БратскийГосударственный Университет
Министерство образования РФ
Братский Государственный университет
Факультет Энергетики и автоматики
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовойпроект по дисциплине:
«Технологическиеэнергосистемы»
ТЕМА: РАСЧЕТСИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА
Братск 2008г.
Задание
Расчет системывоздухоснабжения промышленного объекта: цеха сортировки фанерного завода
Вариант №30 исходныеданные:
1. Расстояние от КС доцеха />, м
2. Размер цеха:
Длина />, м
Ширина />, м
Высота />, м
3. Количествовоздухоподогревателей />, шт.
4. Количество пневмолиний/>, шт.
5. Число задвижек />, шт.
6. Число поворотов />, шт.
7. Длина трассы в цехе />, м
8. Длина ответвлений />, м
9. Сопротивление ВП, />, кПа
10.Сопротивление в насосеКС, />*/>, МПа
11.Шероховатость трассы />, м
12.Скорость воздуха />, м/с
13.Давление дляпотребителя />,МПа
14.Средний расход сжатоговоздуха на одно ответвление />, н />/>
Введение
Практически на любомпромышленном предприятии в качестве газообразного энергоносителя используетсясжатый воздух. На производство конечного технологического продукта доля расходапервичной для его производства на различные нужды энергии колеблется от 5% до30 % от общего энергопотребления. Поэтому от надежности систем воздухоснабженияво многом зависит надежность, а нередко и безопасность проводимоготехнологического процесса. Прекращение подачи сжатого воздуха на предприятииприводит, как правило, к крупной аварии. В силу своей универсальностипневмосистемы предприятий претерпевают значительные изменения, как по режимампотребления сжатого воздуха, так и требованиям к его подготовке. В связи с этимвозникает необходимость периодической корректировки отдельных элементов, а вряде случаев и модернизации всей системы воздухоснабжения промышленногообъекта.
Эксплуатацию исовершенствование этих систем ведут службы Главного энергетика предприятия,комплектуемые выпускниками теплоэнергетического профиля и требующиеопределенной квалификационной подготовки. Решение поставленных задач весьма затрудненопрактически полным отсутствием соответствующей справочной литературы.
1.Общая характеристика систем воздухоснабжения и потребления энергоносителей
Системы воздухоснабженияпромышленных предприятий предназначены для централизованного обеспеченияразнообразных потребителей сжатым воздухом с заданными параметрами поколичественным (расход) и качественным (давление, температура, влажность,чистота и т.д.) показателям в соответствии с заданным графиком потребления. Дляобеспечения индивидуального технологического режима единичных крупныхпотребителей сжатого воздуха создают блочную компоновку компрессор — технологический агрегат. в этом случае компрессор располагается у потребителялибо в непосредственной близости от объекта устанавливается компрессорнаястанция для индивидуального регулирования режимов потребления энергоносителя.Это относится прежде всего к предприятиям черной и цветной металлургии, а такжехимической промышленности, где сосредоточенны наиболее крупные технологическиеустановки, использующие сжатый воздух.
В системывоздухоснабжения входят компрессорные и воздуходувные станции, коммуникациисжатого воздуха (трубопроводный и баллонный транспорт) и распределительныеустройства потребителя. На компрессорных станциях устанавливаются устройствадля забора и очистки воздуха от механических примесей, компрессоры дляполучения сжатого воздуха и вспомогательное оборудование для охлаждения,дополнительной осушки и очистки, выравнивания давления и аккумулированияэнергоносителя.
В основном станциикомплектуются поршневыми компрессорами (а в последнее время винтовыми)единичной производительностью до 1,7м3/с и широким диапазономдавления (нагнетания) от 0,2 до 40 МПа и более или центробежными с единичнойпроизводительностью от 2 до 110 м3/с и более и с избыточнымдавлением от 0,35 до 1 МПа (иногда до 4 МПа).
Система воздухоснабженияявляется одним из самых энергоемких потребителей, а сжатый воздух — самыйраспространенный энергоноситель практически на любом промышленном предприятии.У потребителя сжатый воздух расходуется в основном на технологические нужды (интенсификация процессов горения, получение кислорода, выплавка чугуна и сталии т.д.) и на силовые процессы ( привод многочисленных пневмоустройств имеханизмов).
По объемам потреблениясжатого воздуха лидируют предприятия черной и цветной металлургии, где крупнымиединичными потребителями являются: доменные и мартеновские печи, барабанныесушилки и т.д. Для производства 1 тонны чугуна, к примеру, расходуется 800-1000м3 сжатого воздуха, а единичное потребление энергоносителяконвертером колеблется от 3 до 15 м3/с.
На предприятияххимической промышленности наиболее емким по потреблению сжатого воздухаявляется производство азотной кислоты ( расход энергоносителя около 4000 м3на 1 тонну), серной кислоты, аммиачной селитры (расход энергоносителя до140 м3/с на одну установку).
Крупными потребителямисжатого воздуха являются воздухоразделительные установки, которые обслуживаютсякрупными турбокомпрессорами (производительностью до 70 м3/с), азатраты энергии на производство сжатого воздуха составляют от 70 до 90% всехэнергозатрат в зависимости от типа установки.
В машиностроении, помимокрупных потребителей воздуха в литейных и кузнечных производствах (прессы,обдувочные машины, пескоструйные камеры, вибраторы и т.д.), значительно большедоля использования энергии сжатого воздуха для приводов различных механизмов:пневмомолотки, зажимные и прижимные устройства, окрасочные камеры,пневмодвигатели, пневмодрели и т.д. На машиностроительных заводах применяется,как правило, централизованное воздухоснабжение при значительной неравномерностииспользования воздуха различными мелкими потребителями.
К достаточно крупнымпотребителям сжатого воздуха относятся: горнодобывающая и угольнаяпромышленность (буровые устройства, перфораторы, подъемники, системы вентиляциии кондиционирования воздуха); строительная промышленность (распыливаниекрасителей, вибраторы, пневмомолотки и т.д.); нефтедобывающая отрасль.
Сжатый воздух достаточношироко также используется в энергетической промышленности, на транспорте, длянужд связи, автоматики и других отраслях.
2. Коммуникации газообразныхэнергоносителей
2.1Трубопроводы компрессорных станций
Трубопроводныекоммуникации компрессорных станций — это воздухопроводы, водопроводы,маслопроводы и т.д.
Воздушные коммуникации,предназначенные для транспортирования энергоносителя от всасывающего устройствадо потребителя, подразделяются на всасывающий, нагнетательный и магистральныйвоздухопроводы.
Всасывающий воздухопровод- это участок от воздушного фильтра до всасывающего патрубка компрессора. Дляуменьшения потерь на всосе компрессора длина участка должна быть не более10-15м, число поворотов с радиусом равным трем диаметрам всасывающего воздухопроводаминимально. Вблизи трассы не должно быть паропроводов, нагнетательныхвоздухопроводов и прочих мест выделения тепла. При расположении внутри зданийвоздухопроводы теплоизолируются. Скорость воздуха во всасывающем воздухопроводепринимается 10-12 м/с.
