СД.05 Технологические энергоносители предприятий

1. Виды нагрузок на воздушную компрессорную станцию и выбор воздушного компрессора.

Нагрузкой на КС называется количество воздуха, необходимое пневмоприемникам с учетом потерь, соответствующее производительности компрессоров в рассматриваемый промежуток времени:

Q = Q_п + q, м³/мин

Q = Q_k ,

где Q_п – количество воздуха, полезно расходуемое пневмоприемником в единицу времени,

q – потери воздуха, имеющие место при выработки, транспортировании и потреблении сжатого воздуха в соединительных трубопроводах с арматурой, в гибких шлангах, из-за утечки при продувках сосудов и у неработающих пневмоприемниках,

Q_k – производительность работающих компрессоров, соответствующая нагрузке на них в единицу времени.

Нагрузка Q на КС может быть:

_1- неполной Q ≤ 0,5Q_к

_2- средней 0,5Q_к ≤ Q ≤ 0,75 Q_к

3- максимальная нагрузка делится на два вида:

_4- максимально длительная Q_к > Q > 0,75 Q_к

5- максимально возможная Q = Q_к/

Максимально длительная нагрузка длится 20÷30 минут и покрывается на 75÷90% всеми работающими компрессорами за исключением находящихся в ремонте или в резерве.

Для покрытия максимально возможной нагрузки включают в работу все, даже резервные компрессорные агрегаты.

Средняя максимально длительная и максимально возможная нагрузки на КС позволяют определить:

· установленную рабочую и резервную производительности КС,

· расходы электрической или другого вида энергии для получения сжатого воздуха,

· расход воды на производство сжатого воздуха,

· расход вспомогательных материалов,

· диаметры внутрицеховых и межцеховых трубопроводов сжатого воздуха,

· стоимость 1 м³ сжатого воздуха.

Выбор воздушного компрессора.

Выбор типа, марки, количества и производительности компрессоров, подлежащих установки в машинном зале производят на основе:

1. среднерасчетной и максимально длительной нагрузок КС,

2. требуемого давления сжатого воздуха у потребителей,

3. принятого способа подачи сжатого воздуха пневмоприемникам,

4. сведений о типах и марках компрессоров, эти данные приводятся в каталогах, справочниках.

Выбирая компрессор по давлению необходимо следить за тем, чтобы конечное давление воздуха выходящего из компрессора превышало требуемое давление воздуха у мест потребления не более чем на 0,3÷0,4 МПа, так как редуцирование с высокого давления на низкое является не экономичным. При конечном давлении сжатия до 0,6 МПа применяются одноступенчатые компрессора, а при большем давлении многоступенчатые.

При выборе компрессоров следует руководствоваться следующими соображениями:

1. общее количество компрессоров установленных в машинном зале КС должно быть небольшое (оптимальное – 4), так как от этого зависит длина здания, а соответственно и удобство эксплуатации,

2. производительность каждого в отдельности компрессора не должна быть > производительности резервного компрессора и должна лежать в пределах допускаемых границ регулирования,

3. производительность выбранного компрессора должна быть такой, чтобы он работал во всех сменах с высоким КПД,

4. давление воздуха на входе в компрессор в его всасывающем патрубке, а также перед выходом воздуха из нагнетательного патрубка должны соответствовать паспортным данным выбранного компрессора и обеспечивать выбранное давление у потребителей,

5. установленная мощность привода компрессора должна быть небольшой с целью экономии электроэнергии,

6. габариты компрессора, с учетом вида передачи движения от двигателя к компрессору и его масса должны быть минимальные,

7. принятый к установке компрессор должен быть недорогим, но надежным в эксплуатации

8. для выработки сжатого воздуха должны быть применяться только воздушные компрессора.

Выбирая тип компрессора, следует учитывать, что при больших потреблениях сжатого воздуха низкого давления (< 400 м³/мин) рациональнее применять компрессоры центробежного типа. При высоких конечных давлениях сжатого воздуха следует применять поршневые компрессоры.

Выбирая тип компрессора, следует учитывать расположение цилиндров у поршневых компрессоров, габариты компрессоров, виду передачи, массы компрессора и наиболее тяжелой его части.

