В нашей повседневной жизни мы нередко встречаемся с утверждением, что кто-то берет деньги буквально из ниоткуда, как будто черпая их из воздуха.
Но мало кто воспринимает столь смелое утверждение буквально. А не попробовать ли сделать это?
Ведь производство кислорода – вполне себе реальный бизнес, да к тому же дающий своему владельцу прекрасные прибыли.
Обыватели ошибочно считают, что чистый кислород может быть использован только некоторыми отраслями тяжелой промышленности да медицинскими учреждениями, однако это совершенно не так.
К слову, крупным предприятиям куда интереснее производство жидкого кислорода, заниматься которым ИП среднего пошиба просто невыгодно из-за высокой опасности процесса и постоянных проверок надзорных органов.
Где используется кислород?
Да, тяжелая промышленность и в самом деле потребляет не менее 80% всего производимого кислорода. Кроме того, его широко используют сварщики для ацетилен-кислородной резки металла, для обеззараживания воды (из-за его великолепных окислительных свойств), а также для аэрации прудов при разведении рыбы в зимний период (для предотвращения мора).
Впрочем, если у вас под боком есть хоть один мало-мальски функционирующий завод по выплавке металлов, то работой вы будете обеспечены в любом случае.
К сожалению (и к счастью для экологии), такие предприятия есть даже не во всех крупных городах, не говоря уже о провинции. Впрочем, это не должно вас останавливать: при наличии в вашем регионе хоть какой-то промышленности, рыбоводческих хозяйств или просто должного количества сварщиков, прибыль будет всегда.
Документы и требования к продукции
Существует сразу несколько нормативов, которые регламентируют производство кислорода. Речь идет о ГОСТ 5583-78 и ТУ (техническом регламенте) 2114-001-05798345-2007. И даже экспортная версия продукции должна проходить сертификацию по ISO 2046-73.
Заметим, что какой-то запредельной бюрократической волокиты на этапе получения всех необходимых документов нет. Кстати, а какие именно бумаги вам потребуется получить?
Вот их полный перечень.
- Заявление на право заниматься производством газообразного кислорода.
- Нотариально заверенные копии всех учредительных документов вашего предприятия.
- Нотариально заверенная копия документа о регистрации вашей фирмы и постановке вас на учет в качестве юридического лица.
- Необходимые коды статистики.
- Заверенная копия выписки из ЕГРЮЛ.
- Все документы, подтверждающие право специалистов компании заниматься производством кислорода: дипломы высшего и среднего специального образования, свидетельства о прохождении соответствующих курсов, трудовые книжки с записями о стаже работы на промышленных предприятиях схожего профиля.
- Документы, подтверждающие факт наличия у вас зданий, которые подходят для организации цеха, в котором можно наладить производство кислорода (договор купли-продажи, арендный договор).
Технология и оборудование
Основным прибором для получения химически чистого вещества является кислородный концентратор. Некоторые ошибочно называют его «генератором», что в корне неверно: он не генерирует кислород, а только извлекает его из воздуха, увеличивая концентрацию.
Как нетрудно догадаться, стоимость такого оборудования находится в прямой зависимости от его мощности. Производительность измеряется в том количестве кислорода заданной концентрации, которое прибор выдаст за один час работы при полной загрузке.
Рассмотрим затраты на его покупку: обычный китайский концентратор, за час выдающий десять кубометров 96% кислорода, обойдется вам тысяч в шесть долларов.
А теперь приготовьтесь: генератор той же фирмы, но выдающий уже сотню кубометров газа того же качества (за одинаковое время), покупать придется за 30 миллионов (!) рублей. Впрочем, у оборудования такого класса есть одно неоспоримое преимущество: с его помощью возможно производство кислорода и азота. Последний охотно закупается предприятиями сельскохозяйственной промышленности, которые занимаются производством азотных удобрений.
Дополнительные затраты и примечания
К сожалению, установить оборудование на чистом альпийском лугу не получится: питание осуществляется от баллонов со сжатым воздухом, который был пропущен через мощные фильтры, а потому очищен от посторонних примесей и водяных паров.
Есть и положительная сторона: в использованные баллоны из-под воздуха вы сможете закачивать чистый кислород. Учитывая, что один такой баллон стоит порядка 6 тысяч рублей, экономия получается существенная. Но мы бы порекомендовали покупать не только оборудование для производства кислорода, но и все необходимое для очистки и сжатия воздуха.
Учитывая вышеприведенные цены, особой разницы при покупке всего комплекта вы даже не заметите.
Соотношение потребленного воздуха и произведенного кислорода
Чтобы заниматься еще и производством воздуха (вспомните, о чем мы говорили в начале статьи), нужно закупить компрессор с большой резервной мощностью. Это оборудование для производства кислорода стоит не слишком дорого, а потому увеличение производительности не ударит по вашему карману.
Разумеется, что концентратор будет потреблять намного больше воздуха в сравнении с выпускаемым им химически чистым кислородом. Упомянутый выше генератор (на 10 кубометров готового газа) за один час потребляет 132 кубометра воздуха. Соответственно, модель на 100 кубов за один час «съест» 1320 кубометров.