Нагнетательныйвоздухопровод — от патрубка компрессора до фланца вспомогательного оборудования- по возможности должен быть коротким и прямым. Участок трубопровода междуконцевым воздухопроводом (или влагомаслоотделителем) и воздухосборником (илисборным коллектором) называется подающим. Сжатый воздух в трубопроводах данноготипа имеет повышенную температуру, поэтому в целях безопасности работыобслуживающего персонала трубопроводы, как правило, подлежат теплоизоляции.
Внутри зданийвоздухопроводы имеют верхнее (по строительным конструкциям) и нижнее (в каналахи траншеях) размещение. Магистральный воздухопровод начинается от сборногоколлектора или воздухосборника до потребителя сжатого воздуха. Рядмагистральных воздухопроводов образуют трассу и сеть сжатого воздуха. Кроме того,имеются вспомогательные воздухопроводы: для продувки сосудов, отводаэнергоносителя из предохранительных устройств и другие.
2.2Пневмосети промышленных предприятий
При монтажевоздухопроводной сети используются трубы диаметром от 15 до 1400 мм. Трубысоединяются между собой сваркой; фланцевые соединения делаются только в местахприсоединения арматуры и оборудования.
Для удаленияконденсирующейся в воздухопроводе влаги должен быть предусмотрен дренаж и самивоздухопроводы прокладываются с уклоном 0,0025-0,004 в направлении движениявоздуха (обычно 0,003).
В наиболее низких точкахвоздухопроводов устанавливаются спускные и продувочные краны или простейшиевлагомаслоотделители с автоматической или ручной продувкой воздухопровода.Присоединение ответвлений к магистралям для предотвращения попадания водыосуществляется сверху, преимущественно под острым углом.
При прохождениивоздухопровода вблизи теплоизлучающих поверхностей должны быть приняты меры дляпредотвращения нагревания воздуха. Для компенсации температурных расширений ПНЕВМОСЕТЕЙобычно используют подвижные опоры, или температурные компенсаторы, чаще всегоП-образной формы.
Пневмосети предприятийподразделяются на межцеховые и внутрицеховые. Межцеховые сети — это сетьвоздухопроводов от сборного коллектора компрессорной станции до ввода в цех.Используются надземная и подземная прокладки воздухопроводов. Межцеховые сетимонтируются в подземных траншеях и каналах ниже глубины промерзания грунта спрочими энергетическими коммуникациями — паропроводами, трубопроводами горячейводы и т.д. Надземная прокладка осуществляется по имеющимся эстакадам и влотках. Прокладываются они по радиальной (тупиковой) схеме, как правило, приработе компрессоров на общий коллектор. Однако более надежной является схемаиндивидуальной работы компрессора на своего потребителя.
На узлах ввода в цехиустанавливается задвижка, влагоотделитель, манометр, измерительная шайба сдифманометром для замера расхода воздуха цехом. Ввод может быть укомплектованредукционным клапаном, если давление в цехе ниже, чем в межцеховой сети. В цехеу потребителя пониженного давления клапан устанавливается у группы или укаждого потребителя.
У цехов, потребляющихзначительные объемы воздуха при неравномерном расходе, особенно призначительном удалении от компрессорной станции, устанавливаются воздухосборникисоответствующего объема. Внутрицеховые воздухопроводы начинаются от ввода вцех. Конфигурация сетей предпочтительнее кольцевая, если это не вызывает значительногоудорожания установки за счет больших расходов металла.
Цеховые сети монтируютсяпо колоннам, стенам, фермам перекрытия или в каналах пола. На воздухопроводах,в местах, доступных для обслуживания, следует устанавливать задвижки (установкавентилей вызывает большую потерю давления воздуха). На верхних точках сетивоздухопроводов для удаления воздуха при гидроиспытаниях устанавливаютсявентили. В нижних точках устанавливаются влагомаслоотделители (цилиндрическийсосуд со спускным краном в нижней части).
3. Расчетмагистральных газопроводов
3.1Порядок расчета газопроводов
Задачей аэродинамическогорасчета газо- и воздухопроводов является определение гидравлическихсопротивлений и потерь давлений (напора) при транспортировке газообразногоэнергоносителя. При необходимости определяются также диаметры газопроводов.Расчет сети газопроводов и каналов производится в следующем порядке.Составляется подробно в изометрии имеющаяся или предполагаемая схемагазопроводной сети (системы каналов исследуемого объекта) для предприятия снанесением длин участков, необходимой запорной арматуры и количествапротекающего энергоносителя.
Выбирается расчетнаямагистраль воздухопровода, имеющая наибольшее протяжение от источника генерациии трансформации энергоносителя до наиболее удаленного потребителя и, какправило, характеризуемая наибольшими гидравлическими потерями.
По принятой скоростипотока и по расходу энергоносителя на каждом участке определяется диаметргазопровода. Найденный расчетный диаметр округляется до ближайшего большегостандартного диаметра. Определяются эквивалентные и приведенные длины участков.Находятся гидравлические потери энергии по участкам и в целом по всеймагистрали. Если эти потери от промышленной энергетической станции (компрессорной,кислородной станции и т.д.) до самых отдаленных потребителей превышают 49 кПа(0,5 кгс/с2 или 5 ¸ 10 % от номинального давления у потребителя), то пневмосетьследует пересчитать, задаваясь новыми значениями скорости энергоносителя.
3.2Расчетные диаметры газопроводов
Определяем диаметрыгазопроводов круглого сечения при давлении, близком к атмосферному (например,системы вентиляции), или под давлением (например, системы воздухоснабжения):
d = /> , м(3.1)где Qн — расход воздуха при нормальном давлении, м3/с;
rн — плотность воздуха при нормальномдавлении, кг/м3;
rсж — плотность сжатого воздуха, кг/м3;
n — скорость движения воздуха, м/с.
Определяем плотностьсжатого воздуха:
rсж = />, кг/м3(3.2)
где Р — абсолютноедавление (среднее) на расчетном участке, кг/м2;
R — газовая постоянная, равная 29,97кг*м/кг*0С, если давление в кг/м2, R=287,14 Дж/кг*0С,если давление дается в единицах Н/м2.
Определяем температурусжатого воздуха в нагнетательном трубопроводе при адиабатном процессемногоступенчатого сжатия по выражению:
Тсж = [ ( tн + 273 ) + DТ ] ˙ e k-1/k, 0K(3.3)
где tн — температура на всасывании, 0С;
DТ = 10 ¸ 150С — обусловлена типомсистемы промежуточного охлаждения ступени компрессора;
к = 1,4 — показательадиабаты для воздуха.
