ЧАСТЬ 1

ПРИНЦИПЫ СЖАТИЯ ВОЗДУХА

Теоретические основы сжатия воздуха.

Краткая история развития компрессоров.

Но что представляет собой сжатый воздух?

Уравнение состояния идеального газа

Что такое давление?

Единицы измерения

Производство сжатого воздуха.

Типы компрессоров

1.2. Поршневые компрессоры

1.3 Винтовые компрессоры

Маслозаполненные винтовые компрессоры

Рекуперация тепла

Безмасляные компрессоры

Винтовые компрессоры сухого сжатия

Водозаполненные винтовые компрессоры

Дизельные винтовые компрессоры

1.4. Описание турбокомпрессора и элементов конструкции

2. Организация сжатия воздуха.

2.1 Классификация по степени сжатия и области применения.

2.2 Организация управления компрессором.

Блок управления пуском/остановкой

Блок управления нагрузкой

Блок управления задержкой холостого хода

Применение блоков управления на практике

Блоки управления для многоагрегатных систем

Удаленное (дистанционное) управление воздушными компрессорами.

Plant Control V – Визуализация

Plant Control T - Телемониторинг

2.3 Звукоизоляция.

Уровень акустической мощности звука

Уровень звукового давления

3.1. Осушение сжатого воздуха

Рефрижераторный осушитель

Адсорбционный осушитель

Выбор адсорбционного осушителя

Точка росы под давлением

Температура сжатого воздуха на входе в осушитель

3.2. Основные правила выбора подходящего типа адсорбционного осушителя

Адсорбционные осушители с холодной регенерацией

Адсорбционные осушители с горячей регенерацией

Основные правила корректного выбора блоков управления

Размещение осушителя

3.3. Фильтрация сжатого воздуха

3.4. Как собрать все компоненты вместе?

3.5. Этап проектирования 3, решения 2 и 3, критерии: качество и безопасность

3.6. Компрессорное помещение

Правила установки компрессора и характеристики компрессорного помещения

Вентиляция и аэрация компрессорного помещения

Естественная аэрация с закрывающейся заслонкой

Естественная аэрация с рекуперацией тёплого воздуха

Использование аэрационных воздуховодов для обогрева помещения тёплым воздухом

Искусственная аэрация в качестве воздуховодной вентиляции

Использование дополнительного вентилятора :

3.7. Пневмоаудит сетей сжатого воздуха предприятия.

Измерение расхода сжатого воздуха

Проведения замеров с помощью погружного расходомера Vortek.

5. Приложения.

Часть 1

Теоретические основы технологии сжатия воздуха

Сжатый воздух настолько широко используется в промышленности, что любой перечень его использования будет неполным. Ни одно промышленное или единичное производство не может обойтись без сжатого воздуха; ни одна больница, отель, электростанция или корабль не могут функционировать без него. Он используется в горнодобывающей промышленности, лабораториях, аэропортах и портах. Сжатый воздух необходим как для производства пищевых продуктов, так и для производства цемента, стекла, бумаги и тканей, в лесоперерабатывающей и фармацевтической промышленности.

Сжатый воздух используют: все типы машин и устройств имеющие пневматический привод и управление. Пневматический инструмент используется для растяжения, распыления, полирования и затачивания, для штамповки, продувки, очистки, сверления и перемещения. Бесчисленные химические, технические и физические процессы и технологии управляются с использованием сжатого воздуха.

Неиспользование сжатого воздуха в качестве источника энергии невозможно в нашем высокотехнологическом мире.

Краткая история развития компрессоров.

Изобретение поршневого воздушного насоса принадлежит физику О. Герике (Германия 1640 г), доказавшему с помощью построенной им машины существование давления атмосферы.

Центробежный принцип для создания давления жидкости практически был обоснован инженером Ледемуром (Франция) в 1732 г, предложившим оригинальную конструкцию центробежного водоподъемника.

В 1805 г. Ньюкомен построил поршневой насос с паровым конденсационным приводом.

В России инженер построил в 1832 г центробежный вентилятор.

Многоступенчатый поршневой компрессор с охладителями между ступенями сжатия предложен в 1849 г Ратеном (Германия).

В 50-х годах XIX в. Вортингтон (США) создал поршневой паровой автоматически действующий насос.

О. Рейнольдс (Англия), знаменитый исследователь режимов течения жидкостей, ввел в конструкцию многоступенчатого насоса направляющие аппараты и в 1875 г получил патент на конструкцию насоса, аналогичную современным насосам с несколькими ступенями сжатия.

Конструкция винтового компрессора запатентована в 1934 году. Надежность в работе, малая металлоемкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение.

Инициатором производства центробежных компрессоров в России является Невский машиностроительный завод (Невский литейно-механический завод, основанный в 1857 г).

Но что представляет собой сжатый воздух?

Сжатый воздух – это сжатый атмосферный воздух. Атмосферный воздух – это воздух, которым мы дышим. Это смесь различных газов:

21% кислород и

1% другие газы.

Состояние газа описывается тремя параметрами:

давление р

температура Т

удельный объём Vудел

Уравнение состояния идеального газа

Свойства воздуха подобны идеальному газу в широких диапазонах давления и температуры. Следовательно, линейная корреляция (уравнение состояния идеального газа) существует между тремя параметрами р, Т и Vудел., что описывается соотношением, называемым уравнением идеального газа:

Атмосферный воздух, со всеми входящими в его состав газами, состоит из молекул. Если тепловое движение молекул воздуха затруднено, например при его сжатии в сосуде, они соударяются со стенками сосуда, создавая давление р. Сила, создающая давление р на плоской поверхности площадью А, рассчитывается по формуле:

Что такое давление?

Мы постоянно находимся под воздействием атмосферного давления, в качестве подтверждения этого достаточно просто взглянуть на показания барометра . Многочисленные возможные диапазоны давлений подразделяются на следующие:

Атмосферное давление воздуха = Ратм

Избыточное давление = Ризб

Вакуумметрическое давление = - Ризб

Абсолютное давление = Рабс

(см. рис. 1)

Вакуум-метрическое

давление

Атмосферное

давление

Избыточное давление

Рис. 1. Диапазоны давлений.

Единицы измерения:

Рекомендованная единица измерения давления, которая была введена в 1978 году Международной Системой Измерений (система СИ), это Паскаль (Па):

Дополнительная единица измерения давления – бар :

1 бар = 101,325 kПа = 0,1 МПа

В технологии сжатия воздуха, рабочее давление (давление сжатия) выражается в барах. Ранее использовавшиеся единицы измерения давления, такие как атмосфера (1 атм = 0,981 бар), больше не используются.

По системе СИ, единица измерения температуры – градус Кельвина (ºК) . Его соотношение с градусом Цельсия (ºС), который традиционно используется в измерениях, следующее:

Т(ºК) = t(ºС) + 273,15

Объём V используется в технологии сжатия воздуха особенно широко, например, для определения размеров ресиверов. Он также используется для определения достаточного количества машин, производящих или потребляющих сжатый воздух, объёмного расхода воздуха Vэф (равного объёму воздуха производимого или расходуемого в единицу времени). В случае если поток сжатого воздуха течёт со скоростью v по трубе с площадью поперечного сечения А, объёмный расход Vэф вычисляется по формуле:

Единицы измерения объёмного расхода следующие:

В практических применениях, для определения объёмного расхода поршневых компрессоров, используется единица измерения л/мин; в случае использования

винтовых компрессоров используется м3/мин.

При помощи Объёмный расход позволяет определить потребление машиной сжатого воздуха. Объёмные расходы могут сравниваться только в том случае, если они определены при одинаковом давлении и одинаковой температуре.

В современной технологии сжатия воздуха объёмный расход используется только для определения производительности воздушных компрессоров. Методики измерения показателей, определяющих объёмный расход, указаны в стандартах: DIN 1945 и ISO 1217.

Стандартные и наиболее часто используемые значения для давления и температуры воздуха:

Ро = 1,013 бар и То = 20ºС Приведение к стандартным условиям.

Ро = 1,013 бар и То = 0ºС Приведение к нормальным условиям.

Объёмный расход часто определяется в нормальных кубических метрах в час (Нм3/час). Нормальный кубический метр равен, согласно стандарту DIN, объёму 1 м3 при давлении Р = 1,013 бар (101,325 кПа) и температуре Т = 0ºС.

