Технология производства сжатого воздуха

Рассмотрим поршневые компрессорные установки.

Рис. 9.1. Поршневая компрессорная установка

1— всасывающее устройство; 2--фильтр; 3— первая ступень компрессора; 4— вторая ступень компрессора; 5— межступенчатый холодильник; 6— концевой холодильник; 7— влаго—маслоотделитель; 8— ресивер; 9— магистральный вентиль; 10— пусковой вентиль; 11-- выпускной вентиль; 12 – продувочный бак.

Схема работает следующим образом. Поршневой компрессор, приводимый в движение электродвигателем, через воздухозаборное устройство (1) засасывает атмосферный воздух. Пройдя по прямому участку трубопровода, воздух попадает в фильтр (2), где очищается от примеси атмосферной влаги и пыли. Далее, проходя через всасывающий трубопровод, воздух попадает в первую ступень компрессора (3). После сжатия, через обратный клапан и промежуточный трубопровод, воздух нагнетается в межтрубное пространство промежуточного охладителя (5). Из охладителя воздух всасывается второй ступенью компрессора (4) и через нагнетательный трубопровод подается в межтрубное пространство концевого охладителя (6). После охлаждения воздух поступает в водомаслоотделитель (7) и далее в воздухосборник (8), предназначенный для снижения пульсации воздуха и резервировании его части. Из воздухосборника воздух по магистральному трубопроводу (13) поступает в воздушную сеть предприятия и к потребителю. Через продувочный бак (12) осуществляется слив конденсата из концевого охладителя и водомаслоотделителя. Кроме того схема компрессорной установки должна содержать:

а) предохранительные клапана (сброс излишка воздуха );

б) запорные задвижки (предназначены для переключений, отключений, вывода в ремонт элементов компрессорной установки);

в) обратный клапан (предназначен для избежания утечек воздуха из сети при отключении компрессора);

г) разгрузочный вентиль (предназначен для сброса воздуха и облегчения пуска компрессорной установки).

Компрессорные установки выполненные на базе поршневых компрессоров предназначены для производств, в которых потребителям воздуха требуется воздух высокого давления и в небольшом количестве (при малых расходах). Для повышения давления воздуха используется многоступенчатые компрессоры. После каждой ступени могут быть установлены промежуточные холодильники.

Схема работает следующим образом. Поршневой компрессор, приводимый в движение электродвигателем, через воздухозаборное устройство (1) засасывает атмосферный воздух. Пройдя по прямому участку трубопровода, воздух попадает в фильтр (2), где очищается от примеси атмосферной влаги и пыли. Далее, проходя через всасывающий трубопровод, воздух попадает в первую ступень компрессора (3). После сжатия, через обратный клапан и промежуточный трубопровод, воздух нагнетается в межтрубное пространство промежуточного охладителя (5). Из охладителя воздух всасывается второй ступенью компрессора (4) и через нагнетательный трубопровод подается в межтрубное пространство концевого охладителя (6). После охлаждения воздух поступает в водомаслоотделитель (7) и далее в воздухосборник (8), предназначенный для снижения пульсации воздуха и резервировании его части. Из воздухосборника воздух по магистральному трубопроводу (13) поступает в воздушную сеть предприятия и к потребителю. Через продувочный бак (12) осуществляется слив конденсата из концевого охладителя и водомаслоотделителя. Кроме того схема компрессорной установки должна содержать:

а) предохранительные клапана (сброс излишка воздуха );

б) запорные задвижки (предназначены для переключений, отключений, вывода в ремонт элементов компрессорной установки);

в) обратный клапан (предназначен для избежания утечек воздуха из сети при отключении компрессора);

г) разгрузочный вентиль (предназначен для сброса воздуха и облегчения пуска компрессорной установки).

Компрессорные установки выполненные на базе поршневых компрессоров предназначены для производств, в которых потребителям воздуха требуется воздух высокого давления и в небольшом количестве (при малых расходах). Для повышения давления воздуха используется многоступенчатые компрессоры. После каждой ступени могут быть установлены промежуточные холодильники.

Теоретическая мощность N₀ (Вт), затрачиваемая на привод компрессора, может быть определена по равенству:

N₀ = M·m•А₀ , (17.9)

где: M – производительность компрессора, кг/с; А₀ – теоретическая работа на сжатие 1 кг газа в одной ступени, Дж/кг; m – число ступеней компрессора.
Для определения действительной (эффективной) мощности N_е, необходимой для привода компрессора, нужно знать потери работы на преодоление сопротивлений клапанов и трубопроводов и на трение в соприкасающихся частях компрессора, которые учитываются механическим КПД:

N_е = N₀ / _м = M·m•А₀ / _м . Для поршневого компрессора _м = 0,8—0,9.