Определяем степень сжатияв каждой ступени компрессора при условии равенства в ней отношения давлений длявсех ступеней:
e = ,(3.4)
где e — отношение давлений в каждойступени компрессора (степень сжатия);
n — число ступеней компрессора;
Рк — давлениевоздуха, выходящего из последней ступени;
Рн — давлениевоздуха, поступающего в последнюю ступень компрессора.
Величина Рнопределяется оптимальным распределением давлений между ступенями примногоступенчатом сжатии. При одноступенчатом сжатии оно равно давлению навсасывании.
На выходе сжатого воздухаиз компрессоров устанавливаются концевые воздухоохладители, после которыхтемпература энергоносителя понижается до безопасного для обслуживающегоперсонала уровня. Поэтому при расчете межцеховых и внутрицеховых сетейпромышленного предприятия температура сжатого воздуха рассчитывается позависимости (3.3) при условии e=1, а параметр DТпринимается в пределах 15 ¸ 25 0С.
Скорость воздуха втрубопроводах зависит от многих факторов, в том числе от назначениявоздухопровода (магистральный, нагнетательный и т.д.).
В общем случае можносчитать, что оптимальная с экономической точки зрения скорость воздуха втрубопроводах воздушной сети объекта также находится в пределах 10 ¸15 м/с. Для длинных трубопроводов(свыше 200 м) допускается увеличение скорости до 20 м/с; для коротких (до 100м) и шлангов рекомендуется скорость до 10 м/с.
В цеховых трубопроводахскорость воздуха должна быть не более 8 ¸ 12 м/с, а для воздухопроводов малых диаметров можетпонижаться до 4 ¸ 8 м/с. При тупиковой схеме разводки трубопроводов в цехе скорость наответвлениях к каждому потребителю принимается предельно допустимой.
Диаметры расчетныхмагистралей по зависимости (3.1) определяются по предварительно выявленныммаксимальным расходам энергоносителя у потребителей.
При кольцевой схемевнутрицеховые воздухопроводы допускаются одного диаметра. Расход воздуха в этомслучае берется в размере 70 % от полусуммы расхода всеми потребителямикольцевого участка.
e = 1, DT = 100С, тогда температурасжатого воздуха определится:
Тсж = [(15+273)+10]=298 K
Определяем плотностьсжатого воздуха:
rсж = />= 2,1 кг/м3
Определяем диаметрырасчетных участков:
d1 =/>= 1,28 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d1 = 1,4 м;
d2 =/>= 1,22м
стандартный ближайшийбольший диаметр d2 = 1,4 м;
d3 =/>= 1,15 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d3 = 1,2 м;
d4 =/>= 1,07 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d4 = 1,1 м;
d5 =/>= 0,99 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d5 = 1 м;
d6 =/>= 0,9 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d6 = 0,9 м;
d7 =/>= 0,81 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d7 = 0,9 м;
d8 =/>= 0,7 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d8 = 0,7 м;
d9 =/>= 0,6 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d9 = 0,6 м;
d10 =/>= 0,41 м
стандартный ближайшийбольший диаметр d10 = 0,45 м;
3.3Определение и выбор расчетных коэффициентов
Величина коэффициентасопротивления трения l зависитот критерия Рейнольдса (Re) ишероховатости поверхности труб.
Согласно опытным даннымвсю область режима течения в шероховатых трубах можно разделить на три зоны:
1. Зона без проявленияшероховатости, в которой сопротивление шероховатых труб и коэффициент l зависит только от числа Re (так называемый ламинарный режим):
l = ,(3.5)
где Re = d ·u/n
n — коэффициенткинематической вязкости, м2/с.
2. Зона, в которойсопротивление шероховатых труб отходит от закона гладких и зависит, кромекритерия Re, также от шероховатости ( переходныйрежим). Переходная зона характеризуется значением числа Re=2300¸ 4000. В этом случае также можноиспользовать простые зависимости, например:
l = 0,0025(Re)1/3. (3.6)
3. Зона с полнымпроявлением шероховатости, где l слабо зависит от Re(турбулентный режим течения, Re> 10000):
l = 0,110,25(3.7)
где K- эквивалентная абсолютнаяшероховатость, мм.
Эквивалентная абсолютнаяшероховатость является искусственным понятием, при использовании которой врасчетах получаются сопротивления, одинаковые с сопротивлениями испытываемойшероховатой поверхности.
Определяем критерийРейнольдса на каждом участке сети:
Rei = />,(3.8)
где w — скорость энергоносителя, м/с;
di — диаметр участка, м;
n — коэффициент кинематическойвязкости определяемый при температуре на всасывании (tн), м2/с.
При tн = 15 0С Þ n = 14,61*/>, м2/с, тогда получим:
Re1 = />= 1533196 — турбулентный режим
Re2 = />= 1533196 — турбулентный режим
Re3 = />= 1314168 — турбулентный режим
Re4 = />= 1204654 – турбулентный режим
Re5 = />= 1095140 – турбулентный режим
Re6 =/>=985626 – турбулентный режим
Re7 =/>= 985626 – турбулентный режим
Re8 =/>= 766598 – турбулентный режим
Re9 =/>= 657084 – турбулентный режим
Re10 =/>= 462813 – турбулентный режим
Определяем коэффициентсопротивления трения:
l1 = 0,25 = />= 0,02
l2 = 0,25 = /> = 0,02
l3 = 0,25 = /> = 0,019/>
Определяем дополнительнуюдлину участков воздухопровода эквивалентную, расположенным на них местнымсопротивлениям:
1 участок: d = 1400 ммВид местного сопротивления количество, шт длина эквивалентная 1м.с., м колено круто загнутое R=1,5d 3 50,7 задвижка нормальная 2 15 тройник при разделении на проход 1 124
Итого по 1 участку: l =3*50,7+2*15+1*124 = 306,1 м;
2 участок: d = 1400 ммВид местного сопротивления количество, шт длина эквивалентная 1м.с., м колено круто загнутое R=1,5d задвижка нормальная 1 15 тройник при разделении на проход 1 124
Итого по 2 участку: l = 0+1*15+1*124 = 139 м;
3 участок: d = 1200ммВид местного сопротивления количество, шт длина эквивалентная 1м.с., м колено круто загнутое R=1,5d задвижка нормальная 1 13,6 тройник при разделении на проход 1 112,5
Итого по 3 участку: l = 0+1*13,6+1*112,5 = 126,1 м;
3.4Определение потерь напора и давления на трение
Потери на трение порассматриваемой ветви воздухопровода определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
hтр = hтрi = li/>·/>, мм. вод.ст.,(3.9)
где li- длина соответствующего участкарассчитываемой ветви воздухопровода, м;
li- коэффициент трения воздуха;
lэквi — дополнительная длина участкавоздухопровода, эквивалентная расположенным на нем местным сопротивлениям, м;
n — количество расчетных участковсети, шт;
g = 9.81 — ускорение свободного падения,м2/с.
h= 0,02*/>= 113 мм… вод. ст.;
h= 0,02*/>= 27
h= 0,019*/>= 28
Для упрощения расчетовцелесообразно местные сопротивления (задвижки, тройники и т.д.) заменитьусловными прямыми участками трубопровода, эквивалентными по сопротивлению.
