Вопросы практической технологии изготовления шин 2010 №1

Подождите немного. Документ загружается.

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

В этой связи более эффективной является технология с последовательной

или одновременной в определенных пропорциях подачей пара и азота. Темпе-

ратура в диафрагме, в частности при последовательной подаче пара и азота, по-

степенно снижается, а давление остается высоким. Применение

паро-азотного

теплоносителя позволяет также, в сравнении с чисто паровыми режимами,

уменьшить степень нагрева каркаса и гермослоя и, в большей степени, оптими-

зировать процесс вулканизации шин.

2. Использование пара и генерированного инертного газа

или газообразного азота в качестве теплоносителя,

подаваемого в диафрагму.

В качестве альтернативных самостоятельных теплоносителей принципиаль-

но могут быть использованы система пар и генерированный инертный газ, яв-

ляющийся продуктом сгорания природного газа, например, пропана, или один

газообразный азот.

Генераторы инертного газа относительно дешевы, но требуют существенных

расходов на техническое обслуживание. В состав такого генератора входят:

камера сгорания, в которой в результате сгорания природного газа в воз-

духе образуется экзотермическая смесь;

охладитель,

поглощающий тепло, выделяющееся при этой экзотермиче-

ской реакции;

очиститель, удаляющий кислород из генерированного инертного газа;

контактный нагреватель для поддержания заданной температуры инерт-

ного газа;

компрессор для создания давления заданной величины.

Состав примесей в вулканизующей системе "пар - генерированный

инерт-

ный газ" приведен в таблице 1 [3].

Согласно зарубежным данным [3] эксплуатационные расходы на генератор

инертного газа почти на порядок ниже стоимости эксплуатации энергоустанов-

ки перегретой воды в расчете на вулканизацию легковых шин с посадочным

диаметром 13"-14" в

вулканизационных

прессах типа

"Бег-О-Матик".

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • № 1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Таблица 1. Состав примесей в вулканизующей системе

"пар - генерированный инертный газ".

Г"

Кислород

Угарный газ

Углекислый газ

Водород

промилле

2,0

10,5

1,2

следы

Тем не менее, в литературе отсутствуют данные о широком применении

данной вулканизующей системы в шинном производстве, что, по-видимому,

связано со следующими обстоятельствами. Генерированный инертный газ счи-

тается негорючим, но токсичным, поэтому необходимо принимать специальные

меры предосторожности, чтобы не допустить опасной концентрации СО на не-

вентилируемых участках производства. Кроме этого, в системах с генерирован-

ным инертным газом возрастает риск разрушения трубопроводов из-за кисло-

родной коррозии, а также из-за воздействия азотной и угольной кислот, кото-

рые могут образоваться из примесей

СО2,

генерированного газа и

из пара.

Учитывая, что ряд шинных компаний устанавливают максимальное содер-

жание кислорода в вулканизующей системе на уровне 10 промиллей, можно

предположить, что использование системы "пар - генерированный инертный

газ" может отрицательно сказаться на эксплуатационной ходимости вулканиза-

ционных диафрагм (см. таблицу

1).

Использование в качестве самостоятельного теплоносителя азота некоторы-

ми специалистами [1] оценивается как проблематичное ввиду низких значений

его теплоемкости и коэффициента теплоотдачи.

Тем не менее, еще в начале текущего столетия фирма «VMI» приступила к

изготовлению и продаже гидравлических вулканизационных прессов колонного

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

типа "Tire Curing Machine", сокращенно

ТСМ,

оснащаемых модульной установ-

кой для подачи в диафрагму азота, предварительно нагретого электронагре-

вателями (рисунок 1) [4].

Рис. 1. Общий вид установки подачи азота в диафрагму.

Принципиальная схема подачи в вулканизационную диафрагму газообразно-

го азота приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная схема подачи азота в диафрагму.

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

По заявлению фирмы «VMI» при использовании азота в качестве теплоноси-

теля увеличивается эксплуатационная ходимость вулканизационных диафрагм

(в некоторых случаях она, практически, удваивается по сравнению с ходимо-

стью диафрагм при паровой вулканизации), что приводит к увеличению коли-

чества циклов вулканизации без съема диафрагмы. Это позволяет, в среднем,

сократить на 20% простои, связанные с заменой диафрагм, и, примерно, на 50%

- затраты на производство новых диафрагм.

Что касается экологических особенностей использования в производстве

азота, то фирма «VMI» отмечает, что, благодаря своей конструкции, вулканиза-

ционный пресс ТСМ позволяет минимизировать вредное воздействие на окру-

жающую среду. Встроенная система регенерации использованного азота лими-

тирует его потребление. Кроме этого, дополнительное уменьшение вредного

воздействия на окружающую среду при использовании азота обусловлено от-

сутствием конденсата (подлежащего ликвидации или регенерации, как это име-

ет место при подаче в диафрагму греющего пара).

В патенте США, опубликованном в 2008 году [5], предложено устройство

подачи в вулканизационную диафрагму газообразного азота с температурой и

давлением, изменяемыми в соответствии с прописью режима вулканизации

(рисунок 3).