Габариты и расположение цилиндров влияют на площадь и высоту машинного зала КС, а также на строительный объем всего здания. Масса привода и наиболее тяжелых его частей влияет на выбор грузоподъемных устройств. Большая масса компрессора требует создания больших фундаментов.

По сравнению с вертикальными поршневыми компрессорами горизонтальные имеют следующие преимущества: более удобно вести наблюдения за их работой в процессе эксплуатации, требуют меньшую высоту помещения, арматура и трубопроводы могут размещаться под полом помещения в каналах и траншеях. К ним также можно отнести малооборотность, большие габаритные размеры в плане и большую массу фундаментов. Горизонтальные компрессоры зарекомендовали себя в условиях длительной эксплуатации как надежные и удобные в обслуживании машины.

В одном машинном зале желательно устанавливать однотипные компрессоры, одинаковые по производительности давлению всасывания и нагнетания воздуха, так как это упрощает условия эксплуатации, ремонта и автоматизации.

2. Вспомогательное оборудование воздушных компрессорных станций.

Вспомогательное оборудование предназначено для обеспечения экономичной, надежной и длительной работы КС, уменьшения износа компрессоров, а также для подачи потребителям сжатого воздуха требуемого давления необходимой температуры, чистоты и минимальной влажности.

К вспомогательному оборудованию относятся:

I. устройства для очистки всасываемого воздуха от механических примесей и влаги (фильтрующие камеры, фильтры);

II. устройства для охлаждения нагнетаемого воздуха (конечные охладители);

III. устройства для очистки воздуха от масла и воды (масловодоотделители);

IV. сосуды для аккумулирования воздуха и выравнивания давления в пневмосети (воздухосборники или ресиверы), воздухохранительные емкости (баллоны);

V. устройства для осушки нагнетаемого воздуха (осушительные установки);

VI. устройства для наполнения воздуха в баллоны (наполнительные рампы).

Воздухосборник или ресивер.

Поршневые компрессоры отличаются неравномерностью движения поршня, скорость его изменяется по закону синусоиды. Компрессор в течение хода поршня подает воздух неравномерно и отдельными порциями. Колебания давления воздуха в сети вызвано также включениями и отключениями потребителей, для получения равномерной струи воздуха по линии подачи его потребителю устанавливаются вблизи от компрессора вне помещения воздухосборник. Он представляет собой прочный закрытый цилиндрический резервуар, выполненный из стали толщиной 6-20 мм в зависимости от диаметра резервуара. Воздухосборник имеет предохранительный клапан и спускной кран, а также люк для очистки и осмотра при поступлении порции сжатого воздуха при одном ходе поршня колебания давления в воздухосборнике ничтожно мало и из воздухосборника сжатый воздух практически поступает равномерно.

С запасом воздухосборник должен иметь объем не менее двадцати кратного объема цилиндра, чтобы обеспечить достаточную равномерность подачи воздуха потребителю. В воздухосборнике происходит улавливание из воздуха масла и сбор конденсирующейся влаги. При нагревании смазки подаваемой внутрь цилиндра ее наиболее летучие составные части испаряются и вместе с воздухом попадают в воздухосборник, образующаяся смесь является взрывоопасной, которая может вызвать взрыв воздухосборника при повышении температуры из-за недостаточного охлаждения компрессора.

В процессе эксплуатации воздухосборника следует через пусковой кран выпускать воду и масло, накопившиеся при конденсации водяных и масляных паров. Предохранительный клапан, устанавливаемый на воздухосборнике, периодически регулируют с таким расчетом, чтобы давление в воздухосборнике превышало рабочее не более чем на 10%. Аппарат пропаривают не реже двух раз в год для удаления с его стенок паров масла.

Масловодоотделители.

Сжатый воздух выходящий из КУ необходимо очищать от содержащегося в нем паров масла и воды с целью предотвращения их уноса в воздухосборник и трубопровод. С этой целью в поршневых и роторных КУ применяются масловодоотоделители. Отделение масла и воды производится по следующим признакам:

1. изменение направления потока воздуха с применением динамического удара струи сжатого воздуха о внутренние стенки аппарата, что вызывает изменение направления воздушной струи и конденсации паров масла и воды;

2. оседание масла и воды на пористой массе, которой наполняется сосуд, служащий масловодоотделителем (МВО);

3. сепарация воздуха, происходящая при изменении прямолинейного движения потока воздуха на круговое, при котором частицы масла и воды под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам сосуда, стекают по ним и удаляются через нижний вентиль;

4. поглощение влаги и масла путем пропускания влажного воздуха через специальные поглотители: едкий натрий, хлористый кальций, активированный уголь.