Определяем потеридавления на трение:
DРтр = hтрi·rсжi·g, (3.10)
Определяем суммарныепотери на трение:
Shтр = h+ h+ h(3.11)
Shтр = 113 + 27 + 28 + 29 + 31 + 31 + 31 +36 + 40 + 82 = 448
DРтр = 448*2,1*9,8 =9219,84 Па
3.5Определение давления на промышленной энергетической станции
При подаче воздуха в сетьпромышленного объекта расчетное давление на компрессорной станции определяетсяпо выражению:
Ркс = DРвс + DРтр + DРиз + DРну + Рн,Па,(3.12)
где Рн — номинальное давление воздуха у потребителя, Па;
DРвс — потери давления натрение и местные сопротивления в трубопроводах компрессорной станции, Па;
DРиз — избыточное, илирезервное давление, Па;
DРну — неучтенные видысопротивлений на расчетной ветви ( сопротивление влагомаслоотделителя,регенератора доменной печи и т.д.), Па;
DРтр — потери давления натрение и местные сопротивления по наиболее протяженной ветви воздухопровода,Па.
Ориентировочноизбыточное, или резервное, давление принимается равным 0,5 кПа, а потери втрубопроводах компрессорной станции можно принять в пределах 3 ¸ 5 кПа.
Ркс = 3000 +500 + 9219,84 + 180000 = 190719,84 Па
Потери давления порасчетной ветви составляют:
D = ·100 %.(3.13)
D = />·100% = 5,955%
Определяем общее давлениена компрессорной станции:
Pкс общ = Ркс + ∆Pвп, Па, (3.14)
Pкс общ = 190719,84 + 30000 = 220719,84 Па =0,221 МПа
Таким образом, получилипри заданной скорости движения энергоносителя w = 16 м/с, расчетное давление на компрессорной станции Ркс=0,221МПа и потери давления по наиболее сложной ветви газопровода D=5,955%. Так как потери давленияполучились незначительные (
4. Расчет и выборосновного оборудования и показателей компрессорной станции
4.1 Определениенагрузок на компрессорную станцию
Основной задачей прирасчете воздушных компрессорных станций является расчет и выбор основногооборудования — компрессоров. Выбор типа, марки, количества и производительностикомпрессоров производят на основе: средней расчетной и максимально длительнойнагрузок на компрессорную станцию; требуемого давления сжатого воздуха употребителя.
Нагрузкой накомпрессорную станцию Qназывается расход воздуха, требуемый пневмоприемникам предприятия с учетомпотерь энергоносителя при выработке, транспортировании и использовании.
Нагрузка на компрессорнуюстанцию может быть:
неполной Q £ 0,5·Qр, (4.1)
средней 0,5·Qp
максимальной Q = Qp, (4.3)
где Qp — производительность работающихкомпрессоров станции, м3/с.
Определяем максимальныйрасход воздуха всеми потребителями предприятия:
Qmax = Qср · Kmax, м3/с,
где Kmax – коэффициент максимума (Kmax = 1,2 – 1,5);(4.4)
Qmax = 36,1*1,3 = 46,9 м3/с
Максимально длительнуюнагрузку определяем по выражению:
/>
где /> -0,85-0,95 –коэффициент неодновременности, учитывающий вероятность несовпадения во временимаксимальных нагрузок отделения предприятия;
/>= 0,9*46,9=42,21 м3/с
/>
/>=(0,05-1,5)*42,21=2,1105-63,315 м3/с
Определяем максимальнодлительную нагрузку в 1-ю смену:
Q/>= Qmax · (0,6 ÷ 0,9) (4.5)
Q/>= 64,97 · 0,8 = 51,97 м3/с
Определяем максимальнодлительную нагрузку во 2-ю смену:
Q/>= Q/>· (0,4 ÷ 0,8) (4.6)
Q/>= 51,97 · 0,8 = 41,576 м3/с
Установленнуюпроизводительность компрессорной станции следует принимать такой, чтобыработающие компрессоры покрывали максимально длительную нагрузку не менее, чемна 75¸90%:
В = ·100% = 75¸90%,(4.7)
где В — степень покрытиямаксимальной нагрузки на компрессорной станции, в основную 1 смену, при выходеиз строя наибольшего по производительности компрессора, %;
Qк — производительность наибольшего компрессора,подлежащего ремонту или находящегося в резерве, м3/с.
Степень использованиякомпрессоров для покрытия максимально длительной нагрузки во 2-ю сменуопределяется по зависимости:
P2 = />100%,(4.8)
где Qki — любой набор суммпроизводительностей выбранных компрессоров станции, который минимальноперекрывает максимально длительную нагрузку Qмд во 2-ю смену, м3/с.
Возможнаяпроизводительность компрессорной станции Qкс определяется включением в работу поочередно всех комбинацийвыбранных компрессорных машин.
Таким образом, изотобранных компрессоров составляются различные варианты комплектации станцииосновными агрегатами с последующим расчетом показателей работы.
Наилучшийвариант — это 100%-ное обеспечение максимально длительной нагрузки по всем тремсменам; наиболее гибкая работа компрессорной станции при изменении нагрузки(т.е. максимальное количество возможных производительностей КС); количествовыбранных компрессоров; их однотипность; технические характеристикикомпрессоров и т.д. Приоритетное расположение тех или иных показателейопределяется для каждого конкретного предприятия в зависимости от специфики егопроизводства, режима работы, количества смен и т.п.
Тип выбираемогокомпрессора зависит от конкретных условий, в которых он должен работать.
Так, например, поршневыекомпрессоры, сжимающие воздух от 0,5 до 100 МПа и более, производительностью до1,7 м3/с, рационально применять в компрессорных установкахпроизводительностью до 8,5 м3/с.
Другой основной типприменяемых на КС агрегатов — это турбокомпрессоры. Турбокомпрессоры единичной производительностьюот 2 до 140 м3/с целесообразно применять в компрессорных установкахдля создания давления сжатого воздуха от 50 кПа до 1 МПа в производствахпотребляющих более 8,5 м3/с.
Если на станцииустанавливаются компрессоры равной производительности, то число рабочих машинопределяется как отношение максимально длительной нагрузки в 1 смену кпроизводительности рабочего компрессора:
n = .(4.9)
Если получаемая при этомдробная часть числа меньше 0,5, то к машинам данной марки дополнительноустанавливается одна машина меньшей производительности; если больше 0,5, то всекомпрессоры принимаются одинаковой производительности и число машин следуетбрать ближайшее большее.
Производительностьрезервного компрессора определяют после того, как выбраны типы ипроизводительности рабочих компрессоров, причем производительность резервногокомпрессора была бы максимальной производительностью.