Рис. 3. Устройство перемешивания и нагрева газообразного азота.

Согласно патенту, вулканизационный пресс включает в себя традиционные

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

секторную пресс-форму, диафрагму 20 и загрузочное устройство для размеще-

ния невулканизованной шины 4. В диафрагме размещаются механизм 30 для

перемешивания азота, находящегося в ней под давлением, и индукционное уст-

ройство 41 для его нагрева.

Механизм перемешивания инертного газа 30 представляет собой ряд деталей

с лопастями 31, которые обеспечивают циркуляцию газообразного азота по

траекториям, обозначенным стрелками. Детали с лопастями

выполняются из

материалов с высокой тепловой проводимостью, например, из меди, алюминия

или других подобных материалов.

В диафрагменном узле детали 31 поддерживаются опорным лопастным эле-

ментом 33 и устанавливаются с одинаковым интервалом в окружном направле-

нии вокруг оси центральной стойки 22, образуя, таким образом, эффективное

периферийное лопастное перемешивающее устройство.

3. Варианты снабжения шинного предприятия азотом

для технических нужд.

Для реализации режимов вулканизации с использованием в диафрагмах

прессов в качестве вулканизационной среды пара и азота, кроме имеющегося

источника пара, необходим источник азота с давлением 2,0-3,0 МПа.

Расход азота при вулканизации одной легковой радиальной шины с поса-

дочным диаметром

13"-14"

в вулканизационном прессе типа "Бег-О-Матик" со-

ставляет около 0,7 м , а в вулканизационном прессе типа

"Аутоформ"

1,27

[3]. При этом к азоту предъявляются специальные требования по чистоте (таб-

лица 2).

Таблица 2. Типовой анализ чистоты азота для использования

в паро-азотной вулканизационной среде.

Азот

Влага

Углеводород

Углекислый газ

Угарный газ

Кислород

Водород

промилле

99,9987

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

На шинное предприятие азот может доставляться в жидкой форме, чтобы его

можно было хранить и использовать по мере необходимости. Жидкий азот пе-

ревозят в криогенных трейлерах и хранят в двухкорпусных криогенных резер-

вуарах-хранилищах с вакуумной изоляцией. Для превращения жидкого азота в

газообразный с заданным давлением используют специальные испарители -

атмосферные, электрические или паровые.

Промышленные установки для получения газообразного азота, монтируе-

мые, в том числе, на шинных заводах, обеспечивают его подачу в объеме до 600

м /ч. За рубежом чаще всего используют два типа таких установок:

^ установка высокого давления;

^ гибридная установка.

Первая включает в себя резервуар-хранилище высокого давления, равного

4113

кПа, испаритель и жидкостной насос (рисунок 4А).

Рис. 4. Схема установок получения газообразного азота

в шинном производстве.

где: А — установка высокого давления; Б - гибридная установка.

1,5- резервуар высокого давления

(4113

кПа); 2, 4 - жидкостной насос;

3 - резервуар низкого давления (1034 кПа).

Жидкий азот нагнетается насосом, установленном на фундаменте, прямо в

резервуар высокого давления, после чего поступает в испаритель, откуда газо-

образный азот с заданным давлением подается в вулканизационный пресс.

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • № 1, 2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Гибридная установка (рисунок 4Б) включает в себя большой резервуар низ-

кого давления, равного 1034 кПа, жидкостной насос, меньший по размерам ре-

зервуар высокого давления и испаритель.

В данной установке жидкий азот низкого давления порционно перекачивает-

ся в резервуар высокого давления, откуда, по мере необходимости, поступает в

испаритель и к вулканизационным прессам.

Помимо использования привозного жидкого азота зарубежные фирмы прак-

тикуют его производство непосредственно на шинных заводах. Для этой цели

могут быть использованы, либо криогенные воздухоразделительные установки,

либо короткоцикловые адсорбционные (без нагрева) воздухоразделительные

установки.

Принципиальная схема криогенной воздухоразделительной установки при-

ведена на рисунке 5.

Рис. 5. Криогенная

еоздухоразделительная

установка.

Принцип действия криогенной воздухоразделительной установки заключа-

ется в сжижении воздуха при температурах от

-153°С

и ниже и его последую- .

щей ректификации (или, иначе, фракционной перегонке). Компрессионное обо-

рудование повышает давление газообразного азота до уровня, необходимого

для подачи в вулканизационные прессы, а резервный резервуар играет роль

компенсатора, обеспечивая бесперебойную подачу азота.

Данные установки обеспечивают подачу газообразного азота в объеме более

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

600 м /ч. Однако, конструктивно криогенные воздухоразделительные установки

довольно сложные объекты, требующие высокой квалификации обслуживаю-

щего персонала.

Принцип действия адсорбционных воздухоразделительных установок (по

зарубежной терминологии - Pressure Swing Adsorption) основан на селективном

поглощении азота или кислорода воздуха

молекулярно-ситовыми

адсорбентами

в условиях так называемой короткоцикловой безнагревной адсорбции. Данные

установки отличает сравнительно низкая стоимость, простота монтажа, экс-

плуатации и

обслуживания.