Производительность компрессоров по ISO 1217 (от 1996 App. C) показывает, какое количество сжатого воздуха компрессор подает в пневмосеть в единицу времени при давлении на всасе 1 бар и Т= 20ºС. Производительность ВСЕГДА указывается при параметрах газа на всасе в компрессор (если всасывание происходит из атмосферы в "не сжатых" кубах). Указание производительности при любых других параметрах перекачиваемого газа, абсолютно не корректно с технической точки зрения и приводит к неверному подбору компрессора.

В процессе сравнения объёмных расходов компрессоров расположение точек замера также оказывает значительное влияние на полученный результат, который также зависит от окружающих условий, при которых проводились замеры на входе или на выходе из компрессора, или, например, от нагрузки компрессорного агрегата. Объёмные расходы могут сравниваться только в том случае, если они замерены при одинаковом давлении и температуре и в одних и тех же точках, в условии равной загрузки и при прочих равных параметрах.

Еще одна единица измерения, заслуживающая внимания при сравнении компрессоров, – удельная потребляемая мощность Руд . Она выражается в кВт (киловатт) и определяет количество энергии необходимой для производства сжатого воздуха с объёмным расходом 1 м3/мин. Удельная потребляемая мощность складывается из реально потребляемой мощности двигателя компрессора (она отличается от установленной мощности двигателя) и мощности потребляемой вентиляторами и другим электрооборудованием компрессора.

Например, если компрессор имеет объёмный расход 6,95 м3/мин и потребляемую мощность 42,9 кВт, то его удельная потребляемая мощность составляет

Удельная потребляемая мощность, является наиболее важным параметром для сравнения различных компрессоров и определения показателя качества их конструкции. Он даёт информацию о количестве полученного сжатого воздуха на затраченную единицу энергии. В качестве критерия сравнения его можно использовать только в случае, если сравниваемые компрессоры имеют одинаковое рабочее давление.

При сравнении компрессоров следует также обратить внимание на следующие параметры:

При каком конечном давлении были замерены значения,

Какая мощность принимается в расчет - на входном автомате, на клеммах электродвигателя, на выходном валу приводного электродвигателя или мощность на валу компрессорного блока.

Наконец, эффективность приводного электродвигателя и всевозможных имеющихся ременных или зубчатых передач должна также приниматься в расчёт.

1.1. Производство сжатого воздуха

Что представляют собой компрессоры?

Компрессоры – это машины для сжатия газа и перегретого пара. В этих машинах ступень сжатия обеспечивает компрессию рабочего тела.

Типы компрессоров

Можно выделить две основные группы компрессоров: объемного сжатия и динамического.

В первой группе компрессоров воздух сжимается вследствие принудительного уменьшения занимаемого им объема. Основными представителями этих компрессоров являются поршневые и ротационные компрессора.

Динамический компрессор – машина с непрерывным потоком, в котором при протекании газа происходит рост давления. Вращающиеся лопатки приводят к ускорению газа до высокой скорости, после чего скорость газа при торможении о лопатки диффузора преобразуется в давление. Турбокомпрессора являются примером реализации этого типа сжатия.

Рисунок, который находится ниже, даёт общее представление о классификации типов компрессоров.

Компрессоры

Поршневые Турбокомпрессоры

Ротационные С возвратно-поступательным движением рабочего органа

Винтовые Поршневые Радиальные

Пластинчатые Крейцкопфные

Водокольцевые Плунжерные

Типа Рутс Мембранные Аксиальные

Рис. 2: Обзор основных типов компрессоров.

Турбокомпрессоры

Винтовые компрессоры

Объём всасываемого воздуха в м3/час

Поршневые компрессоры

Рис. 3: Область использования основных типов компрессоров.

Рисунок 3 наглядно показывает область использования основных типов компрессоров.

В технологии сжатия воздуха наибольшее распространение получили поршневые, винтовые и турбокомпрессоры. В этом разделе мы ограничимся рассмотрением этих трех типов.

1.2. Поршневые компрессоры

В поршневых компрессорах поршни совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах. Поршни, как правило, приводятся в движение при помощи кривошипно - шатунного механизма. На одном колене коленчатого вала могут располагаться до пяти шатунов. Всасыванием и выпуском воздуха управляют автономно открывающиеся и закрывающиеся клапаны.

Существуют поршневые компрессоры с одним или несколькими цилиндрами, оппозитные, с V, W-образным или с L-образным расположением цилиндров, с одной или несколькими ступенями сжатия.

Рассмотрим различия между одной и двумя ступенями сжатия при использовании, например, 2-х цилиндрового компрессора с V-образным расположением цилиндров (см. рис. 4).

Рис. 4: Две ступени сжатия в поршневом компрессоре.

1: Фильтр на всасывании

2: Впускной клапан

3: Выпускной клапан

4: Первая ступень сжатия

5: Промежуточный охладитель

6: Вторая ступень сжатия

7: Коленчатый вал.

Одноступенчатый тип: цилиндры одинакового размера. Оба всасывают воздух, сжимают его и вытесняют в линию нагнетания.

Двухступенчатый тип: в первой ступени воздух сжимается до промежуточного давления. После промежуточного охлаждения он сжимается до конечного давления во второй ступени. Отношение диаметров цилиндров устанавливается конструктивно в зависимости от величины промежуточного давления. Рабочий объём поршня второй ступени значительно меньше рабочего объёма поршня первой ступени, так как предварительно сжатый воздух, поступающий на вход второй ступени, имеет значительно меньший объём. Автономные компактные клапаны управляют всасыванием и выпуском воздуха. Отношение давлений в ступенях устанавливается таким образом, чтобы в обеих ступенях совершался примерно одинаковый уровень работы. V-образное расположение цилиндров и равный вес поршней первой и второй ступеней, способствует уравновешенному вращению коленчатого вала и хорошему балансу масс.

Двухступенчатые поршневые компрессоры требуют меньшей мощности привода на м3 производимого сжатого воздуха по сравнению с одноступенчатыми машинами. Благодаря промежуточному охлаждению сжатого воздуха после первой ступени происходит уменьшение его объёма и соответственно квази-изотермическое сжатие. Производительность двух ступенчатого компрессора, по сравнению с одноступенчатым компрессором, при одинаковой мощности привода, увеличивается на 20% при давлении 10 бар. К тому же преимуществом многоступенчатого сжатия является понижение температуры воздуха в промежуточном охладителе. По этой причине такая конструкция очень надежна при использовании в больших агрегатах давлением до 15 бар.

Важной особенностью поршневых компрессоров является отвод тепла. Если не обеспечить отвод тепла, головка цилиндра не успевает охлаждаться. Последствия представить несложно: температура смазываемых узлов возрастает выше допустимого уровня, полностью выбираются тепловые зазоры, горячее масло, подаваемое к парам трения разбрызгиванием, не держит «масляный клин». В «лучшем» случае это грозит ускоренным износом механизма компрессора, в худшем – немедленным выходом из строя в результате заклинивания.

Это учитывается при проектировании компрессора. Для обеспечения теплосъема применяют принудительное охлаждение головки цилиндра – обдув воздухом. В качестве нагнетателя обычно используется вентилятор электродвигателя или шкив коленчатого вала компрессора. Чтобы повысить эффективность охлаждения, корпус головки изготавливают из сплавов с высокой теплопроводностью и делают оребренным, а для компрессоров больших мощностей применяется водяное охлаждение.

Поршневые компрессоры приводятся в действие, как правило, электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания. Привод коленвала компрессора осуществляется напрямую, через муфту, либо при помощи ременной передачи.

Принцип действия

Сжатие происходит по следующему циклу (см. рис. 5).

Когда поршень начинает перемещение из верхней мёртвой точки – давление в цилиндре снижается ниже давления всасывания (точка 4). Впускной клапан открывается, и воздух из всасывающей области, поступает в цилиндр.

Давление

всасывания

Обратное расширение

Давление

Движение поршня

всасывание

Расширение

давление

Рис. 5: Цикл сжатия воздуха.

Поршень проходит нижнюю точку и начинает перемещаться вверх, давление в цилиндре начинает расти. Как только оно превысит давление всасывания, впускной клапан закрывается (точка 1).