При расчете установленнойпроизводительности компрессоров необходимо учитывать изменение нагрузки посменам, перспективы роста нагрузок, характер предприятия и т.д.
компрессорная установкаможет состоять из одного или нескольких компрессоров. При периодическом расходесжатого воздуха, когда есть возможность останавливать компрессор напрофилактический ремонт без ущерба для производства, достаточно одногокомпрессора. В остальных случаях устанавливаются не менее двух компрессоров.Оптимальное число рабочих компрессоров на станции n = 2¸4 шт. Наибольшее число компрессорных машин на КС, как правило, непревышает 6¸8 шт.
Отбор ряда основныхагрегатов для составления различных вариантов комплектации КС производится подвум параметрам: заданному расходу и давлению газообразного энергоносителя.Давление нагнетания выбранных компрессоров должно быть по возможностиминимальным. В противном случае значительно возрастают непроизводительныекапитальные и эксплуатационные расходы на станцию. Производительностьотбираемых машин для комплектации КС может изменяться в достаточно широкихпределах от 5 до 100% от максимально длительной нагрузки станции Qмд1
Таблица 4.1№ Марка
Pнагн мПа
Qp м3/с n шт. B %
P2 % 1 К-250-61-5 0,882 4,25 10 90,62 93,1 2 К-345-91-1 1,37 5,92 7 84,15 95,07 3 К-350-61-2 0,736 6,17 7 87,7 91,22 4 К-500-61-2 0,736 8,5 5 80,55 99,32 5 К-500-61-1 0,882 8,75 5 82,99 96,49 6 К-3250-42-1 0,441 39,5 2 993,58 85,49
1) Марка К-250-61-5:
n = /> = 10 шт.
/>%=90,62%
/>
/>
2) Марка К-345-91-1:
n = /> = 7 шт.
/>
/>
/>
3) Марка К-350-62-1:
n = /> = 7 шт.
/>
/>
/>
4) Марка К-500-61-2:
n = /> = 5 шт.
/>
/>
/>
5) Марка К-500-61-1:
n = /> = 5 шт.
/>
/>
/>
6) Марка К-3250-42-1:
n = /> = 2 шт.
/>
/>
/>
Сравниваем рассчитанныеварианты комплектации КС основным оборудованием (таблица 4.1). В первую очередьсравниваем по: давлению нагнетания компрессора (оно должно быть по возможностименьше), по числу компрессоров (оптимальное количество 4ё6 шт.) и коэффициенту покрытия максимально длительнойнагрузки в первую смену.
По этим параметрам оптимальным является вариант №6, которыйтакже имеет неплохую степень покрытия максимально длительной нагрузки в первуюсмену (В=94,93%). Поэтому выбираем вариант №6 (Марка К-1500-62-2).
Выбираем 3 компрессоровмарки К-1500-62-2 с параметрами:
— производительность Q = 24,67 м3/с;
— давление нагнетания Рнагн= 0,736 МПа;
— количество ступеней n = 6 шт.
5. Расчет и выборвспомогательного оборудования компрессорных станций
Для подачи потребителюгазообразного энергоносителя требуемого давления, чистоты, влажности,температуры и других параметров компрессорные установки комплектуютсявспомогательным оборудованием различного назначения.
В состав вспомогательногооборудования входят:
1. Воздушные фильтры — устройства для очистки всасываемого воздуха от механических примесей и влаги.
2. Промежуточные иконцевые воздухоохладители — для охлаждения сжатого воздуха.
3. Влагомаслоотделители исистемы осушки — для очистки и осушки энергоносителя от воды и масел.
4. Воздухосборники — дляаккумулирования сжатого воздуха и выравнивания пульсаций давления в сети.
Компрессорные установкитакже дополняются системами автоматического контроля и управления их работой.
5.1Выбор воздушных фильтров
воздухоснабжениекомпрессорный станция газопровод
Воздух, сжимаемый вкомпрессорах, засасывается, как правило из атмосферы в районе расположенияпромышленной энергетической станции. Атмосферный воздух промышленных площадокпо количеству содержащейся в нем пыли относится к числу малозапыленных (до 50мг/м3 воздуха)
Однако даже малоеколичество механических примесей при попадании в компрессор приводит к повышенномуизносу и чрезмерному нагреву движущихся частей. Очистка сжатого воздухаспособствует значительному росту технико-экономических показателейпромышленного предприятия за счет сокращения аварий и простоев, более надежнойи долговременной работы пневматических устройств.
С другой стороны полнаяочистка сжатого воздуха в большинстве случаев экономически нецелесообразна, таккак связана со значительными затратами энергии и труда. Поэтому наиболее частона промышленных объектах используется средняя очистка воздуха, при которойулавливается мелкая пыль от 10 мкм и выше.
Устройства для очисткипоступающего воздуха от достаточно крупной пыли (свыше 100 мкм) обычнокомпонуются вместе с фильтрами в единую фильтр-камеру. Она представляет собойжелезобетонное помещение, включающее в себя воздухоприемник в виде раструба илиокна с жалюзи, пылевой или пылеосадочной камеры и собственно фильтра.
Отмеченные вышеустройства грубой очистки устанавливают при размещении ПЭС в местности сбольшой запыленностью наружного воздуха с целью разгрузки фильтров тонкой исредней очистки.
Для очистки воздуха игазов от механических примесей и пыли на всасывающих трубопроводах компрессоровустанавливаются фильтры самых различных конструкций. Выбор типа воздушногофильтра и его устройства зависит от количества перерабатываемого воздуха, видаи степени загрязненности атмосферного воздуха. Компоненты загрязнения воздухаможно разделить на группы: загрязнения в виде воды, масел, кислот, щелочей; ввиде твердых и газообразных компонентов.
Практически всекомпоненты загрязнений попадают в пневматическую сеть при работе поршневыхкомпрессоров, проникая в его рабочую полость между поршневыми маслосъемнымикольцами и стенками цилиндра.
Наиболеераспространенными загрязнениями являются твердые, которые подразделяются нанесколько видов:
1. Примеси металлическогопроисхождения — стружка, окалина, продукты коррозии — в основном появляются впневмосистемах в результате износа движущихся деталей компрессора.
2. Неорганические примеси- производственная пыль, песок, абразивы и притирочные материалы.
3. Органические примеси — органическая пыль, сажа, графит, частицы резины, волокна, смолы, краски — появляются в результате износа элементов уплотнений, истирания материаловфильтров и шлангов.
Механическое и химическоевоздействия на пневмосистемы содержащихся в воздухе загрязнений приводят кснижению производительности компрессорных установок, к преждевременному износуи остановке на ремонт дорогостоящего оборудования. Механическое воздействиезагрязнений проявляется в виде закупорки различных отверстий влагой имеханическими частицами; в смывании смазки; в повреждении рабочих поверхностейклапанов, мембран, золотников; в износе и заклинивании трущихся поверхностей.Наличие масла в воздухе усиливает процесс закупоривания различных отверстий исопел механическими частицами, а пары масла в смеси с воздухом при определенныхусловиях образуют взрывоопасную смесь.