МВО следует устанавливать вблизи воздухосборников, оборудованных предохранительными клапанами и манометрами. Между МВО и воздухосборником не разрешается устанавливать запорную арматуру, если до запорного органа нет предохранительного клапана.

Фильтры.

Проникающие вместе с воздухом механические примеси вызывают быстрый износ поверхности цилиндров и распределительных клапанов компрессора, поэтому на всасывающих трубопроводах устанавливают фильтры (воздушные, масленые, матерчатые).

К фильтрам предъявляют следующие требования:

1. фильтры должны обладать высокой степенью очистки воздуха от пыли и различных механических включений, содержащихся в окружающем воздухе.

Степень очистки воздуха от пыли в фильтрах КУ обычно достигает 95-99%

,

где С₁ – содержание пыли до очистки,

С₂ – содержание пыли после очистки.

2. фильтры должны сохранять эффективность своей работы при больших скоростях засасывания воздуха (скорость воздуха для масляных 0,5 - 0,9 м/с, для матерчатых 1 - 2 м/с);

3. фильтры должны обладать малым сопротивлением движению воздуха (для масляных 200 – 250 Па, для матерчатых < 100 Па);

4. каждый фильтр должен быть удобным в обслуживании, очистке и ремонте;

5. фильтр должен отделять влагу, находящуюся в воздухе в капельном состоянии;

6. фильтры должны быть безопасными в пожарном отношении, простыми в изготовлении и компактными.

Охладители сжатого воздуха.

Давление в цилиндре компрессора может достигать 0,5-0,6 МПа. При этом воздух, а вместе с ним и цилиндр настолько нагреваются, что затрудняется смазка. Кроме этого с увеличением температуры воздуха заметно падает КПД компрессора, его производительность.

Если давление сжатого воздуха превышает 0,6 МПа, то воздух сжимается в нескольких последовательных ступенях, между которыми устанавливают охладители, где температура газа уменьшается до первоначальной, чем интенсивнее ведется охлаждение, тем меньше расходуется энергии на приведение в действие компрессора. Различают два способа охлаждения воздухом и водой. Воздушное охлаждение осуществляется путем принудительного обдуванием воздушным потоком цилиндров компрессоров, у которых имеются ребра для увеличения охлаждения.

Воздушное охлаждение применяются у компрессоров малой производительности. Охлаждение водой возможно по двум системам: внутренней и наружной. При внутренней системе холодная вода принудительно циркулирует через специальные полости в неподвижных частях компрессора – в водяных рубашках. При прохождении через водяную рубашку цилиндра вода может нагреваться на 5 - 20 ⁰С. Но конечная температура уходящей воды не должна превышать 30 – 35 ⁰С. В рубашку цилиндра холодная подводиться снизу через патрубок, а нагретая отработанная вода отводится сверху. При обратном ВСН отработанную воду направляют на водоохлаждающее устройство, откуда снова возвращается в качестве охлаждающей среды.

Наружное водяное охлаждение ведется в специальных промежуточных охладителях, установленных на пути перехода из одного цилиндра в другой. Температура воздуха на выходе из охладителя обычно на 5 – 8 ⁰С выше температуры охлаждающей воды. Промежуточные охладители увеличивают производительность компрессора и создают более легкие температурные условия работы цилиндров и клапанов. В качестве охладителей чаще применяют кожухотрубные теплообменники.

Независимо от принятой системы охлаждения температура воздуха, выходящего из компрессора не должна превышать 140 – 160 ⁰С, поэтому необходимо следить за тем, чтобы подача воды не прекращалась даже на короткое время, а также следует систематически измерять температуру воды на выходе из компрессора и температуру отработанной воды.

3. Классификация холодильных машин.