Оборудование для очистки и осушения воздуха
Мы уже говорили, что производство кислорода станет куда рентабельнее, ежели вы сами будете делать сырье для концентратора. Нормальный компрессор для первой модели кислородного концентратора можно купить примерно за 8 тысяч рублей, а вот оборудование для более мощной модели будет стоить уже от тысячи долларов.
Качественный осушитель, сопряженный с системой фильтров, обойдется вам в 50 и 350 тысяч рублей соответственно. Словом, в сравнении с затратами на покупку самого концентратора, эти расходы будут уже далеко не столь чувствительными.
Если же не планировать выходить на «космические» мощности, то вполне реально вообще обойтись только арендой части (или вообще всего) оборудования. Кроме того, можно прикупить простейший генератор с производительностью в 3,5 кубометра за час, который продуцирует 90% кислород. Обойдется он уже долларов в 600.
Конечно же, производство кислорода из воздуха в таких масштабах оправдано только в случае его эпизодического использования.
Помещение и персонал
В принципе, каким-то особым требованиям цеха для производства кислорода отвечать не должны. За исключением увеличенного числа пожарных щитов и огнетушителей.
Но в цехе обязательно должна быть проводка, выдерживающая подключение оборудования на 380 В.
Кроме прочего, установка для производства кислорода хороша тем, что для ее обслуживания не требуется привлекать кандидата наук. Вполне подойдет и обычный работник, который вполне справится с задачей после небольшого инструктажа.
Обязательно необходим инженер специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ» или 240706 «Автоматизированное производство химических предприятий».
Разумеется, необходимы грузчики, экспедиторы, специалисты по маркетингу, которые будут отвечать за распространение готовой продукции.
Немного о рентабельности
Как вы уже могли заметить, мы неоднократно отмечали, что рентабельность производства во многом зависит от того, какой воздух вы используете: покупной или «изготовленный» самостоятельно. Впрочем, о каких-то конкретных цифрах говорить сложно, так как все зависит от характеристик используемого вами оборудования, количества наемных работников, фонда заработной платы.
Впрочем, в накладе вы не останетесь в любом случае. Опыт производителей показывает, что средняя рентабельность предприятия на покупном воздухе составляет не менее 100%, на своем сырье – от 150% и выше.
Производство медицинского кислорода
В самом начале статьи мы уже отмечали, что медицинским учреждениям также нужен кислород. Не стоит думать, что его производят в тех же цехах. Вопреки общепринятому мнению, производство медицинского кислорода вообще осуществляется в довольно-таки небольших объемах.
К этому процессу допускаются только получившие все необходимые сертификаты соответствия предприятия медицинской промышленности. «Простым смертным» в эту сферу не попасть. Впрочем, оно того и не стоит: на сертификации и организации соответствующего всем требованиям медиков производстве вы потеряете столько, что окупить все затраты сможете далеко не в первый год.
Для получения технически чистого кислорода воздух подвергается глубокому охлаждению и сжижается (температура кипения жидкого воздуха при атмосферном давлении - 194,5°). Полученный жидкий воздух подвергается дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной разности (около 13°) в температурах кипения жидких азота (-196°) и кислорода (-183°).
Воздух, засасываемый многоступенчатым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, затем проходит последовательно ступени компрессора (на фигуре изображён четырёхступенчатый компрессор). За каждой ступенью компрессора давление воздуха возрастает и доводится до 50-220 атм в зависимости от системы установки и стадии производства. После каждой ступени компрессора воздух проходит влагоотделитель, где осаждается вода, конденсирующаяся при сжатии воздуха, и водяной холодильник, охлаждающий воздух и отнимающий тепло, образующееся при сжатии. Между второй и третьей ступенями компрессора для поглощения углекислоты из воздуха включается аппарат - декарбонизатор, заполняемый водным раствором едкого натра. Сжатый воздух из компрессора проходит осушительную батарею из баллонов, заполненных кусковым едким натром, поглощающим влагу и остатки углекислоты. Возможно полное удаление влаги и углекислоты из воздуха имеет существенное значение, так как замерзающие при низких температурах вода и углекислота забивают трубки кислородного аппарата сравнительно малого сечения и заставляют прекращать работу установки, останавливая её на оттаивание и продувку кислородного аппарата.
Пройдя осушительную батарею, сжатый воздух поступает в так называемый кислородный аппарат, где происходит охлаждение и сжижение воздуха и его ректификация с разделением на кислород и азот. Нормальный кислородный аппарат включает две ректификационные колонны, испаритель, теплообменник, дроссельный вентиль. Сжатый воздух охлаждается в теплообменнике отходящими из аппарата кислородом и азотом, дополнительно охлаждается в змеевике испарителя, после чего проходит дроссельный вентиль, расширяясь и снижая давление. Вследствие эффекта Джоуля-Томсона температура воздуха при расширении резко падает и происходит его сжижение.
Жидкий воздух испаряется в процессе ректификации, процесс испарения и отходящие газообразные продукты ректификации - азот и кислород - охлаждают новые порции сжатого воздуха, поступающего из компрессора, и т.д. Газообразный азот чистотой 96-98% обычно не используется и из теплообменника выпускается в атмосферу. Газообразный кислород чистотой 99,0-99,5% направляется в резиновый газгольдер, откуда засасывается кислородным компрессором и подаётся для наполнения кислородных баллонов под давлением 150 атм.