Химическое воздействиезагрязнений проявляется в коррозии металлических и разрушении резиновыхэлементов пневмосистем парами кислот, щелочей и других компонентов.
Попадание в пневмолинииводы, льда также приводит к уменьшению проходных сечений, а иногда и кгидравлическим ударам.
Для очистки от твердыхзагрязнений и воды применяются два способа использование для отделения крупныхчастиц силовых полей ( инерционного, электростатического, гравитационного) ипропуск воздуха через пористую перегородку для фильтрации мелких частиц.
Для отделениягазообразных загрязнений применяется процесс вымораживания соответствующегогазообразного компонента (в теплообменниках), химическое поглощение и адсорбцияв специальных установках при низких температурах.
По конструктивномуисполнению фильтры делятся на рулонные, ячейковые и самоочищающиеся.
Достаточно широко дляочистки атмосферного воздуха от механических примесей (10 -100 мкм и выше)применяются масляные воздушные фильтры. Для повышения эффективности улавливаниякрупных частиц фильтры этого типа смачиваются малоиспаряющимися вязкимижидкостями (в основном это нефтяные масла: висциновое, трансформаторное иливеретенное).
Выбираем фильтры типа Кд120 следующих параметров (см. таблицу 5.1)
Таблица 5.1Наименование фильтра Номинальная пропускная способность
Площадь входного сечения фильтра, м2 Полезная емкость масляной ванны, л Кд 120 33,33 10,9 590
5.2Выбор влагомаслоотделителей
Влагомаслоотделители(ВМО), устанавливаемые за концевыми воздухоохладителями, предназначены дляудаления масла и влаги, содержащихся в потоке сжатого воздуха. Загрязнениевоздуха маслом происходит при попадании смазки в цилиндры поршневых,ротационных и пластинчатых компрессоров.
В сжатом воздухе масло,как и влага, содержится в виде капель и паров. Частичное испарение жидкихфракций происходит вследствие увеличения температуры газа при сжатии. Попаданиепаров масел в сжатый воздух опасно образованием взрывчатых смесей.
Очистка газа от воды имасел в парообразном состоянии — задача весьма сложная, значительно легчерешить эту проблему, если отделяемые компоненты находятся в жидком состоянии.Для конденсации паров влаги и масел используют охлаждение воздуха впромежуточных и концевых холодильниках. Отделение конденсата выполняется спомощью влагомаслоотделителей, действие которых главным образом основано наинерционном сепарировании масляных и водяных капель, обладающих плотностью,значительно превышающей плотность газа.
Отделение капель влаги имасла от газа можно осуществлять несколькими способами, которые в реальныхустановках применяются самостоятельно или в различных сочетаниях: использованиецентробежных сил при создании вращательного движения потока газа, падениескорости при динамическом ударе потока сжатого воздуха о перегородки устройствас использованием резких изменений направления газообразного потока; оседаниекапелек влаги и масла на пористой поверхности при фильтрации потока газа;пропуск потока сжатого воздуха через специальные поглотители -адсорбенты(активированный уголь, едкий натр и другие).
При использованиимногоступенчатого сжатия в поршневых компрессорах влагомаслоотделителивстраиваются в воздухоохладители, устанавливаемые между ступенями. Послечетвертой ступени и выше ВМО выполняют в виде отдельных аппаратов.
Размерывлагомаслоотделителей для более полного отделения масла и влаги определяются изусловий, по которым скорость восходящего потока в устройстве не должнапревышать 1 м/с при давлениях до 1 МПа. При более высоких давлениях скоростьпотока газа в корпусе не должна превышать 0,5 ¸ 0,3 м/с.
Объемвлагомаслоотделителей должен быть не менее 2,3 рабочих объемов цилиндрапоследней ступени компрессора.
Определяем рабочий объемвлагомаслоотделителя:
Vвмо = a·˙, м3 (5.1)
где Q0 — объем подачи ступени, предшествующейвлагомаслоотделителю, м3/с;
a — коэффициент, равный 0,01 ¸ 0,02 при конечном давлении менее 12МПа и равный 0,03 при давлении 12 МПа и выше.
Vвмо = 0,015˙/>= 0,074 м3
Определяем диаметркорпуса влагомаслоотделителя:
dк = />, м,(5.2)
где Qк — производительность компрессорной машины,предшествующей влагомаслоотделителю, м3/с;
rн — плотность воздуха при нормальном давлении, кг/м3;
rсж — плотность сжатого воздуха, кг/м3;
n — скорость восходящего потокавоздуха в корпусе влагомаслоотделителя (принимаем по указанным выше пределам n = 1 м/с).
Определяем плотностьсжатого воздуха:
rсж = /> , кг/м3,(5.3)
где Рк — давление нагнетания компрессора, Па;
R — газовая постоянная, равная 287,14Дж/кг0С
Определяем температурусжатого воздуха:
Тсж = [(tн + 273) + DТ], 0К,(5.4)
где tн — температура на всасывании, 0С;
DТ = 10 ¸25 обусловлена типом системыпромежуточного охлаждения ступени компрессора.
Тсж = [(20 +273) + 10] = 303 0К
rсж = />= 8,45 кг/м3,
dк = />= 2,116 м,
Определяем диаметрывходного и выходного патрубков влагомаслоотделителя:
dп = />, м, (5.5)
dк = /> = 0,54 м,
На основе рассчитанныхпараметров выбираем ВМО инерционного типа (рис …). Основные размерывлагомаслоотделителя инерционного типа заносим в таблицу 5.2
Таблица 5.2
dy
d
dI
D
H
L
l
h
m
S
S1
a
b 600 630×8 159×4,5 1100 2200 720 1015 260 333 6 8 1480 480
5.3 Выборвоздухосборников
Воздухосборникиприменяются для смягчения периодических пульсаций давления, вызываемых работойпоршневых компрессоров, а также для аккумулирования и выравнивания давления ввоздухопроводе. При определенных условиях в этих устройствах можетосуществляться дополнительная сепарация энергоносителя от масла и воды.
Воздушные аккумуляторыобычно устанавливаются в компрессорных установках небольшого давления (0,8 ¸ 1,2 МПа) после концевыххолодильников и влагомаслоотделителей на входе в нагнетательную магистраль.Воздухосборник представляет собой стальной сварной цилиндр (рис…). В нижнейчасти емкости предусматривается штуцер диаметром 25¸50 мм для продувки с целью удаленияскопившихся конденсата и масла в бак масляных продуктов.
