Лекция 1.
Энергоносители. Виды, классификация и характеристика.
Большинство технологических процессов происходят с использованием энергоносителей различного вида и назначения. Под энергоносителями в промышленности понимают материальное тело или материальную среду, обладающую определенным потенциалом и передающую энергию от одного материального тела к другим. Промышленные предприятия при организации своей деятельности используют энергоресурсы различных параметров, различных видов и различного назначения. Для крупных предприятий говорят о потоках энергоносителей. Направление этих потоков тесно связаны между собой и имеют различные характеристики. На предприятии они объединяются под общим названием «энергоресурсы предприятия». Чаще всего в качестве энергоресурсов на предприятии используются:
§ электрическая энергия (60-70% потребления);
§ вода;
§ тепло;
§ воздух;
§ ПРВ (продукты разделения воздуха);
§ расплавы и соли.
Главной задачей энергоносителей на предприятии является обеспечение условий технологического процесса. При выборе энергоносителей и их характеристик руководствуются в первую очередь условием максимальной дешевизны в рамках заданных параметров. При этом в первую очередь обращается внимание на следующие факторы:
§ характеристики и условия протекания технологического процесса;
§ характеристики и параметры установленного оборудования;
§ параметры самого энергоносителя;
§ характер обеспечения энергоносителями предприятия (внутреннее или внешнее) и т.д.
В качестве основных характеристик энергоносителей при их выборе учитывают:
§ потенциал или параметры (ток, напряжение, температура, давление и т.д.);
§ стоимость;
§ качество;
§ надежность снабжения;
§ Режимы потребления.
Параметры энергоносителя определяются характеристиками потребляющего оборудования. Если на реальном предприятии применяются энергоносители с явно завышенными параметрами, это приводит к увеличению эксплуатационных расходов и денежных затрат на вспомогательное оборудование (диаметр жил кабеля, увеличение металлоемкости для труб и т.д.). Поэтому окончательный выбор энергоносителя, его качественных и количественных характеристик производится путем сравнения нескольких вариантов в ходе технико-экономических расчетов.
Лекция 2.
Графики нагрузок по энергоносителям.
Способы выравнивания неравномерности графиков.
Графики нагрузок являются основополагающим звеном при расчете и проектировании систем энергообеспечения предприятия. Они дают ясную картину количественных и качественных изменений параметров конкретных энергоносителей за конкретный период времени. Графики нагрузок зависят от типа и назначения энергоносителя, а также от режима работы предприятия. Например, сезонный график тепловой нагрузки имеет неравномерный характер, обусловленный различными климатическими условиями в различное время года.
Сезонная нагрузка для данного региона имеет относительно постоянный характер. Примером сезонной нагрузки может служить отопление и вентиляция. Для характеристики количественных и качественных показателей графика вводится ряд понятий и обозначений: Qmax, Qmin, Qср, Qmax зим., Qmax лет. и т.д.
Для характеристики зон графиков вводят понятие базовой части, переменной части и пиковой части. Базовая часть находится между осью и минимальной нагрузкой. Переменная часть находится между средней и минимальной нагрузкой. А пиковая часть - между средней и максимальной нагрузкой. Для описания характера изменения графика вводится ряд коэффициентов, в том числе:
α – коэффициент неравномерности графика;
γ – коэффициент заполнения графика;
ki – интегральный коэффициент графика;
tmax и tmin – число часов использования максимума и минимума нагрузки
и т.д.
Эти коэффициенты используются при расчете и оптимизации системы энергообеспечения предприятия, расчете нагрузок и режимов и выбора параметров основного и вспомогательного оборудования.
Общие тенденции, наблюдаемые в сфере производства в условиях перехода к рыночным отношениям, характеризуются сильной неравномерностью графика энергопотребления. Неравномерности графиков нагрузок предприятий приводит к ряду негативных последствий, в том числе:
1. Снижению качества и надежности энергообеспечения предприятия.
2. Резкому повышению нагрузки на генерирующие предприятия и установки.
3. Сокращению сроков эксплуатации оборудования и увеличению эксплуатационных расходов.
4. К увеличению стоимости единицы выпускаемой продукции.
С целью выравнивания неравномерности графиков нагрузок возможно применение следующих методов:
· взаимное сглаживание неравномерности путем рационального размещения на предприятии или в районе однотипных нагрузок различного назначения;
· снижение энергоемкости производства путем улучшения технологий и внедрения элементов менеджмента;
· применение энергопотребляющих и энергопроизводищих агрегатов, имеющих высокий к.п.д.;
· увеличение доли комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ;
· увеличение доли использования ВЭРов и тепла природных источников;
· рациональное размещение базовых и пиковых источников, работающих в верхней части суточного графика;
· выбор оптимальной схемы энергоснабжения и оптимизация параметров энергоносителей;
· регулирование и оптимизация отпуска энергоносителей потребителям;
· рационализация графиков и режимов работы предприятий в рамках района или региона.
