3.2.3. Источники кислорода

Использование оксигенаторов связано с наличием источников технического кислорода, которые условно можно разделить на 4 категории:

  • внутрихозяйственные системы централизованного снабжения кислородом;
  • снабжение кислородом путем доставки его в баллонах и резервуарах;
  • снабжение жидким кислородом с последующей его газификацией на месте потребления;
  • получение газообразного кислорода на месте использования с помощью установок, работающих по принципу молекулярного сита.

Все четыре варианта получения технического кислорода нашли свое применение на практике в аквакультуре. Выбор варианта при проектировании зависит от технических условий и, если существует выбор, от технико-экономической целесообразности. С точки зрения простоты обслуживания, надежности и безопасности на первом месте стоит установка с разделением воздуха на кислород и азот.

Использование газообразного кислорода, доставляемого в металлических баллонах, ограничивается предприятиями с небольшими потребностями. По стандартам России, в каждом баллоне массой 80 кг поставляется до 6,3 кг кислорода.

 

3.2.3.1. Жидкий кислород

Жидкий кислород используется в том случае, если рядом с предприятием аквакультуры имеется криогенный цех, поставляющий продукт специальным автотранспортом. Жидкий кислород сливается в специальные приборы, называемые газификаторами, а Точнее – газификаторы холодные криогенные (ГХК), предназначенные для хранения и газификации жидких кислорода, азота, аргона при выполнении работ, когда требуется их использование в газообразном состоянии. Некоторые технические данные ГХК представлены в табл.25.

Таблица 25 Технические данные ГХК

 Технические данные ГХК

Газификатор представляет собой комплексный агрегат, состоящий из резервуара для хранения и выдачи жидкого продукта, испарителя для надува газовой подушки резервуара и газификации жидкости, арматуры и трубопроводов.

Резервуар для хранения жидкого продукта состоит из внутреннего сосуда и кожуха. . Пространство между ними заполнено изоляционным материалом и отвакуумировано. Для углубления вакуума используется адсорбент. На кожухе устанавливается шкаф с арматурой, приборами и предохранительными устройствами.

Автоматическая работа газификатора обеспечивается регулятором давления, который может быть перенастроен на давление от 0,1 до 1,6 МПа. Газификатор может быть переведен в режим длительного хранения жидкости без ее потребления.

Блок испарителя выполнен из теплообменных панелей.

Кислородный газификатор устанавливается на открытой, не асфальтированной площадке, оснащенной противопожарными средствами, огражденной металлической сеткой и молниезащитой. На площадке не должно быть водопроводных, канализационных и других колодцев. Схема размещения газификатора ГХК-3/1,6–200м представлена на рис.31. 

3.2.3.2. Генераторы кислорода адсорбционные

Эти аппараты предназначены для получения кислорода из воздуха путем его разде ления на кислород и азот. В основу разделения положен принцип пропускания воздуха через молекулярное сито — адсорбирующий материал, получаемый из встречающихся в

 Холодный криогенный газификатор 3/1,6-200м

Рис. 31. Холодный криогенный газификатор 3/1,6-200м: 1 - клапан предохранительный; 2- клапан обратный; 3 – трубопроводы; 4 – блок испарителя; 5 - резерву

ар; 6 - гайка Рот; 1- шкаф арматурный; - выход газа; б – заполнение резервуара

природе кристаллических неорганических материалов, похожих на обычную глину [Марсден, 2001б]. Каждая гранула материала имеет диаметр примерно 2 мм. Это сито создано для того, чтобы отделять кислород от азота, при этом молекулы кислорода проходят сито и собираются в отдельном резервуаре. Когда сорбент сита наполнится молекулами азота, его нужно регенерировать, чтобы процесс мог продолжаться. Продуктом процесса является собранный кислород, имеющий чистоту 90%, а ненужные продукты в виде азота в сочетании с водой и двуокисью углевода выпускаются в газоотвод.

На рынке оборудования предлагаются 2 типа генераторов, построенных с использованием молекулярного сита:

  • по технологии вибрационной адсорбции под давлением (ВАД), в английской транскрипции PSA;
  • по технологии вакуумной вибрационной адсорбции (ВВА), в английской транскрипции VSA.