Установка работает непрерывно круглосуточно до замерзания аппарата или появления каких-либо неисправностей, требующих остановки для ремонта. По замерзании аппарата работа прекращается и начинается период отогрева аппарата тёплым воздухом, подаваемым компрессором. По окончании отогрева производятся продувка аппарата, необходимый текущий ремонт, и установка готова к новому пуску.
Полный производственный цикл установки называется кампанией, нормальная продолжительность которой около 600 час, из них полезной работы с выдачей кислорода 550-560 час. В пусковой период, когда требуется интенсивное охлаждение аппарата и скорейшее создание запаса жидкого воздуха, компрессор подаёт воздух под давлением около 200 атм, когда же устанавливается нормальный ход процесса, расход холода уменьшается и рабочее давление компрессора снижается до 50-80 атм. Сказанное относится к получению из аппарата газообразного кислорода, который уносит с собой немного холода из аппарата, отдавая большую часть холода в испарителе и теплообменнике аппарата. В настоящее время часто значительная часть кислорода отбирается из аппарата в жидком виде. С жидким кислородом, имеющим температуру -183°, из аппарата уносится много холода, и для возможности нормальной работы установки необходимо усилить охлаждение системы. Это достигается двумя путями: 1) повышением рабочего давления воздушного компрессора; 2) совершением внешней работы при расширении воздуха.
При работе установки для получения жидкого кислорода рабочее давление воздушного компрессора поддерживается около 200 атм. на протяжении всей кампании, вместо 50-80 атм., достаточных для производства газообразного кислорода. При производстве жидкого кислорода сжатый воздух из компрессора разделяется на два примерно одинаковых потока, один из которых направляется непосредственно в кислородный аппарат, как было описано выше, другой же предварительно поступает в специальную поршневую машину, так называемую расширительную машину или детандер. В детандере поступающий сжатый воздух расширяется, совершая внешнюю работу, и снижает давление с 200 до 6 атм. Расширение в детандере с совершением внешней работы охлаждает воздух значительно сильнее, чем расширение в дроссельном вентиле кислородного аппарата за счёт эффекта Джоуля-Томсона. Воздух охлаждается на выходе из детандера примерно до -120° и поступает в кислородный аппарат, смешиваясь с частью воздуха, поступающего в кислородный аппарат помимо детандера. Указанные изменения позволяют непрерывно отбирать жидкий кислород из аппарата без нарушения процесса производства.
Транспортирование и хранение кислорода
Производство кислорода из воздуха ведётся непрерывно круглосуточно, в малых масштабах оно нерентабельно. Обычно лишь предприятия с большим потреблением кислорода, не менее 400 - 500 м 3 в сутки, могут иметь собственные кислородные установки, основная же масса потребителей со средним и малым потреблением кислорода получает его со специальных кислородных заводов. Поэтому существенное значение приобретает транспорт и хранение кислорода, часто обходящиеся дороже его производства. Кислород обычно хранится и транспортируется в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 атм.
Кислородный баллон представляет собой цилиндр со сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживается башмак, позволяющий ставить баллон вертикально. На горловину насаживается кольцо с резьбой для навёртывания защитного колпака. Горловина имеет внутреннюю коническую резьбу для ввёртывания вентиля.
По ГОСТ баллоны изготовляются из стальных цельнотянутых труб углеродистой стали с пределом прочности не ниже 65 кг/мм2, пределом текучести не ниже 38 кг/мм2 и относительным удлинением не ниже 12%. Кислородные баллоны изготовляются для разных целей ёмкостью от 0,4 до 50 л. В сварочной технике применяются главным образом баллоны ёмкостью 40 л. Такой баллон имеет наружный диаметр 219 мм, длину корпуса 1390 мм, толщину стенки 8 мм; весит баллон без кислорода около 67 кг.
Баллоны из углеродистой стали для рабочего давление 150 атм имеют вес тары 1,6-1,7 кг! л ёмкости, В последнее время начато освоение баллонов из легированных сталей с пределом прочности 100-120 кг/мм2, что даёт возможность повысить рабочее давление баллонов и снизить их вес в 2-2,5 раза для той же ёмкости и рабочего давления. Чтобы избежать опасных ошибок при наполнении и использовании, баллоны для разных газов окрашиваются в различные цвета, кроме того, присоединительный штуцер запорного вентиля имеет различные размеры и устройство. Кислородные баллоны окрашиваются снаружи в голубой цвет и имеют надпись чёрными буквами кислород. Через каждые пять лет кислородный баллон подвергается обязательному испытанию в присутствии инспектора Котлонадзора, что отмечается клеймом, насекаемым на верхней сферической части баллона. Производится также гидравлическое испытание на полуторное рабочее давление, т.е. на 225 атм. Вентиль кислородного баллона изготовляется из латуни. Присоединительный штуцер вентиля имеет правую трубную резьбу 3/4, Во время хранения вентиль защищается предохранительным колпаком, который навёртывается на наружное кольцо горловины баллона. Баллон, заполненный кислородом под давлением 150 атм, при нарушении правил обращения с ним может дать взрыв значительной разрушительной силы. Поэтому при обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать установленные правила безопасности. В особо ответственные или опасные цехи рекомендуется вообще не вносить кислородных баллонов, а располагать их вне цеха в отдельной пристройке, и подавать в цех по трубопроводу редуцированный кислород пониженного давления, обычно 10 атм.
Простейшая пристройка в форме железного шкафа у наружной стены. Обычно в цехе не должно находиться одновременно более 10 баллонов. В цехе баллоны должны прикрепляться хомутом или цепью к стене, колонне, стойке и т.п. для устранения возможности падения. На территории завода баллоны нужно переносить на носилках или лучше перевозить на специальных тележках; переносить баллоны на руках или на плечах запрещается. При перевозке баллонов на автомашинах или подводах необходимо обязательно применять деревянные подкладки, устраняющие перекатывание и соударения баллонов. Погрузка и выгрузка баллонов должны производиться осторожно, без толчков и ударов. Баллоны необходимо защищать от нагревания, например от печей, вызывающего опасное повышение давления газа в баллонах.
Для возможности пользования жидким кислородом необходимы: 1) транспортный танк для перевозки жидкого кислорода, установленный на автомашине, обычно принадлежащий кислородному заводу; 2) газификатор, служащий для превращения жидкого кислорода в газообразный и устанавливаемый обычно у потребителя кислорода.
поликристаллический кислород полупроводниковый кремний
Введение
в) доменное производство;
д) прокатное производство.
Требования по выполнению режимов труда и отдыха.
1.3.1. Режим труда и отдыха апратчиков производится согласно графику, «4-х бригадный 2-х сменный при непрерывной производственной неделе с 12-ти часовыми сменами, утвержденному директором по персоналу и общим вопросам.
1.3.2. Вступление на дежурство и уход с дежурства аппаратчика производится по утвержденному графику. Меняться дежурством только с разрешения администрации отделения.
1.3.3. Для приемки смены нужно явиться на рабочее место не менее чем за 30 минут до начала дежурства.
1.3.4. В случае невыхода на работу сменщика необходимо сообщить сменному мастеру участка разделения воздуха. Уход с дежурства в данном случае, до сдачи смены, запрещается.
1.3.5. Сдачу дежурства разрешает начальник смены.
1.3.6. Во всех случаях приемка смены производится после разрешения сменного мастера участка разделения воздуха.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ.
Требования к использованию средств защиты работников.
2.3.1. Аппаратчик должен работать в спецодежде, застегнутой на все пуговицы. На одежде не должно быть развевающихся частей, которые могут быть захвачены движущимися (вращающимися) частями механизмов. Засучивать рукава спецодежды запрещается.
При нахождении в помещениях с действующим энергетическим оборудованием, камерах, каналах, тоннелях и в ремонтной зоне аппаратчик должен надевать застегнутую подбородным ремнем защитную каску. Волосы должны убираться под каску.
2.3.2. При выходе в рабочую зону с повышенным уровнем шума необходимо пользоваться берушами.
2.3.3. При авариях в газовом хозяйстве необходимо использовать газозащитную аппаратуру (ГЗА) – кислородные изолирующие противогазы.
2.3.4. При обслуживании мазутных форсунок пользоваться светозащитными очками.
2.3.5. При производстве работ по продувке водоуказательных колонок и при проверке СПУ, если аппаратчик выполняет обязанности обходчика, использовать защитные очки или прозрачную маску для лица.
2.3.6. При производстве одноразовых работ по уборке рабочей зоны, покраске закрепленного оборудования пользоваться респираторами и защитными очками.
2.3.7. Производство всех видов работ, кроме уборки вращающихся механизмов, производить в рукавицах.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПО ОКОНЧАНИИ РАБОТЫ.
Порядок безопасного отключения, остановки, разборки, очистки и смазки оборудования, приспособлений, машин, механизмов и аппаратуры, а при непрерывном процессе – порядок передачи их по смене, порядок сдачи рабочего места.
3.1.1. Аппаратчик по окончании работы обязан произвести тщательную уборку рабочего места.
3.1.2. Проверить состояние техники безопасности и противопожарное состояние рабочего места.
3.1.3. Привести в порядок инструмент, инвентарь, приспособления и сложить в специально отведенные места.
Порядок сдачи рабочего места, в том числе порядок и безопасные меры по удалению опасных и вредных веществ и материалов из рабочей зоны, а также меры по удалению и обезвреживанию отходов производства, являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов.
3.2.1. Аппаратчик обязан дать сменщику полные сведения о состоянии и режиме работы оборудования, обо всех неисправностях, неполадках, имевших место во время смены.
Дать все замечания по технике безопасности, принятых мерах по устранению замечаний.
3.2.2. Аппаратчик оформляет сдачу смены росписью в суточной ведомости.
3.2.3. Использованная ветошь складируется в специальные ящики для использованной ветоши.
3.2.4. Мусор и бытовые отходы, строительные отходы, лом черных металлов убираются в контейнеры с соответствующей маркировкой.
Ректификация воздуха.
Ректификация – разделение смесей на составляющие вещества в результате взаимодействия потоков жидкости и пара, которые обычно движутся навстречу друг другу.
Рис.3
Библиографический список
1. Д.Л. Глизманенко “Получение Кислорода”. Изд. 5-е М.”Химия” 1972, 752с., 46табл;
2. http://www2.spiraxsarco.com/esc/SSW_Properties.aspx?country_id=ru&lang_id=rus
3. http://docs.cntd.ru/document/1200080702
Введение
Атмосферный осушенный воздух представляет собой смесь, содержащую по объему кислорода 20,95 % и азота 78,09 %, остальное – аргон 0,93%, криптон 1,14 , ксенон 8,6 и другие инертные газы, углекислый газ и пр. Содержание водяных паров в воздухе может меняться в широких пределах в зависимости от температуры и степени насыщения. Для получения технически чистого кислорода воздух подвергают глубокому охлаждению и сжижают (температура кипения жидкого воздуха при атмосферном давлении – 194,5 °С). Полученный жидкий воздух подвергают дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной разности (около 13 °С) температур кипения жидких азота (– 196 °С) и кислорода (– 183 °С).
Применение кислорода способствует прогрессу во многих областях техники, повышению производительности труда в промышленности, увеличению выработки продукции, улучшению ее качества и снижению себестоимости.
В нашей стране большое количество домен, мартеновских печей и конверторов переведено на работу с применением кислорода, что позволяет получать дополнительно десятки миллионов тонн чугуна и стали. Значительные количества кислорода и азота расходуются также в химической промышленности для производства удобрений и органических продуктов из новых источников сырья – природных и нефтяных газов.
Были созданы научно – исследовательские и проектные институты кислородной промышленности, заводы по изготовлению воздухоразделительных установок, построены мощные кислородные станции на крупнейших металлургических и химических комбинатах, машиностроительных предприятиях; введены в строй районные заводы для производства товарного газообразного и жидкого кислорода, азота, аргона; освоено серийное производство новых мощных установок для получения технологического и технического кислорода, чистого азота и редких газов.
В 2009 году на Новолипецком металлургическом комбинате (НЛМК) введена в промышленную эксплуатацию воздухоразделительная установка с комплексным извлечением продуктов разделения воздуха немецкой фирмы Linde.
Новолипецкий металлургический комбинат занимает первое место в России, среди предприятий по производству стали и проката. Производственные мощности компании считаются одними из самых технологически оснащенных в стране. Компания специализируется на производстве листового проката широкого сортамента.
НЛМК расположен в центре европейской части России, городе Липецке, вблизи крупнейшего железно – рудного бассейна Европы – Курской магнитной аномалии. Комбинат находится в регионе с наиболее развитой в России транспортной сетью и имеет стратегически выгодное местоположение для потребителей. Компания имеет удобный доступ к экспортным рынкам, выходы к портам на Балтийском и Черном морях.
НЛМК – предприятие полного металлургического цикла. В состав производственных мощностей входят горно – обогатительное, агломерационное, коксохимическое производство, доменное производство, сталеплавильное производство, производство горячекатаного и холоднокатаного проката, проката с цинковым и полимерным покрытием. Компания имеет наиболее современную производственную базу в российской металлургии. Производство всей стали осуществляется кислородно - конвертерным способом с разливкой на машинах непрерывного литья заготовок
НЛМК производит 14% российской стали, 24% плоского проката. Компания является крупнейшим в Европе производителем электротехнических сталей. НЛМК крупнейший в России производитель товарных слябов и один из крупнейших производителей штрипсов (заготовки для производства труб).
Кислородный цех входит в состав Энергетического производства на ряду с Теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), Центром электроснабжения (ЦЭлС), Газовым цехом, Теплосиловым цехом (ТСЦ), Цехом водоснабжения (ЦВС), Цехом технологической диспетчеризации (ЦТД), Энергоремонтным цехом (ЭнРЦ), Электроремонтным цехом (ЭлРЦ).
Новолипецкий металлургический комбинат является предприятием с полным металлургическим циклом, а это значит, что на промышленной площадке комбината располагаются все производства, необходимые для того, чтобы железная руда, пройдя все технологические этапы, превратилась в конечный продукт – холоднокатаный прокат.
Общая схема производства включает:
а) агломерационное производство;
б) коксохимическое производство;
в) доменное производство;
г) сталеплавильное производство;
д) прокатное производство.
Практически все перечисленные производственные процессы связаны с потреблением кислорода.
Структура Кислородного цеха ПАО «НЛМК»
Кислородный цех является производственно - структурной единицей энергетического производства ОАО «НЛМК». В составе кислородного производства имеются две компрессорные станции для обеспечения цехов комбината сжатым и осушенным сжатым воздухом.
Кислородный цех имеет право на осуществление деятельности по:
- 1. Эксплуатации производства по получению, переработке, хранению и применению продуктов разделения воздуха.
- 2. Монтажу и пуско-наладке металлургических и коксохимических производств и объектов.
- 3. Ремонту агрегатов и оборудования металлургических и коксохимических объектов.
- 4. Эксплуатации взрывоопасных производственных объектов.
- 5. Осуществлению деятельности по обращению с опасными отходами.
- 6. Деятельность природоохранной направленности (утилизация, складирование, перемещение, размещение, захоронение, уничтожение промышленных и иных отходов).
В состав кислородного производства входят:
- - Кислородная станция №1;
- - Кислородная станция №2;
- - Участок внешних сетей и компрессорных станций (центральная компрессорная станция и станция осушенного воздуха р-н АГП).
В настоящее время в цехе заканчивается техническое перевооружение. Практически все оборудование является новым, высокопроизводительным, управляемым с помощью компьютеров. На воздухоразделительных установках работают специалисты с высшим образованием. Вся информация о работе блока выведена на компьютеры.
Воздух из атмосферы, через фильтры, всасывается компрессорами и сжимается до 6 кгс/см 2 , с последующей подачей в ВРУ для получения продуктов разделения (ПРВ), азота, кислорода, аргона, смеси инертных газов (криптоно-ксеноновый концентрат), неоногелиевой смеси (технического неона), и далее подаются потребителям ПРВ.
Кислород технический чистотой 99,5% давлением до 1,9 МПа используется при выплавке стали в кислородно-конвертерных цехах (ККЦ).
Кислород технологический чистотой 95% с давлением 400 мм вод. ст - для интенсификации доменного производства чугуна, обогащение доменного дутья до 30-40% кислородом, позволяет улучшить тепловой баланс плавки, увеличивается производительность печей.
Азот 99,999% потребляют листопрокатные цехи (ЛПЦ-2; ЛПЦ-3; ЛПП; ЛПЦ-5), огнеупорный цех, ККЦ-1, ККЦ-2, газовый цех.
Азот 98% - для продувки межконусных пространств в доменном процессе (ДП-6), на УСТК (КХП), ККЦ-1 и ККЦ-2.
Аргон - для продувки в процессе разливки специальных высококачественных марок сталей для удаления растворенных газов (ККЦ-1, ККЦ-2). Аргон на сторону отпускается в жидком и газообразном виде.
Кислородное производство обеспечивает цехи и производства комбината кислородом для автогенных нужд и сжатым воздухом. На сторону отпускается кислород жидкий и газообразный, криптоно-ксеноновый концентрат, неоногелиевая смесь.
Атмосферный воздух представляет собой смесь, содержащую по объёму кислорода 20,93% и азота 78,03%, остальное - аргон и другие газы нулевой группы, углекислота и пр. Указанные цифры относятся к осушенному воздуху без влаги. Содержание водяных паров в воздухе может меняться в широких пределах в зависимости от температуры и степени насыщения. Для получения технически чистого кислорода воздух подвергается глубокому охлаждению и сжижается (температура кипения жидкого воздуха при атмосферном давлении-194,5°). Полученный жидкий воздух подвергается дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной" разности (около 13°) в температурах кипения жидких азота (-196°) и кислорода (-183°).
Схема заводской установки для производства кислорода из воздуха показана на фиг. 118. Воздух, засасываемый многоступенчатым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, затем проходит последовательно ступени компрессора (на фигуре изображён четырёхступенчатый компрессор). За каждой ступенью компрессора давление воздуха возрастает и доводится до 50-220 атм в зависимости от системы установки и стадии производства. После каждой ступени компрессора воздух
проходит злагоотделитель, где осаждается зода, конденсирующаяся при сжатии воздуха, и водяной холодильник, охлаждающий воздух и отнимающий тепло, образующееся при сжатии. Между второй и третьей ступенями компрессора для поглощения углекислоты из воздуха включается аппарат - декарбонизатор, заполняемый водным раствором едкого натра. Сжатый воздух из компрессора проходит осушительную батарею из баллонов, заполненных кусковым едким натром, поглощающим влагу и остатки углекислоты. Возможно полное удаление влаги и углекислоты из воздуха имеет существенное значение, так как замерзающие при низких температурах вода и углекислота забивают трубки кислородного аппарата сравнительно малого сечения и заставляют прекращать работу установки, останавливая её на оттаивание и продувку кислородного аппарата.
Пройдя осушительную батарею, сжатый воздух поступает в так называемый кислородный аппарат, где происходит охлаждение и сжижение воздуха и его ректификация с разделением на кислород и азот. Нормальный кислородный аппарат включает две ректификационные колонны, испаритель, теплообменник, дроссельный вентиль. Сжатый воздух охлаждается в теплообменнике отходящими из аппарата кислородом и азотом, дополнительно охлаждается в змеевике испарителя, после чего проходит дроссельный вентиль, расширяясь и снижая давление. Вследствие эффекта Джоуля-Томсона температура воздуха при расширении резко падает и происходит его сжижение.
Жидкий воздух испаряется в процессе ректификации, процесс - испарения и отходящие газообразные продукты ректификации ■- азот и кислород - охлаждают новые порции сжатого воздуха, поступающего из компрессора, и т. д. Газообразный азот чистотой 96-98% обычно не используется и из теплообменника выпускается в атмосферу. Газообразный кислород чистотой 99,0-99,5% направляется в резиновый газгольдер, откуда засасывается кислородным компрессором и подаётся для наполнения кислородных баллонов под давлением 150 атм.
Установка работает непрерывно круглосуточно до замерзания аппарата или появления каких-либо неисправностей, требующих остановки для ремонта. По замерзании аппарата работа прекращается и начинается период отогрева аппарата тёплым воздухом, подаваемым компрессором. По окончании отогрева производятся продувка аппарата, необходимый текущий ремонт, и установка готова к новому пуску.
Полный производственный цикл установки называется «кампанией», нормальная продолжительность которой около 600 час., из них полезной работы с выдачей кислорода 550-560 час. В пусковой период, когда требуется интенсивное охлаждение аппарата и скорейшее создание запаса жидкого воздуха, компрессор подаёт воздух под давлением около 200 атм, когда же устанавливается нормальный ход процесса, расход холода уменьшается и рабочее давление компрессора снижается до 50-80 атм. Сказанное отно-
сится к получению из аппарата газообразного кислорода, который уносит с собой немного холода из аппарата, отдавая большую часть холода в испарителе и теплообменнике аппарата. В настоящее время часто значительная часть кислорода отбирается из аппарата в жидком виде. С жидким кислородом, имеющим температуру -183°, из аппарата уносится много холода, и для возможности нормальной работы установки необходимо усилить охлаждение системы. Это достигается двумя путями: 1) повышением рабочего давления воздушного компрессора; 2) совершением внешней работы при расширении воздуха.
При работе установки для получения жидкого кислорода рабочее давление воздушного компрессора поддерживается около 200 атм на протяжении всей кампании, вместо 50--80 атм, достаточных для производства газообразного кислорода. При производстве жидкого кислорода сжатый воздух из компрессора разделяется на два примерно одинаковых потока, один из которых направляется непосредственно в кислородный аппарат, как было описано выше, другой же предварительно поступает в специальную поршневую машину, так называемую расширительную машину или детандер. В детандере поступающий сжатый воздух расширяется, совершая внешнюю работу, и снижает давление с 200 до 6 атм. Расширение в детандере с совершением внешней работы охлаждает воздух значительно сильнее, чем расширение в дроссельном вентиле кислородного аппарата за счёт эффекта Джоуля-Томсона. Воздух охлаждается на выходе из детандера примерно до -120° и поступает в кислородный аппарат, смешиваясь с частью воздуха, поступающего в кислородный аппарат помимо детандера. Указанные изменения позволяют непрерывно отбирать жидкий кислород из аппарата без нарушения процесса производства.
1 м3 кислорода при 760 мм рт. ст. и 0° весит 1,43 кг, а при 20° - 1,31 кг.
1 л жидкого кислорода весит 1,13 кг и, испаряясь, образует 0,79 м3 газообразного кислорода при 0° и 760 мм рт. ст. 1 кг жидкого кислорода занимет объём 0,885 л и, испаряясь, образует 0,70 м3 газообразного кислорода при 0° и 760 мм рт. ст. Технические данные стандартных кислородных установок, изготовляемых в Советском Союзе, приведены в табл. 15.
Установки на 5 и 30 м3/час изготовляются не только стационарными, но и передвижными.
В последние годы в Советском Союзе академик П. Л. Капица разработал новый процесс производства кислорода из воздуха. От всех существующих этот способ отличается низким рабочим давлением сжатого воздуха, всего 6 атм. Сжатие воздуха производится турбокомпрессором, основным производителем холода служит турбодетандер, предварительное охлаждение воздуха производится в регенераторах. Установка даёт жидкий кислород.
По действующему в СССР стандарту технический кислород 1-го сорта для сварки и резки металлов должен иметь степень чистоты не ниже 99%.
|
Таблица 15 Технические данные кислородных установок, изготовляемых в СССР
|
Производство кислорода из воздуха ведётся непрерывно круглосуточно, в малых масштабах оно нерентабельно. Обычно лишь предприятия с большим потреблением кислорода, не менее 400- 500 ж3 в сутки, могут иметь собственные кислородные установки, основная же масса потребителей со средним и малым потреблением кислорода получает его со специальных кислородных заводов. Поэтому существенное значение приобретает транспорт и хранение кислорода, часто обходящиеся дороже его производства. Кислород обычно хранится и транспортируется в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 атм.
Кислородный баллон (фиг. 119) представляет собой цилиндр со сферическим днищем и горловиной для крепления запорного вентиля. На нижнюю часть баллона насаживается башмак, позволяющий ставить баллон вертикально. На горловину насаживается кольцо с резьбой для навёртывания защитного колпака. Горловина имеет
внутреннюю коническую резьбу для ввёртывания вентиля. По ГОСТ баллоны изготовляются из стальных цельнотянутых труб углеродистой стали с пределом прочности не ниже 65 кг/мм2, пределом текучести не ниже 38 кг! мм2 и относительным удлинением не ниже 12%. Кислородные баллоны изготовляются для разных целей ёмкостью от 0,4 до 50 л. В технике применяются главным образом баллоны ёмкостью 40 л. Такой баллон имеет наружный диаметр 219 мм, длину корпуса 1390,лш, толщину стенки 8 мм; весит баллон без кислорода около 67 кг.
Баллоны из углеродистой стали для рабочего давление 150 атм имеют вес тары 1,6-1,7 кг/л ёмкости. В последнее время начато освоение баллонов из легированных сталей с пределом прочности 100-120 кг/мм2, что даёт возможность повысить рабочее давление баллонов и снизить их вес в 2-2,5 раза для той же ёмкости и рабочего давления. Чтобы избежать опасных ошибок при наполнении и использовании, баллоны для разных газов окрашиваются в различные цвета, кроме того, присоединительный штуцер запорного вентиля имеет различные размеры и устройство. Кислородные баллоны окрашиваются снаружи в голубой цвет и имеют надпись чёрными буквами кислород. Через каждые пять лет кислородный баллон подвергается обязательному испытанию в присутствии инспектора Котлонадзора, что отмечается клеймом, насекаемым на верхней сферической части баллона. Производится также гидравлическое испытание на полуторное рабочее давление, т. е. на 225 атм. Вентиль кислородного баллона изготовляется из латуни. Присоединительный штуцер вентиля имеет правую трубную резьбу Во время хранения вентиль защищается предохранительным колпаком, который навёртывается на наружное кольцо горловины баллона. Баллон, заполненный кислородом под давлением 150 атм, при нарушении правил обращения с ним может дать взрыв значительной разрушительной силы. Поэтому при обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать установленные правила безопасности. В особо ответственные или опасные цехи рекомендуется вообще не вносить кислородных баллонов, а располагать их вне цеха в отдельной пристройке, и подавать в цех по трубопроводу редуцированный кислород пониженного давления, обычно 10 атм.
Простейшая пристройка в форме железного шкафа у наружной стены цеха показана на фиг. 120. Обычно в цехе не должно находиться одновременно более 10 баллонов. В цехе баллоны должны прикрепляться хомутом или цепью к стене, колонне, стойке и т. п. для устранения возможности падения. На территории завода баллоны нужно переносить на носилках или лучше перевозить на специальных тележках; переносить баллоны на руках или на плечах запрещается. При перевозке баллонов на автомашинах или подводах необходимо обязательно применять деревянные подкладки, устраняющие перекатывание и соударения баллонов. Погрузка и выгрузка баллонов должны производиться осторожно, без толчков и ударов. Баллоны необходимо защищать от нагревания, например
от печей, вызывающего опасное повышение давления газа в баллонах. При работах летом на открытом воздухе в солнечную погоду следует прикрывать кислородные баллоны мокрым брезентом. Нельзя допускать загрязнения баллона, в особенности его вентиля, маслами и жирами, которые самовозгораются в кислороде, что может привести к взрыву баллона. Баллоны с кислородом должны храниться в специально отведенных отдельных складах.
Транспортирование газообразного кислорода в баллонах обходится дорого, иногда дороже стоимости самого кислорода.
Нормальный баллон ёмкостью 40 л, весящий около 67 кг, вмещает 4x150 = 6000 л = 6 м3 кислорода, весящего всего 6х 1,3=
7,8 кг, так что на вес полезно - го груза 7,8 кг приходится пере-
возить тару 67 кг, т е. вес тары ФнГ ш пристройка для кислород-
составляет почти 90%, а полез - ных баллонов,
ный груз-10%. Если учесть
ещё содержание, ремонт и амортизацию баллонов, то часто стоимость кислорода на месте у потребителя в два-гри раза превышает отпускную его стоимость на кислородном заводе. Поэтому значительный экономический интерес представляет доставка кислорода с кислородного завода потребителям в жидком виде, при котором вес тары составляет около 50% общего веса груза, и при том же весе перевозимого груза доставляется жидкого кислорода в пять раз больше, чем при перевозке его в газообразном виде.
Для возможности пользования жидким кислородом необходимы:
1) транспортный танк для перевозки жидкого кислорода, установленный на автомашине, обычно принадлежащий кислородному заводу; 2) газификатор, служащий для превращения жидкого кислорода в газообразный и устанавливаемый обычно у потребителя кислорода.
Транспортный танк для перевозки жидкого кислорода в основном представляет собой шар из листовой латуни, заключённый в стальной кожух; пространство между шаром и кожухом заполнено теплоизоляционным материалом - порошкообразной углекислой магнезией. Жидкий кислород заливается в танк через приёмно-спускной вентиль, заполняет латунный шар, а забирается из него через гибкий шланг, присоединённый к вентилю. Так как окружающая температура воздуха всегда выше его критической температуры, то жидкий кислород неизбежно испаряется, т. е. происходит непрерывная потеря кислорода в окружающую атмосферу вследствие испарения. При хорошем состоянии теплоизоляции танка
эта потеря может быть сведена до 0,3% в час. На случай повышения давления танк снабжён предохранительным клапаном.
Потребители жидкого кислорода должны иметь газификаторы. Кислородные газификаторы разделяются на стационарные и переносные, а также на: а) низкого давления или холодные, подающие кислород в распределительную трубопроводную сеть при давлении до 15 атм, и б) высокого давления или тёплые, дающие кислород, для наполнения баллонов под давлением 150-165 атм.
Наиболее распространён на наших заводах стандартный стационарный холодный газификатор ёмкостью 1000 л жидкого или 800 м3" газообразного кислорода. Газификатор устанавливается в отдельном помещении. Установка рассчитана на рабочее давление до 15 атм и состоит из газификатора, испарителя н реципиента. Газификатор" состоит из толстостенного стального шара, внутри которого помещается тонкостенный латунный шар для жидкого кислорода. Шар - газификатора находится в кожухе; пространство между кожухом и шаром заполняют магнезией, как в кислородных танках. Наполняется газификатор жидким кислородом из транспортного танка через вентиль и гибкий шланг. Из газификатора жидкий кислород поступает в змеевик испарителя и оттуда газообразный кислород направляется в сеть кислородных трубопроводов. Для выравнивания колебаний давления приключается рессивер ёмкостью - около 10 м3.