Лекция 3.
Система воздухоснабжения промышленных предприятий.
Классификация систем воздухоснабжения:
— система низкого давления (2-3 атм.);
— система среднего давления (6-9 атм.);
— системы высокого давления (от 20 атм. и выше ).
Технология производства сжатого воздуха.
Методы получения сжатого воздуха:
— объемный;
— динамический.
Рассмотрим поршневые компрессорные установки.
1 — всасывающее устройство 11 — выпускной вентиль
2 — фильтр 12 — сборный бак
3 — первая ступень компрессора 13 — магистраль
4 — вторая ступень компрессора
5 — межступенчатый холодильник
6 — концевой холодильник
7 — влаго–маслоотделитель
8 — ресивер
9 — магистральный вентиль
10 — пусковой вентиль
Лекция 4.
Схема работает следующим образом. Поршневой компрессор, приводимый в движение электродвигателем, через воздухозаборное устройство (1) засасывает атмосферный воздух. Пройдя по прямому участку трубопровода, воздух попадает в фильтр (2), где очищается от примеси атмосферной влаги и пыли. Далее, проходя через всасывающий трубопровод, воздух попадает в первую ступень компрессора (3). После сжатия, через обратный клапан и промежуточный трубопровод, воздух нагнетается в межтрубное пространство промежуточного охладителя (5). Из охладителя воздух всасывается второй ступенью компрессора (4) и через нагнетательный трубопровод подается в межтрубное пространство концевого охладителя (6). После охлаждения воздух поступает в водомаслоотделитель (7) и далее в воздухосборник (8), предназначенный для снижения пульсации воздуха и резервировании его части. Из воздухосборника воздух по магистральному трубопроводу (13) поступает в воздушную сеть предприятия и к потребителю. Через продувочный бак (12) осуществляется слив конденсата из концевого охладителя и водомаслоотделителя. Кроме того схема компрессорной установки должна содержать:
а) предохранительные клапана (сброс излишка воздуха );
б) запорные задвижки (предназначены для переключений, отключений, вывода в ремонт элементов компрессорной установки);
в) обратный клапан (предназначен для избежания утечек воздуха из сети при отключении компрессора);
г) разгрузочный вентиль (предназначен для сброса воздуха и облегчения пуска компрессорной установки).
Компрессорные установки выполненные на базе поршневых компрессоров предназначены для производств, в которых потребителям воздуха требуется воздух высокого давления и в небольшом количестве (при малых расходах). Для повышения давления воздуха используется многоступенчатые компрессоры. После каждой ступени могут быть установлены промежуточные холодильники.
Лекция 5.
Технология получения сжатого воздуха с помощью центробежных компрессоров.
Принципиальная схема турбокомпрессорной установки, построенной на базе центробежных компрессоров, имеет вид:
1 — воздухоприемник 8 — обратный клапан
2 — фильтр 9 — глушитель
3 — дроссельный клапан 10 — антипомпажный клапан
4 — секции компрессора 11 — выхлопная задвижка
5 — межсекционный холодильник 12 — напорный коллектор
6 — промежуточный холодильник 13 — промежуточный отбор
7 — концевой холодильник
Компрессорные установки, построенные на базе центробежных компрессоров, используются в производстве с большим расходом воздуха и малых давлениях.
Установка работает так. Атмосферный воздух засасывается через воздухоприемник (1) и проходит предварительную очистку в фильтре (2). Между второй и первой ступенью компрессора устанавливается дроссельный клапан (3), связанный с регулятором давления. Это позволяет поддерживать постоянное давление в напорном коллекторе (12) путем открытия или закрытия дроссельной заслонки на входе. Затем воздух поступает в первую секцию турбокомпрессора и далее через межсекционный холодильник (5) во вторую ступень компрессора. Поле второй секции компрессора, пройдя через промежуточный холодильник (6) и третью секцию компрессора, воздух поступает в концевой холодильник (7). После концевого холодильника воздух поступает в напорную линию (12). На участке сети от концевого холодильника до напорной линии устанавливается обратный (8), антипомпажный (10) клапана и выхлопная задвижка (11). Антипомпажный клапан открывается автоматически при уменьшении потребления воздуха, часть воздуха при этом сбрасывается в атмосферу через глушитель (9). При необходимости получить воздух низкого давления возможен промежуточный отбор воздуха (13) с любой из секций компрессора.
Для ручной регулировки сброса воздуха и запуска компрессора в случае одновременной параллельной работы нескольких установок в сеть предназначена выхлопная задвижка (11).