Кроме

того,

установки этого типа характеризуются

компактностью основного оборудования, высокой степенью пожаробезопасно-

сти, простотой автоматизации технологического процесса на всех стадиях. На

шинных заводах данные установки комплектуются компрессорами для созда-

ния необходимого давления газообразного азота перед его подачей в вулкани-

зационный пресс.

Среди отечественных производителей установок данного типа можно упо-

мянуть ОАО «НПО Гелиймаш». В частности, генератор азота

NG-100/95,

тех-

нические характеристики которого приведены в таблице 3 [6], может эксплуа-

V /А

(л

тироваться при температуре окружающей среды от 5 С до 35 С и относитель-

ной влажности воздуха до 80%. Конструкция

NG-100/95

предусматривает воз-

можность агрегирования нескольких генераторов в единую систему с целью

повышения производительности.

Таблица 3. Технические характеристики генератора азота NG-100/95.

'Сорржаййё

арга

ё^ор^Шово^тазе^

(o0ij:

i,.

Содержание водяных паров в продуктовом газе

(при

20°С

760

мм.рт.ст.),

г/м

(не более)

W^0-"\-.^:

Ж''

.\V

•.::!

.J-

;

Q7&

,:.:-'

:.i:

;

-Ж

-0

,::j:

;i;

-i

Давление продуктового газа, МПа (не более)

;^^:||1|не:^|лее);

;

;:;

;

' ;

;

,.:;.

:::'

;;

;

Срок службы, лет

ё>5,0р,5

0,005

.|йЬ,о

;;;

0,55

.:Ш^950

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

На рисунке 6 приведена технологическая схема установки приготовления

газообразного азота для вулканизации шин фирмы «Mitsubishi Heavy Industries

Ltd.», Япония [7] с адсорбционным воздухоразделительным генератором азота,

работающим по технологии Pressure Swing Adsorption (сокращенно PSA).

Рис. 6. Технологическая схема установки приготовления

газообразного азота для вулканизации шин.

1 -

Generator

(PSA-N

)

- адсорбционный

воздухоразделительный

генератор азота PSA,

включающий:

Air Receiver Tank - резервуар

воздухоприемник;

Adsorption Tower - адсорбционная

башня;

Exhaust Silencer - выпускной глушитель;

Air Compressor- воздушный компрессор;

Air Dryer - воздушная сушилка;

Air Filter- воздушный фильтр;

After Cooler - дополнительный охладитель;

Cooling Water - водяное охлаждение.

2 -

Gas Surge Tank - резервуар поглощения выбрасываемого газообразного азота из

генератора азота.

3 -

Reductor - оборудование для удаления кислорода, содержащее:

Reactor - реактор с водяным охлаждением.

Gas Compressor - компрессор с водяным охлаждением для перемещения

газообразного азота.

5 -

Gas Buffer Tank - буферный резервуар газообразного азота.

6 - Gas Recovery Tank - резервуар регенерации газа.

7, 8 - Gas Separation Tank - резервуар разделения газовой смеси.

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ

ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010 61

ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЕ

ПРОЦЕССЫ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

И, наконец, самым выгодным вариантом обеспечения шинного завода газо-

образным азотом является его транспортировка по трубопроводам от азотопро-

изводящих предприятий при условии, что таковые находятся поблизости от

шинного завода.

Технологические факторы обогрева диафрагм

вулка-

низационных прессов

паро-азотным

теплоносителем.

Применение смеси пара и газообразного азота позволяет поддерживать дав-

ление в вулканизационной диафрагме вне зависимости от температуры смеси.

Поэтому паро-азотную смесь, принципиально, можно использовать для вулка-

низации шин любых типоразмеров.

По результатам НИР, проведенных в НИИ шинной промышленности [8] бы-

ла разработана методика "Определение параметров компонентов смеси при

обогреве диафрагм вулканизационных прессов паро-азотным теплоносителем"

и определено, что при обогреве вулканизационных диафрагм паро-азотной сме-

сью парциальное давление в смеси поддерживается равным давлению насы-

щенного пара, взятого при заданной по технологическому режиму температуре

обогрева, а парциальное давление азота - равным разности между давлением

прессования и парциальным давлением пара в смеси.

Величина парциального давления может быть определена несколькими спо-

собами, но наиболее часто встречающийся практический способ основан на ис-

пользовании формулы:

где: А - содержание отдельного газа в газовой смеси в % (об.);

Р - парциальное давление отдельного газа;

Робш

~ общее давление газовой смеси.

Переход от вулканизационной среды пар и перегретая вода к среде пар и га-

зообразный азот должен сопровождаться оснащением технологической обвязки

вулканизационных прессов гарантированно герметичными мембранными кла-

панами. Отсутствие утечек в клапанной обвязке очень важно для данной техно-

ВОПРОСЫ

ПРАКТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН • №1,2010