Воздух подводится внижнюю часть воздухосборника через загнутый патрубок. Отвод воздухапроизводится через патрубок, загнутый вверх и расположенный в верхней частивоздухосборника, что позволяет максимально удлинить время пребыванияэнергоносителя в устройстве. Этим достигается некоторое охлаждение идополнительная очистка сжатого воздуха от содержащихся в нем масла и влаги.
Устанавливаютсяаккумуляторы в основном на открытом месте вблизи компрессорной установки идолжны быть снабжены на подводящем трубопроводе влагомаслоотделителем.
На воздухосборнике длязамера давления сжатого воздуха на выходе из компрессорной станции послетрехходового крана, позволяющего присоединить контрольный манометр, на удобномдля наблюдения и хорошо освещенном месте устанавливается рабочий манометрдиаметром 150 мм.
Для присоединения крегулятору производительности на воздухосборниках имеется фланцевый штуцер Dy= 15 мм.
В компрессорныхустановках высокого давления за влагомаслоотделителем устанавливается буферныйбаллон. Его емкость выбирается равной емкости влагомаслоотделителя. В поршневыхкомпрессорах с длинными всасывающими трубопроводами также предусматриваетсябуферная емкость, которая располагается вблизи цилиндра. Ее объем выбирают (6¸10)*Vц, где Vц — рабочий объембольшей полости цилиндра 1 ступени.
В общем случае объемвоздухосборника может быть определен в зависимости от часовойпроизводительности компрессора с помощью следующего эмпирического соотношения:
Vвс = g ·, м3,(5.6)
где Qм — максимальная подача воздуха в воздухосборник, м3/ч;
g — коэффициент, принимаемый впределах 0,2¸0,3 прирасходах воздуха до 3¸6 м3/с соответственно и равный 0,15¸0,1 при расходах до 6¸12 м3/с и более.
Vвс = 0,18˙/>= 54 м3
На основе рассчитанныхпараметров выбираем 3 воздухосборника объемом по 20 м3. Основныеразмеры воздухосборника заносим в таблицу 5.3.
Таблица 5.3
Обозначение типоразмера
ВС
D
H
h0
h1
h2
h3
h4 В — 20 2000 6910 5800 6150 1200 2000 2900
Обозначение типоразмера
ВС
h7
L
L1
dy
dc
R
a
b
В — 20 745 1150 1200 200 70 905 150 160
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
5.4Выбор воздухоохладителей
В определяющей степениэффективность работы всей компрессорной установки (КУ) и особенно системыутилизации тепла при охлаждении сжимаемых газов, зависит от выборатеплообменных аппаратов.
На выбор того или иноговида газоохладителя влияет целый ряд требований, которые иногда накладываютвзаимопротивоположные ограничения: диапазон производительности КУ; вид ипараметры сжимаемого газа; габаритные размеры; вид системы охлаждения.
В настоящее времяпромышленность выпускает газоохладители в широком диапазоне расходов сжатогогаза (до 3000м3/мин) и рабочего давления до 40 МПа. Однако можноотметить, что большая часть из них предназначена на расходы до 250 м3/мини давления до 4 МПа.
По диапазону рабочихдавлений газоохладители принято делить на три группы: 1) низкого давления (до1,2 МПа); 2) среднего давления (до 4 МПа); 3) высокого давления (свыше 4 МПа).
Конструкция теплообменныхаппаратов определяется типом теплопередающего элемента, который выполняется ввиде труб или листового материала.
Повышение компактноститеплообменников требует использование труб малого диаметра, что приводит кпротиворечию с требованием уменьшения гидравлического сопротивления. Одним изэффективных и распространенных способов повышения компактности являетсяоребрение труб. В практике в большинстве случаев осуществляется наружноеоребрение, которое выполняется как цельнокатаное, литье, ленточное и насадное.
По способу соединениятруб в теплообменниках можно выделить следующие основные типы: неподвижныепаянные, или развальцованные; подвижные со специальными уплотнениями труб втрубных досках; соединение труб с помощью калачей.
Наиболее многочисленнаягруппа газоохладителей — это аппараты низкого и среднего давления. Охлаждаемойсредой является воздух, охлаждающей — обычно вода. Конструкция таких аппаратовдолжна обеспечивать возможность чистки трактов обоих теплоносителей,коррозионную стойкость, виброустойчивость элементов конструкции, прочность,неизменность формы теплопередающей поверхности.
Наибольшим разнообразиемотличаются конструкции трубчатых и кожухотрубчатых теплообменников. Большинствогазоводяных кожухотрубчатых аппаратов имеют цилиндрический корпус, трубызаделаны в трубные решетки. Вода подается в трубное пространство, газ — в межтрубное.Это обусловлено относительной простотой очистки внутренней поверхности труб отнакипи. Организация нужного режима течения межтрубного теплоносителядостигается установкой перегородок. Основной недостаток такой конструкции — этобольшая масса и габаритные размеры, а также ограниченные возможностиунификации. Снижение массы и габаритных размеров возможно путем использованияпоперечноребренных труб, что связано с усложнением конструкции.
Использованиенизкооребренных или гладких труб обусловлено близостью физических свойствтеплоносителей (газ — воздух или воздух — воздух). Такие аппараты свободны отнедостатков водяных охладителей, однако большие размеры и масса сужают областьприменения.
По назначению различаютпромежуточные и концевые воздухоохладители. Промежуточные холодильникиосуществляют охлаждение газа между ступенями компрессора. Концевыевоздухоохладители устанавливают на выходе воздуха из компрессора.
Определяем количествотепла, отдаваемого сухим воздухом:
Qв = V · rв ·Св· (t1 — t2), (5.7)
где V — производительность компрессора, м3/с;
rв — плотность воздуха при давлении итемпературе на входе компрессора, кг/м3;
Св — теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж/кг*0С;
t1 и t2 — температуравоздуха до и после теплообменника, 0С.
Температура сжатоговоздуха до теплообменникаопределяется по выражениям (3.3,3.4):
e = = /> = 1,39
t1 = [ ( tн+ 273 ) + DТ ] · e /> = [(20 + 273) + 15] ·1,39/>= 332,8 0K;
Температуру сжатоговоздуха после теплообменника принимается в пределах (30 ÷ 40) ºС
Температура t2 численно равна температуре сжатого воздуха tсж определенной ранее по выражению(3.3) для расчета межцеховых и внутрицеховых сетей промышленного предприятияпри условии e = 1.
Т.к. rв = 1,205 кг/м3; Св = 1005 Дж/кг,следовательно получим:
Qв = 24,67 ·1,205 ·1005 ·(59,8 – 40) =591,54 Вт.
Определяем дополнительныйтепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара:
Qд = V·rв· [Cp·(x1·t1 — x2·t2)+(r0 — k·t2)(x1-x2)], (5.8)
где Ср — средняя теплоемкость водяного пара при постоянном давлении, Дж/кг0С;
r0 — теплота парообразования при 0 0С, Дж/кг;
k — коэффициент, учитывающий снижениетеплоты парообразования с повышением температуры конденсации;
х1 и х2 — влагосодержание воздуха до и после теплообменника, кг/кг
Для расчетавоздухоохладителей компрессоров теплофизические величины принимают: Ср= 1880 Дж/кг0С; r0= 2,5*106 Дж/кг;k = 2346.
