Расчет нагрузок и выбор основного оборудования воздушной компрессорной станции

ВВЕДЕНИЕ

Студенты 4-го курса, обучающиеся по направлению 650800 (теплоэнергетика), изучают курс «Технологические энергоносители предприятий». В этом курсе изучаются системы снабжения предприятий сжатым воздухом, холодом, технической и хозяйственно-питьевой водой, продуктами разделения воздуха, газовым и жидким топливом.

Системы воздухоснабжения (СВС) являются достаточно сложными и энергоемкими составными звеньями энергетического хозяйства любого промышленного предприятия. Поэтому изучение вопроса рационального проектирования и грамотной эксплуатации систем воздухоснабжения – это необходимая составная часть подготовки инженеров промтеплоэнергетиков.

В программу подготовки входит выполнение расчета тепловой схемы воздушной компрессорной станции (КС) в виде самостоятельной индивидуальной работы. Так как в состав станции включаются (по заданию) локальные системы оборотного водоснабжения и холодоснабжения блока осушки воздуха, то такой расчет позволяет охватить достаточно широкий спектр вопросов курса. В пособии приводятся методики выбора основного оборудования и предварительных расчетов элементов систем воздухоснабжения, необходимых на стадии разработки технического задания и эскизного проектирования. Конечной целью расчета является определение КПД компрессорных установок и станции в целом, расходов электроэнергии, воды, хладоносителя и других данных, необходимых для расчета технико-экономических показателей системы.

В настоящее время ощущается острая нехватка учебной, методической и справочной литературы, посвященной этим вопросам. Данное пособие предназначено в первую очередь для студентов, выполняющих индивидуальные расчетные и курсовые работы, а также выпускные и дипломные проекты по промышленным системам воздухоснабжения, за исключением СВС крупных металлургических комплексов, где широко используются паровоздуходувные станции с турбокомпрессорами осевого типа.

В учебном пособии приводятся методические основы и пример расчета системы снабжения предприятия сжатым воздухом. Представлен необходимый справочный матеприал.

РАСЧЕТ НАГРУЗОК И ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ

Исходные данные для расчета нагрузок могут быть заданы двояко:

В варианте А – годовое потребление сжатого воздуха на предприятии ,тыс.м³/год, и коэффициенты неравномерности его потребления , ;

в варианте Б – годовое потребление сжатого воздуха и почасовой суточный график для суток максимального воздухопотребления.

Последовательность выполнения:

1. Независимо от варианта задания исходных данных в первую очередь определяется среднегодовое , м³/мин, а в варианте Б еще и среднесуточное , м³/сут. Потребление воздуха. При определении суточного потребления воздуха учитывается число и продолжительность рабочих смен в сутки. Кроме того, необходимо учитывать потери сжатого воздуха в системе. Считают обычно, что непроизводительные расходы воздуха составляют 10-15 % от полезно затраченных.

Тогда при трехсменной работе КС и продолжительности смены 8 часов эти расходы составят:

, (1.1)

, (1.2)

где - число часов использования нагрузки в году.

2. Оцениваются максимально длительное и максимально возможное , м³/мин, воздухопотребление:

в варианте А (при заданных коэффициентах неравномерности)

, (1.3)

; (1.4)

в варианте Б по суточному почасовому графику воздухопотребления оцениваются значения остальных часовых расходов (см. рис. 1):

Максимально возможный в процентах от (высшая точка графика) и максимально длительный в процентах от (непрерывная работа КС меньше одного часа). Тогда расчетные значения расходов и , м³/мин, определяются из соотношений:

, (1.5)

. (1.6)

Обычно

3. С учетом требуемых расходов и давлений выбирается тип компрессоров, устанавливаемых на КС, и назначается рабочая нагрузка , м³/мин.

Окончательный выбор типа компрессора может быть выполнен только на основании технико-экономического сравнения нескольких возможных вариантов. Ориентировочно считают, что при средней нагрузке КС < 400 м³/мин целесообразно устанавливать поршневые компрессоры, при больших значениях – центробежные или осевые турбокомпрессоры (ТК).

Устанавливая производительность КС складывается из рабочей и резервной , м³/мин, производительностей:

= + . (1.7)

При этом следует учитывать, что обычно ≥ (+ 5 %).

Если технологический потребитель воздуха не допускает снижения его подачи, то рабочая производительность станции принимается равной максимально длительной нагрузке предприятия: .

Если снижение подачи воздуха допустимо, то как правило .

Для КС с турбокомпрессорами обычно принимают: ≈ .

4.Производится выбор типоразмеров компрессоров, устанавливаемых на КС.

С учетом требуемого давления нагнетания по справочным данным (см. табл.10-12 приложения) подбираются компрессоры, позволяющие покрыть заданную нагрузку. При выборе числа и резервных машин следует руководствоваться следующими опытно-обоснованными рекомендациями:

а) считается достаточным с точки зрения надежности при ≤ 7 принимать число резервных машин = 1;

б) оптимальное число рабочих поршневых компрессоров на станции составляет = 4 ÷ 6;

в) оптимальное число рабочих турбокомпрессорных машин составляет = 3 ÷ 4.

Предпочтение следует отдавать однотипным и с одинаковой производительностью машинам. Однако при сложном графике нагрузки можно выбирать машины разных типоразмеров.

При выборе типоразмеров рабочих и резервных машин необходимо соблюдать основное правило резерва: резерв должен быть не меньше производительности самого крупного компрессора, устанавливаемого на станции, т.е.

, (1.8)

где - производительность наиболее крупного компрессора на КС.

Если устанавливаются машины одного типоразмера, то их число наиболее просто оценивается следующим образом: задаются рядом чисел рабочих компрессоров (из области) и в каждом варианте оценивается возможная производительность единичного компрессора из следующих соотношений:

, (1.9)

Q (1.10)

По справочнику подбираются ближайшие (большие) типоразмеры компрессора Q , проверяются приведенные выше рекомендации и выбирается устраивающий вариант.