Составление принципиальной схемы

КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ.

Состав оборудования и схема КС зависят от типа компрессора, принятого к установке на станции.

Примеры принципиальных воздушных схем компрессорных станций приведены на рис.2 и 3.

Помимо компрессорной установки в состав КС входит система обсушки воздуха. Она может быть составлена из блоков осушки холодом или блока адсорбционной сушки. Могут быть использованы и оба блока одновременно с последовательной схемой включения.

Если блок осушки холодом устанавливается за каждым воздушным компрессором, то он обычно представляет собой компрессорно-конденсаторный агрегат в комплексе с испарителем-воздухоохладителем и влагоотделителем.

Рис.2. Принципиальная воздушная схема компрессорной станции с поршневыми компрессорами: ООВ - охладитель осушитель воздуха; П - переключатель; ВО - влагоотделитель; ПВ - подогреватель воздуха; ХМ - машина холодильная; ХН - хладоноситель; ЭПК - клапан с электроприводом; ОК - обратный клапан; РВ- регулирующий вентиль; ЗД- задвижка; А1,А2,А3,А4,А5 - коллекторы воздуха; В1,В2 - коллекторы оборотной воды; К1 - коллектор продувочной воды.

Рис.2. Продолжение

Рис. 3. Принципиальная воздушная схема компрессорной станции с турбо­компрессорами: П01, П02 - охладители воздуха промежуточные; ВОК -охладитель воздуха концевой; РТО - теплообменник воздуха регенератив­ный; ВО - влагоотделнтель; ПК - клапан предохранительный; ЭПК - кла­пан с электроприводом; ИД - измерительная диафрагма; А1, А2, A3, А4, А5 - коллекторы воздуха; В1, В2 - коллекторы оборотной воды; К1 - кол­лектор продувочной воды

Рис. 3. Продолжение

На малых и средних КС возможно также использование схемы с одной ХМ на общий поток сжатого воздуха. В таком случае более удобной может оказаться схема холодоснабжения с промежуточным хдадоносителем.

12

При охлаждении воздух до положительных температур можно исполь­зовать стандартные воздухо-осушнтельные блоки (см. табл. 24 приложения). При более глубоком охлаждении воздуха следует применять схему, позволяю­щую избежать закупорки воздухоохладителей-осушителей (ООВ) ледяной шу­бой [4] (см. рис. 2 и 3).

Регенеративный подогрев осушенного воздуха в РТО позволяет умень­шить в значительной степени (до 60 %) холодопроизводительность ХМ и рас­ход воды в концевом охладителе воздуха (ВОК).

Если производственное водоснабжение КС осуществляется от оборотной системы предприятия, то она на схеме не изображается. Если для КС преду­сматривается собственная локальная оборотная система водоснабжения - она отображается на схеме и подлежит тепловому и гидравлическому расчетам.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В ОБОРОТНОЙ СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Значение температуры воды зависит от типа водоохлаждающего устрой-ства и климатических условий работы системы.

Так как к началу расчета, как правило, неизвестен расход поды, то невоз­можно точно определить и ее температуру. Поэтому расчет температуры воды ведется в два этапа.

На первом этапе оценивается приблизительное значение температуры охлажденной воды. При эгом выбирается только тип водоохлаждающего уст­ройства н желаемый режим его работы. В оптимальном режиме работы (при расчетных значениях ширины зоны охлаждения и плотности орошения) оцени­вается первоначальное значение температуры воды, которое используется для проведения тепловых расчетов компрессорных установок.

После того, как из тепловых расчетов водолотребляющих установок оп-ределится общий расход охлаждающей воды, реализуется второй этап, кото-рый будет изложен в разделе 8.

3.1. Оценка расчетных параметров наружного воздуха

1. Расчетные параметры наружного воздуха следует определять по СНиП (см. табл. I приложения) для теплого периода года по графе Параметр Б» (не-обеспеченность 200 часов): барометрическое давление P, МПа; температура t_а, °С; энтальпия i_а, кДж/кг.

2. С помощью /-dдиаграммы для атмосферного воздуха, определяются относительная влажность воздуха , его влагосодержание d, г/кг, значения температур точки росы и мокрого термометра t_{u т}, °С.

3.2. Предварительный расчет температуры охлажденной в градирне воды

Для облегчения задачи расчет ведется с помощью диаграмм [1] в сле­
дующей последовательности:

1. Выбираются тип оросительного устройства и значение плотности оро-

шения воды в градирне g,

- в оросителях брызгального типа плотность орошения вибиршот в пре­
делах g = 1,4 /1,7 ;

- в градирнях с капельными оросителями

- в пленочных оросителях выбирают

2. Ширина зоны охлаждения воды в вентиляторной пленочной градирне'""'
t_w,°C (или К), обычно выбирается в диапазоне:

°C

3. По типовой номограмме [1] для вентиляторных градирен оценивается
предварительное значение температуры охлажденной воды , которое соот­
ветствует условиям температуры влажного (мокрого) термометра t'_мт = 11 С
По дополнительной номограмме с учетом поправки на действительную темпе­
ратуру влажного термометра t_мт определяются реальные значения температу­
ры воды и Эти значения используются при тепловом рассчете компрес­
сорной установки, когда реальный расход воды еще не известен

4. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУШНОЙ МАГИСТРАЛИ

Аэродинамический расчет выполняется с целью определения диаметров воздухопроводов и оценки значения давления нагнетания компрессорных ус­тановок (К У).

