Файл: Конспект лекций для студентов специальности 5В071700 Теплоэнергетика Алматы 2014 алматинский университет.pdf

23
Если известны значения средней, максимально длительной и максимально возможной нагрузок, то можно определить установленную Q
уст
,
рабочую Q
раб и резервную Q
рез производительности компрессорной станции.
Это, в свою очередь, позволяет рассчитать расходы электроэнергии, воды и других вспомогательных материалов при производстве сжатого воздуха.
Можно определить диаметры воздухопроводов, оценить стоимость 1000 м
3
сжатого воздуха, т.е. получить все необходимые для проектирования КС показатели.
5.2 Методы расчета нагрузки на КС (укрупненный и расчетный)
Для определения нагрузок на компрессорную станцию используют два метода: укрупненный и расчетный.
Укрупненный метод определения нагрузок на КС.
Этот метод основан на применении средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу продукции или на каждую из операций технологического процесса.
По этому методу суммарный годовой расход воздуха Q
г
, м
3
/год, можно определить как
Q
г
=

П
г
,
(5.2) где

– средний удельный расход воздуха (на единицу продукции), со временем пересматривается в сторону уменьшения;
П
г
– годовой выпуск продукции в соответствующих единицах.
По годовому расходу можно оценить среднечасовую нагрузку Q
ср
, м
3
/ч, компрессорной станции в рабочую часть года: раб.г г
ср
τ
Q
Q

,
(5.3) где

раб.г
– годовое число часов работы оборудования.
Максимальная нагрузка Q
max
, м
3
/ч, по этому методу определяется, как:
Q
max
=k
max

Q
ср
,
(5.4) где k
max
=1,2-1,5 – коэффициент, учитывающий максимум потребления воздуха.
Он берется из опыта работы аналогичных предприятий и с течением времени пересматривается в сторону снижения. Большие значения k
max относятся к меньшему количеству потребителей с большими расходами воздуха при сравнительно редком включении.
Приближенный метод находит применение при перспективном проектировании нового предприятия и составлении проектного задания на разработку системы воздухоснабжения.
Расчетный метод определения нагрузки на КС
Расчетный метод определения нагрузки на КС используется на стадии проектирования или реконструкции действующего предприятия. Он может

24 быть применен тогда, когда известны типы и количество всех потребителей воздуха - пневмоприемников. Он основан на применении ряда статистических коэффициентов по опыту работы подобных предприятий.
Для получения среднечасовой потребности в сжатом воздухе необходимо составить почасовой суточный график потребления сжатого воздуха или, иначе, расчетный почасовой суточный график нагрузки КС. Это ступенчатая диаграмма, где расход воздуха в течение часа считается неизменным (в действительном графике так не бывает). Пример такого графика приведен на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1- Почасовой суточный график воздухопотребления
Этот график может быть составлен на основании детального изучения, в течение каждого часа, числа включенных пневмоприемников и их загрузки в течение суток с максимальным воздухопотреблением. (Q
s
– суточное воздухопотребление). Для этого все пневмоприемники разбивают на две группы: а) пневмоинструменты – с кратковременным режимом работы,
(например, пневмомолотки, пневмозубила, сверлильные машины, фортуны и др.); б) пневмооборудование – с длительным режимом работы (дутье, пневмотранспорт, эрлифт и т.п.).
В таком случае расчетная среднечасовая нагрузка на КС Q
ср.р
, м
3
/ч, определяется суммой: пот
1
ср.об
1
ср.ин ср.р
2 1
Q
Q
Q
Q
m
m





,
(5.5) где Q
ср.ин
– среднечасовой расход воздуха однотипной группой пневмоинструменов;
Q
ср.об
– среднечасовой расход воздуха однотипной группой пневмооборудования;
m
1
и m
2
– количество типов инструмента и оборудования

25 соответственно;
Q
пот
– потери воздуха от утечек (по статистическим данным).
В то же время: спр ин ин ср.ин
k
q
n
Q