Экономия сжатого воздуха

1. Оптимизация давления в сети. Довольно часто сжатый воздух вырабатывается с давлением 10 атмосфер, в то время как для работы исполнительных механизмов достаточно 5-6 атм. Для задания минимального рабочего давления в сети необходимо: ориентирование на минимально допустимое рабочее давление оборудования; правильный выбор сечения трубопроводов; своевременное обслуживание фильтров; использование компрессоров с современной системой регулирования; использование единой системы регулирования для компрессорной системы.

2. Устранение утечек может дать большой эффект. Довольно часто после устранения основных утечек потребление воздуха снижается на 30-50% и более. Отверстие диаметром 10 мм² «съедает» 43 кВт мощности компрессора.

Если на новом предприятии среднего размера в воздушных сетях теряется не более 30% сжатого воздуха, то их состояние признается удовлетворительным.

3.Одним способов решения уменьшения потерь является децентрализация компрессорной системы. При централизованной системе подачи воздуха для удаления влаги необходимо использовать адсорбционную осушку. При всех достоинствах этой системы стоимость воздуха при этом возрастает на 20-25% за счет затрат энергии на регенерацию адсорбента и дополнительной потери давления.

При децентрализации, когда потребитель находится в том же помещении, что и компрессор, возможно применение осушки холодильного типа. Применение такой осушки резко снижает энергозатраты на удаление влаги и экономит место, так как такая осушка может быть встроена в компрессор.

4.Использование тепла, выделяемого компрессором

В процессе сжатия большая часть затраченной энергии преобразуется в тепло, при этом основная часть тепла рассеивается через масляную систему. При установке дополнительного блока рекуперации энергии 70% потребленной энергии может быть возвращено в виде горячей воды с температурой 80^оС. Необходимым условием для применения данной системы является наличие постоянного потребителя горячей воды. При этом, однако, не стоит забывать, что тепло, получаемое в результате работы компрессора, – это побочный продукт. При остановках компрессора, при снижении потребления сжатого воздуха соответственно снижается и выработка тепла.

Снижение потребления электроэнергии

Экономия электроэнергии дает существенный вклад в снижение общей стоимости энергоресурсов. В балансе электропотребления предприятия доля компрессорных станций достигает 25-30 %, в связи с чем энергосберегающие мероприятия в этой области приобретают достаточно большое значение

1. Добиться снижения потребления электроэнергии возможно путем применения более эффективного компрессора.

2.Основные резервы экономии скрыты в управлении производительностью компрессора. Кривая графика расхода сжатого воздуха большинства производственных установок колеблется в зависимости от времени суток, дней недели или периодов экономического цикла. Обычные компрессоры не могут точно отслеживать колебания потребности в сжатом воздухе. Разработаны компрессоры с переменной скоростью привода, производительность которых может точно совпадать с расходом сжатого воздуха.
Такие компрессоры способны точно отслеживать колебания расхода, изменяя скорость вращения приводного электродвигателя. Для обеспечения энергосбережения часто экономически целесообразно применять компрессоры с регулируемой частотой вращения вала электродвигателя Преимущество состоит в том, что производительность компрессора изменяется в соответствии с изменением потребности в воздухе. При частотном регулировании давление поддерживается на постоянном уровне, а потому нет соответствующего перерасхода энергии. Компрессоры с частотным регулированием могут применяться также в децентрализованной системе воздухоснабжения в случае, когда потребность в воздухе на конкретном участке может изменяться в значительных пределах.

3. Целесообразно, где воз­можно, производить замену сжатого воздуха другими энергоносителями и в первую оче­редь электроэнергией (пневматический инструмент, ряд технологичесих процессов) Например, применение электрического вибратора экономичнее пневматического в 2—3 раза.

4.Сокращение удельного расхода электроэнергии на выработку сжатого воз­духа. Потребляемая компрессором мощность снижается с понижением темпера­туры всасываемого и нагнетаемого воздуха в ци­линдр высокого давления, с уменьшением влаж­ности засасываемого воздуха, с понижением давления при сжатии воздуха и повышением давления всасываемого воздуха. Понижение температуры всасываемого воз­духа оказывает существенное влияние на удель­ный расход электроэнергии, поэтому всасываю­щий воздухопровод надо располагать снаружи в затененном месте, вдали от паропроводов и печей.

5. Оптимальные значения удельного расхода охлаждающей воды, при которых стоимость сжатого воздуха, выработанного компрессором, будет наименьшей.