Определяемвлагосодержание воздуха при входе в охладитель:
х1 = />, (5.9)
где Rв — газовая постоянная воздуха, равная 287,14 кДж/кг·град;
Rп — газовая постоянная водяных паров, равная 462 кДж/кг·град;
P0 — давление воздуха во всасывающем патрубке ступениперед охладителем, Па;
Р1нас — давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха во всасывающемпатрубке ступени перед охладителем, Па;
Р1нас = 7374,9Па, принимаем при температуре t2 = 40 0C; [5]
j1 — относительная влажность воздуха при всасывании вступень перед охладителем. (j1 = 0,8).
Определяем давление послекаждой ступени компрессора:
P1= Pатм · e = 101,325 · 1,39 = 140,84 кПа
P2 = P1 · e = 140,84 · 1,39 = 195,76 кПа
P3 =P2 · e = 195,76 · 1,39 = 272,1 кПа
P4= P3 · e = 272,1 · 1,39 = 378,219 кПа
P5= P4 · e = 378,219 · 1,39 = 525,72 кПа
Pкон= P5 · e = 525,72 · 1,39 = 730,75 кПа
х1 = />= 0,007 кг/кг
Определяемвлагосодержание воздуха при выходе из охладителя:
х1 = />, (5.10)
где Р -давление воздуха вохладителе, Па;
Р2нас — давление насыщенного водяного пара при температуре газа на выходе изохладителя, Па;
Р2нас = 7374,9Па, при температуре t2 = 40 0C; [5]
j2 = 1 — относительная влажность на выходе изохладителя;
х2 = />= 0,0062 кг/кг
Qд = 24,67·1,205·[1880·(0,007·59,8 — 0,0062·40) + 2,5·106 — 2346·40) + (0,007 — 0,0062)] = 66757,4 Вт.
Количество тепла,выделяемого при охлаждении влажного воздуха, можно представить в следующемвиде:
Qохл = Qв + Qд,(5.11)
где Qв — тепловой поток при охлаждении сухого воздуха, Вт;
Qд — дополнительный тепловой поток при охлаждении ичастичной конденсации водяного пара, Вт.
Qохл = 591,54 + 66,757 = 658,297 Вт.
Определяем поверхностьтеплообмена воздухоохладителя:
F = />, м2(5.12)
где 0,5 — коэффициент,учитывающий улучшение коэффициента теплоотдачи за счет конденсации влаги;
y1 — коэффициент на загрязнениеповерхности охлаждения, принимается в пределах 1,05 ¸1,1;
y2 — коэффициент использования поверхности охлаждения,равный 0,8 ¸ 0,9;
eDt — поправка: для аппаратов сперекрестным и смешанным потоком рабочих жидкостей менее 1,0; для противотокаравна 1,0;
Dt — средний температурный напор, 0С;
k — коэффициент теплопередачи, Вт/м2*град.
Коэффициент теплопередачиk в теплообменниках со стальнойповерхностью теплообмена для теплоносителей воздух — вода, варьируется впределах 10 ¸ 40 Вт/м2·град.
Средний температурныйнапор при противотоке:
Dt = ,(5.13)
где t1, t2 — температуравоздуха до и после теплообменника соответственно, 0С;
tв.1 — температура охлаждающеготеплоносителя на входе в охладитель, принимается в пределах (1 ¸ 30)0С;
tв.2 — температура охлаждающеготеплоносителя на выходе из охладителя, 0С.
Определяем температуруохлаждающей воды на выходе из теплообменника:
tв.2 = tв.1 + D,(5.14)
где D — зона охлаждения, принимается впределах (5 ¸ 40)0С.
tв.2 = 10 + 15 = 25 0С
Dt = />= 32,3 0С,
F = /> = 591 м2
Определяем расходохлаждающей воды в воздухоохладителе:
G = />, кг/с,(5.15)
где 1,2 — коэффициентзапаса, учитывающий также количество воды, находящейся в рубашке охлажденияцилиндра компрессора;
Сж — теплоемкость охлаждающей воды, определяемая по средней температуре воды, Дж/кг*град.
Определяем средняятемпература охлаждающей воды:
tср =, 0C, (5.16)
tср = />=17,5 0C
по температуре tср = 17,5 0С принимаем Сж=4,1875 Дж/кг*град,
G = />= 10,7 кг/с.
Выбираем кожухотрубчатыйтеплообменник сварной конструкции с неподвижными трубчатыми решетками соследующими параметрами:
— диаметр кожуха Dн — 1200 мм,
— давление Ру — 1 МПа,
— размер труб — 20´2,
— количество ходов потрубам — 4,
— длина труб — 6000 м,
— поверхность теплообмена- 596 м2,
— площадь проходногосечения одного хода по трубам — 790 м2,
— площадь проходныхсечений:
в вырезе перегородки — 1730 м2,
между перегородками — 1650 м2.
Основные размеры: l = 9000; L= 10300; l0= 600; A = 8200; Dy=350; Dy1=350; Dk=1520; H/2=831; h=826; l1=1050; l2=1800; lk=1000; l3=550; количество перегородок — 14.
Заключение
Для спроектированнойсистемы воздухоснабжения промышленного объекта была рассчитана наиболее сложнаяветвь воздухопровода от компрессорной станции до потребителя. Потери давленияна этой ветви составили 2,54 %. Также для этой системы были рассчитаны ивыбраны следующие компоненты:
— 3 компрессоров маркиК-1500-62-2 с производительностью 24,67 м3/с;
— фильтры типа Кд 120 с пропускнойспособностью 33,33 м3/с – 3 шт;
— 3 воздухосборникатипоразмера В-20;
— 3 кожухотрубчатыхтеплообменников с поверхностью теплообмена — 596 м2 ;
— 3 влагомаслоотделителяинерционного типа с объемом — 0,85 м3, по одному на каждыйкомпрессор.
Список использованнойлитературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., НосковА.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л.: Химия, 1987. — 575 с.
2. Теплотехнический справочник. Т.1.- М.: Энергия, 1975 – 815 с.
3. Федяев А.А., Федяева В.Н. Системапроизводства и распределения энергоносителей промышленных предприятий. Заданияи методические указания к выполнению курсового проекта — Братск: БрИИ, 1993 –23 с.
4. Федяев А.А. Система производства ираспределения энергоносителей промышленных предприятий. Расчет системыпроизводства и распределения газообразных энергоносителей. Учебное пособие. — Братск: БрИИ, 1998. – 63 с.
5. Федяев А.А. Система производства ираспределения энергоносителей промышленных предприятий: Лабораторный практикум.- Братск: БрИИ, 1999. – 51 с.