Холодильные машины ХМ и тепловые насосы ТН являются машинами, в которых реализуются обратные термодинамические циклы. В результате чего осуществляется перенос энергии, теплоты от менее нагретых тел к более нагретым. С помощью ХМ теплоту отводят от тел, имеющих температуру ниже температуры окружающей среды, производя, таким образом, искусственное охлаждение. С помощью ТН теплоту, отведенную от тел, имеющих температуру близкую к температуре окружающей среды, ее используют для отопления, ГВС.

Термодинамические циклы ХМ и ТН во многом сходны, отличаются главным образом температурами уравнениями источников теплоты. Конструкции этих машин также близки.

Признаки классификации:

1. В зависимости от вида физического процесса, в результате которого получают холод, ХМ различают на следующие типы:

◦ использующие фазовый переход рабочего тела РТ из жидкого и газообразного состояния (парокомпрессионные, эжекторные, абсорбционные ХМ);

◦ использующие процесс расширения воздуха с производством внешней работы (воздушные, детандерные ХМ);

◦ использующие процесс расширения воздуха без производства внешней работы (воздушные, вихревые);

◦ использующие эффект Пельтье (термоэлектрические);

2. В зависимости от вида используемой энергии:

◦ ХМ, использующие механическую энергию (компрессионные);

◦ теплоиспользующие (эжекторные, абсорбционные, компрессионные с приводом от турбины);

◦ использующие непосредственно электроэнергию;

3. В зависимости от холодопроизводительности ХМ подразделяют на 3 группы:

◦ малые, до 15 кВт (производительность);

◦ средние, 15 – 120 кВт;

◦ крупные >120 кВт;

4. В зависимости от температурного уровня, с которого осуществляется отвод теплоты, ХМ подразделяют:

◦ низкотемпературные (теплота отводится при температуре ниже -30 ⁰С);

◦ среднетемпературные ( -30 ÷ -10 ⁰С);

◦ высокотемпературные ( -30 ÷ -10 ⁰С);

5. В зависимости от схемы и вида термодинамического цикла различают:

◦ одноступенчатые;

◦ двухступенчатые;

◦ многоступенчатые;

◦ каскадные;

6. В зависимости от назначения:

◦ универсальные;

◦ специальные;

7. В зависимости от используемого рабочего тела:

◦ аммиачные;

◦ хладоновые;

◦ пропановые;

◦ этановые;

◦ воздушные;

◦ пароводяные;

◦ водоаммиачные;

◦ бромистолитиевые;

◦ другие;

Подавляющие большинство действующих ХМ представляют собой парокомпрессионные ХМ, которые в зависимости от типа используемого компрессора подразделяются на поршневые, роторные (ротационные): пластинчатые и катящимся ротором, вихревые и центробежные.

4. Работа одноступенчатой парокомпрессорной холодильной машины. Схема парокомпрессорной холодильной установки.

I. Цикл реальной ХМ отличается от теоретического цикла. В действительной ХМ вместо расширительного цилиндра устанавливается дроссельный или регулировочный вентиль. Причины:

1) В расширительный цилиндр поступает жидкость, объем которой мал, поэтому размеры расширительного цилиндра должны быть весьма малы, поэтому конструктивно расширительный цилиндр часто трудно выполнить;

2) В РЦ получаем энергию во вне, то имеются механические потери, величина которых сопоставима с размерами получаемой энергии;

3) Регулировочный вентиль значительно упрощает регулировку машины. Введение регулирующего вентиля ведет к появлению дроссельных потерь. У дроссельных потерь:

4) уменьшается удельная массовая холодопроизводительность;

5) затрачиваемая работа на осуществления цикла увеличилась настолько, насколько уменьшается удельная массовая холодопроизводительность;

Таким образом, ХМ несет двойные потери: потери холодопроизводительности и потери работы.

II. Введение переохлаждающегося рабочего тела. Для уменьшения дроссельных потерь после конденсатора производят охлаждение рабочего тела до более низкой температуры, чем температура конденсации. Это охлаждение происходит при постоянном давлении конденсации.

Переохлаждение (3-3’) увеличивает холодопроизводительность, в испаритель поступает более влажный пар. Охлаждение жидкого рабочего тела после конденсатора очень выгодно для тех рабочих тел, у которых нижняя пограничная кривая имеет пологий характер.

