Ротационно-пластинчатые компрессоры 2 страница

2. Создавать компактность расположения оборудования и помещений, ведущую к сокращению площадей и объемов помещений, а также длин коммуникаций (трубопроводов, электрокабелей и пр.).

3. выделять взрывоопасное и пожароопасное оборудование и материалы в отдельные помещения, отвечающие специальным условиям и нормам.

4. Предусматривать защиту строительных конструкций здания от действия вибрационных колебаний при работе оборудования, создающего эти колебания.

5. Предусматривать возможность последующей замены малопроизводительного или морально устаревшего оборудования на новое без коренной реконструкции здания, а также предусматривать возможность расширения и увеличения мощности компрессорной станции без нарушения эксплуатации оборудования во время выполнения работ по реконструкции.

6. Соблюдать требования правил техники безопасности и охраны труда, санитарных и строительных норм, технических условий и правил проектирования промышленных предприятий, а также противопожарных правил.

К сооружениям компрессорной станции относятся: главное здание, воздухосборники или другие группы воздухохранительных емкостей, водоснабжающие и водоохлаждающие устройства (насосная станция, напорная башня, градирня, бассейн и т.п.), отдельно стоящие или пристраиваемые воздухозаборные устройства (воздухоприемники, воздухозаборные шахты, фильтркамеры) различные колодцы, лестницы и площадки обслуживания оборудования и арматуры, а также трансформаторные подстанции.

В каждом отдельном случае состав основных частей главного здания и вспомогательных сооружений компрессорной станции различен и зависит от установленной производительности компрессорной станции, места расположения ее на площадке предприятия, принятых схем водоснабжения, электроснабжения, теплоснабжения, а также от того, будет ли машинный зал компрессорной станции построен в виде отдельно стоящего здания в комплексе других сооружений или он будет примыкать к другому производственному корпусу.

Состав сооружений компрессорной станции оказывает прямое влияние на ее компоновку.

Процесс проектирования компрессорной станции включает в себя следующие операции:

– определение состава сооружений компрессорной станции;

– определение необходимых размеров площадей и объемов помещений для размещения в них оборудования соответственно технологической схеме получения сжатого воздуха;

– выбор варианта компоновки отдельных сооружений и основных частей главного здания компрессорной станции;

– компоновка производственного оборудования и обслуживающих его устройств;

– компоновка служебных и бытовых помещений станции и устройств с целью создания нормальных санитарно-гигиенических и других условий для работающих.

За основу компоновки компрессорной станции берется технологическая схема получения сжатого воздуха, типы, габариты и особенности конструкций принятых компрессоров, их приводов и вспомогательного оборудования, типы грузоподъемных устройств и принятые размеры машинного зала.

Компоновка компрессорной станции должна производиться в увязке взаимного расположения сооружений и оборудования со строительными конструкциями и внутристанционными коммуникациями.

Некоторые вопросы компоновки, а именно окончательную планировку и выбор архитектурно-конструктивного решения сооружений компрессорной станции, необходимо рассматривать одновременно с вопросами выбора и компоновки оборудования собственно компрессорной станции.

Расположение производственных и вспомогательных помещений с окончательными размерами площадей и высот помещений определяется после распределения оборудования по своему назначению и характеру эксплуатации по помещениям главного здания. При этом учитывается предварительная планировка основных сооружений компрессорной станции, а также главные решения строительной части здания. Затем производится уточнение предварительно произведенной компоновки оборудования с привязками фундаментов оборудования к разбивочным осям здания или строительным конструкциям (стенам, колоннам и т. п.).

Обычно компрессорные станции сооружаются отдельно стоящими зданиями, так как при этом удовлетворяется большинство требований, предъявляемых к строительству и эксплуатации компрессорных станций. В отдельных случаях допускается блокирование компрессорной станции с другими производственными помещениями в одном корпусе при условии выполнения упомянутых выше требований, предъявляемых к компоновкам и эксплуатации основного и вспомогательного оборудования, а также требований санитарных норм и правил безопасности. Блокирование компрессорной станции с другими производственными помещениями возможно, если шум и вибрация, создающиеся компрессорными установками, не будут помехой производственным процессам, имеющим место в помещениях, к которым пристраивается машинный зал компрессорной станции, и по условиям взрывоопасности такое блокирование допускается.

Пристраиваемая компрессорная станция должна обязательно иметь не менее двух свободных стен, одна из которых – торец расширения, а другая – светлая сторона с оконными проемами требуемой площади.