Давление продолжает расти до тех пор, пока не превысит давления нагнетания (точка 2). Выпускной клапан открывается, и сжатый воздух поступает в линию нагнетания вплоть до достижения поршнем верхней мёртвой точки. давление в цилиндре очень быстро понижается, и выпускной клапан закрывается (точка 3).

Повышение температуры при сжатии

Повышение температуры связано с повышением давления; это может быть выражено при помощи следующего равенства:

, где К = 1,38÷1,4

Для маслозаполненных воздушных компрессоров максимально допустимое повышение давления в ступени сжатия ограничивается максимально допустимым значением температуры сжатого воздуха на выходе из компрессора. Верхний предел температур, в зависимости от режима работы, в соответствии с Германскими Правилами Безопасной Эксплуатации (UVV, VBG 16), составляет от 160 до 220ºС. В результате этих ограничений верхнего предела температуры, возможно определение необходимого числа ступеней сжатия для достижения необходимого конечного давления сжатия (см. табл. 1):

Конечное давление сжатия

Число ступеней сжатия

20 – 250 бар

120 – 350 бар

200 – 450 бар

Табл. 1: Число ступеней сжатия в зависимости от рабочего давления.

Воздух, нагреваемый в процессе сжатия, охлаждается в охладителях, в которые он поступает после каждой ступени сжатия. В силу физических факторов, часть энергии привода, необходимой для работы компрессора, преобразуется в тепло, которое должно быть удалено. В поршневых компрессорах эту функцию выполняет воздушное или водяное охлаждение. Вследствие простоты конструкции поршневые компрессоры с воздушным охлаждением являются наиболее распространённым типом.

1.3. Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры относятся к классу ротационных компрессоров. В этих компрессорах понижение давления, необходимое для всасывания воздуха, достигается за счёт вращения винтов. Одно - и двухступенчатые ротационные компрессоры наиболее распространены на рынке. Значительным преимуществом большинства компрессоров этого класса является балансировка вращающихся масс, позволяющая устанавливать их без использования специального фундамента, вследствие незначительного уровня вибрации.

Конструкция винтового блока компрессора состоит из двух роторов, расположенных параллельно. Один из них имеет выпуклый профиль винта, а другой - вогнутый винтовой профиль. Эти профили вращаются в зацеплении. При вращении воздух сжимается между профилями и корпусом блока вследствие различного числа зубьев ротора в соответствии с принципом вытеснения.

Этот процесс может быть разделен на четыре фазы (см. рис. 6):

Рис. 6: Фазы сжатия винтовых компрессоров.

Воздух поступает в компрессорный блок через входное отверстие. Полости между зубьями роторов заполняются воздухом, что в какой-то степени напоминает такт впуска поршневого компрессора.

2-я и 3-я фазы:

Когда роторы, вращаясь перекрывают впускное отверстие, они образуют замкнутый объём между зубьями винтов и корпусом компрессорного блока. Замкнутая область уменьшается в объёме вследствие вращения роторов; воздух сжимается в замкнутом объёме.

Сжатие в замкнутом объёме продолжается до тех пор, пока замкнутая область, постепенно уменьшающаяся в размере, не соединится с выпускным отверстием.

Сжатый воздух вытесняется из компрессорного блока в линию нагнетания.

Маслозаполненные винтовые компрессоры

В маслозаполненных винтовых компрессорах, как правило, ведущим является один ротор. Так как винты входят в зацепление друг с другом, ведомый ротор автоматически вращается при вращении ведущего ротора. Масло, которое постоянно впрыскивается в винтовой блок, предотвращает металлический контакт между роторами. Кроме смазки винтового блока, масло выполняет ещё две важные функции: оно уплотняет зазоры между роторами, между роторами и корпусом компрессорного блока, а также отводит тепло, образовавшееся в процессе сжатия.

Количество масла, впрыскиваемого в компрессорный блок во время второй фазы, составляет 1 литр в минуту на киловатт мощности привода. Масло поступает вместе с воздухом в винтовой блок где происходит сжатие воздушно-маслянной смеси. Вследствие очень высокого содержания масла, Правила Безопасной Эксплуатации СЕ, не допускают повышение температуры сжатия выше 120ºС.

Современные маслозаполненные компрессоры, как правило, не оборудованы масляными насосами. Циркуляция масла осуществляется за счет разницы давлений в зоне всасывания винтового блока и в масляном резервуаре. Кратность циркуляции масла, безусловно, зависит от величины этого перепада, следовательно, от режима работы компрессора. Когда компрессор находится в режиме холостого хода, давление в резервуаре не превышает 1,0 – 1,3 бар, что достаточно для обеспечения смазки вращающихся винтов. Как только компрессор переходит в режим нагнетания, потребность винтового блока в масле резко увеличивается. Увеличение кратности циркуляции обеспечивается ростом давления воздушно – масляной смеси в масляном резервуаре.

Система клапанов включает в себя клапан минимального давления и обратный клапан.

Клапан минимального давления предохраняет компрессор от резкого снижения кратности циркуляции масла и выхода винтового блока из строя из-за перегрева при падении давления в масляном резервуаре. Такое падение давления может произойти при резком увеличении расхода сжатого воздуха в пневмосети по сравнению с производительностью компрессора, либо при заполнении воздухом пустой пневмосети в начале рабочего дня на предприятии. Клапан минимального давления перекрывает выход воздуха из масляного резервуара при падении давления в нем ниже 4,5 бар. Обратный клапан не позволяет сжатому воздуху из пневмосети поступать в компрессор, когда тот находится в режиме холостого хода или остановлен.

Клапан минимального давления, так же обеспечивает и условия работы масляного сепаратора. Не позволяя снижать давление в масляном резервуаре ниже 4,5 бар клапан, тем самым, ограничивает скорость протекания воздуха через фильтрующий элемент сепаратора и обеспечивает необходимую степень очистки сжатого воздуха, выходящего из компрессора от аэрозолей масла.

Масловоздушная смесь сначала подаётся в масляный резервуар, являющийся первой ступенью сепарации. Там воздух отделяется от масла. Масло, которое поглотило часть выделившейся тепловой энергии , затем охлаждается в масляном радиаторе и может снова впрыскиваться в компрессорный блок.

Любые оставшиеся частицы масла затем удаляются из сжатого воздуха в масляном сепараторе, расположенном на выходе из резервуара, перед подачей воздуха на выход из компрессора.

Конструкция винтового компрессора

1 – винтовой блок – здесь происходит сжатие воздуха

2 – электродвигатель – приводит винтовой блок во вращение через систему привода

3 – воздушный фильтр – служит для очистки воздуха, поступающего на сжатие в винтовой блок

4 - Регулятор всасывания – обеспечивает работу компрессора в рабочем режиме и в режиме холостого хода

5 – Масляный резервуар – первичная ступень сепарации масла

6 – Масляный сепаратор – финальная очистка воздуха от масла

7 – Клапан минимального давления - служит для защиты компрессора от падения давления в масляном резервуаре, обратный клапан – предохраняет компрессор от обратного движения воздуха

8 – воздушный радиатор – служит для охлаждения воздуха после сжатия, масляный радиатор – служит для отвода от масла тепла, образовавшегося при сжатии воздуха

9 – термостатический клапан – автоматически поддерживает температуру компрессорного масла на оптимальном уровне

10 – масляный фильтр – служит для очистки масла от загрязнений перед подачей его в винтовой блок

11 - напорный вентилятор – служит для принудительной подачи охлаждающего воздуха в корпус компрессора

12 – система управления компрессора Air Control - обеспечивает автоматическое взаимодействие вышеперечисленных компонентов.

Маслозаполненные винтовые компрессоры имеют давления сжатия на выходе от 4 до 15 бар. Объёмные расходы – от 0,5 до 70 м3/мин, они достигаются при помощи приводных двигателей мощностью от 4 до 500 КВт. Уровень шума при использовании шумоизоляции составляет от 63 до 80 Дб.

Вследствие их работы с низким уровнем вибрации винтовые компрессоры могут устанавливаться непосредственно на пол, без использования специального фундамента; благодаря хорошей шумоизоляции они также могут устанавливаться в рабочих помещениях. При установке обращайте внимание на Правила Безопасности.