В системе воздухоснабжения, построенной на базе центробежных компрессоров, отсутствует воздухосборник (нет пульсаций и воздуховоды большого диаметра выполняют роль ресивера), а также водомаслоотделитель.
Производство и потребление сжатого воздуха на промышленных предприятиях.
Тип, характер и разветвленность воздушных сетей предприятия. Мощность основного и вспомогательного оборудования установленного на компрессорной станции выбирается исходя из условий технологического процесса. Их схемы могут существенно отличаться и зависят в первую очередь от мощности предприятия. Например схема СВСПП (система воздухоснабжения промышленного предприятия) средней мощности может выглядеть следующим образом:
I — секция поршневых компрессоров компрессорной станции
II — секция турбокомпрессоров компрессорной станции
III — транспортные магистрали
IV — межцеховые сети
V — кольцевая сеть предприятия
VI — тупиковые сети
VII — напорные сети
1 — поршневые компрессоры
2 — центробежные компрессоры
3 — фильтры
4 — водо-маслоотделитель
5 — концевые холодильники
6 — ресивер
7 — потребители воздуха
8 — дожимной компрессор
9 — запорно-регулирующая аппаратура
10 — потребитель воздуха (использует воздух двух давлений)
В состав системы воздухоснабжения предприятия средней мощности входят компрессорные и воздуходувные (последние иногда входят в состав компрессорной станции в качестве отдельных установок) воздушные сети, трубопроводный или баллонный транспорт, распределительное устройство и потребители сжатого воздуха.
Компрессорные станции в зависимости от потребляемого количества воздуха (расхода Q или G) и его давления необходимого для потребителя могут комплектоваться:
— центробежными и поршневыми компрессорами;
— воздуходувками;
— вентиляторами.
Для доставки воздуха потребителям используются разветвленные воздушные сети радиального, магистрального, кольцевого, тупикового типов.
Сети сжатого воздуха на предприятии разделяют на межцеховые и внутренние. Межцеховые сети — участки сети от сборных коллекторов компрессорной станции до ввода в конкретный цех.
Межцеховые сети прокладываются в каналах и траншеях (подземный способ прокладки), по эстакадам или лотках (надземный способ прокладки). Выбранный способ прокладки должен обеспечивать возможность проведения ремонтных работ и ликвидаций аварий без остановки компрессорной станции. Для отключения отдельных участков цепи и осуществления переключений различного рода устанавливается запорно-регулирующая аппаратура (арматура). К ней относятся:
— вентили;
— задвижки;
— заслонки;
— регуляторы;
— клапана и т.д.
Наиболее надежной считается схема, при которой на каждый крупный потребитель работает свой компрессор, однако в силу дороговизны таких схем чаще используются организация параллельной работы компрессоров на сборный коллектор. Для компенсации температурных деформаций используют:
— специальные участки цепи (компенсаторы);
— подвижные опоры;
— подвижное закрепление трубопровода на опоре.
К внутри цеховым сетям сжатого воздуха относятся все участки воздушной сети начинающиеся от ввода в цех и предназначенные для обеспечения воздухом каждого из потребителей.
В местах ввода воздушной сети в цех оборудуются узлы ввода. Они могут быть выполнены по следующей схеме:
1 — измерительная диафрагма
2 — редукционный клапан
3 — манометры
4 — дифманометры
5 — водо-маслоотделитель
В состав узлов ввода также могут входить другие приборы и устройства (термометры, сборные коллектора, задвижки и т.д.).
Лекция 6.
Системы технического водоснабжения промышленных предприятий.
Назначение СТВПП.
Техническая вода является одним из наиболее распространенных видов энергоносителей. Она используется в технологических процессах и в хозяйственно-бытовых целях практически на всех предприятиях. Расходы технической воды на производственные нужды сильно колеблются в зависимости от назначения и мощности предприятия, а также характера технологически процессов. Например, для производства 1т чугуна расходуется 1200-1600 м3/час воды, 1т меди 760-800 м3/час, а для производства редкоземельных металлов – 2000-2500 м3/час.
Вода на промышленном предприятии используется по трем основным направлениям:
1. Производственно-техническое водоснабжение. Вода расходуется на:
- охлаждение технологических аппаратов и установок для обеспечения необходимого температурного уровня производственных процессов;
- для выработки пара в паровых котлах, системах испарительного охлаждения и в утилизационных установках;
- на промывку, мокрую очитку различных материалов, деталей, газов, выбросов и т.д.;
- на гидротранспорт, гидроудаление отходов, обогащение материалов;
- для приготовления растворов, электролитов и других смесей.