Выбор наивыгоднейшего варианта компоновки компрессорной станции производится при одновременном учете всех или большинства главных условий, для которых создается компрессорная станция, и удовлетворения требований, которые предъявляются нормами проектирования и правилами эксплуатации.

Выбрать вариант вновь проектируемой компрессорной станции в основном бывает легче, чем разобрать проект реконструкции действующей компрессорной станции. В последнем случае варианты обуславливаются существующим месторасположением компрессорной станции, имеющимися сооружениями и эксплуатируемым оборудованием. При компоновке реконструируемой компрессорной станции не всегда удается соблюсти все требования, предъявляемые к компоновкам. При разработке проекта новой компрессорной станции есть возможность принять типовой проект или выбрать наилучший вариант компоновки.

Машинный зал является важнейшей частью здания компрессорной станции и занимает наибольшую его площадь. К машинному залу обычно примыкают: фильтркамеры, помещение промывки фильтров и зарядки их маслом, ремонтная мастерская, кладовая масел, кладовая вспомогательных материалов, помещение электрораспределительных устройств, трансформаторная подстанция, помещения воздухохранительных емкостей, насосной станции водоснабжения и бытовые помещения.

В машинном зале устанавливаются компрессоры с их приводами, конечные охладители сжатого воздуха, масловодоотделители, фильтры, а также другое вспомогательное оборудование, размещение которого в машинном зале допускается правилами техники безопасности и противопожарными нормами.

Как правило, машинный зал компрессорной станции должен располагаться в одноэтажном огнестойком помещении, изолированном от других производственных помещений огнестойкими прочными стенами, могущими защитить другие помещения в случаях взрыва или пожара.

Помещение для машинного зала должно быть просторным, теплым, светлым, сухим, чистым и хорошо вентилируемым. Площадь машинного зала должна позволять производство монтажных, профилактических и ремонтных работ оборудования без нарушения нормальной работы компрессорной
станции.

Оборудование машинного зала должно размещаться так, чтобы обеспечивалась хорошая естественная освещенность рабочих мест, а также имелись нормальные условия для монтажа, обслуживания и ремонта оборудования.

Предварительные размеры машинного зала компрессорной станции определяются в зависимости от установленного оборудования и должны приниматься с учетом выпускаемых промышленностью типовых сборных железобетонных плит и других индустриальных изделий, применяемых при строительстве зданий.

Машинный зал может непосредственно сообщаться с наносной станцией водоснабжения, электрораспределительным устройством, ремонтной мастерской и не должен сообщаться с кладовой масел, помещениями промывки фильтров.

В главном здании компрессорной станции бывает рациональным выделить отдельное помещение для насосов водоснабжения.

Насосы устанавливаются обычно в подвальном помещении или в специальных приямках машинного зала, в результате чего они постоянно хранятся под заливом.

Устанавливать насосы в машинном зале, где они будут работать с всасыванием, не рекомендуется и вовсе не допускается при температуре воды выше 40ºС.

Теоретические размеры помещения насосной станции определяются исходя из количества и типа установленных насосов, а также из условий удобства их эксплуатации.

Всасывающие и напорные трубопроводы в насосных станциях рекомендуется укладывать в каналах, перекрываемых съемными плитами. Уклон трубопроводов должен быть в сторону насосов и колодцев.

Применяющиеся в компрессорных станциях металлические масляные фильтры на всасывающих трактах компрессорных установок требуют в процессе эксплуатации промывки их и зарядки маслом. Для этого в зданиях компрессорных станций предусматриваются отдельные помещения, в которых устанавливают необходимое оборудование.

Помещение промывки фильтров обычно выделяется в пристройках к машинному залу, на первом этаже или в подвале. Во всех случаях оно должно быть изолировано от других помещений несгораемой стеной и иметь непосредственный выход на территорию предприятия через коридор или тамбур. В упомянутом помещении допускается хранение масел в количестве не более 250 л для смазки ячеек фильтров. Большее количество масел должно храниться на специальном складе.

При значительных расходах масла, а также при наличии в компрессорной станции крупных потребителей жидкого топлива, например двигателей внутреннего сгорания, топливно-масляное хозяйство размещается вне здания компрессорной станции или в изолированной пристройке. Если в здании компрессорной станции имеются расходные баки и резервуары для масел или других горючих жидкостей емкостью более 250 л, то для самотечного опорожнения их (в аварийных случаях) необходимо устанавливать в земле, в 5 м от стен здания, аварийный резервуар.

