1. Схема и характеристика современных кислородных установок металлургических заводов.

В состав установок для производства кислорода входят следующие машины:

поршневые и турбинные компрессоры и детандеры предназначенные для сжатия и расширения воздуха и про­дуктов его разделения;

кислородные и аргонные насосы для подачи под давлением сжиженных газов.

Поршневые компрессоры применяют для сжатия возду­ха и продуктов его разделения. В отечественных установ­ках для разделения воздуха используют поршневые ком­прессоры производительностью 40—7800 м³/ч с конечным давлением 0,6—0,22 МПа.

Многоступенчатые компрессоры выполняют горизон­тальными, вертикальными и угловыми. Более быстроход­ными, а следовательно, и компактными являются верти­кальные и угловые компрессоры.

Турбокомпрессоры могут быть центробежными и осевы­ми. Их применяют для сжатия больших количеств воздуха или газов. Обычно турбокомпрессоры обеспечивают давле­ние сжатия 0,6—0,8 МПа, но в некоторых случаях они вы­пускаются на давление до 3,5 МПа. Производительность турбокомпрессоров, применяемых в воздухоразделительных установках, составляет 8000—170 000 м³/ч. Турбоком­прессоры обеспечивают равномерную подачу воздуха, сво­бодного от примеси масла. Они просты в эксплуатации, имеют меньшие размеры и более высокий к. п. д. по сравне­нию с поршневыми компрессорами.

В детандерных машинах, входящих в установки для разделения Воздуха, в качестве рабочего газа используют сжатый воздух или азот. Поршневые детандеры применяют для высокого (16—20 МПа) и среднего (1,5—7,0 МПа) давлений в установках малой производительности. Порш­невые детандеры в области малых расходов газа хорошо регулируются и при прочих равных условиях имеют более высокий к. п. д., чем турбодетандеры. Однако они менее надежны в работе и имеют худшие массовые и габарит­ные показатели на единицу производительности.

Турбодетандеры в зависимости от способа преобразова­ния энергии потока газа в работу делятся на активные и реактивные. В активном турбодетандере понижение давле­ния происходит только в неподвижном направляющем аппарате, где энергия давления преобразуется в кинетичес­кую энергию, а давление в рабочем колесе остается неиз­менным. Если понижение давления происходит и в направ­ляющем аппарате, и в колесе, то такой турбодетандер на­зывается реактивным.

В воздухоразделительных установках наиболее широко применяются одноступенчатые радиальные центростреми­тельные реактивные турбодетандеры низкого давления, впервые предложенные в 1939 г. акад. П. Л. Капицей. Про­изводительность турбодетандеров низкого давления дости­гает 50 000 м³/ч и более. Характеристика турбодетандеров приведена ниже:

Начальное давление, МПа . . . 0,5—1,5

Конечное давление, МПа .... 0,12—0,15

Степень расширения 0,25—0,1

Начальная температура, К . . . 115—130

Для перекачки сжиженных газов применяют насосы, от­личающиеся от используемых для перекачки обычных жид­костей тем, что они работают при значительно более низ­кой температуре окружающей среды, в связи с чем возрас­тают потери при нагнетании.

Сжиженные газы обычно имеют температуру, близкую к температуре кипения, и при уменьшении давления в от­дельных элементах насоса (клапанах, патрубках, армату ре) из-за гидравлических потерь возможно вскипание, что приводит к кавитации и резкому снижению коэффициента подачи. Для устранения этого явления необходимо в значительной мере переохлаждать сжиженные газы перед их поступлением в насос.

В зависимости от количества перекачиваемого сжижен­ного газа и его конечного давления в цехах разделения воздуха применяют поршневые (плунжерные) и центро­бежные насосы. Поршневые насосы используют для гази­фикации жидкости (кислорода и азота) и наполнения бал­лонов до обеспечения давления 40 МПа или для подачи га­за в сеть потребителя при давлении до 1,5 МПа. Центро­бежные насосы применяют для перекачки жидкости меж­ду колоннами в больших количествах при малых напорах. Воздухоразделительные установки различают по произ­водительности, организации холодильного процесса и соста­ву продуктов разделения.

Установки для производства газообразного кислорода по производительности делят на три группы: малой произво­дительности (8,3-10-³—6,9-10-² м³/с), в которых применя­ется высокое давление (10—20 МПа) и среднее (3— 5 МПа); средней производительности (8,310-²—1,0 м³/с), в которых применяется холодильный цикл с двумя давле­ниями—высоким и низким или только низким давлением (0,8—0,5 МПа); большой производительности (>1,39 м³/ /с) с низким давлением. На установках средней и боль­шой производительности наряду с кислородом и азотом по­лучают также инертные газы.

Тип воздухоразделительной установки обозначают бук­вами и цифрами, например К-0,04; К_т-35. Буква показывает вид основного продукта, вырабатываемого установкой (К— кислород технический; Кт — кислород технологический, га­зообразный; А —азот газообразный; Ар —аргон газооб­разный; Кж, А_ж — жидкие кислород и азот соответственно), цифра показывает количество вырабатываемого основного продукта (в тыс. м³/ч для газообразных или кг/ч для жид­ких). В установках большой производительности в число­вом индексе указывают суммарное количество техническо­го и технологического кислорода.

В соответствии с ГОСТ 5583—78 технический кислород имеет концентрацию 99,2—99,7%. Технологический кисло­род выпускается в соответствии с требованиями того технологического процесса, в котором он используется. Концентрация технологического кислорода составляет 90-05%.

В черной металлургии на многих заводах применяются наиболее крупные кислородные установки КтК-35-2 с бло­ком разделения воздуха БР-2 или БР-2М.

Производительность установки КтК-35-2 и рациональное по­строение технической схемы позволяют получить в ней са­мый дешевый кислород.

Кислородные установки большой производительности и низкого давления (0,62—0,65 МПа) в настоящее время яв­ляются очень экономичными. Расход электроэнергии в этих установках составляет 0,45—0,39 кВт ч на 1 м³ кислорода. Сейчас разрабатываются еще более крупные блоки разде­ления — до 80 000 м³/ч (сухого технического кислорода) и выше. Однако дальнейшее снижение удельного расхода электроэнергии возможно только при снижении давления сжатого воздуха до 0,43—0,31 МПа.

Кроме установок высокой производительности, применя­ются также установки малой производительности К-0,04 (КГН-30) и другие, предназначенные для производства технического и жидкого кислорода.