2. Хозяйственно-питьевое водоснабжение. Вода расходуется на:
- приготовление пищи, организации питьевого режима, мытье посуды и т.д.;
- обеспечение работы душевых и умывальников;
- на хозяйственные нужды в прачечных, влажную уборку помещений и т.д.;
- на полив проездов, тротуаров и зеленых насаждений.
3. Пожарное водоснабжение. Вода расходуется на:
- тушение пожаров и возгораний;
- для организации работы систем автоматического и полуавтоматического тушения пожаров;
- для резервного хранения в хранилищах и резервуарах.
Требования, предъявляемые к качеству воды для трех основных направлений применения ее на промышленных предприятиях существенно различаются. Для потребителей первой группы требования, предъявляемые к качеству воды (степень жесткости, мутности, наличие минеральных солей и т.д.) определяются условиями технологического процесса. Наиболее жесткие условия к качеству воды предъявляются потребителями второй группы. Самые низкие требования к качеству воды предъявляются потребителями системы пожарного водоснабжения. Допустимы запах, мутность, взвеси и т.п.
Лекция 7.
Исходя из основных показателей природных источников, затрат на подготовку и транспортировку воды и требований, предъявляемых к воде потребителями большинство предприятий используют для систем водоснабжения воду поверхностных источников с простейшей предварительной очисткой (фильтр на всасывании) или без очистки. В самом простом варианте схема водоснабжения предприятия может выглядеть следующим образом:
В связи с возможностью резкого ухудшения экологической обстановки в регионе, вызванной развитием и модернизацией промышленных предприятий их очистные сооружения должны развиваться вместе с ростом и развитием предприятий. На первом этапе модернизации системы технического водоснабжения промышленных предприятий дополняются несколькими станциями очистки СО.
Следующим этапом модернизации системы технического водоснабжения промышленных предприятий является организация ее работы по замкнутой схеме.
Состав систем технического водоснабжения промышленного предприятия.
Системы технического водоснабжения – это комплекс сооружений, предназначенный для забора воды из природных источников, повышение ее качества до необходимого уровня, транспортировки потребителю, обеспечение у потребителей необходимого давления, а также для очистки сточных и сбрасываемых вод.
В состав схемы водоснабжения могут входить следующие элементы:
1. Водозаборное сооружение (предназначено для отбора воды из природного источника.
2. Насосная станция первого подъема (предназначена для подачи воды в пруд-отстойник или непосредственно в систему водоснабжения).
3. Пруд-отстойник (служит для предварительной очистки воды; в случае необходимости дополняется установками для осветления воды и т.д.).
4. Резервуар чистой воды (предназначен для хранения определенного количества воды и создания напора у ряда потребителей в случае отключения системы).
5. Пруд-накопитель (предназначен для накопления и хранения воды).
6. Насосная станция второго подъема (предназначена для создания дополнительного напора).
7. Насосная станция третьего подъема (предназначена для подъема воды в бак-накопитель водонапорной башни).
8. Водонапорная башня (назначение – обеспечение необходимого напора у потребителей).
9. Установка ХВО (химводоочистки).
10. Водоводы промышленного предприятия.
Кроме того, в состав системы водоснабжения могут входить:
- водопроводы и транспортные сети, предназначенные для передачи воды на большие расстояния;
- запорная и регулирующая аппаратура, предназначенная для обеспечения переключений в сети, регулирования давлений и проведения измерений параметров;
- аккумулирующие сооружения (резервуары, емкости, аккумулирующие баки и пруды-накопители).
Расположение элементов системы водоснабжения на схеме, варианты их конструктивного исполнения, а также мощность зависят от характеристик предприятия и природного источника. Идеальным вариантом организации водоснабжения промышленного предприятия является внедрение бессточных схем (работа по замкнутому циклу) с минимальным потреблением внешних ресурсов и максимальным использованием ВЭРов и отходов производства.
Лекция 8.
Прямоточные системы водоснабжения и их характеристики.
Прямоточные схемы СТВСПП могут быть выполнены по схеме, изображенной на рисунке, где:
1 Источник.
2 Водозаборное сооружение.
3.1 Насосная станция первого подъема.
3.2 Насосная станция второго подъема.
4.1 Очистные сооружения природной воды.
4.2 Очистные сооружения сточных вод ПП.
5 Резервуар чистой воды.
6 Водоводы.
7 Напорная регулирующая емкость (водонапорная башня).
8 Водонапорная сеть ПП.
9.1-9.4 Потребители воды на предприятии.
10 Сеть для продувок и сброса отработанной воды.
11 Транспортная сеть к устройствам охлаждения и очистки.
12 Устройства охлаждения технической воды.
13 Линия сбросных вод ПП.