При компоновке компрессорной станции, на которой в смену будут работать более четырех человек, необходимо предусматривать следующие бытовые помещения: гардероб, санитарный узел и служебную комнату. В больших компрессорных станциях, со штатом более восьми человек, необходимо предусматривать также душевую.

Отдельные помещения для ремонтных мастерских в зданиях компрессорных станций необязательны, если компрессорная станция размещена на территории промышленного предприятия или в машинном зале имеется место для производства текущего ремонта.

При необходимости иметь при компрессорной станции ремонтную мастерскую устройство ее должно быть выполнено в соответствии с требованиями норм, предъявляемых к цехам промышленных предприятий.

К вспомогательным помещениям компрессорной станции следует отнести также помещение для сосудов, работающих под давлением, например помещение воздухохранительных баллонов или установок осушки воздуха.

Наиболее часто применяются следующие варианты компоновки компрессорных станций (рис. 18): а – сомкнутая компоновка; б – полусомкнутая компоновка; в – разомкнутая компоновка; г – сблокированная компоновка.

 

Рис. 18. Варианты компоновок компрессорных станций: МЗ – машинный зал; ФК – фильтр-камера; ВС – воздухосборник; ВХ – воздухохранительные емкости; НС – насосная станция; ОХ – охлаждающее устройство; БП – бытовые помещения; ВП – вспомогательные помещения; ПК – производственный корпус; ТП – трансформаторная подстанция

 

Наиболее желательной считается сомкнутая компоновка. Все основные части главного здания непосредственно примыкают друг к другу, что способствуют сокращению стоимости строительства и созданию хороших условий эксплуатации.

Варианты полусомкнутой и разомкнутой компоновки являются чаще всего вынужденными и применяются в тех случаях, когда нет достаточных площадей под строительство компрессорной станции.

Выбрав вариант компоновки сооружения компрессорной станции, производят предварительную компоновку машинного зала и других помещений главного здания компрессорной станции.

2. Нагрузки на воздушную компрессорную станцию
и методы их расчета

 

7. Нагрузка на компрессорную станцию

 

На промышленных предприятиях сжатый воздух используется по двум основным направлениям: технологическому (в высокотемпературных теплотехнологических установках в качестве окислителя при сжигании топлива в металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности получения продуктов разделения воздуха в воздухоразделительных установках) и силовому (как энергоноситель для привода различных машин и механизмов, например, кузнечных молотов, пневмоподъемников и т.д.)

Нагрузкой на компрессорную станцию называется количество воздуха, расходуемого в единицу времени и необходимое пневмоприемникам (с учетом потерь). Нагрузка на компрессорную станцию соответствует производительности работающих компрессоров в рассматриваемый промежуток времени

,

(13)

где Q_п – количество воздуха, полезно расходуемое пневмоприемниками в единицу времени, м³/мин;

q – количество потерь воздуха, имеющих место при выработке, транспортировки и потреблении сжатого воздуха в соединениях трубопроводов с арматурой, в гибких шлангах, а также из-за утечек при продувках сосудов и у неработающих пневмоприемниках, м³/мин;

Q_к – производительность работающих компрессоров, соответствующая нагрузка на них в единицу времени, м³/мин.

Нагрузка на компрессорную станцию может быть неполной ; средней и максимальной.

Максимальную нагрузку на компрессорную станцию условно расчленяют на максимальную длительную и максимальную возможную нагрузку: – максимальная длительная нагрузка; – максимальная возможная нагрузка.

Максимальная длительная нагрузка длится 20 – 30 мин и покрывается на 75 – 90 % всеми работающими компрессорами, за исключением находящихся в резерве или в планово – предупредительном ремонте. Для покрытия максимально возможной нагрузки включают в работу все, даже резервные компрессоры.

Средняя, максимальная длительная и максимальная возможная нагрузки на компрессорную станцию позволяют определить: установленную рабочую и резервную производительности компрессорной станции; расходы электрической или другого вида энергии для получения сжатого воздуха, воды и вспомогательных материалов при производстве сжатого воздуха; диаметры внутрицеховых и межцеховых трубопроводов сжатого воздуха.

 

9. Определение нагрузки на компрессорную станцию

 

Определение нагрузки на компрессорную станцию производится двумя методами: укрупненным и расчетным методами. Укрупненный метод основан на применении средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу производимой предприятием продукции или на каждую из операций обслуживаемого процесса. Средние удельные расходы устанавливаются опытным путем и с течением времени пересматриваются в сторону снижения.