III. Переход на сухой ход. В действительном цикле в компрессор засасывается не влажный, а сухой пар. Для этого в установку включают специальный аппарат - отделитель жидкости.

Отделитель жидкости работает на основании изменения направления движения потока изменения скорости (0,8 м/с после 15 м/с в трубопроводе):

1. переход на сухой ход ведет к изменению холодопроизводительности;

2. увеличиваются и затраты теплоты;

3. переход с сухому ходу по сравнению с влажным теоретически невыгоден, так как затраты работы получаются больше. Однако в действительных условиях работы на сухом ходе и даже на перегретом более выгодны, так как получается большая производительность компрессора, и избегают возможности гидравлических ударов.

Цикл действительной одноступенчатой парокомпрессионной ХМ.

t_к=t₀+(5-10) ⁰C NH₃

t_к=t₀+(5-10) ⁰C хладоновые машины.

Зная температуру всаса:

1 – на входе в компрессор

1-2 – сжатие в одноступенчатом компрессоре

2-2’-3 – в конденсаторе

сбив перегрева

3-3’ – в переохладителе

3’-4 – дросселирование.

Работа на перегретом паре ведет увеличению удельной холодопроизводительности, но одновременно возрастают работы на сжатие.

5. Схема простейшей абсорбционной холодильной машины.

Работа АХМ отличается от компрессионных тем, что отвод теплоты от охлаждаемого тела к окружающей среде осуществляется путем затраты внешней энергии в виде теплоты, а не механической работы. В качестве рабочего тела здесь применяют растворы, как правило, они состоят из двух компонентов – бинарные растворы. Бинарный раствор состоит их двух компонентов имеющих различные нормальные температуры кипения. Низкокипящее вещество является хладагентом, а высококипящее – абсорбентом (поглотителем).

Требования к абсорбентам:

1. он должен хорошо растворять пары хладагента;

2. температура кипения абсорбента должна быть значительно выше температуры кипения хладагента при том же давлении;

3. бинарный раствор должен быть не ядовит, не горюч, не взрывоопасен, не должен вызывать коррозию металла.

Функциональная схема простейшей абсорбционной ХМ.

В испарителе к хладагенту подводится теплота Q₀, в резхладагента поступает в абсорбер и поглощается абсорбентом. Процесс абсорбции сопровождается выделением теплоты Q_аб, которая отводится к окружающей среде при температуре t_о.с. Из абсорбера раствор подается насосом в генератор Г, где давление р_г. В генераторе хладагент выкипает из раствора при температуре Т_о.с и давлении р_г вследствие подвода теплоты из вне Q_г. Пар хладагента поступает в конденсатор, где конденсируется при температуре t_к и давлении р_к. В результате отвода теплоты Q_к жидкий хладагент из конденсатора через детандер (расширительный цилиндр) Д₁ поступает в испаритель, абсорбент через детандер Д₂ поступает в абсорбер.

Таким образом, в абсорбционной машине, как и в парокомпрессионной низкая температура получается в результате кипения хладагента, поступающего в испаритель через детандер из конденсатора. Однако здесь хладагент подается из испарителя в конденсатор посредством абсорбции и выпаривания, а для осуществления последнего требуется подвод внешней теплоты. Идеализация рассматриваемой абсорбционной ХМ состоит в следующем:

1) в генераторе раствор полностью разделяется на хладагент и абсорбент;

2) в генераторе, конденсаторе, испарителе и абсорбере процессы осуществляются при постоянной температуре без внешних и внутренних потерь от необратимости;

3) работа, подводимая к насосу, подающему раствор в генератор, равна работе, отводимой от детандеров, так как объемные подачи веществ и разности давлений равны.

Тепловой баланс такой ХМ определяется уравнением:

Q₀+Q_г=Q_k+Q_аб

Эффективность действия такой АХМ определяется тепловым коэффициентом:

.

АХМ можно рассматривать как систему, в которой совершаются прямой и обратный циклы. В прямом в результате переноса теплоты от источника с высокой температурой Т_г с окружающей средой производится работа, а в обратном цикле эта работа затрачивается на перенос теплоты от источника с низкой температурой Т_о к окружающей среде.