14 Ливневая канализация.
Вода из источника 1 через водозаборное сооружение 2 и насосную станцию 3.1 поступает в очистные сооружения 4.1, где осуществляется предварительная очистка воды до уровня, соответствующего технологическому процессу. Далее вода собирается в резервуаре чистой воды 5, конструкция и размеры которого определяются суммарной мощностью водопотребления предприятия (бак, башня, пруд и т.д.). Другое назначение РЧВ заключается в том, что с его помощью сглаживаются пиковые нагрузки в период наибольшего водопотребления. Далее по водоводам 6 с помощью насосной станции второго подъема 3.2 вода поступает в водопроводную сеть предприятия 8. Направление перетоков воды в схеме и коммутационные возможности сети зависят от технологии производства и могут быть различны для различных предприятий. По напорной сети предприятия вода направляется потребителям 9.1-9.4. Для поддержания необходимого напора и давления в сети служит водонапорная башня 7. Отработанная вода и ливневые воды, проходя через очистные сооружения 4.2 по сбросной линии 13 сбрасываются в источник.
СТВС реального предприятия малой и средней мощности, выполненная по прямоточной схеме может быть дополнена другими элементами, исходя из условий технологического процесса (установки ХВО, напорные, насосные станции, пруды-отстойники т.д.).
Лекция 9.
При построении СТВС ПП по прямоточной схеме учитываются следующие соображения:
1. Мощность природного источника. Она должна быть достаточной для сохранения экологической обстановки в регионе.
2. Удаленность предприятия от источника воды. С увеличением расстояния растут дополнительные расходы на транспортировку.
3. Степень предварительной очистки воды и затраты на содержание очистных установок определяется условиями технологического процесса. С точки зрения экологической безопасности прямоточные схемы являются наиболее “грязными”.
Характеристики и особенности СТВС ПП с повторным использованием воды.
Схема с повторным использованием воды применяется в том случае, если в состав предприятия входит хотя бы один потребитель, удовлетворяющий двум условиям:
1. Суммарное водопотребление этого потребителя равно или превышает потребление воды всех оставшихся потребителей.
2. Качество сбросных вод крупного потребителя удовлетворяет технологическим требованиям оставшихся.
Структура схемы при этом принципиально не изменяется, но из природного источника забирается количество воды, необходимое только для обеспечения водопотребления потребителя 9.1. Потребители 9.2 – 9.4 используют сбросную воду потребителя 9.1. Схема в сравнении с предыдущей имеет следующие преимущества:
1. Уменьшение количества воды, забираемой из природного источника.
2. Снижение количества сбрасываемых сточных вод.
3. Снижение стоимости отдельных элементов схемы обусловлено снижением их мощности.
4. Стоимость эксплуатационных расходов у данной схемы меньше, чем у прямоточной.
Недостатками данной схемы являются:
1. Узкий диапазон применения. Далеко не все производства предприятия позволяют использовать сточные воды.
2. Необходимость наличия разветвленных сетей.
Внедрение подобных схем на предприятиях в предельном случае дает возможность уменьшения водопотребления в два раза.
Оборотная схема технического водоснабжения
Оборотные схемы применяются на предприятиях с развитым производством. Возможность их использования обусловлена тем, что от 70 до 80% воды, проходящей через технологические установки только нагревается в системах охлаждения и может быть использована повторно.
Схема работает следующим образом:
После насосной станции второго подъема 3.2 вода через водоводы 6 направляется в водопроводную сеть предприятия 8 и через нее к потребителям 9.1-9.4. Далее вода направляется к очистным сооружениям 4.2 и сбрасывается в резервуар очищенной воды 5. Оттуда после насосной станции третьего уровня 3.3 вода поступает в водоем-охладитель 12. В качестве охладителя служит вода окружающей температуры, поступающей из пруда. Если сбросные воды 9.1-9.4не загрязнены, из схемы убирается 4.2. Схема является почти полностью замкнутой. Из природного источника забирается только то количество воды, которое компенсирует расходы на утечки, испарения, продувки и сброс сильно загрязненных вод. Конструкция охладителя 12 и его мощность зависит от мощности предприятия в целом. Это могут быть охладительные емкости большого объема, пруды-охладители, водоемы специальной конструкции. Сброс воды через систему 13 осуществляется в целях проверки и поддержания солевого баланса.
Достоинства:
1. Существенное сокращение объема воды, забираемой из природного источника в сравнении с двумя предыдущими схемами.
2. Уменьшение расходов на строительство и эксплуатацию системы.
3. Высокий уровень очистки сбросных вод.
Недостатки:
1. Ограниченность применения: для крупных и средних предприятий.
2. Необходимость наличия разветвленных сетей.
