На рис. 15 изображена распространенная колонна синтеза аммиака под давлением 300 ат, имеющая двойные теплообмен­ные трубки [62, 187].

Корпус выполнен из хромоникелевой стали и закрывается сверху и снизу головками 2. Герметичность достигается медными прокладками 4, которые окончательно уплотняются самим давлением в аппарате. Внизу корпус опирается на поддерживаю­щее кольцо 3. Цилиндрическая часть корпуса покрыта снаружи теплоизоляцией. Внутреннее устройство аппарата состоит из катализаторной коробки 5 и теплообменника 6, соединенных между собой распределительным коллектором. Катализаторная коробка снабжена двойными теплообменными трубками. Тепло­обменник состоит из трубок малого диаметра, ввальцованных в две трубные решетки. Для улучшения теплопередачи в трубки теплообменника вставлены стальные стержни, повышающие ско­рость движения газа.

Рис. 15. Колонна синтеза аммиака с двойными теплообменными трубками (р —300 ат).

1—корпус колонны; 2—головка; 3—поддерживающее кольцо; 4 — медные обтюраторы; 5—катализаторная коробка; 6 — теплообменник; 7—распределительный коллектор; 8 — двойные тепло- обменные трубки; 9, 10—трубные решетки; 11- труба для подвода байпасного газа минуя тепло­обменник; 12— штуцер для основного подвода холодной азотоводородной смеси; 13 — штуцер для вывода прореагировавшего газа; 14 — пирометры; 15 — штуцер для подвода холодного газа; 16 — штуцер для подвода горячего газа; 17 — крышки; 18— крепежные болты; 19— отжим­ные болты.

От штуцеров 15, 16 по центру теплообменника проходит труба 11 для подачи газа в катализаторную коробку, минуя теплообменники (холодный и горячий байпасы). Схема движе­ния газа в аппарате такова: холодная азотоводородная смесь по­ступает через штуцер 12 в верхнюю часть аппарата и движется вниз вдоль стенки корпуса, предохраняя ее от перегрева. Внизу аппарата газ поступает в межтрубное пространство теплообмен­ника и проходит его снизу вверх, нагреваясь за счет тепла кон­вертированного газа, идущего в трубках. В верхней части тепло­обменника нагретый газ смешивается с газом холодного байпаса, поступающим по центральной трубе, и направляется в нижнюю камеру газораспределительного коллектора. Отсюда газ входит сначала во внутренние, а затем в наружные теплообменные трубки, где он нагревается за счет теплоты реакции до 400—450°. По выходе из теплообменных трубок газ поступает в верхнюю камеру коллектора и отсюда, — пройдя центральную трубу катализаторной коробки, — попадает в катализатор. Прошедший катализатор конвертированный газ огибает распределитель­ный коллектор и направляется в трубки теплообменника. Пройдя трубки теплообменника и охладившись путем теплообмена со свежим газом, конвертированный газ покидает аппарат через штуцер 13 в нижней головке корпуса.

Предварительный подогрев колонны синтеза осуществляется с помощью выносного газового подогревателя. Подогретый газ или, как его называют, «горячий байпас» поступает в период разогрева через отверстие 16 в нижней головке колонны. Регу­лировка температуры реакции достигается изменением количе­ства основного газа, поступающего в верх аппарата, и байпас­ного, — подаваемого помимо теплообменника. Благодаря нали­чию такой регулировки, а также применению в катализаторной коробке двойных теплообменных трубок, контактный аппарат удовлетворителен в отношении технологического режима (устой­чивость температуры реакции, полнота использования катали­затора и т. д.).

Однако у колонн этой системы отмечается и ряд конструк­тивных недостатков. Газораспределительный коллектор состоит из трех частей, скрепленных 48 болтами, при этом нижняя его часть соединена с внутренними теплообменными трубками и омывается газом, входящим в них при сравнительно невысо­кой температуре. Верхнюю часть коллектора омывает газ, ко­торый выходит из внешних трубок нагретым за счет тепло­обмена в зоне катализатора. Разность температур при этом велика и еще больше увеличивается при работе холодного бай­паса.

Большие перепады температур ведут к деформациям и разруше­нию соединительных частей.

Известны случаи, когда при вскрытии колонны обнаружива­лось, что в соединениях коллек­торов 80—90% болтов было раз­рушено [62].

Вторым источником непола­док является «хвост насадки», т. е. место, где центральная (бай­пасная) труба теплообменника входит в нижнюю головку колон­ны. При расстройстве уплотне­ния в этом месте свежий газ, минуя катализаторную коробку, смешивается с конвертирован­ным газом и выводится из колон­ны. Утечке способствует и боль­шой перепад давлений в этом месте.