Скачать статью (518 KB)

Осушка является неотъемлемым этапом подготовки газа перед использовани- ем в технологическом процессе. Многие технические газы насыщены капельной влагой и парами воды, которые могут негативно влиять на протекание технологических процессов:

• выпадение конденсата при понижении температуры газа является активатором коррозии, снижающей прочность элементов проточной части конструкции, что, в свою очередь, создает угрозу безопасной эксплуатации оборудования;
• образование льда при дросселировании газов, а также в криогенных процессах может привести к серьёзным нарушениям в работе технологического оборудования;
• влага наряду с кислородом является окисляющей микропримесью, и ее присутствие в защитных газовых атмосферах приводит к браку в микроэлектронике и сварочных процессах;
• образование химических соединений - гидратов и льда на внутренней поверхности трубопровода является причиной уменьшения проходного сечения и, как следствие, увеличения гидравлических сопротивлений;
• ухудшение выходных параметров газов в технологических процессах, чувствительных к содержанию влаги в рабочей среде.

Для предотвращения пагубного влияния влаги на оборудование применяется комплекс мер по снижению влажности рабочей среды. Крупные капли фильтруются с помощью специальных устройств – сепараторов и коалесцирующих фильтров, устанавливаемых на входе в систему. Для очистки от паров воды используются установки, основанные на процессах конденсации, вымораживания или поглощения примеси (абсорбции и адсорбции) более плотной средой – сорбентом.

Показателем качества выходного потока по наличию влаги служит температура точки росы (ТТР) – температура газа, до которой его нужно охладить при постоянном давлении, чтобы водяной пар, содержащийся в газе, стал насыщенным и начал конденсироваться в росу

Абсорбционный метод используется в системах, где достаточно среднего уровня осушки газа с ТТР до - 40 °С. Применяется в основном для осушки природного газа, транспортируемого по магистральным трубопроводам.

Глубокую осушку (ТТР ниже - 40 °С) проводят с помощью установок, реализующих адсорбционный метод очистки технических газов. Зачастую магистрали от участков газоподготовки до мест непосредственного использования газа являются достаточно протяженными, что не позволяет добиться низкого влагосодержания во всей системе. В таком случае оптимальным решением является сочетание предварительной осушки газа в точке производства с последующей финишной очисткой с помощью установок, располагающихся рядом с местом потребления газа.

Адсорбция является универсальным процессом, позволяющим практически полностью извлечь влагу из газовой среды. Физический механизм адсорбции основан на поглощении вещества поверхностью твердого поглотителя (адсорбента). По способу протекания процесса адсорбция делится на:

1) физическую адсорбцию за счет действия поверхностных сил и капиллярной конденсации (например, осушка газа от влаги);

2) хемосорбцию за счет химического взаимодействия адсорбента с поглощаемым веществом.

В качестве адсорбентов для осушки газов используются вещества, имеющие большую удельную поверхность. Наибольшее промышленное применение нашли: бокситы (природные минералы, состоящие в основном из Al₂O₃); активированная окись алюминия (очищенный боксит); силикагели (вещества, состоящие из окиси кремния и получаемые с помощью химических реакций); молекулярные сита (натрийкальциевые силикаты или цеолиты).

Среди основных преимуществ адсорб- ционной осушки можно выделить:

• низкую точку росы осушенного газа (ТТР до - 100 °С);
• большую величину разности точки росы влажного и осушенного газа в ши- роком диапазоне параметров исходного газа;
• возможность извлечения из газа вместе с влагой диоксида углерода и углеводородов.

Типичная установка адсорбционной осушки с высокотемпературной регене- рацией адсорбента включает два адсор- бера с неподвижным слоем адсорбента, каждый из которых проходит поперемен- но следующие стадии:

Очистку газа

• адсорбция влаги на адсорбенте и вы- дача осушенного газа потребителю;

Регенерацию адсорбента: • высокотемпературная десорбция влаги из адсорбента;

• охлаждение адсорбера;
• повышение давления в адсорбере;
• ожидание переключения в режим очистки.

Компания ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) специализируется на разработке и изготовлении оборудования для глубокой очистки и осушки воздуха, аргона, гелия, азота, водорода и углекислоты. Изготавливаются автоматические установки осушки высокого давления различной производительности. Осушка газов при высоком давлении (200, 350, 400 и даже 450 бар) позволяет добиться чрезвычайно хороших показателей по точке росы при относительно небольших расходах регенерирующего газа. Связано это с особенностями процесса адсорбции. Чем выше давление рабочей среды, тем выше парциальное давление примеси, а значит, выше и адсорбционная емкость адсорбента.

В зависимости от решаемой задачи и условий проведения процесса применяются все распространенные типы адсорбентов: цеолиты, активированные угли, активная окись алюминия или силикагель. Например, для осушки азота применяются однослойные цеолитовые адсорберы, а для осушки воздуха - двухслойные активная окись алюминия – цеолит. Адсорбенты, применяемые ООО «МВиФ» в установках осушки, обеспечивают:

• большую поверхность пор, определяющую их активность;
• высокую скорость массообмена в процессах адсорбции и десорбции;
• простоту регенерации; стабильность адсорбционных свойств;
• малое сопротивление потоку газа;
• высокую механическую прочность и износостойкость;
• химическую инертность и отсутствие токсичности;
• постоянный объем в процессе насыщения и выделения влаги.