Лекция 10.
Бессточные системы технического водоснабжения.
Бессточные системы водоснабжения являются наиболее современными и экологически чистыми типами систем. Они могут быть построены путем развития, объединения конструкций существующих систем предприятия.
Доработка заключается в частичном изменении конфигурации сети и включению в систему установок для очистки или утилизации сточных вод и шламов.
Для организации правильной работы бессточной системы все потребители делятся на три группы:
1) потребители “грязного” цикла (охлаждение металлорежущих станков, промывка деталей и т.д.)
2) потребители “чистого” цикла (ТЭЦ, компрессорные установки и холодильные установки и т.д.)
3) потребители “безвозвратного” цикла (установки для мокрого тушения кокса, установки гидро–обеспыливания и д.р., качество воды для которых не имеет значение)
Принцип работы бессточных систем заключается в следующем: после забора воды из природного источника и прохождении через водозаборное устройство 2, насосные станции 3 и очистные сооружения природной воды 4.1, вода поступает в трубопроводы чистой воды 8, с помощью которой снабжаются основные потребители “чистого” цикла. Часть воды поступает на ХВО 14 и направляется к потребителям, предъявляющим повышенные требования к воде. Сюда же поступают сточные воды потребителей “чистого” цикла. Другая часть сточных вод, не прошедшая очистку, поступает к потребителям “грязного” цикла, при этом обязательным условием является то, что суммарная мощность сбрасываемых вод 13 достаточна для удовлетворения нужд группы потребителей 15. Потребители “безвозвратного” цикла выделяют в группу 16 и обеспечиваются водой через безвозвратную сеть 18. остаточные нерастворимые элементы накапливаются в шламовом хозяйстве 17.
Положительные моменты:
— высокая экологическая чистота системы;
— практическая реализация внедрения в производство принципов сберегающих технологий.
Недостатки:
— высокая стоимость сооружений;
— большие эксплуатационные расходы.
Характеристики основных сооружений СТВСПП.
В состав типовых схем систем водоснабжения входят:
– водозаборные сооружения;
– насосные станции;
– очистные сооружения;
– охлаждающие устройства;
– накопительные резервуары;
– запорно–регулирующая аппаратура;
Водозаборные сооружения.
По способу забора воды из природного источника различают поверхностные и глубинный водозабор. Поверхностный водозабор разделяется на: береговые, островные, плавучие, рельефные. Глубинный водозабор делится на: трубчатые, колодцы, артезианские скважины.
Преимущества глубинного водозабора:
— не зависит от уровня колебаний воды в сезоны;
— не требуют дополнительных расходов на установку защитных сооружений (ледоход, лесосплав и д.т.).
Недостатки:
— дороговизна сооружений;
— повышенное содержание минеральных солей.
Системы водоснабжения средних и крупных предприятий чаще всего строится по схеме с поверхностным водозабором. Мощность элементов входящих в схему, их геометрические размеры и производительность определяется суммарным водопотреблением и целым рядом производственных факторов.
Насосные станции.
Назначение насосных станций — обеспечение воды и напора у потребителей. Насосные станции делятся на станции первого, второго и т.д. подъемов, станции перекачки, циркуляционные станции.
Состав (комплектность) насосной станции зависит от мощности, конструктивных особенностей, категорийности потребителей. При этом к потребителям первой категории относят системы пожаротушения и сети хозяйственно–питьевого назначения. К потребителям второй категории относят технические здания и сооружения, обеспечивающие нормальное прохождение технического процесса.
Насосные станции квалифицируются:
1) по назначению;
2) по размещению оборудования (подземные, углубленные, надземные);
3) по типу насосного оборудования (поршневые, лопастные и т.д.);
4) по типу привода (от электричества, двигателя внутреннего сгорания, турбовинтовые);
5) по компоновке (однорядные, двухрядные, многорядные);
6) по характеру управления (ручное, автоматическое, дистанционное и их вариации).
Очистные сооружения.
Задачей очистных сооружений на входе предприятия является удаление взвешенных частиц содержащихся в воде или ее осветление до состояния, удовлетворяющего условиям технологического процесса. Иногда необходимо умягчение воды, в целом ряде случаев, система питьевого водоснабжения, необходимо дополнительное удаление бактерий, обеззараживание, хлорирование и т.д
В состав очистных сооружений предприятия могут входить:
– отстойники (горизонтальные, вертикальные, радиальные);
– фильтры (сетчатые, напорные, медленные, быстрые);
– гидроциклоны.
Конструкционное исполнение и состав элементов очистных сооружений зависят от мощности в системе в целом и требований, предъявляемых к воде.