Генератор по технологии ВАД (рис.32) работает в двухтактном режиме. Сначала сжатый воздух подается в одну колонну, азот адсорбируется, а кислород проходит колонну и собирается в сосуде (3). После насыщения адсорбента азотом подача сжатого воздуха и выпуск кислорода прекращаются, открывается вентиль выпуска азота в атмосферу. Во время выпуска азота из одной колонки в другой проходит процесс разделения воздуха. Для нормального функционирования генератора необходимы компрессор, два глушителя, охладитель сжатого воздуха и конденсатор воды. На производство 1 м3 кислорода требуется примерно 1,5 кВт•ч электроэнергии (проспект фирмы “EWOS”).

На рынке генераторы кислорода по технологии ВАД предлагаются под марками XORBOX (Швеция), OXYMAT и OXYPAC (Германия), министанция по производству кислорода (Россия). Внешний вид комплекта станции представлен на рис.33.

 Схема генератора кислорода по технологии ВАД

Рис. 32. Схема генератора кислорода по технологии ВАД: 1,2 - адсорберы; 3 - ресивер кислорода; 4 - компрессор; 5- фильтр глушитель; 6 - охладитель воздуха; 7 - конденсатор воды; 8 - глушитель выпуска азота; 9 соленоидный клапан; 10 – вход атмосферного воздуха; 11 – выпуск кислорода;

12 – Выпуск конденсата; 13 -- Выпуск азота

 Станция получения кислорода по методу ВАД

Рис. 33. Станция получения кислорода по методу ВАД

Технические данные генераторов кислорода по технологии ВАД приведены в табл.26.

 

Таблица 26

Технические данные генераторов кислорода по технологи ВАД

Технические данные генераторов кислорода по технологи ВАД

Генератор кислорода, построенный по технологии BBA, производит кислород при низком давлении (1,5 бар), а полная регенерация сорбента осуществляется в слабом вакууме 0,5 бар. Схема генератора представлена на рис.34 [Марсден, 2001а,б].

Воздух поступает в генератор через устройство впуска (5), проходит через клапан (6) в

слой осушителя адсорбера (1) и далее через ад сорбент (2). Как только воздух попадает в со суд адсорбера, вода испаряется в слое осушающего вещества (3). В этом слое удаляются так же двуокись углерода и углеводороды. Таким образом, через молекулярное сито проходят только молекулы азота и кислорода. Молекулы азота адсорбируются, а кислород проходит через открытый клапан (8) и собирается в ресивере (7).

После того как сорбент насытился азотом, клапан (8) закрывается, а четырехходовой клапан (6) становится в такое положение, когда воздуходувка (4) начинает отсасывать молекулы азота из сорбента, создавая в адсорбере не большое разряжение. Заодно под действием вакуума из адсорбера удаляется водяной пар, дву окись углерода и углеводороды, накопившиеся в о?ушающем веществе. Все удаляется через то же отверстие, через которое воздух входил в адсорбер.

 

 Схема генератора кислорода по технологии ВВА

Рис. 34. Схема генератора кислорода по технологии ВВА

 

На завершающей стадии высасывания азо та клапан(8) открывается, и давление над сорбентом повышается за счет давления кис лорода в ресивере. Это позволяет полностью удалять азот из системы. Затем наступает стадия разгерметизации, четырехходовой клапан становится в такое положение, когда Воздух проходит в адсорбер и в нем устанавливается атмосферное давление, одновремен но кислород собирается над слоем сорбента.

Для потребителей, нуждающихся в подаче кислорода под более высоким давлением, генератор снабжается дополнительно компрессором для сжатия кислорода.

Система - получения кислорода по технологии BBA является результатом развития технологии разделения воздуха с учетом недостатков технологии ВАД:

  • снижается давление компрессора, что позволяет исключить попадание масла от винтовых компрессоров в адсорбент, так как он заменен воздуходувкой;
  • конструкция упрощается за счет применения одного адсорбера и меньшего количества арматуры;

 Генератор кислорода по схеме BBA производительностью 120 л кислорода в минуту

Рис. 35. Генератор кислорода по схеме BBA производительностью 120 л кислорода в минуту

  • решается проблема удаления Конденсата, в системе BBA он удаляется, не накапливаясь;
  • вся система упрощается, снижаются издержки на обслуживание.

Внешний вид генератора производительностью 10 кг 0,/ч Tiо технологии BBA фирмы “Air Products” [Марсден, 2001а) представлен на рис.35. Генераторы были разработаны специально для предприятий аквакультуры. Фирма предлагает генераторы производительностью от 0,4 до 10 кг 0,/ч.