Порядок расчета:

I. Составляется расчетная схема магистрали и принимаются условные,, обозначения параметров воздуха в характерных точках схемы | с м. рис. 4).

На схеме изображаются коллекторы компрессорной станции и потре­бителя. Произвольно отображается воздушная магистраль, с учетом приня-

тых к усгановке на ней поворотов, тройников, задвижек и других элементов

арматуры.

Рнс. 4. Пример расчетной схемы воздушной магистрали: 1 - нагнетательный коллектор компрессорной станции; 2 - первый участок воздушной магистра­ли; 3 - ответвление к первому потребителю воздуха; 4 - второй участок воз-цушной магистрали; 5 — коллектор разбора воздуха у второго потребителя

2. Массовые'расходы воздуха на участках матстрали G_f, кг/с, опреде­ляются по заданному объемному воздухопотреблению:

(4.1)

1 не / - номер участка; Qj - объемный расход воздуха на i-м участке (в соответ­ствии с заданным потреблением), м /мин.

Объемные расходы воздуха у потребителей (Q_п1 и Q_п2на рис. 4) обычно заданы при нормальных (стандартных) атмосферных условиях: t= О °С; P =

=^; 760 мм рт.ст; ро = 1,293 кг/м .

В качестве расчетного расхода воздуха от компрессорной станции Q_B

cследует принимать сумму рабочих расходов всех потребителей. Если она неиз­вестна, то принимают:

а) при установке на КС поршневых компрессоров Q_вр=Q_ср;

б) при отпуске воздуха от турбокомпрессоров Q_{вр =} Q_мд.

3. Ориентировочно оцениваются (в первом приближении) приведенные .длины участков .м:

(4.2)

где меньменьшие значения числового коэффициента (учитывающего наличие местных сопротивлений) выбираются для более длинных участков, l_i – длина участка, м.

4. Принимается приближенное значение удельного падения давления на участках, которое в среднем составляет: ΔР_уд=40÷70 Па/м. Меньшие значения числового коэффициента соответствуют большим значениям расходов.

5. Оцениваются падения давления на участках магистрали ΔР'_I, Па:

ΔР'_i=ΔP_уд·ĺ́′_прi (4.3)

Здесь и далее помеченные индексом «штрих» величины относятся к 1-му приближению в расчете, «два штриха» - ко 2-му приближению и т.д.

6. Определяются средние параметры воздуха на участках;

а) давление Р′_срi , МПа:

Р′_срi =Р′_i+0,5·ΔP′_i ; (4.4)

б) температура воздуха t_срi, ⁰C, принимается неизменной по длине магистрали (охлаждением пренебрегаем): t_срi=t_п=t_кс ;

в) плотность воздуха на участках ρ′_срi ,кг/м³:

_срi= ₀· , (4.5)

где индексом «0» помечены параметры стандартных атмосферных условий.

7. Вычисляются действительные средние объемные расходы воздуха на участках воздухопровода Q′срi ,м³/c:

Q′срi=G_i/ρ′_cрi (4.6)

8. Принимается величина экономически оптимальной скорости воздуха в трубопроводе wопт, м/с. В диапазоне давлений 0,6÷0,8 МПа она обычно составляет 12÷15 м/с. Меньшее значение соответствует более длинным и тонким трубопроводам. В шлангах и всасывающих трубопроводах принимают wопт=8÷10 м/с/

9. С помощью уравнения расхода определяются ориентировочные значения внутренних диаметров труб на участках D^расч _виi ,м:

D^расч _виi= (4.7)

10. В соответствии с сортаментом выпускаемых труб выбираются ближайшие значения внутренних диаметров труб на участках D^гост_виi, м , оцениваются

их абсолютная Δ, м, и относительная е шероховатость (см. табл. 4 и 5приложения). Для воздухопроводов обычно принимается Δ=0,8÷1,0 мм [5], тогда

е_j=Δ/ D^гост_виi (4.8)

11. По уравнению расхода вычисляются фактические скорости воздуха на участках w′i , м/с:

w′i 2 (4.9)

12. Оцениваются режимы течения воздуха в трубах по значению числа Рейнольдса:

Re′i= (4.10)

где μв – коэффициент динамической вязкости потока воздуха в трубе (зависит от температуры воздуха tср, см. табл. 9 приложения) , Па·с.