Задачей очистных сооружений на выходе из предприятия является очистка воды от технологических примесей до уровня, устанавливаемого из соображений не нарушения экологического равновесия в природном источнике или регионе. На больших и средних предприятиях при большом водопотреблении часть элементов ОС выполняется на открытой местности.
В последнее время в ОС все чаще стали применяться вещества дезактиваторы и специальные породы бактерий.
Охлаждающие устройства, трубопроводы и арматура.
Конструктивное исполнение охлаждающих устройств связано, прежде всего с мощностью системы водоснабжения. Второй параметр, который необходимо учитывать — тип системы. Они могут выполняться в виде баков, открытых водоемов, градирен, прудов с естественной циркуляцией.
Арматура и трубопроводы, используемые в системах водоснабжения, существенно отличаются по диаметру и конструкции. К ним относятся:
— трубы водопроводные;
— вентили, задвижки, краны, регуляторы и т.д.
В целях возможности проведения ремонта или быстрой замены отдельного элемента системы водоснабжения все трубопроводы, запорно–регулирующая арматура и контрольно–измерительная аппаратура унифицированы и стандартизированы (нормированы по диаметру).
Расчет систем водоснабжения.
В зависимости от напора водонапорные сети предприятий различают:
— низконапорные сети (величина напора менее 30 м);
— средненапорные сети (величина напора 40 — 100 м);
— высоконапорные сети (величина напора более 100 м).
Для создания средних и высоких напоров используют насосные станции второго, третьего и выше подъемов. Подача воды осуществляется по магистральным и кольцевым схемам. Магистральные схема применяются для подачи воды от НС последнего подъема в районы потребления воды (цех, промышленный район).
Для подачи воды непосредственно потребителю используют трубы небольшого диаметра. Расчет диаметров трубопроводов у потребителей не производится, проводится расчет только магистральных линий. Правильный выбор диаметра трубопроводов необходим для:
— обеспечения пропускной способности;
— создания необходимого располагаемого напора у потребителей.
Эти задачи решаются с помощью гидравлического расчета. Исходя из начальных условий, возможны три варианта проведения расчетов:
— при заданных расходах длинных участков и потерях напора определить необходимый диаметр трубопровода;
— при заданных длинах, диаметров трубопроводов и потерях в сети определить суммарный расход воды;
— при заданных длинах, диаметрах и расходах определить потери напора по участкам.
Наиболее часто встречающейся задачей является определение диаметра трубопровода на участке. В общем случае он определяется по формуле:
где Q — количество воды потребляемой предприятием,
V — скорость течения воды.
Зависимость между Q и V выражается формулой:
где F — площадь поперечного сечения.
Обычно скорость течения воды задается, при этом исходя из экономических соображений при расчетах применяется экономическая скорость, которая определяется из следующих условий:
если d если d мм, то V = 0,8 — 0,9 м/с
если d > 1000 мм, то V = 0,8 — 0,9 м/с
Вторым параметром, имеющим важное значение для расчета трубопроводов, являются гидравлические потери:
— линейные (по длине труб);
— местные.
Для протяженных и разветвленных ветвей местные потери имеют небольшие значения и при расчетах принимаются 5 — 10 % от линейных.
Для расчета внутренних коммуникаций и сетей малой протяженности потери рассчитываются по формуле:
Для квадратичной области течения используют первую и вторую водопроводную формулу:
1)
2)
Для упрощенных расчетов разработаны таблицы и монограммы.
Водопроводы и водопроводные сети выполняются из металлических и не металлических материалов:
при P от 10 до 16 атм — чугунные трубы;
при P до 10 атм — стальные трубы.
В местных сетях небольшого давления и протяженности используют асбестно–цементные, железобетонные и пластмассовые трубы.
Лекция 11.
Газоснабжение ПП.
Горючие газы, их назначение и классификация.
Существует два вида газов:
- природные (добываются в газовых месторождениях и как попутные в нефтяных месторождениях);
- промышленные (коксовые, доменные, конверторные, получаемые с помощью газгольдеров и т.д.);
Газы могут использоваться по 3 направлениям:
1. В качестве топлива в силу дешевизны и широкого применения.
2. В качестве исходного сырья для получения ряда продуктов (химия, парфюмерия, пищевые технологии).
3. Для бытовых целей.
Природный газ широко используется в качестве топлива в основных отраслях промышленности. Промышленные газы используются в качестве ВЭРов, служат источником сырья для сопутствующих производств, а в целом ряде случаев просто выбрасываются в атмосферу.
Применение природного газа в качестве топлива дает следующие преимущества:
1. Дешевизна.
2. Удобство регулирования режимов горения.
3. Уменьшение эксплуатационных расходов.
4. Компактность устройств и установок для сжигания газа.
5. Высокая экономичность и гигиеничность.
