасываютс€ обратные св€зи и искажаютс€ ее системные свойства




ƒл€ методических целей при обучении студентов-технологов методу исследовани€ работоспособности ’“— исследуютс€ все-таки части всей технологии [54]. » это св€зано с тем, что студент технологического института за два года обучени€ в магистратуре просто физически не успевает исследовать всю технологию.  роме того, у студентов слаба€ компьютерна€ подготовка.

ѕрактический смысл работы [54] заключалс€ в следующем. “ехнологи ќјќ Ђ апотн€ї в рыночных услови€х решили увеличить экономическую эффективность глубокой переработки нефти тем, чтобы отапливать печной агрегат не только природным газом, а смесью с углеводородными газами, получаемыми в самой установке.  онечно, расход дорогого природного газа уменьшаетс€, но одновременно создаетс€ положительна€ обратна€ св€зь, котора€ только уменьшит веро€тность работоспособности.

¬ [54] удалось исследовать работоспособность только части установки
Ђ¬исбрекингаї - печной агрегат. ≈динственным заданным параметром была температура битума на выходе из печи. ¬еро€тность работоспособности получилась равной 0,55. Ёта величина получена при условии, что отопление печи производитс€ природным газом из общезаводского газового коллектора. »спользование углеводородных газов из самой технологии еще больше уменьшит работоспособность установки. —ледовательно, веро€тность работоспособности всей системы будет только меньше, и этот результат не противоречит практике эксплуатации действующей установки.

ћожет быть, исследовать работоспособность части ’“— имеет смысл в оценке веро€тности работоспособности всей ’“— сверху (сама оценка не корректна, т.е. заведомо завышена) или в быстроте получени€ информации о риске дл€ инвестора.

4.1 Ћини€ производства керамзитового песка в двухзонных печах псевдоожиженного сло€ мощностью 50 тыс. м3 / год [55]

 ерамзитовый песок необходим дл€ производства уникального строительного материала - керамзитобетона. Ёто вполне актуальна€ современна€ проблема. —остав его на 1 м3 готового бетона следующий: 0,95 м3 керамзитового грави€, 0,25 м3 керамзитового песка, 250 кг цемента и 0,200 м3 воды. —ледовательно, из 1 м3 хорошего (насыпной вес не более 400 кг/м3) керамзитового песка можно сделать 4 м3 легкого бетона. ѕри грамотном выполнении всех работ по получению этого бетона получают блоки, плиты и т.д. с плотностью не более 900 кг/м3, т.е. легче воды. ћала€ плотность этого бетона определ€ет высокие теплофизические свойства, а сильна€ адгези€ керамзита с цементом обеспечивает большую прочность. Ёксперименты показали еще и большую морозостойкость, равную 40 - 50 (это число смен зима - лето). ƒл€ —евера и —ибири лучшего стройматериала и не придумать, особенно в услови€х вечной мерзлоты.

ѕромышленность производства керамзитового грави€ была хорошо развита в ———–, а вот производства керамзитового песка по существу не было. Ѕыла единственна€ установка в пос. —мышл€евка под г. —амара, на опыте ее эксплуатации ¬Ќ»»—тром им. ѕ.ѕ. Ѕудникова (пос.  расково, ћ. ќ.) разработал типовой проект. ћинистерство строительных материалов ———– планировало построить 28 установок по этому проекту, предполага€ удовлетворить потребность ———– в этом продукте.

Ќачальник технического отдела одного из главков ћинистерства стройматериалов ———– пон€л прагматический смысл нашего исследовани€ веро€тности работоспособности ’“— как определение доли работоспособных установок среди всех тиражированных. Ѕыл заключен договор с нашей лабораторией на исследование работоспособности типовой установки производства керамзитового песка мощностью 50 тыс.м3 / год.