Эффективность прямого обратимого цикла оценивается термическим коэффициентом:

.

Эффективность обратного цикла – холодильным коэффициентом:

,

тогда тепловой коэффициент будет равен

.

Термодинамическая эффективность АХМ ниже, чем у компрессионной.

6. Схемы производственных систем водоснабжения.

1. Прямоточная схема.

Прямоточная система предусматривает забор все возрастающих количеств воды по мере роста производства. Получить необходимое количество воды зачастую не представляется возможным или требуются огромные капитальные вложения. Для уменьшения воздействия сточных вод необходимо применение доочистки (фильтрация, сорбция, ионообменная корректировка ионного состава), что тоже требует больших средств, поэтому более перспективно является путь уменьшения количества сбрасываемых сточных вод в водоём.

1 – река

2 – водозаборное устройство

3 – очистные водопроводные сооружения

4 – насосная станция второго подъёма

5 – водоводы

6 – промышленное предприятие

7 – сброс отработанной воды

8 – станция очистки сточных вод

9 – сброс воды в реку.

2. Схема с повторным использованием воды.

В большинстве случаев для технологических операций не требуется вода питьевого качества, а необходимо только определить компоненты, оказывающие отрицательное влияние на качество получаемого продукта и их допустимую концентрацию в использованной воде. Это и позволяет осуществлять повторное её использование. Система повторного использования воды представляет собой систему водного хозяйства, в котором свежая вода, пройдя технологический цикл на первом из производств, участвует в технологическом процессе другого производства.

Для осуществления такой системы необходимо, чтобы качество после использования на первом предприятии удовлетворяло требованиям технологического процесса второго предприятия. В противном случае необходимо её предварительная обработка на очистных сооружениях или охладителях. Применение этой системы позволяет сократить расход свежей воды, улучшаются условия охраны водоёма от загрязнений, чем при использовании прямоточной системы.

3. Оборотная схема ВСН.

Оборотная система ВСН применяется с целью сокращения забора воды из источников ВСН и защите их от загрязнений. Широкое применение находят оборотные системы ВСН, которые необходимы в случае малой мощности природного источника или при больших затратах на подачу из него воды. Все системы использующие воду в обороте подразделяют на локальные, централизованные и смешанные.

В локальных системах вода после восстановления потребительских качеств используются в обороте одного или последовательно в нескольких технологических процессах.

В централизованных оборотных системах вода после различных операций проходит обработку единым потоком, после чего возвращается в производства.

При смешанном оборотном ВСН воды одной оборотной системы используется в другой. Например, из охлаждающей системы вода поступает в экстрагенную, из экстрагенной в транспортирующую, если оборотная система работает без какого-либо сброса оборотной воды в источник, то она является замкнутой. Вода из источника или другой системы поступает в нее только для восполнения потерь, замкнутые системы является наиболее экологически чистыми.

Создание замкнутых систем возможно при соблюдении следующих принципов в ВСН, канализации и очистки вод:

· ВСН и канализация должны рассматриваться в едином комплексе, когда на предприятии создаётся единая система водного хозяйства, включая ВСН, канализацию и очистку вод.

· В ВСН вместо свежей воды в основном используется очищенные производственные и городские сточные воды, а также поверхностный сток. Свежая вода из источников используется для особых целей и восполнения потерь.

· Очистка должна сводиться к регенерации отработанных технологических растворов с целью их повторного использования в производстве.

· Методы, применяемые для восстановления потребительских качеств воды технологических растворов должны обеспечивать одновременное извлечение ценных компонентов при минимальных затратах.

Эффективность использования воды промышленными предприятиями может оцениваться несколькими методами. Однако все методы исходят из условия уменьшения потребления свежей воды, как для всего предприятия в целом, так и для отдельных его цехов и установок.

Техническое совершенство систем оборотного ВСН предприятия может быть отнесено коэффициентом использования оборотной воды к_об:

,

где - количество оборотной воды, м³/ч;

- количество свежей воды из источника, м³/ч.

Рациональность использования воды забираемой из источника может быть охарактеризована коэффициентом её использования:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: