شیرهای برودتی در واحدهای جداسازی هوا چگونه استفاده می شوند؟

نقش شیرهای برودتی در واحدهای جداسازی هوا

در یک واحد جداسازی هوا (ASU)، دریچه های برودتی برای کنترل جریان، فشار، و جداسازی سیالات بسیار سرد - عمدتاً اکسیژن مایع، نیتروژن مایع و آرگون مایع - استفاده می شود، زیرا هوا فشرده، سرد و تقطیر می شود و به گازهای تشکیل دهنده آن در دماهای پایین تر تقطیر می شود. -196 درجه سانتیگراد . این شیرها جریان را در نقاط بحرانی از جمله خط اصلی کمپرسور هوا، جعبه سرد، ستون های تقطیر و سیستم های ذخیره و بارگذاری محصول نهایی تنظیم می کنند. بدون دریچه‌های برودتی طراحی شده مناسب، یک ASU نمی‌تواند پایداری حرارتی، نشتی و حاشیه‌های ایمنی مورد نیاز برای تولید گازهای صنعتی قابل اطمینان را حفظ کند.

به زبان ساده: شیرهای برودتی لوازم جانبی اختیاری در ASU نیستند - آنها اجزای اصلی کنترل فرآیند هستند. هر مرحله از فرآیند جداسازی هوا، از ورودی هوای خام تا محصول مایع نهایی، به دریچه‌هایی بستگی دارد که می‌توانند به طور ایمن و مکرر در دماهای برودتی بدون گیر کردن، نشت یا ترد شدن کار کنند.

آشنایی با فرآیند جداسازی هوا

واحدهای جداسازی هوا با فشرده سازی هوای اتمسفر، حذف ناخالصی هایی مانند بخار آب و دی اکسید کربن و سپس خنک کردن آن تا دمای برودتی تا زمانی که مایع شود، کار می کنند. سپس هوای مایع به ستون‌های تقطیر وارد می‌شود، جایی که اکسیژن، نیتروژن و آرگون بر اساس نقاط جوش متفاوتشان جدا می‌شوند. کل این فرآیند تقریباً در هر مرحله به کنترل دقیق شیر بستگی دارد.

مراحل کلیدی فرآیند که نیاز به کنترل دریچه دارند

1. ورودی هوا و فیلتراسیون، جایی که دریچه های کنترل جریان هوا را به داخل قطار کمپرسور تنظیم می کنند.
2. فشرده سازی چند مرحله ای، که در آن شیرهای چک از جریان برگشتی بین مراحل تراکم جلوگیری می کنند.
3. پیش خنک‌سازی و خالص‌سازی، جایی که دریچه‌های سوئیچینگ بسترهای غربال مولکولی را جایگزین می‌کنند.
4. جعبه سرد، جایی که دریچه های برودتی فرآیند مایع سازی و تقطیر را مدیریت می کنند.
5. ذخیره سازی و بارگیری، جایی که دریچه ها انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن و آرگون را به مخازن یا تانکرها کنترل می کنند.

جایی که شیرهای برودتی در ASU نصب می شوند

دریچه‌های برودتی در سردترین بخش‌های گیاه، معمولاً در داخل یا نزدیک جعبه سرد متمرکز می‌شوند، جایی که دما می‌تواند به زیر کاهش یابد. -180 درجه سانتی گراد . قرارگیری آنها به جای راحتی به دلیل عملکرد فرآیند تعیین می شود، زیرا هر گونه نشت یا شکست در این منطقه می تواند تولید را متوقف کند یا خطر ایمنی ایجاد کند.

چرا دقت کنترل جریان در جعبه سرد مهم است؟

در داخل جعبه سرد، ستون های تقطیر به کنترل بسیار خوب جریان مایع و بخار برای حفظ تفکیک صحیح بین اکسیژن، نیتروژن و آرگون متکی هستند. اینجاست که یک دریچه کروی برودتی نقش مهمی را ایفا می کند. برخلاف شیرهای توپی یا دروازه‌ای که برای موقعیت‌های کاملاً باز یا کاملا بسته مناسب هستند، یک شیر گلوب مشخصه جریان خطی را ارائه می‌کند که به اپراتورها اجازه می‌دهد تا نسبت‌های رفلاکس و جریان جوش‌آور را با دقت بسیار بیشتری تنظیم کنند.

کاربردهای معمولی دریچه گلوب در جعبه سرد

• کنترل جریان رفلاکس در ستون های تقطیر فشار بالا و فشار پایین
• گاز خروجی محصول اکسیژن مایع
• کنترل بای پس کولر فرعی
• تنظیم دریچه نیتروژن در هنگام راه اندازی و خاموش شدن

از آنجایی که این کاربردها به جای روشن/خاموش ساده شامل دریچه گاز مداوم هستند، طراحی نشیمنگاه و ساقه یک شیر کروی برودتی باید در برابر سایش بیش از ده ها هزار چرخه عملیاتی مقاومت کند، همه اینها در حالی که آب بندی محکم حباب در دماهای برودتی را حفظ می کند.

جلوگیری از جریان برگشتی: نقش شیر برگشتی برودتی

دومین عملکرد مهم در داخل یک ASU جلوگیری از جریان معکوس است که وظیفه آن است شیر چک برودتی . جریان برگشتی در یک سیستم برودتی می‌تواند باعث مشکلات جدی از جمله افزایش فشار، آسیب به مراحل کمپرسور بالادست و آلودگی بین جریان‌های گاز جدا شده شود. یک شیر برگشتی برودتی معمولاً در پایین دست کمپرسورها، در تخلیه پمپ‌ها و در خروجی‌های مخزن ذخیره‌سازی نصب می‌شود تا جریان را تنها در یک جهت مجاز کند.

از آنجایی که این شیرها اغلب بدون نظارت مستقیم انسانی کار می کنند، قابلیت اطمینان آنها تا حد زیادی از طریق فشار ترک خوردگی و عملکرد در جایگذاری مجدد اندازه گیری می شود. یک شیر برگشتی برودتی که به خوبی طراحی شده است باید با حداقل اختلاف فشار - اغلب در زیر - دوباره قرار بگیرد 0.5 بار - برای جلوگیری از افزایش فشار غیر ضروری در حالی که هنوز به سرعت بسته می شود تا از افزایش جریان معکوس جلوگیری شود.

طرح های رایج دریچه چک مورد استفاده در ASU

مواد و الزامات طراحی برای خدمات ASU

دریچه هایی که در داخل یک واحد جداسازی هوا استفاده می شوند باید طوری ساخته شوند که در برابر شوک حرارتی، الزامات سازگاری با اکسیژن و چرخه حرارتی مکرر مقاومت کنند. فولاد کربنی استاندارد در دماهای برودتی شکننده می شود، بنابراین بدنه و تریم سوپاپ ها معمولاً از فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند 304 یا 316 ساخته می شوند که انعطاف پذیری را حتی در دمای هوا حفظ می کنند. -196 درجه سانتیگراد .

ویژگی های اصلی طراحی

• طراحی کلاه بلند (یا گردن کشیده) برای دور نگه داشتن بسته بندی و مهر و موم ساقه از مایع فرآیند سرد
• قطعات داخلی تمیز شده با اکسیژن برای از بین بردن آلودگی هیدروکربنی، که خطر آتش سوزی در سرویس اکسیژن را به همراه دارد.
• طراحی ساقه با گشتاور کم برای جلوگیری از خرابی تحریک مربوط به یخ
• مهر و موم های ایمن و فراری با درجه انتشار برای نقاط ایزوله بحرانی

طول کاپوت افزایش یافته دلخواه نیست - به گونه‌ای محاسبه می‌شود که غده بسته‌کننده در دمای محیط یا نزدیک به آن باقی می‌ماند، درزگیر ساقه دریچه را از شکنندگی برودتی محافظت می‌کند و از تشکیل یخ که می‌تواند ساقه را در جای خود بگیرد، جلوگیری می‌کند.