Рекуперация тепла

Винтовые компрессоры зачастую используются при максимальной рабочей нагрузке (эксплуатация при 100% нагрузке). Так как около 80% тепла, выделяемом при работе маслозаполненного компрессора, поглощается маслом (температура масла составляет 85ºС), эта энергия может быть использована для нагрева воды (до 70ºС).

Безмасляные компрессоры

Безмасляные компрессоры нашли широкое применение в химической, фармацевтической и пищевой промышленности , где есть потребность в экологически чистом, лишенном примесей масла воздухе. Эти компрессоры делятся на следующие типы: безмасляные поршневые компрессоры, винтовые компрессоры сухого сжатия, компрессоры типа Рутс и многие другие. В некоторых областях, в качестве альтернативы безмасляным компрессорам, используются компрессоры, заполненные парафиновым маслом, так как оно, в отличие от минерального, нетоксично.

Винтовые компрессоры сухого сжатия

В винтовых компрессорах сухого сжатия применяются синхронизирующие шестерни для привода обоих роторов, чтобы предотвратить металлический контакт между ними. Однако из-за этого привода значительно возрастает стоимость винтового блока, отсутствует отвод тепла маслом, в результате степень сжатия в одной ступени составляет только 3,5 бар. Промежуточный охладитель и применение второй ступени позволяют увеличить степень сжатия до 10 бар. Компрессоры сухого сжатия имеют значительно меньшую производительность по сравнению с маслозаполненными агрегатами.

Водозаполненные винтовые компрессоры

Водозаполненные винтовые компрессоры являются достижением современной науки и сочетают преимущества маслозаполненных и безмасляных компрессоров: безмасляное сжатие воздуха при степени повышения давления в одной ступени до 13 бар с оптимальной производительностью.

Основной особенностью компрессоров нового поколения является замена компрессорного масла на натуральную, более экологически чистую и одновременно менее дорогостоящую жидкость – воду. Вода известна своей высокой удельной теплоёмкостью и теплопроводностью. Особенно при использовании дозированного впрыска в зону сжатия, температура в процессе сжатия не повышается более чем на 12ºС независимо от конечного давления сжатия. Последующее охлаждение произведённого сжатого воздуха больше не требуется. Циркуляционная вода должна охлаждаться в теплообменнике примерно до температуры окружающей среды. Влага, которая содержалась в сжатом воздухе, конденсируется в рефрижераторном осушителе. Если в маслозаполненных компрессорах конденсат был источником загрязнения окружающей среды , то водозаполненные компрессоры с такими же производительностями используют конденсат для пополнения контура циркуляции воды (при непрерывной эксплуатации при нормальных условиях окружающей среды). Эта непрерывная регенерация практически исключает накопление микроорганизмов в водяном контуре компрессора.

Процесс сжатия в водозаполненных винтовых компрессорах приближен к идеальному “изотермическому” сжатию. По сравнению с обычными компрессорами сухого сжатия, они способны повысить энергосбережение до 20%! К тому же тепловая нагрузка на узлы и детали компрессора минимизирована. Следовательно, система впрыска воды гарантирует высокую безопасность и надёжность в эксплуатации, что особенно важно в тяжёлых условиях работы. Кроме того исключается использование масла, образование маслосодержащего конденсата, масляных фильтров и емкостей для сбора отработанного масла – соответственно и издержки на них устраняются.

Водозаполненные винтовые блоки компрессоров производятся с использованием запатентованных поликерамических материалов и новейшего высокоточного технологического процесса. Новая система впрыска воды, также запатентованная, оптимально распыляет воду. Это гарантирует практически полный отвод тепла, образовавшегося в процессе сжатия воздуха аэрозолью воды.

Использование сжатого воздуха

ПНЕВМООБОРУДОВАНИЕ

Использование сжатого воздуха

На троллейбусе используется энергия сжатого воздуха для привода в работу определенной группы аппаратов. Используемое давление 8 атм. Допустимый перепад – 1,5 атм. При этом перепаде (6,5-8,0атм.) аппараты продолжают нормально работать.

Аппарата, в зависимости от выполняемой функции, объединены в три системы:

I. Тормозная – для привода в действие колод.тормоза барабанного типа

Два тормозных резервуара
Четыре тормозных цилиндра
Камазовский тормозной кран
Нижние стрелки манометров

II. Вспомогательная – для поддержания кузова на одинаковом расстоянии от дороги (рабочая высота пневмоэлементов 290мм)

6 пневмоэлементов
Вспомогательный резервуар (возможен и резервуар привода дверей)
Три регулятора уровня пола
Редуктор давления

III.Напорная (накопительная) – для сжатия, очистки и накопления воздуха

Двигатель-компрессор
Напорный (накопительный) резервуар (магистральный)
Регулятор давления (автомат компрессора)
Влагомаслоотделитель
Противозамораживатель
Обратный клапан
Предохранительный клапан
Буксирный клапан
Верхние стрелки манометров

-ВОЗДУХОПРОВОДЫ – стальные и медные трубки разного диаметра соединяют между собой аппараты пневмосистемы. К аппаратам, меняющим свое положение относительно шасси подведены резиновые шланги (регулятор давления, тормозные цилиндры, влагомаслоотделитель)

-РЕЗЕРВУАРЫ - для накопления, охлаждения сжатого воздуха и отдачи его по системам. При охлаждении в резервуарах скапливается конденсат, его необходимо периодически удалять через установленные на днище сливные краны при наличии давления в системе.

Представляют собой стальные цилиндрические емкости со сферическими днищами, внутри покрыты антикоррозийные покрытием.

Емкость одного резервуара 25л.

Новые резервуары испытываются заливкой масла, давлением – 13 атм.

Установлены: Два тормозных – под кабиной; два (три) остальных – под средней площадкой.

Уход :

1. После 1000 км. пробега проверять наличие утечки воздуха через краны

2. Не реже 1 раза в год снимать, очищать паром и горячей водой внутри.

3. Производить внешний осмотр при эксплуатации постоянно

ВЛАГОМАСЛООТДЕЛИТЕЛЬ

Служит для освобождения от влаги и масла воздуха, поступающего в систему

Cостоит из корпуса 7, имеющего верхнее и нижнее днище 2, 9. В корпус вмонтированы диффузор 6, решетка 3, входной патрубок 5, переходящий в направляющую спираль 4. Снизу установлен сливной кран.

1.Штуцер сливного крана 2. Днище

5. Входной патрубок 6. Диффузор

7. Выходной патрубок 8. Днище.

Работа: Сжатый воздух от компрессора поступает через входной патрубок 5 нижний отсек, там он расширяется, разгоняясь по спирали 4 . Тяжелые капли влаги и масла оседают на стенках и решетке 3 , стекают в углубление нижнего днища 2 . Затем воздух по диффузору поднимается вверх, оставляя на нем капли влаги и масла и через выходной патрубок 8 уходит в систему. Капли стекают по диффузору через решетку в нижнее днище и там накапливаются. Получившийся конденсат нужно периодически сливать через сливной кран, имеющий шаровый клапан и тягу.

В современном высокотехнологическом мире сжатый воздух незаменим, он используется повсеместно и на сегодняшний день является вторым по важности источником энергии после электричества для очень многих промышленных предприятий.

Что же представляет из себя сжатый воздух? Какие существуют принципы и особенности сжатия воздуха, и что следует помнить при работе с ним?

Начнем с определения: сжатый воздух - это воздух, который находится под давлением, превышающим атмосферное. По сути, сжатый воздух - это сжатый атмосферный воздух, то есть тот воздух, которым мы дышим, который состоит из различных газов:

21% кислород

1% другие газы.

Состояние воздуха (газа) можно описать тремя параметрами:

Давление (Р);

Температура (С);

Удельный объем (Vуд.);

В технологии сжатия воздуха все три параметра измеряются в конкретных величинах:

Рабочее давление (давление сжатия) измеряется в барах;

Температура сжатого воздуха измеряется в градусах Цельсия;

Объем используют как для определения размеров ресивера, так и для расхода компрессорами сжатого воздуха, выраженный в лит./мин или куб.м./час

Одним из средств сжатия воздуха является его “выработка” компрессорным оборудованием. Таким образом, сжатый воздух начинает свой путь в компрессоре.