—уть технологии производства керамзитового песка состоит в следующем [56-58]. „астицы глины нагреваютс€ при температуре 350 - 400 0— и выдерживаютс€ при этих услови€х, пока не уйдет свободна€ и адсорбированна€ влага из пор и трещин частицы. ƒалее частица направл€етс€ в высокотемпературную газовую среду 1000 - 11000—. «десь в частице происходит образование пара воды за счет кристаллизационной воды минералов глины, одновременно идет процесс пиролиза углеродсодержащих веществ, которые всегда есть в минеральном природном сырье.

«а счет высокой температуры масса глины приходит в пиропластическое состо€ние, а поверхность частиц просто оплавл€етс€. ѕарогазова€ фаза увеличивает свой объем из-за высоких температур, и вс€ масса частицы вспучиваетс€, ее объем формируетс€ с участием множества мельчайших газовых пузырьков.

≈сли теперь такую частицу грамотно [56], т.е. с учетом фазовых превращений глины, охладить, то получаем пористую в объеме и гладкую (без трещин) поверхность частицы. Ќасыпной вес таких частиц удавалось доводить до 250 - 300 кг / м3 (это и есть высша€ марка керамзитового песка).

ƒл€ каждого месторождени€ глины в ———– проводилось исследование на предмет проверки пригодности ее дл€ производства керамзитовых песка и грави€ на специальной опытно-промышленной установке ¬Ќ»»—трома (после соответствующих лабораторных исследований). ќтметим важное обсто€тельство: сколько месторождений глины Ц столько оказалось и групп параметров ведени€ процесса вспучивани€, включа€ температуру.

ѕромышленна€ технологи€ состоит из 4х переделов: подготовка глин€ной крошки необходимой влажности и дисперсного состава, термоподготовка зернистого материала, обжиг при высокой температуре и, последнее, охлаждение керамзитового песка. —разу скажем, что подготовкой глин€ной крошки при анализе работоспособности исследуемой установки мы не занимались, хот€ и не выпускали из пол€ своего внимани€. Ќа рис. 4.1 представлена технологическа€ схема установки производства керамзитового песка.

–ис. 4.1. “ехнологическа€ схема ’“— производства керамзитового песка.

÷ - циклоны, “ѕ - термоподготовка, «ќ - зона обжига, ’ол-к - холодильник псевдоожиженного сло€, ѕ“ - пневмотранспорт готового продукта, √  - глин€на€ крошка из цеха подготовки сырь€, пр. газ - природный газ, ƒ - дымосос, Ѕ - байпас дымовых газов вокруг “ѕ.

¬о всех переделах используетс€ псевдоожиженный слой со всеми его достоинствами и недостатками.

4.1.1 ћножество заданных параметров состо€ло из следующих элементов:

1. ƒавление в зоне термоподготовки должно быть чуть меньше атмосферного на 2-3 мм. вод. ст. Ёто св€зано с тем, что загрузка сырцовой глин€ной крошки осуществл€етс€ внасыпь пр€мо с ленточного транспортера в желоб, вставленный в приемный штуцер зоны термоподготовки. ≈сли давление в зоне термоподготовки станет избыточным, то дымовые газы вместе с пылью начнут с большой скоростью выходить из загрузочного штуцера и воспреп€тствуют загрузке зернистого материала в установку. ѕри малом разр€жении в зоне термоподготовки атмосферный воздух засасываетс€ через штуцер, помога€ загрузке. ѕравда, при этом происходит разбавление дымовых газов, уменьшение их температуры, увеличение объемного расхода через дымосос и, следовательно, увеличиваетс€ потребл€ема€ мощность и затраты на электроэнергию. Ќо простота и надежность загрузки на предпри€ти€х невысокой культуры производства победили стремление к эффективности.