13. Определяются границы применимости формул и рассчитываются значения коэффициентов трения для всех участков воздухопровода:

если 2320< Re′i≤10/ei, то λ′i=0,11· ^0,25 ; (4.11)

если 10/ei < Re′i≤500/ei, то λ′i=0,11· ^0,25; (4.12)

если Re′i>500/ei, то λ′i=0,11·e_i^0,25 . (4.13)

14. Уточняются приведенные длины участков магистрали l"_пр , м:

l"_пр= _, (4.14)

где эквивалентные длины местных сопротивлений lэквi, м, определяются по справочным данным (см.табл. 6 приложения). При отсутствии значений эквивалентных длин их можно вычислить по формуле

, (4.15)

где ζм.с i - коэффициенты местных сопротивлений на участках (см. табл. 7 приложения).

15. Вычисляются потери давления в трубопроводе по участкам во втором приближении ΔР"i _, Па:

ΔР"i= λ′i·· (w′i)²/2· _срi , (4.16)

а также действительные давления воздуха в началах участков, МПа. На рассматриваемом примере схемы (рис. 4): Р"₁ =Р₂+ΔР′₂, Р"_кс=Р₁+ ΔР′₁

16. По фактическим значениям давлений и их потерь на участках определяются действительные средние плотности воздуха в трубопроводе Р"срi , кг/м³:

_срi =ρ_0· (4.17)

где Р"срi - значения средних давлений воздуха на участках, которые вычисляются аналогично п. 6, МПа.

17. Проверяется расхождение полученных значений средних плотностей воздуха с принятыми ранее (см. п. 6). Если

δ=|( _срi - _срi )/ _срi | ·100>2,5% (4.18)

то следует сделать расчет третьего приближения, начиная с п.7.

Если отклонение в значениях плотности не превышает 2,5%, то в качестве конечного результата расчета принимается последнее значение Р_кс=Р_с (давление в начале сети).

Аналогично осуществляется расчет и других трубопроводов (например, на участке от выходного патрубка сухого воздуха РТО до нагнетательного коллектора КС). Следует отметить, что достаточно точный аэродинамический расчет возможен только после выполнения монтажного чертежа воздуховодов.

5. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУХООСУШИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Примеры принципиальных схем воздухоосушительных установок в составе компрессорной станции приведены на рис. 2 и 3.

Полный аэродинамический расчет воздухоосушительной установки возможен только после определения состава и геометрических характеристик всего оборудования, установленного по воздушному тракту, а также режимов его работы. На данном этапе разработки это невозможно. Поэтому в качестве первого приближения принимаем среднестатистические оценочные значения потерь давления в теплообменных аппаратах (ТО) и влагоотделителях (ВО) системы осушки воздуха.

Ориентировочно принимают: ΔР_то= 10÷15 кПа и ΔI_во=3÷5 кПа.

Тогда, согласно расчетной схеме (рис.7, с.25), значения давлений воздуха в характерных точках схемы воздухоосушительной установки (табл. 1,2 и 3) будут определяться соотношениями, МПа:

Р₃=Р_кс+ΔР_рто;

Р₂=Р₃+ΔР_пов+ΔР_во; (5.1)

Р₁=Р₂+ΔР_рто+ΔР_во.

Итогом такого расчета является значение давления нагнетания воздуха компрессорной установкой Р_ку=Р₁, МПа, так как потери давления в 1-м ВО (после ВОК) учитываются при оценке аэродинамических потерь в ВОК в тепловом расчете КУ.

Температура воздуха при этом остается без изменения: Т_ку=Т_1.

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ

При проведении поверочного теплового (термодинамического) расчета выбранного компрессора в заданных условиях его работы определяются:

- потребляемая компрессором электрическая мощность;

- тепловые нагрузки всех теплообменных аппаратов КУ;

- удельный расход электрической энергии на производство 1000 м³ сжатого воздуха.

Дополнительные данные, зависящие от конструктивных особенностей оборудования КС, могут выбираться в диапазонах:

ΔР_вс=Р_а-Р′_вк=500÷1000 Па – потери давления на линии всасывания компрессора;

σ′=σ"=0,95÷0,97 – коэффициент, учитывающий потери давления в охладителях воздуха (ПО и ВОК вместе с их влагоотделителями) в поршневой компрессорной установке (ПКУ) и σ=0,97÷0,98 – в турбокомпрессорной установке (ТКУ);

ΔТ_охл=8÷12 К – оптимальный температурный напор на холодном конце воздухоохладителей (недоохлаждение воздуха до температуры воды в ТО типа газ-жидкость);

η_из=0,65÷0,75 – изотермический КПД ступеней поршневого компрессора;

η_ад=0,75÷0,86 – изоэнтропный (адиабатный) КПД (для центробежных ступеней) компрессора;

η_эм=0,96÷0,98 – электромеханический КПД привода.