Прежде чем попасть к потребителю сжатый воздух проходит следующие этапы:

На каждом из этих этапов происходит своего рода трансформация воздуха из одного состояния в другое. Рассмотрим основные принципы и особенности сжатого воздуха.

Температура.

В процессе поступления воздуха из атмосферы в компрессор воздух начинает сжиматься. В момент сжатия воздуха в компрессоре его температура может достигать до 180 С , однако через какое-то время, когда воздух попадает дальше, в ресивер, его температура начинает падать, к примеру, на “выходе” из поршневого компрессора она равняется примерно 40-45 С .

Таким образом, падение температуры сжатого воздуха “на лицо”, и воздух, действительно, остывает. В тот момент, когда его температура начинает понижаться, идет процесс возникновения конденсата или другими словами влаги. Таким образом, о сжатии воздуха важно знать следующее:

При сжатии всегда происходит повышение температуры. Чем сильнее сжимается воздух, тем выше поднимается температура, и даже при сжатии воздуха до невысокого давления происходит значительное возрастание температуры.

Повышение температуры происходит не из-за механического трения частей компрессора и тому подобного, а из-за самого сжатия.

Водяные пары также сжимаются, и при последующем понижении температуры - конденсируются.

При сжатии воздуха пары воды становятся основным загрязнением.

В сжатом воздухе сконденсировавшаяся вода является загрязнением, которое улавливает и переносит другие загрязнения.

Концентрация вредных веществ возрастает, и может стать опасной, если их не удалить.

Самое главное - то, что в итоге сжатия воздуха после падения температуры воздуха возникает конденсат, и это может стать настоящей проблемой для потребителя.

Значительное содержание воды в сжатом воздухе становится причиной коррозии пневмосети. Взвешенные частицы и ржавчина действуют как абразив на элементы пневмоавтоматики. Всё это приводит к серьезным повреждениям пневматического оборудования, тем самым вызывая простои оборудования, повышение эксплуатационных расходов и повреждение производимых изделий.

Состав сжатого воздуха.

При подаче в компрессор обычный воздух содержит около 1,8 миллиардов частиц пыли. Таким образом, воздух, попадающий в компрессор, уже содержит загрязнения в виде твердых частиц. К этому надо добавить и то, что мы уже выяснили - некоторое количество влаги или водяного пара, который при сжатии конденсируется, тоже образует загрязнение воздуха. Но и это еще не все: в процессе работы маслянных компресоров в воздушный поток (в результате нагревания масла) могут попадать масляные пары и образовавшийся углерод.

Масляный туман или пар, исходящий из потока сжатого воздуха, может стать причиной сбоя в работе компрессора, сколов краски от корпуса либо появления отверстий (пробоин) на нем. При эксплуатации компрессора в пищевой отрасли либо в медицинской сфере существует риск попадания вредных веществ в организм человека. Масляный туман является наиболее трудновыводимым элементом при его отделении от воздушного потока.

Все это в целом приводит к тому, что загрязнения в атмосферном воздухе с наличием водяных паров и масляного тумана, в процессе работы компрессора превращаются в 2 миллиарда частиц пыли и 0,03 мг/м.куб. масляных паров в выходном воздушном потоке.

Попадая в пневматическую систему, такая агрессивная смесь приводит к ускоренному износу оборудования и выходу его из строя.

Поэтому встает вопрос о качестве воздуха, которое определяется содержанием частиц пыли, масляного тумана и водяных паров. Требование к качеству сжатого воздуха определяет производитель оборудования и нормируется по DIN ISO 8573-1:2001 или ГОСТ 17433-80. Существуют следующие стандарты ISO для типов сжатого воздуха:

Очистка сжатого воздуха.

В последнее время производство качественного сжатого воздуха приобрело особое значение, так как современная промышленность предъявляет высокие требования к оборудованию, а потребитель - к качеству выпускаемой продукции. В связи с этим существуют комплексные системы подготовки и очистки сжатого воздуха. Если коротко остановится на основных этапах, то они выглядят так.

Для принудительного удаления влаги из сжатого воздуха на первом этапе применяют охладители воздуха, которые охлаждают горячий, содержащий влагу воздух до температуры +10 С по отношению к температуре окружающей среды. В результате резкого охлаждения происходит процесс конденсации. На выходе из охладителя сжатый воздух содержит влагу в виде взвеси капелек воды - водяного конденсата и пара. На следующем этапе получения сжатого воздуха с необходимой точкой росы (содержанием влаги) используются осушители сжатого воздуха.

Для удаления содержащихся в сжатом воздухе других посторонних примесей (песок, пыль, частицы метала от трущихся элементов компрессора, продукты окисления пневматической магистрали, пары масел и т. п.), применяются магистральные фильтры.

Таким образом, какими бы ни были требования по чистоте воздуха, современные системы подготовки и очистки воздуха позволяют эффективно подготовить и очистить воздух до необходимого уровня.

DIN ISO 8573-1:2001 Качество сжатого воздуха

Стандарт качества сжатого воздуха для каждой категории применения

Пневмомагазин.ру

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Теоретические основы технологии сжатия воздуха

2. Потребление сжатого воздуха на металлургическом предприятии

3. Характеристики компрессорных установок

4. Энерогосбережение сжатого воздуха на промышленном производстве

5. Система воздухоснабжения комбината «Запорожсталь» .Снижение затрат на производство сжатого воздуха

6. Система автоматизированного управления компрессорами на комбинате «Запорожсталь»

Список используемой литературы

1. Теоретические основы технологии сжатия воздуха

воздух металлургический компрессорный комбинат

Производство сжатого воздуха в металлургической отрасли выполняет свою самую древнюю функцию -- участвует в технологических процессах в качестве реагента, содержащего кислород. Главная функция сжатого воздуха в металлургии -- дутье, т.е. подача сжатого воздуха в самые различные производственные агрегаты -- домны, мартены, конвертеры. Дутье является необходимым фактором технологических процессов в этих агрегатах, так как без воздуха, а точнее без кислорода, нет горения

Применение сжатого воздуха позволило механизировать и интенсифицировать ряд технологических процессов в промышленности. Широкому использованию сжатого воздуха как энергоносителя способствовали его особые свойства: упругость, прозрачность, безвредность, негорючесть, неспособность к конденсации, быстрая передача давления и неограниченный запас в природе. Однако производство сжатого воздуха дорогостоящий процесс, так как он требует большого количества электрической энергии на привод компрессоров. На ряде предприятий расход электрической энергии на выработку сжатого воздуха достигает 20...30% от общего количества потребляемой электрической энергии.

Но что представляет собой сжатый воздух?

Сжатый воздух - это сжатый атмосферный воздух. Атмосферный воздух - это воздух, которым мы дышим. Это смесь различных газов: 78% азот, 21% кислород и 1% другие газы.

Состояние газа описывается тремя параметрами: давление р температура Т удельный объём V удел ьный объем

Воздух среднего давления необходим для пуска основных и/или вспомогательных судовых дизельных двигателей, генераторов на дизельных электростанциях. Сжатый до 30-40 бар воздух используется в промышленности, например, для испытания изделий на герметичность и прочность, а также для производства полимерной тары (т.е. в ПЭТ индустрии).

Высокое давление необходимо в большинстве областей использования для хранения больших объемов сжатого воздуха в максимально малых емкостях. Например, для получения и хранения атмосферного воздуха в сосудах под давлением 225 и 330 бар, которые используют аквалангисты, профессиональные водолазы, спасатели и пожарные.

Применение сжатого воздуха высокого давления в сочетании с высокой температурой создает оптимальные условия при покраске изделий свинецсодержащими красками. В металлургии при удалении окалины сжатый воздух управляет струей воды под высоким давлением. В гидрометаллургии сжатый воздух применяется в автоклавном производстве никеля, вольфрама.

Компрессоры высокого давления применяются при разведке, освоении, эксплуатации и обслуживании месторождений, при строительстве новых и модернизации существующих объектов нефтяной и газовой промышленности, при обучении технического персонала по эксплуатации трубопроводных систем. Сжатый воздух применяется для продувки и осушки трубопроводов, при ремонтных работах на действующих, а также при сварочных работах на новых трубопроводах, когда необходимо обеспечить герметичность швов.