2. „исло псевдоожижени€ в зоне термоподготовки. ¬ этой зоне должно быть достаточно интенсивное движение частиц глины, чтобы нагрета€ и подсушенна€ глина исправно поступала самотеком в переток и далее в зону обжига. ≈сли псевдоожиженный слой в зоне термоподготовки Узал€жетФ или будет слабо УкипетьФ, то зернистый материал не пойдет в переток и далее в зону обжига. “емпература в последней возрастет, частицы глины начнут слипатьс€ и образовывать монолит (операторы печи говор€т Уваритс€ козелФ). ќдновременно, с приостановкой выгрузки и непрерывной загрузке сырь€, высота сло€ в зоне термоподготовки растет, и это вызовет увеличение давлени€ в зоне обжига и, следовательно, уменьшение расхода воздуха в зону обжига. ѕсевдоожиженный слой в ней тоже может УзалечьФ и УкозелФ неизбежен.

3. “емпература в зоне термоподготовки определ€етс€ технологами экспериментально дл€ каждого месторождени€ глины. ≈сли эту температуру превысить, то частицы зернистого материала будут пересушены, тогда не хватит паро-газовой фазы дл€ вспучивани€. Ќа выходе из установки пойдет брак: спеченые частицы типа дробленого кирпича (технологи называют этот материал керамлитом). ќдновременно в зону обжига пойдет более гор€чий материал, что вызовет рост температуры в этой зоне, оп€ть грозит УкозелФ.

≈сли эту температуру в зоне термоподготовки занизить относительно номинальной, то частицы глины будут влажнее и холоднее и, попада€ в зону обжига с высокой температурой, подвергаютс€ тепловому удару. ѕроисходит процесс термического дроблени€ частиц, увеличиваетс€ пылеобразование, т.е. перевод сырь€ в пыль, которую никто не знает, куда девать.

4. ћаксимальный размер частиц в уносе из зоны термоподготовки. —уть дела в том, что исходна€ глин€на€ крошка имеет полидисперсный состав с максимальным размером 5 мм. ≈сли увеличитс€ расход дымовых газов из зоны обжига и из холодильника (см. технологическую схему на рис. 4.1), то увеличитс€ расход и размер уносимой пыли из термоподготовки. —ледовательно, изменитс€ фракционный состав псевдоожиженного сло€ и в зоне термоподготовки и в зоне обжига (он в среднем укрупнитс€). ‘ракционный состав сильно вли€ет на гидродинамику псевдоожижени€ и его изменени€ чреваты все тем же УкозломФ.

5. “емпература в зоне обжига. –азрешенный диапазон отклонени€ ее от номинала (10000— - 1100 0—) составл€ет ± 50 0— дл€ лучших глин ———– (—мышл€евское месторождение под г. —амара). ≈сли выйти из разрешенного диапазона направо - УкозелФ, налево Ц Ђкерамлитї.

6. „исло псевдоожижени€ в зоне обжига. –азработчики технологии требуют высокую подвижность частиц в зоне, чтобы исключить слипание оплавленных частиц и изменени€ фракционного состава в слое. Ёто число по требованию технологов должно быть больше 3, т.е. совпадает с общими рекомендаци€ми при псевдоожижении.

7. ѕриродный газ подаетс€ в псевдоожиженный слой зоны обжига через специальную подовую горелку (см. рис. 4.2).

–ис. 4.2. √идродинамическа€ обстановка в окрестности подовой горелки псевдоожиженного сло€ зоны обжига.

X - диаметр факела струи (максимальный), L - длина струи, h - шаг между горелками на подине зоны обжига, Ѓ..... - траектории движени€ частиц в факеле.

 

ќна представл€ет собой систему равномерно по площади подины расположенных горелок типа труба в трубе (на рис. 4.2 это не показано) [58]. ѕо центральной трубке с соплом на конце подаетс€ природный газ, а по кольцевому каналу - воздух на горение и псевдоожижение. ƒл€ интенсификации процесса смешени€ газа с воздухом создаетс€ больша€ разность линейных скоростей истечени€ [58].

√лавна€ забота здесь - сжечь природный газ в самом псевдоожиженном слое, а не над ним или в газоходах за слоем (и такое нередко в подобных системах).

√азовоздушна€ стру€ из одной горелки имеет некоторые размеры: по горизонтали - диаметр факела (максимальный) и по вертикали - высоту струи. «десь заданный параметр - диаметр факела струи должен быть равным шагу между горелками с точностью ± максимальный размер частиц. »ными словами, факелы соседних струй должны касатьс€ друг друга.