Принципиальная схема, реализованная на установках осушки производства ООО «МВиФ», позволяет организовать непрерывную работу установки в автоматическом режиме без непосредственного участия человека и обеспечить круглосуточное снабжение потребителя сухим продукционным газом.

Конструкция установки осушки (УО) включает два адсорбера, электрический нагреватель газа регенерации, фильтры, запорную арматуру и систему управления.

Газ под высоким давлением поступает в систему фильтрации входного потока для удаления конденсированной фазы, которая в общем случае может состоять из капельной жидкости (воды, масла) и твердых частиц. После прохождения фильтров коалесцентной Ф1 и механической очистки Ф2, поток поступает в первый адсорбер, где осуществляется его очистка от микропримесей влаги на адсорбенте.

Очищенный и осушенный газ проходит через магистраль с фильтром и подается потребителю. Регистрация давления и температуры точки росы осушаемого потока производится преобразователями давления и влажности соответственно.

При пропускании влажного газа через слой сухого отрегенерированного цеолита влага адсорбируется, образовывая зону насыщения, которая уже не способна поглощать влагу. С течением времени фронт зоны насыщения распространяется по направлению потока, пока не охватит основной объем цеолита. Для продолжения очистки необходимо провести регенерацию адсорбера.

Во время работы установки в одном из адсорберов осуществляется очистка основного потока, другой в это время находится на стадии регенерации, которая осуществляется регенерирующим газом – долей основного потока сухого газа. Регенерация адсорбента проводится с целью извлечения из его пор влаги, поглощенной в цикле адсорбции.

Процесс регенерации интенсифицируется с помощью тепла, поступающего в адсорбер с горячим газом, подогреваемым в электрическом нагревателе до 200-250°C. Регенерация осуществляется без избыточного давления. Расход тепла на регенерацию складывается из расхода тепла на подогрев адсорбера и его содержимого до необходимой температуры и на теплоту фазового перехода - десорбцию адсорбированных в процессе очистки компонентов. Регистрация давления, температуры газа после регенерации и температуры стенки адсорбера в процессе регенерации адсорбента осуществляется преобразователями давления и температуры соответственно.

Снижение температуры регенерирующего газа после выхода из адсорбера до допустимого значения (20 ÷ 40 °С) осуществляется в охладителе, после чего поток направляется в систему организованного сброса. Восстановленный адсорбер по окончании времени регенерации охлаждается потоком регенерации при выключенном электрическом нагревателе и переходит в режим ожидания до тех пор, пока в первом адсорбере не закончится стадия очистки. После этого первый адсорбер переходит в стадию регенерации, а второй адсорбер - в стадию очистки.

В состав установки осушки производ- ства ООО «МВиФ» входит шкаф питания и управления, который распределяет электропитание по электрическим ком- понентам блока, а также обрабатывает и выводит на сенсорную графическую панель оператора параметры техноло- гического процесса осушки газа. Служба эксплуатации получает возможность счи- тывать информацию о температуре точки росы осушенного продукционного газа, давлении и температуре газа в адсор- берах на стадиях осушки и регенерации. Управление мощностью электрического нагревателя осуществляется с помощью тиристорного регулятора.

Электронные контрольно-измерительные приборы (датчики давления, датчики температуры, датчики влажности), ис- пользуемые в составе установок осушки производства ООО «МВиФ», поставля- ются проверенными и входят в Государ- ственный реестр средств измерения.

В зависимости от требуемых показателей глубины очистки и производительности установки осушки адсорбционный цикл может быть скорректирован. Большое внимание разработчики уделили безопасности при эксплуатации установок осушки. Автоматическая защита предохраняет оборудование от превышения установленных значений термодинамических параметров газа и входных электрических сигналов. Система переключения дополнительно дублируется ручным управлением клапанов и снабжена функциями экстренного прерывания технологического цикла работы установки. Все установки соответствуют требованиям технических регламентов Таможенного Союза: ТР ТС 004/2011, ТР ТС 010/2011, ТР ТС 020/2011, ТР ТС 032/2013.

Если Вам требуется чистый сухой азот, воздух или аргон с точкой росы до -100°C, Вы всегда можете обратиться к специалистам компании Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F), которые помогают как конечным потребителям, так и проектным, монтажным и газовым компаниям. Помимо блоков осушки высокого давления, компания MV&F предлагает целый ряд сопутствующих компонентов для газовых систем: баллоны и моноблоки высокого давления, фильтры и регуляторы давления, предохранительные клапаны и манометры, трубы, фитинги и многое другое. GW

Автор статьи

Вячеслав Сусликов, к.т.н., начальник сектора,
тепло- и массообменного оборудования и трубопроводной арматуры ООО «МВиФ»