По укрупненному методу суммарный годовой расход воздуха определяется по формуле, м³/год:

,

(14)

где α – средний удельный расход воздуха на единицу продукции;

А_г – годовой выпуск продукции в соответствующих единицах.

Отсюда средняя нагрузка в рабочую часть года определяется по формуле, м³/мин:

,

(15)

где τ_{раб.г .} – часть года в часах, соответствующая времени потребления сжатого воздуха.

Максимальная нагрузка по укрупненному методу определяется по формуле, м³/мин:

,

(16)

где k _max – коэффициент, учитывающий максимум потребления сжатого
воздуха.

Укрупненный метод находит применение при перспективном планировании воздухоснабжения и для предприятий с небольшим числом потребителей (доменное, сталеплавильное производство и др.).

При проектировании новых или реконструкции действующих предприятий с большим числом разнообразных потребителей сжатого воздуха среднюю и максимальную нагрузки на компрессорную станцию следует определять, пользуясь расчетным методом. В этом случае известны типы и количество пневмоприемников и их технические характеристики. Пневмоприемники можно разделить на два вида: пневмоинструменты (кратковременный режим работы) и пневмооборудование (длительный режим работы).

По расчетному методу средняя расчетная нагрузка на компрессорную станцию определяется по формуле, м³/мин:

,

(17)

где Q_{ср. инстр} – средний расход воздуха однотипной группой пневмоинструментов, определяемый по формуле:

;

(18)

Q_{ср.обор} – средний расход воздуха однотипной группой пневмооборудования, определяемый по формуле:

,

(19)

где n_инстр, n_обор – соответственно количество однотипных в группе пневмоинструментов и пневмооборудования;

q_инстр, q_обор – номинальные расходы воздуха, отнесенные к условиям всасывания компрессором, соответственно одним пневмоприемником и одним пневмооборудования при непрерывной работе в единицу времени;

k_загр – коэффициент загрузки. Он показывает, какую часть от максимальной возможной загрузки составляет данная загрузка приемника с длительным режимом работы. При небольшой серийности производства k_загр = 0,5 – 0,7;

k_одн – коэффициент одновременности работы однотипных пневмоприемников Он показывает, какая часть всех установленных приемников находится в работе..Коэффициент одновременности может быть принят по табл. 2;

Таблица 2

Зависимость коэффициентов одновременности от количества работающих пневмоинструментов, подключенных к компрессорной установке [1]

Количество воздухо- приемников
Коэффициент одновременности	0,9	0,9	0,8	0,8	0,8	0,77	0,75	0,7	0,61	0,6	0,58	0,5	0,5

 

k_изн – коэффициент, учитывающий увеличение паспортного расхода воздуха пневмоинструментом, вследствие его износа. Допускается работа пневмоинструментов, имеющих k_изн = 1,1 – 1,15 и пневмооборудования, имеющего
k_изн = 1,5 – 1,8;

k_ут – коэффициент, учитывающий утечки воздуха у магистральных и внутрицеховых воздухопроводах, арматуре и у работающих пневмоприемников, а также при продувках сосудов. Обычно k_ут = 1,2 – 1,25;

k_исп – коэффициент использования пневмооборудования определяется по формуле:

,

(20)

где t – время (в часах) за смену, в течение которой расходуется воздух пневмооборудованием;

T – продолжительность (в часах) одной смены.

Коэффициент использования можно принять по табл. 3.

 

Таблица 3

Значения коэффициентов использования пневмоприемников [1]

Наименование пневмоприемника	kисп
Прессы для клепки	0,3 – 0,5
Зубила (рубильные молотки)	0,2 – 0,4
Трамбовки	0,2 – 0,4
Вибраторы	0,3 – 0,5
Сопла для перемешивания жидкостей	0,6 – 0,8
Пескоструйные камеры	0,6 – 0,8
Краскораспылители	0,6 – 0,8
Молоты свободной ковки	0,35 – 0,55
Молота штамповочные	0,45 – 0,65
Прессы	0,55 – 0,75
Дрели	0,1 – 0,2
Молотки	0,1 – 0,2
Обмуровочные сопла	0,06 – 0,14
Пневмоподъемники	0,02 – 0,06
Пневмопатроны	0,02 – 0,08
Формовочные машины	0,1 – 0,2

 

При определении средней расчетной нагрузки на компрессорную станцию следует учитывать также потери воздуха от утечек и у неработающих, но подключенных к пневмосети инструментов. В этом случае средния расчетная нагрузка определяется по формуле

,

(21)

где – сумма средних расходов воздуха отдельными однотипными группами пневмоприемников;

q – потери воздуха у неработающих пневмоприемников в трубопроводах, арматуре и т. п., количество которых определяется экспериментальным способом.