На распределительных трансформаторных подстанциях компрессоры высокого давления (100-420 бар) используется для активации электрических переключателей, с помощью которых регулируется подача электроэнергии, передаваемой с подстанции конечным потребителям. Сухой сжатый воздух используется для изоляции силовых переключателей от окружающего воздуха высокой влажности. Сжатый воздух за доли секунды гасит высоковольтную дугу в высоковольтных размыкателях.

На ГРЭС, ТЭЦ сжатый воздух применяют для вентиляции и очистки хранилищ сырья от угольной пыли, очистки котельных от сажи, образующейся при сжигании углеводородного топлива, очистки от нагара внутренней поверхности дымовых труб. Сжатый воздух применяется для пуска и остановки турбин, охлаждения отработавшего в турбине ГРЭС водяного пара. На ГЭС сжатый до 40-70 бар воздух в сочетании с гидравликой позволяет корректировать мощность, выдаваемую гидротурбинами. Корректировка обеспечивается изменением положения лопастей рабочего колеса и направляющего аппарата, изменением сечения сопел гидротурбин.

Производство сжатого воздуха очень весьма энергозатратное как с вязи с низким КПД установок

Применяемые для получения сжатого воздуха машины характеризуются производительностью (подачей) V (м3/с) и степенью повышения давления _. Подача (производительность) компрессора рассчитывается по формуле

где л-- коэффициент подачи, учитывающий снижение производительности машины в реальном процессе; V т--теоретическая подача.Сегодня от 25 % до 40 % потребляемой на предприятиях электроэнергии приходится на производство сжатого воздуха.К сожалению, большинство традиционно применяемых систем подготовки и транспортировки сжатого воздуха крайне неэффективны -- их общий КПД не превышает 20 %. Соответственно, повышение эффективности этих систем по зволит достичь существенной экономии энергоресурсов Коэффициент подачи л находится по формуле

где з v -- объемный КПД компрессора, характеризующий снижение производительности вследствие неполного за3 полнения цилиндра или межлопастного пространства (с ростом конечного давления p 2 _v снижается, а при значительном увеличении степени повышения давления становится равным нулю и подача прекращается), для поршневого компрессора _зv = 0,7...0,9; зp учитывает снижение подачи вследствие сопротивления всасывающего тракта (воздуховод, воздушный фильтр, влагоотделитель), зp = 0,8...0,95; зt учитывает снижение производительности компрессора вследствие нагрева поступающего в компрессор воздуха за счет контакта с горячими металлическими стенками, зt = 0,9...0,95; зw учитывает снижение подачи вследствие влажности засасываемого воздуха, зw = = 0,98...0,99; зн учитывает влияние утечек и перетоков воздуха, зн = 0,95...0,98. Сжатый воздух, в силу своих свойств, существенно отличается от других энергоресурсов:

1. Сжатый воздух не обладает собственной калорийностью, характеризующей объемы использования пара и теплофикации;

2. Сжатый воздух не обладает теплотворной способностью, являющейся основной характеристикой всех видов топлива;

3. Сжатый воздух не используется в химических реакциях как кислород и твердое топливо;

4. В силу своей многокомпонентности сжатый воздух не может быть использован для образования защитной среды как азот и аргон;

5. Сжатый воздух не обладает высокой удельной теплоемкостью (как вода), характеризующей объемы перекачки технической воды;

6. Сжатый воздух, отчасти, как и электроэнергия, используется в различных по принципу действия приводах для трансформации в механическую работу;

7. Отличительной особенностью является возможность преобразования кинетической энергии струи энергоносителя (струйные пневмоприемники) в механическую.

Все эти отличия обусловливают специфику использования сжатого воздуха как энергоресурса. Основной характеристикой ресурса является способность выполнения работы единицей объема при рабочих параметрах. Отсюда вытекает прямая зависимость расхода ресурса от его плотности в сжатом состоянии. В свою очередь, плотность расходуемого воздуха зависит от давления и температуры.

Перечисленные выше свойства сжатого воздуха как энергоресурса и специфические особенности его выработки определяют необходимость организации работы по энергосбережению у потребителей, в сетях и на источниках сжатого воздуха. Необходимо искать и реализовывать наиболее эффективные способы выполнения этой работы, направленной на изменение и настройку системы распределения (конфигурацию и параметры сетей сжатого воздуха) в условиях изменения структуры основных потребителей и постоянно меняющихся требований к параметрам ресурса.

На металлургическом комбинате источником сжатого воздуха являются компрессорные станции кислородного цеха и локальное компрессорное оборудование, установленное непосредственно в подразделениях комбината. Спецификой распределения сжатого воздуха являются значительная протяженность сетей, различные требования к параметрам сжатого воздуха (давлению, степени осушки) у потребителей, географическая разбросанность источников и основных потребителей.

Одними из основных потребителей эл.энергии в кислородном производстве крупных металлургических предприятий являются компрессоры.В основном для воздушной компрессии применяются центорбежные многоступенчатые компрессоры с промежуточным охлаждением воздуха между ступенями типа К-1700,К-1500 ,К-500,К-250.

2. Потребление сжатого воздуха на металлургическом предприятии

Не меньшую роль играет сжатый воздух при выплавке стали. В мартеновские печах если процесс выплавки чугуна -- восстановительный, то выплавка стали из чугуна и металлического лома -- окислительный процесс При выплавке стали удаляются примеси -- углерод, кремний, марганец, которые окисляются. А для окисления нужен кислород.

Сжатый воздух, производимый в кислородно компрессорном цехе используется на технологические нужды в мартеновских (25-70%), прокатных (15-35%) и доменных цехах (5-15%). Расход сжатого воздуха в доменных цехах значительно превышает расход воздуха в каких-либо других производствах. Так, для получения 1т чугуна необходимо около 3000 м3 воздуха при нормальных условиях. Для дутья в доменные печи необходим воздух давлением 0,3-0,4 МПа.

Удельные расходы электроэнергии на основные виды продукции составляют:

Продукция	Металлургическое предприятие	М кал/т	Мкал/т
	15 кВт·ч/т
Сталь мартеновская	11 кВт·ч/т
Электросталь	727 кВт·ч/т
	94 кВт·ч/т
	47 кВт·ч/т
Кислород	490 кВт·ч/тыс. м 3
Сжатый воздух	550 кВт·ч/ тыс. м 3
Агломерат	37 кВт·ч/т

Сжатый воздух к потребителям транспортируют с помощью развитой сети воздухопроводов, с воздуходувной и компрессорной станций раздельно. Воздухопроводы к доменной печи теплоизолированы, так как температура воздуха после сжатия повышается до 200 0 С. Эти воздухопроводы имеют диаметры, достигающие 2500 мм.

Для сжигания топлива в обжиговых, нагревательных и термических печах используют сжатый воздух давлением 0,003-0,01 МПа, подаваемый центробежными нагнетателями (вентиляторами), устанавливаемыми в непосредственной близости от потребителя.

Общее требование для сжатого воздуха - отсутствие механических примесей, влаги, паров масла. Очистка от механических примесей осуществляется с помощью фильтров, а от влаги и паров масла - путём охлаждения сжатого воздуха. Однако при этом не вся влага конденсируется, и её наличие в трубопроводах может привести к образованию зимой ледяных пробок. Получение сжатого воздуха требует значительных затрат (так, стоимость доменного дутья - 30% стоимости чугуна).

СВС промышленного предприятия строго соответствует данному выше определению системы, включая основные ее элементы: генератор - компрессорную станцию, коммуникации сжатого воздуха и распределительные устройства потребителя. Она предназначена для централизованного обеспечения разнообразных промышленных потребителей сжатым воздухом требуемых параметров (давление, температура, расход, влажность) в соответствии с заданным графиком потребления. СВС включает в себя компрессорные и воздуходувные станции, трубопроводный и баллонный транспорт для подачи сжатого воздуха к потребителям и распределительные устройства сжатого воздуха самого потребителя.

Сжатый воздух на промышленном предприятии используется по двум основным направлениям: технологическому (для выплавки чугуна и стали в металлургии, получения кислорода в воздухораспределительных установках и т.д.) и силовому (для привода различных машин и механизмов в машиностроении, горнодобывающей промышленности, кузнечном и других производствах).

Компрессорная станция для производства сжатого воздуха включают в свой состав устройства для забора воздуха, очистки его от пыли, компрессоры и приводные двигатели, теплообменники охлаждения, вспомогательное оборудование, предназначенное для дополнительной обработки воздуха (осушка, очистка, изменение давления, аккумуляция).