چالش های عملیاتی ویژه سرویس جداسازی هوا

ASU ها معمولاً به طور مداوم برای ماه ها یا سال ها بین خاموش شدن های برنامه ریزی شده کار می کنند، به این معنی که انتظار می رود دریچه ها در طول چرخه های کاری طولانی به طور قابل اعتماد عمل کنند. چندین چالش عملیاتی برای این محیط منحصر به فرد است.

چرخه حرارتی در هنگام راه اندازی و خاموش شدن

راه اندازی و خاموش شدن هر کارخانه دریچه ها را در معرض نوسان دمایی از شرایط محیطی به سطوح برودتی قرار می دهد. دوچرخه سواری مکرر می تواند باعث ساییدگی صندلی، انقباض مهر و موم و تغییرات ابعادی بین اجزای فلزی شود. شیرهای انتخاب شده برای سرویس ASU باید برای چندین سیکل حرارتی آزمایش شوند تا اطمینان حاصل شود که عملکرد خاموشی را در طول عمر عملیاتی نیروگاه حفظ می کنند.

سازگاری با اکسیژن و خطر آتش سوزی

از آنجایی که اکسیژن مایع و گاز به شدت با هیدروکربن ها واکنش نشان می دهد، هر اثری از روغن، گریس یا باقی مانده آلی در داخل شیر می تواند خطر اشتعال ایجاد کند. به همین دلیل است که شیرهایی که برای سرویس اکسیژن ارسال می شوند، تحت مراحل تمیز کردن تخصصی قرار می گیرند و اغلب قبل از حمل و نقل به طور خاص به عنوان "سرویس اکسیژن" یا "اکسیژن تمیز" برچسب گذاری می شوند.

تست و تایید قبل از نصب

با توجه به عواقب خرابی سوپاپ در ASU - از خاموش شدن برنامه ریزی نشده تا حوادث ایمنی - آزمایش یک مرحله اجباری قبل از ورود هر شیری است. آزمایش‌های رایج شامل آزمایش پوسته، آزمایش نشت صندلی و آزمایش‌های دوچرخه‌سواری در دمای پایین است که در حمام‌های نیتروژن مایع برای شبیه‌سازی شرایط واقعی عملیاتی انجام می‌شود.

ملاحظات تعمیر و نگهداری برای قابلیت اطمینان طولانی مدت

از آنجایی که بیشتر جمعیت شیرهای ASU در داخل جعبه های سرد عایق بندی شده قرار دارد، دسترسی به تعمیر و نگهداری معمول محدود است. این امر باعث می‌شود که انتخاب شیر در مرحله طراحی بسیار مهم‌تر از کارخانه‌های معمولی با دمای محیط باشد، زیرا تعویض یک شیر خراب در داخل جعبه سرد اغلب به خاموشی جزئی یا کامل کارخانه نیاز دارد.

اپراتورها معمولاً بازرسی دریچه‌ها را در اطراف چرخش‌های برنامه‌ریزی‌شده برنامه‌ریزی می‌کنند، که برای بسیاری از ASUها فقط یک بار در هر بار انجام می‌شود. 3 تا 5 سال . این فاصله طولانی باعث می شود که چرا کیفیت جزء، انتخاب صحیح مواد و آزمایش کامل کارخانه قبل از نصب شیر اهمیت زیادی دارد.

خلاصه

شیرهای برودتی در سراسر فرآیند جداسازی هوا، از خطوط تخلیه کمپرسور تا بارگیری نهایی اکسیژن مایع، نیتروژن و آرگون ضروری هستند. یک شیر گلوب کرایوژنیک کنترل دقیق دریچه گاز مورد نیاز در داخل ستون های تقطیر را فراهم می کند، در حالی که یک شیر برگشتی برودتی سیستم را از آسیب رساندن به جریان برگشتی در کمپرسور و نقاط ذخیره محافظت می کند. انتخاب سوپاپ هایی با مواد مناسب، طراحی کاپوت توسعه یافته و تمیز کردن سرویس اکسیژن - همراه با آزمایش های دقیق کارخانه - چیزی است که به ASU اجازه می دهد تا سال ها بین رویدادهای اصلی تعمیر و نگهداری به طور ایمن و مداوم کار کند.