6. Экологическая чистота.
Место добычи природного газа не совпадает с местом его потребления. Для доставки газа потребителям используют газопроводы, выполненные по различным схемам. Например, при значительном удалении потребителя от источника применяется следующая схема дальнего газоснабжения.
1 – подземное хранилище (или газовая скважина)
2 – заборный и отсекающий вентили
3 – циклон для очистки газа от пыли
4 – сборный коллектор
5 – газоперекачивающая станция
6 – главная газораспределительная станция
7 – распредустройство
8 – газовое хранилище (или газгольдер)
9 – потребители
Перечень агрегатов и устройств, способ прокладки и вид самой схемы транспортировки газа потребителю зависят от расстояния доставки и суммарной мощности потребителей. Например, на дальних магистральных линиях используются трубопроводы диаметром до 1,6 м. В целях увеличения надежности газоснабжения ПП, городов и поселков применяются многоступенчатые кольцевые схемы. На каждой из ступеней устанавливаются газораспределительные пункты соответствующего давления (высокого, среднего и низкого). В случае использования природного газа на предприятии в качестве основного топлива на нем могут быть установлены газосмесительные станции. Их назначение – приготовление горючей смеси. На газораспределительных пунктах (ГРП), газораспределительных станциях (ГРС) устанавливается контрольно-регулирующая аппаратура и оборудование, работающие в автоматическом режиме.
Получение промышленного газа из твердого и жидкого топлива
Существуют два способа получения промышленных газов из твердых и жидких сортов топлива:
1. Коксование.
2. Газификация.
Коксование получило преимущественное распространение при получении горючих газов из твердого топлива. Осуществляется путем нагрева твердого топлива в закрытом пространстве. Первая стадия процесса называется полукоксование и начинается при температуре 550°С. Продуктами выхода при этом являются горючие газы, полукокс и жидкие горючие отходы. Дальнейший нагрев твердого топлива мало увеличивает выход горючих газов и осуществляется для завершения процесса коксования углей. Конечный продукт – кокс используется в качестве основного топлива для мартеновских печей. Нагрев осуществляется без доступа воздуха. Полученные горючие газы отличаются высокой засоренностью и низкой температурой сгорания.
Газификация как процесс промышленным способом осуществляется в специальных газовых генераторах. Подземная газификация осуществляется на местах нахождения дешевых углей путем их сжигания в замкнутом пространстве. Газификация жидкого топлива осуществляется в газогенераторах.
Газификация на ПП может осуществляться тремя способами:
1. Центральный (газ вырабатывается на одном месте и подается в различные цеха).
2. Групповой (группы газогенераторов работают на свои цеха).
3. Индивидуальный (один или несколько газогенераторов работают на индивидуального потребителя или на цех).
Кроме газов, получаемых из твердых и жидких видов топлива, на предприятиях могут использоваться доменный газ, получаемый при выплавке чугуна, нефтяной газ как побочный продукт при перегонке нефти, коксовый газ как побочный продукт при получении кокса, печные газы как несгоревшие остатки различных видов топлива и т.д. Все они различаются по температуре сгорания, составу и степени засоренности. Современные тенденции развития промышленности свидетельствуют о снижении количества потребляемых промышленных газов и постепенном переходе к увеличению доли сжигаемого природного газа.
Транспортировка газа потребителю
В связи с удаленностью источников от места потребления природного газа, его доставка осуществляется по магистральным линиям при давлении до 5 МПа и диаметре трубопровода до 1,6м. Во всех вновь прокладываемых газопроводах в целях увеличения пропускной способности давления увеличиваются до 7,5 МПа. Для поддержания давления при перекачке газа на большие расстояния через каждые 120-150 км устанавливаются дожимные компрессорные станции. Передача горючего газа от магистральной линии к потребителям осуществляется с помощью сетей соответствующего давления (среднего и низкого), ГРС и ГРП. В связи с большой неравномерностью и сезонностью графиков потребления газа необходимо осуществлять резервирование газа. Для выравнивания сезонных неравномерностей и складирования газа используются подземные хранилища больших объемов (бывшие нефтяные и газовые месторождения). Суточные и часовые неравномерности потребления выравниваются с помощью специальных хранилищ и газгольдеров. В связи с большой взрывопожароопасностью к газовым сетям, ГРС и ГРП, запорно-регулирующей аппаратуре и оборудованию, в соответствии с действующим СниП, предъявляются повышенные требования. Доставка газа к потребителям на местах может осуществляться с помощью подземной и надземной прокладки. Преимущественно используется подземная прокладка. Надземная прокладка допускается на территории ПП, коммунально-бытовых и жилых массивов при целом ряде особо оговоренных условий.