В зависимости от необходимых потребителям расхода воздуха и его давления станции оборудуются центробежными компрессорами с избыточным давлением сжатого воздуха 0,35-0,9 МПа и единичной производительностью 250-7000 м 3 /мин или поршневыми - соответственно с давлением 3-20 МПа и единичной производительностью не более 100 м 3 /мин.

Коммуникации сжатого воздуха имеют радиальные (III на рис. 1а) и кольцевые (IV на рис. 1б) участки. Последние применяют при компактном, сосредоточенном расположении потребителей, а также при повышенных требованиях к надежности обеспечения сжатым воздухом потребителя (позиция 3).

При воздухоснабжении от поршневых компрессоров в линии сжатого воздуха всегда устанавливаются ресиверы 11 выполняющие роль аккумуляторов при различии расходов воздуха, выработанного компрессором и необходимого потребителю. Для СВС с турбокомпрессорами роль аккумулирующих емкостей выполняют трубопроводы, диаметр и протяженность которых достаточно велики. Наиболее распространенная схема воздухоснабжения крупных технологических потребителей сжатого воздуха (например, доменных печей) показана

Рис. 1 .1Схема воздухоснабжения промышленного предприятия

Рис.2.1 Схема воздухоснабжения крупных потребителей сжатого воздуха

Доля расхода первичной энергии для производства сжатого воздуха на различные нужды колеблется от 5 до 30% от общего энергопотребления на производство конечного технологического продукта.

Большое значение сжатого воздуха как энергоносителя определяется еще и тем, что от надежности систем воздухоснабжения зависит и надежность, а в ряде случаев и безопасность осуществления технологического процесса.

Прекращение подачи воздуха в большинстве случаев ведет к крупной аварии на предприятии.

В металлургии сосредоточены и самые крупные компрессорные агрегаты как поршневые, так и турбокомпрессоры. Некоторые из них, например, КТК-25 и КТК-12,5, созданы специально для доменных печей заводов черной металлургии. На предприятии металлургии наибольший процент турбокомпрессоров из общего количества компрессорных машин, а доля поршневых компрессоров составляет около 20% и имеется тенденция к ее уменьшению.

Доля энергопотребления на производство сжатого воздуха на предприятиях составляет 5 7% от общего расхода энергии на производство основного продукта цеха, предприятия, а удельные расходы энергии на производство сжатого воздуха составляют от 80 до 140 кВт*ч/1000 м 3 (в зависимости от типа компрессоров, условий охлаждения и эксплуатации).

Расход сжатого воздуха на единицу продукции для наиболее крупных технологических потребителей составляет: для производства чугуна 800-1000 м 3 /т чугуна, мартеновской стали 60-140 м 3 /т стали, конвертерной стали 30 м 3 /т стали, электростали 70 м 3 /т стали, на прокатных станах 20 50 м 3 /т проката. Большие количества потребления сжатого воздуха единичным потребителям и индивидуальный технологический режим потребления приводят к необходимости блочной компоновки компрессора и технологического агрегата с индивидуальным регулированием и расположением компрессора у потребителя.

Сопоставимо с черной металлургией по абсолютным масштабам потребление сжатого воздуха на предприятиях цветной металлургии, хотя в этой отрасли и отсутствуют такие крупные единичные потребители, как доменные печи или конверторы. Этим объясняется и большое разнообразие применяемых для воздухоснабжения нагнетательных машин: отличающихся по производительности и давлению поршневых компрессоров, турбокомпрессоров и особенно воздуходувок с давлением нагнетания от 0,15 до 0,25 МПа.

Крупные потребители сжатого воздуха сосредоточены в литейных и кузнечных цехах машиностроительных заводов (пескоструйные аппараты, прессы, трамбовки, вибраторы, обрубные машины).

Также потребители сжатого воздуха сосредоточены в литейных и кузнечных цехах.Большое разнообразие мелких потребителей, индивидуализация режимов их работы определяет сложные графики воздухопотребления, характеризующиеся значительной суточной и недельной неравномерность. Большие количества сжатого воздуха потребляют воздухоразделительные установки (ВРУ). Этот тип потребителя может рассматриваться как обособленно, так и в качестве под отрасли.

Особенность потребления воздухоразделительными станциями определяется спецификой самих ВРУ, эксплуатационные режимы которых трудно поддаются регулированию. Поэтому графики нагрузок воздушных компрессоров для ВРУ постоянны. Параметры сжатого воздуха как исходного сырья для воздухоразделительных установок разнообразны и также определяются типом установок.

Установки большой производительности и низкого давления с единичным потреблением воздуха (20000 90000)м 3 /ч обслуживаются турбокомпрессорами К-1500-62-2, К-250-41-2, К-500-42-1.В установках средней и малой производительности давление потребляемого воздуха может быть 3 20 МПа, и для этих ВРУ используются поршневые, а в последнее время и винтовые компрессоры.

Для ВРУ характерно, что затраты энергии на сжатие воздуха составляют, в зависимости от типа установок, от 70 до 90% всех энергозатрат установки.

Снабжение потребителей на промышленных предприятиях воздухом в значительной мере осуществляется от локальных воздухоподающих установок и станций. Общая централизованная система вохдухоснабжения применяется только для некоторых отдельных параметров, в первую очередь компрессорного воздуха. Обычно промышленное предприятие оборудовано одной или несколькими компрессорными станциями, которые обеспечивают всех потребителей сжатого воздуха давлением 4-7 ати. Воздух других параметров подаётся потребителям от местных установок. Подобная структура схемы воздухоснабжения вызвана рядом соображений. Во-первых, большинство потребителей требует каждый своих конкретных параметров воздуха. Обеспечить централизованным воздухоснабжением весь набор этих параметров весьма сложно. Транспортировка воздуха от общих воздухоподающих станций потребовала бы большого числа длинных и разветвлённых трубопроводов разного диаметра, пересекающих во всех направлениях территорию завода. Стоимость сооружений всей этой системы была бы очень велика. Во-вторых, транспортировка больших масс воздуха на большие расстояния вызвала бы большие потери напора и, следовательно, потребовала бы установки высоконапорных машин и большого перерасхода энергии. В-третьих, регулирование расхода или давления воздуха данных параметров, учитывая небольшое число крупных потребителей этого воздуха и их взаимное влияние, было бы крайне осложнено.

Подавляющее большинство металлургических потребителей, особенно крупных, снабжаются воздухом от собственных установок. При этом установка или станция может обслуживать либо отдельный агрегат (например, печь), либо группу агрегатов, в основном, однотипных.

3. Характеристики компрессорных установок

На рис.3.1 показана эксергетическая диаграмма потоков системы воздухоснабжения, из которой видно, что наибольшая часть потерь (до 50%) приходится на 1-й элемент системы - компрессорную станцию, в том числе и потери со сбросным теплом охлаждения компрессора, составляющими около 15%. С учетом потерь в коммуникации () и у потребителя () КПД системы составляет 30%.

Таблица 2.1.

Структура приведенных затрат

Как видно из табл. 2.1., капитальные вложения в структуре приведенных затрат составляют не более 8%, что указывает на важность любых мероприятий, направленных на улучшение эксплуатационных показателей компрессораУвеличение единичной мощности агрегатов на станции № 2 (например, полная или частичная замена компрессоров К-250-61-5 на компрессоры К-500-62-1 или К-1500-62-1) может привести к снижению себестоимости сжатого воздуха на 5-11%. К значительному снижению себестоимости сжатого воздуха на 15-25% приводит утилизация теплоты сжатия.

Сжатый воздух применяется на электроподстанциях для приведения в действие пневматических приводов выключателей и разъединителей. В воздушных выключателях сжатый воздух используется для гашения электрической дуги и вентиляции внутренних полостей выключателей для удаления осаждающейся на них влаги. В выключателях с воздухонаполненным отделителем, а также в выключателях серий ВВБ, ВНВ и др. сжатый воздух выполняет роль основной изолирующей среды между главными контактами выключателя, находящегося в отключенном положении.

Потенциальная энергия сообщается воздуху в процессе его сжатия и используется затем в пневматических приводах для совершения механической работы. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию струи расширяющегося сжатого воздуха.