≈сли размер факела больше шага между горелками, то факелы сливаютс€ на какой-то высоте сло€. ќбразуетс€ большой пузырь с горизонтальным размером во всю печь (2,5 - 3 м), который заполнен смесью природного газа с воздухом. ƒалее происходит взрыв, и все, что есть над взрывом, выноситс€ из зоны обжига. ѕоэтому технологи (не зна€ этого механизма выбросов) предусмотрели футерованный циклон за зоной обжига (см. рис. 4.1).

≈сли размер факела меньше упом€нутого шага, то между стру€ми образуютс€ столбы неподвижных частиц, которые обрушиваютс€ в струю, и попадают в зону локально высоких температур, оплавл€ютс€ - УкозелФ неизбежен.

8. —ледующий заданный параметр тоже относитс€ к гидродинамике струй в псевдоожиженном слое. ќказываетс€ [59], если длина струи превосходит половину высоты сло€, то стру€ пробивает слой, природный газ начинает сгорать над слоем или даже в газоходах печи. ¬ первом случае образуетс€ плавающа€ корка из оплавленных частиц, далее она падает на горелки и вновь неизбежен УкозелФ. —амое главное, при этом уменьшаетс€ температура самого сло€, так как газ сгорает вне сло€ Ц нарушаетс€ основа технологии.

≈сли же длина струи меньше половины высоты сло€, то кажда€ горелка начинает генерировать газовые пузыри с начальным размером, равным диаметру факела струи. Ёти пузыри наполнены смесью природного газа с воздухом, а потому начинают взрыватьс€ стохастично по объему сло€. ѕри каждом таком взрыве окружающие частицы с большой линейной скоростью разлетаютс€ во все стороны. ≈сли разм€гченна€ и слегка оплавленна€ частица на большой скорости попадает на раскаленную футеровку печи, то в своей массе они образуют на футеровке этакий настыль (операторы говор€т - УлепешкуФ). Ёти лепешки обрушиваютс€ на горелки зоны обжига, назревает УкозелФ.

≈сли же после взрыва пузыр€ раскаленные частицы налетают на саму горелку, то часть из них просто закрываетс€, отключаетс€. ”меньшаетс€ расход природного газа и воздуха; слой остывает и перестает кипеть. ќператоры опытно-промышленной установки во ¬Ќ»»—троме при испытани€х вспучивани€ глины немедленно отключали природный газ и останавливали процесс, если в выходной течке по€вл€лись УлепешкиФ.

9. ƒругой заданный параметр относитс€ к системе воздухораспределени€ подовой горелки. ƒело в том, что через кольцевую щель каждой горелки (а их в промышленной печи пор€дка 102) может просыпатьс€ зернистый материал в систему распределени€ воздуха и просто ее забивать. „тобы не останавливать процесс дл€ очистки (как правило, вручную) системы воздухораспределени€, необходимо реализовать условие: скорость воздуха на выходе из кольцевого канала горелки должна быть больше скорости витани€ дл€ самой крупной фракции псевдоожиженного сло€. “огда просыпь частиц любого размера исключена.

10. —ледующие заданные параметры относ€тс€ к процессу охлаждени€ вспученных и оплавленных с поверхности частиц глины. ќхлаждать частицы надо таким образом, чтобы не образовывались трещины на поверхности. ƒело в том, чтобы после созревани€ бетона вода не смогла пройти вглубь частиц, так как зимой вода замерзнет и разрушит частицу и окружающий бетон.  ороче говор€, керамзитовый наполнитель бетона резко увеличивает морозостойкость (число смен зима - лето), если частицы наполнител€ (грави€ и песка) не имеют трещин.