; (5.6) исп об об ср.обор
k
q
n
Q

, (5.7) где исп спр и
k
k
– коэффициенты спроса и использования инструментов и оборудования соответственно; об ин
n
,
n
– число однотипных инструментов и единиц оборудования соответственно; об ин
q
,
q
– паспортные расходы воздуха на единицу пневмоприемников при непрерывной их работе в номинальном режиме.
Коэффициенты исп спр и
k
k
находят из статистической обработки опытного хронометрирования работы пневмоприемников:
T
k
T
k
об исп ин спр
;




, (5.8) где об ин
τ
и
τ
– время использования инструмента и оборудования за смену, ч;
T – продолжительность смены, ч.
При работе предприятия возможны кратковременные увеличения расхода воздуха за счет включения одновременно группы крупных потребителей. Такой режим работы пневмоприемников создает максимальный расход воздуха. Его можно оценить как ср.р max max
Q
k
Q

, (5.9) где
5 1
2 1
max
,
,
k


- коэффициент максимума, зависящий от характера нагрузки и вероятности одновременного включения в работу большого количества пневмоприемников.
Большие значения max
k
относятся к случаю малого числа потребителей с большими расходами воздуха и сравнительно редкими включениями.
По значению Q
max определяют диаметры трубопроводов сжатого воздуха и максимально длительную нагрузку: max м.д
Q
Q


, (5.10) где

=0,85-0,95 – коэффициент неодновременности включения потребителей. Он зависит от числа групп пневмоприемников с неодинаковыми режимами работы. Значение

уменьшается, если число таких групп растет.
5.3 Вспомогательное оборудование компрессорной станции
Вспомогательное оборудование предназначено для обеспечения экономичной, надежной и длительной работы КС, уменьшения износа

26 компрессоров, а также для подачи потребителям сжатого воздуха требуемого давления, необходимой температуры, чистоты и минимальной влажности.
К вспомогательному оборудованию КС относятся:
- устройства для очистки всасываемого воздуха от механических примесей и влаги – фильтркамеры и фильтры;
- устройства для охлаждения нагнетаемого воздуха – промежуточные и конечные (концевые) воздухоохладители (холодильники);
- устройства для очистки и осушки нагнетаемого воздуха от масла и воды- масловодоотделители;
- сосуды для аккумулирования и выравнивания давления в пневмосети
- воздухосборники (рессиверы), воздухохранительные емкости
(баллоны), буферные емкости;
- устройства для осушки нагнетаемого воздуха- осушительные установки;
- устройства для наполнения воздуха в баллоны (наполнительные рампы).
- системы автоматического регулирования и управления работой КУ
(системы КИП и А).
Вспомогательное оборудование для простейшей установки низкого давления с двухступенчатым поршневым компрессором выбирается и размещается в соответствии с принципиальной схемой производства сжатого воздуха (см. рисунок 5.2).
1-водухоприемник; 2-приемный тракт; 3- фильтр; 4-первая ступень компрессора; 5-промежуточный холодильник; 6-вторая ступень компрессора;
7- концевой охладитель.
Рисунок 5.2- Размещение вспомогательного оборудования КС
Ниже перечислены устройства вспомогательного оборудования, их описания, состав и принципы действия.
Влаго- и маслоотделители.
Сжатый воздух, выходящий из цилиндров поршневых, винтовых и пластинчатых компрессоров, содержит масло и пары воды. Масло содержится в виде капель и пара, так как при высоких температурах оно частично испаряется. В трубопроводах пары воды начинают конденсироваться, что вызывает коррозию, замерзание зимой, нарушение технологии и т.п. Капли