Приведенные формулы для расчета средней расчетной нагрузки действительны при условии, что однотипные пневмоприемники работают с одинаковыми коэффициентами нагрузки k_нагр, коэффициентами использования k_исп и коэффициентами износа k_изн.

Коэффициентом нагрузки k_нагр называется отношение расхода воздуха при работе оборудования на неполную мощность Q_нм к расходу его при работе с номинальной мощностью Q_м:

.

(22)

Кратковременное увеличение расхода воздуха за счет включения или одновременной работы крупных потребителей сжатого воздуха создает максимальный расход воздуха, т. е. максимальную нагрузку на компрессорную станцию, которая определяется по формуле, м³/мин:

,

(23)

где k_max – коэффициент максимума, который принимается равным 1,2 – 1,5 в зависимости от характера нагрузки, возможного одновременного включения в работу большого количества пневмоприемников или перераспределения загрузки смен. Большие значения k_max относятся к меньшему количеству потребителей с большими расходами воздуха при сравнительно редком включении.

По максимальному расходу воздуха определяют диаметры трубопроводов сжатого воздуха, и максимальную длительную нагрузку на компрессорную станцию, которая лежит в основе расчета и выбора компрессоров для компрессорной станции.

Максимальная длительная нагрузка на компрессорную станцию определяется по формуле:

,

(24)

где β – коэффициент неодновременности, учитывающий несовпадение во времени слагаемых максимальных нагрузок в зависимости от состава и числа групп пневмоприемников с неодинаковыми режимами работы он может иметь различные значения (в среднем 0,85 – 0,95 и с увеличением числа разных групп уменьшается);

– сумма максимальных расходов воздуха всеми потребителями, питающимися сжатым воздухом от компрессорной станции в рассматриваемую единицу времени.

 

 

19. Расчет производительности компрессорной станции

 

Производительность компрессорной станции бывает установленной, рабочей и резервной.

Установленная производительность компрессорной станции представляет собой сумму номинальных производительностей всех компрессоров, установленных на станции, включая резервные:

,

(25)

где – номинальная производительность i-го компрессора по всасываемому воздуху, м³/мин. Она указывается в паспорте компрессора;

– рабочая производительность компрессорной станции, равная максимальной длительной нагрузке на компрессорную станцию;

– производительность компрессоров, находящихся в резерве.

Таким образом, принимая в расчетах , получим:

.

(26)

Расчет установленной производительности компрессорной станции сводится к определению: 1) максимально длительной нагрузки на компрессорную станцию; 2) производительности и количества компрессоров, устанавливаемых в компрессорной станции; 3) типов и марок устанавливаемых компрессоров.

Установленную производительность компрессорной станции следует принимать такой, чтобы работающие компрессоры покрывали максимальную длительную нагрузку не менее чем на 75 – 90 %. Критерием оценки эффективности использования компрессоров в наиболее загруженную 1-ю смену служит коэффициент покрытия максимальной нагрузки, который опредедяется по формуле:

.

(27)

где η – коэффициент покрытия максимальной нагрузки на компрессорную станцию при выходе из строя наибольшего по производительности компрессора, %;

– сумма номинальных производительностей всех компрессоров, установленных в компрессорной станции, м³/мин;

– производительность наибольшего компрессора, подлежащего ремонту или находящегося в резерве, м³/мин;

– максимальная длительная нагрузка на компрессорную станцию, м³/мин.

Установленную производительность компрессорной станции определяют, задавшись единичной производительностью, количеством и типом компрессоров. Если принять, что единичные производительности устанавливаемых на станции компрессоров одинаковы, то число рабочих машин определяется по формуле

.

(28)

Пример расчета установленной производительности компрессорной станции приведен в табл. 4.

Третий вариант наилучший, так как обеспечивается 100%–ная максимальная длительная нагрузка в первую смену, 100%–использование компрессоров во вторую смену и наиболее гибкая работа компрессорной станции при изменении нагрузок.

При нагрузках, для которых получается дробное число рабочих машин, необходимо руководствоваться следующим правилом. Если дробь меньше 0,5, то к машинам данной марки устанавливается одна машина меньшей производительности. В случае, когда дробная часть больше 0,5, то все компрессоры принимаются одинаковой производительности, и число машин следует брать ближайшее большее.