ќказываетс€ [56], при охлаждении частиц минералы в глине совершают фазовые превращени€ с изменением объема. ѕоэтому дл€ большинства глин, из которых можно делать керамзит, при охлаждении их необходимо выдерживать примерно 15 - 20 минут при температурах 900 0—, 6000—, 4000. “огда фазовые превращени€ минералов проход€т в равновесном режиме, и трещины не образуютс€. —ледовательно, холодильник в установке должен быть трех секционный. √абариты каждой секции должны обеспечить необходимое врем€ пребывани€, а термические услови€ должны соответствовать указанным выше. “огда на выходе из холодильника не будет брака.

11. ¬се три секции холодильника должны работать в развитом режиме псевдоожижени€, т.е. число псевдоожижени€ должно быть больше 2. ≈сли слой частиц зал€жет хоть в одной секции холодильника, то, в конце концов, прекратитс€ выгрузка из зоны обжига, высота сло€ в ней начнет расти, что изменит всю гидродинамику и приведет к козлообразованию.

¬ рассматриваемой технологической схеме на рис. 4.1 добитьс€ устойчивой работы холодильника, а, следовательно, всей установки довольно трудно. »з схемы видно, что один напорный вентил€тор работает в параллель и на охлаждение и на пневмотранспорт. —тоит произойти пульсации и подать на пневмотранспорт чуть меньше частиц, как расход воздуха в трубе пневмотранспорта возрастет, а, следовательно, расход воздуха на псевдоожижение в холодильниках уменьшитс€, слои там Узал€гутФ, выгрузка из холодильника вообще прекратитс€ и.... все встало. ≈сли же пульсаци€ расхода частиц в пневмотранспорт увеличилась, то сопротивление потоку воздуха возрастет, а расход его уменьшитс€. Ёто вызовет образование Ђпробкиї в трубе пневмотранспорта и одновременно увеличение расхода воздуха в холодильник кип€щего сло€ (увеличиваетс€ унос частиц). Ќадо скорее переводить установку на холостой режим и отлаживать крайне неустойчивую гидродинамику разветвленных сетей. Ёто один из примеров воздействий одного процесса на все части системы, на ее работоспособность. ј практически пришлось поставить к установке еще одного оператора, который бегал по цеху от одной задвижки к другой, отлажива€ расходы воздуха потребител€м, или вышибал пробку из трубы пневмотранспорта.

12. ≈ще один заданный параметр обусловлен “” на дымосос: температура отход€щих дымовых газов должна быть не более 250 0—, и тогда завод-изготовитель гарантирует длительную эксплуатацию дымососа.

13. ѕоследний заданный параметр имеет экологическое значение.  оличество пыли, извергаемой из установки в атмосферу с дымовыми газами должно соответствовать некоторым нормативам, иначе УзеленыеФ будут беспощадно штрафовать все производство.  роме того, запыленность дымовых газов сокращает срок эксплуатации дымососа из-за эрозии металлических лопаток и корпуса дымососа.

»того: 13 заданных параметров. ѕри этом легко видеть, какие из них образуют химико-технологическое подмножество, какие - процессные, какие относ€тс€ к оборудованию, а какие - экологические. ќбращаем внимание на то обсто€тельство, что большинство заданных параметров св€заны с гидродинамикой, и это еще раз подтверждает тезис: гидродинамика первична, остальные процессы вторичны. ѕравильность этого тезиса прочувствовали все те, кто хоть раз участвовал в пусковых работах промышленных установок: как только удавалось отладить гидродинамику и гидравлику, так сразу установка начинает нормально работать.

ќбращаем внимание, какова должна быть глубина и детальность научных исследований, экспериментальных наблюдений и в области вспучивани€ глин, и в гидродинамике псевдоожиженного сло€, и в теории струйного истечени€ в псевдоожиженный слой, и в теории смешени€ газов, их горени€, теории тепло-массообмена. ¬от уж действительно, заниматьс€ работоспособностью и надежностью систем можно только эрудитам, сто€ на плечах гигантов.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-08; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 547 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

¬ моем словаре нет слова Ђневозможної. © Ќаполеон Ѕонапарт
==> читать все изречени€...

521 - | 475 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.019 с.