27 масла, скапливаясь в застойных зонах и смешиваясь с пылью, могут создать пожаро- и взрывоопасную ситуацию.
Для очистки газа от масла и частично от влаги применяют его охлаждение в межступенчатых и концевых холодильниках. Удаление конденсирующейся воды и капель масла производится в влаго- маслоотделителях.
В поршневых компрессорах систем воздухоснабжения влаго- маслоотделители встраивают в холодильники. В центробежных компрессорах необходимость в установке маслоотделителей отсутствует, так как в них воздух с маслом не контактирует.
Действие влаго-маслоотделителей основано в основном на инерционном сепарировании масляных и водяных капель, обладающих плотностью, значительно превышающей плотность газа.
Существует множество конструкций влаго-маслоотделителей, в которых заложены следующие основные принципы:
- изменение направление потока воздуха с применением динамического удара струи воздуха о стенки аппарата (см. рисунок 5.3, а), петлеобразным поворотом потока газа (см. рисунок 5.3, б, в;).
- сепарация капельной влаги за счет центробежных сил, созданием кругового движения воздуха (см. рисунок 5.3, г).
- кальций, активированный уголь (см. рисунок 5.4,б).
Рисунок 5.3 - Принципиальные схемы каплеуловителей

28 а – с пропуском воздуха через пористую массу; б – с пропуском через слой адсорбента.
Рисунок 5.4 - Принципиальные схемы влаго- маслоуловителей
6 Лекция №6. Системы производства и распределения сжатого
воздуха
План
лекционного
занятия:
вспомогательное оборудование компрессорной станции(продолжение); типы компрессоров, применяемых на предприятиях для выработки сжатого воздуха; поршневые компрессоры; турбокомпрессоры; выбор типа и количества компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станции (КС).
Цель лекции: изучение состававспомогательного оборудования КС.
6.1 Вспомогательное оборудование компрессорной станции
Воздухосборники (ресиверы).
Колебания давления во внешней воздушной сети снижают производительность компрессора и повышают расход электроэнергии на 1,5-3
%. Для сглаживания пульсаций и пиков потребления сжатого воздуха невысокого давления (0,6-1,0 МПа) применяют ресиверы. Кроме того, в них происходит частичное выпадение масла и влаги из воздуха.
По конструкции – это герметичный сосуд цилиндрической формы.
Располагаются они как вертикально, так и горизонтально. Соотношение длины (высоты) с диаметром – H=(2 – 2,7)D. Ресивер должен быть оборудован:
1) предохранительным клапаном
(с предельным давлением превышающим рабочее на 10 %);
2) манометром со шкалой на 0,2 МПа больше давления испытаний;
3) лазом (при D

800 мм) или люком (при D

800 мм);
4) запорным вентилем для отсоединения внешней сети;
5) краном для выпуска конденсата и для продувки;
6) легкоплавкой пробкой;
7) патрубками для присоединения воздухопроводов.
Объем ресиверов V
сб
, м
3
, зависит от производительности компрессоров
V
к
. Он может быть рассчитан по эмпирическим формулам: при V
к

6 м
3
/мин – V
сб
=0,2V
к
;
V
к от 6 до 30 м
3
/мин – V
сб
=0,15V
к
;
V
к свыше 30 м
3
/мин – V
сб
=0,1V
к
Распространена и такая формула расчета необходимого объема воздухосборника, м
3
: к
сб
6 1
V
,
V

, (5.11)

29 где V
к
– минутная производительность поршневого компрессора, м
3
/мин.
Устанавливают ресиверы вне здания на фундаменте, в тени, вдали от источников тепла, без доступа для посторонних лиц. Если на каждый компрессор установлен ресивер, то между ними не должно быть задвижек.
Если используется один ресивер на несколько компрессоров, то задвижки устанавливают, но у компрессора должны быть буферные емкости с предохранительными клапанами. Ими могут быть влагоотделители, но достаточно объемные.
Устройства для очистки (фильтркамеры).
Воздух должен проходить через устройство для очистки от пыли и влаги. Устройства грубой очистки воздуха обычно компонуются вместе с фильтрами в единую фильтркамеру. Фильтркамера представляет собой железобетонное помещение, включающее в себя воздухоприемник в виде раструба или окна с жалюзи, пылевой или пылеосадочной камеры и фильтра.
Фильтркамера может размещаться в здании компрессорной станции или в отдельном сооружении, пристроенном к нему. Делают их на несколько компрессоров сразу, но бывают и индивидуальные.
Камеры просты по устройству. Они характеризуются малым сопротивлением (5 мм вод. ст.). Улавливают грубую пыль (свыше 10 мкм) и этим разгружают фильтры.
Циклонные и инерционные жалюзийные пылеотделители компактны по размерам, дают сравнительно хорошую очистку (до 60-70 %), но создают значительное сопротивление (до 40 мм вод. ст.). Из-за этого применяются лишь в особых случаях.
Фильтры подразделяются на смоченные пористые, сухие пористые и электрические.
По типу материала, используемому в качестве фильтрующего элемента, фильтры подразделяются на волокнистые, сетчатые, металлические, губчатые.
По исполнению фильтры подразделяются на рулонные, ячейковые, самоочищающиеся. Очистка воздуха от газообразных загрязнений (СО, СО
2
и др.) предусматривается при подаче воздуха на воздухоразделительные установки. Применяют физические методы очистки (вымораживание и адсорбция в регенераторах и теплообменниках) и химические (в скрубберах и декарбонизаторах).

30
ε = P
к
/ Р
н
. (6.1)
Компрессоры служат для создания сжатого воздуха среднего и высокого давления. Теоретическая диаграмма работы компрессора зависит от характера протекания процесса сжатия и наличия системы охлаждения.
Индикаторная диаграмма работы (А) компрессора в координатах давление -объем (P-V) представлена в общем виде на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1- Индикаторная диаграмма компрессора
Линия 1-2 показывает изопроцесс сжатия воздуха. Как показано на индикаторной диаграмме работы в координатах (P-V), процесс сжатия воздуха может осуществляться изотермически (процесс 1-2из.), по политропе
(процесс 1-2п), при постоянном давлении адиабатно;
(процесс 1-2аg) и для охлаждаемых компрессоров по политропе при
(процесс 1-2п΄).
Рисунок 6.2 - Индикаторная диаграмма работы А компрессора в координатах (P-V)

31
По конструктивному признаку и принципу действия компрессоры подразделяются на: поршневые; лопаточные (центробежные и осевые); ротационные и винтовые. По числу ступеней сжатия подразделяются на: одноступенчатые и многоступенчатые. По производительности делятся на – малой
0,15м
3
/с; средней подразделяются 0,15 0,5 м
3
/с; большой
0,5 м
3
/с.
К компрессорам объемного типа относятся поршневые, ротационные и винтовые. К лопастным компрессорам – центробежные и осевые.
В компрессорах объемного типа давление газа повышается за счет изменения объема, в лопастных – в связи с силовым воздействием на поток газа лопаток вращающихся колес, т.е. происходит преобразование скорости энергии движения в давление.
Основными техническими характеристиками компрессора являются: производительность м
3
/с или м
3
/м; начальное и конечное давление,
Па; степень сжатия ; мощность на валу компрессора
, кВт; число оборотов
n, об/мин; КПД,%.
6.2.1 Поршневые компрессоры.
На протяжении длительного времени поршневые компрессоры были основным типом оборудования, поставляемым для промышленности. Это машины объемного типа, где воздух сжимается при помощи поршней.
Тип поршневого компрессора определяется расположением осей цилиндров в пространстве. Оно бывает вертикальным, горизонтальным и угловым. Угловые делятся на прямоугольные, V-образные, W-образные и звездообразные.
По числу ступеней сжатия различают одно-, двух- и многоступенчатые компрессоры. В компрессоре одноступенчатого сжатия воздух сжимается один раз и затем по трубопроводу поступает в воздухосборник (ресивер). В
двухступенчатом компрессоре воздух сжимается дважды: вначале до определенного (промежуточного) давления в цилиндре первой ступени, потом он охлаждается в промежуточном охладителе, затем сжимается до конечного давления в цилиндре второй ступени.
Поршневые машины в зависимости от организации процесса сжатия в цилиндре подразделяются на компрессоры простого и двойного действия,
прямоточные и непрямоточные (см. рисунок 6.3).
В компрессоре простого действия цилиндр имеет только одну полость сжатия (над поршнем). В компрессоре двойного действия обе полости (над и под поршнем) – рабочие. Компрессоры двойного действия более производительны, но и более сложны. Им нужны дополнительные клапаны, герметизация подпоршневой полости и более сложный механизм движения с