Для работы воздушных установок сжатый воздух накапливается в резервуарах этих установок. В свою очередь резервуары пополняются от систем, предназначенных для получения сжатого воздуха.

Подбор оптимальной схемы распределения и рациональных режимов производства и потребления сжатого воздуха ведет к экономии, что не может не оказать значительного влияния на энергобаланс предприятия в целом. Поскольку на производство сжатого воздуха расходуется электроэнергия, его экономия влечет за собой снижение затрат на покупку энергоресурсов.

Особенностью выработки сжатого воздуха является то, что производительность компрессорного оборудования зависит от сезонного изменения плотности атмосферного воздуха (летом плотность воздуха на 15-17% ниже, чем зимой) и давления нагнетания.

Увеличение давления с 5,0 до 6,0 кгс/см2 влечет снижение производительности компрессора на 4-7%, а затраты энергии на компремирование при этом возрастают на 7-10%. Существенным фактором, негативно влияющим на работу компрессорного оборудования, является неритмичное потребление сжатого воздуха, объемы которого доходят на некоторых компрессорных станциях до 40%. Для обеспечения стабильной работы потребителей, при наличии значительных объемов неритмичного потребления, персонал компрессорных станций вынужден поддерживать повышенное давление сжатого воздуха на источниках. Кроме того, знакопеременные нагрузки на оборудование при частых циклах «загрузки-разгрузки» компрессоров влекут преждевременный выход из строя отдельных узлов, на восстановление которых требуются значительные финансовые средства, время и трудозатраты.

Энергетические характеристики компрессора

На рис. 4 представлены энергетические характеристики компрессора К-1500 сразу после обработки ТСП ПЗС. Диапазон изменения производительности - 70...90 тм 3 /ч. Диапазон изменения давления - 6,0...6,6 кгс/см 2 . Показатели потребления электроэнергии снимались со счетчика активной составляющей электроэнергии. Все показания фиксировались штатными приборами.

На рис.1 представлены аналогичные характеристики по результатам повторных испытаний 22.07.12 г. Условия проведения испытаний хуже условий предыдущих, так как температура всасываемого воздуха была +24°С против +3°С 30.04.12 г.

После проведения обработки компрессор отработал 1944 часа. На этом же рисунке представлена кривая энергопотребления компрессора в 2011 г. Для корректности сравнения результатов энергопотребления выбраны одинаковые значения производительности компрессора, то есть сравнивается потребление электроэнергии агрегата при одинаковом выпуске объема продукции.

На рис.2и3 показано сравнение удельных норм потребления электроэнергии в трех временных точках (2011 г., 30.04.12г., 22.07.12 г.), при трех фиксированных значениях выработки воздуха (75 тм 3 /ч, 80 тм 3 /ч, 85 тм 3 /ч).

Рис.6 Временной график производства сжатого воздуха выбранный в определенный момент времени.

Рис.7 Замер расхода сжатого воздуха на линии мартеновского трубопровода к мартенам

По окончании замеров были получены следующие результаты:

· Пиковый расход на данном участке достигает величины 12,5 м3/мин.

· Однако на графике видно, что минимальная величина расхода при кратковременных рабочих перерывах соответствует величине 5,5 м3/мин. Во время данных перерывов потребители сжатого перезагружали печь.

· Из этого следует вывод, что данная величина соответствует утечкам в пневмосети данного участка. Действительно, во время визуального осмотра участка были обнаружены частичные утечки в запорной арматуре, нарушение трубы, в пневмоцилиндрах.

· Отняв величину утечек, получим реальное потребление в верхних пределах до 7 м3/мин.

· Реальная средняя величина расхода составляет от 3,5 до 5 м3/мин. Отдельные кратковременные пиковые значения до 2-х м3/мин сверх средней величины занимают не продолжительное время, интервалами от 0,5 до 1,5 минут. Такие кратковременные импульсы расхода сжатого воздуха легко компенсируются запасом сжатого воздуха в ресиверах-воздухосборниках имеющегося объёма.

· Таким образом, сократив величину утечек хотя бы до 0,5 м3/мин, можно взять за ориентир средний расход на данном участке 6,5 м3/мин.

Рис8 Замер производительности компрессорных установок компрессорной станции.

Замеры производительности компрессорных установок производились в рабочую смену, что бы исключить влияние рабочего процесса производства на выполнение и достоверность замеров.

Для каждого компрессора были созданы одинаковые условия. В мартеновском цеху был открыт вентиль обеспечивающий выход потока сжатого воздуха в атмосферу. Компрессоры включались поочерёдно согласно порядку указанному на графике ниже. Отводилось определённоё время для выхода компрессора на номинальный режим работы. По контрольным манометрам, установленным в компрессорной станции и на воздухосборниках, отслеживался момент, когда давление в системе стабилизировалось. Регулярно, это было давление величиной 0,25 МПа (или 2,5 бара). Проработав в этом режиме в течение 1-2 минут, для того чтобы расходомер зафиксировал стабильные показатели, компрессор выключался и процедура повторялась со следующим компрессором

Были получены следующие результаты:

· Наилучшие показатели выявлены у компрессоров №1 и №3 - 18,47 и 18,8 н.м3/мин. соответственно.

· Худшие показатели у компрессора №2 -16,65 н.м3/мин. и №4 - 15,7 18,8 н.м3/мин. Низкие показатели производительности говорят о плохом состоянии поршневой группы и системы клапанов данных компрессорных установок.

· При повышении нагрузки на компрессоры, то есть повышение давления в пневмосистеме до рабочего 6,5-7 бар, показатели производительности станут ещё ниже по указанной выше причине.

Высокие коэффиценты рабочего времени,использования производительности и заполнения годового графика имеют воздушные компрессора кислородного производства, ВТО время как общезаводские компрессорные станции менее загружены. Полученные показатели дают общее представление о работе компрессорного оборудования, но не оценивают в полной мере его техническое и термодинамическое состояние.

Для оценки совершенства сжатия воздуха в компрессорах с охлаждением принято пользоваться КПД,который зависит от ряда факторов:

Количества неохлаждаемых групп ступеней-секций;

Полной степени повышения давления;

Степени повышения давления секций;

Количества промежуточных охладителей4

Потерь давления в них;

Начальной температуры воздуха и охлаждаемой воды.

Изометрический КПД для идеального компрессора при 2-х промежуточных охладителях и полной степениповышения давления,равной 8,состовляет 90%.По результатам приборного энергетического обследования изометрический КПД колеблется 61-69%,что является приемлемым для компрессоров70-80-х годов Невского завода(НЗЛ).

При перерасчете с полезной мощности компрессора на электрическию принимались следующие значения КПД:

Мех.КПД з м =0,98-0,99;

КПД утечек з ут. =0,96-0,97;

КПД зубчатой передачи з з.п. =0,98-0,99;

КПД электродвигателей з эл.двиг. =0,97

Общий КПД с учетом политропного сжатия воздуха в ступенях колеблется от 72-82%.

Фактическая объемная производительность воздушных компрессоров турбокомпрессоров в летний период ниже паспортной, то же самой можно и о давлении на выходе из компрессора.Работа компрессора на меньшее давление, чем номинальное,приводит к неоптимальному распределению давления по ступеням. Таким образом,отклонение степени повышения давления от теоретически оптимального сопровождается увеличение удельной работы компрессора и в целом приводит к завышенному расходу эл.энергии.

Неэффективное промежуточное охлаждение воздуха водой в теплообменниках также приводит к увеличению удельной работы сжатия в ступенях и к повышению потребляемой мощности.

Были представлены результаты воздушного компрессора К-1500-62-2.Данные показывают,что недоохлаждение воздуха до начальной температуры 35-40 0 С ведет к повышению затраченной мощности на 1,5и 1,3 МВт.

Возможное снижение удельной работы сжатия и эл.мощности воздущных компрессоров в результате охлаждении воздуха до 40 и 35 0 С.Из рисунка видно,что охлаждение воздуха до 40 и 35 0 С позволяет снизить удельную работу сжатия и потребляемую мощность компрессора в среднем на 15-20%.

На рис показано, что за 10 лет эксплуатации компрессора стоимость энергии, необходимой для работы системы, существенно превышает начальные капиталовложения. На этом рисунке видно, что на долю техобслуживания приходится 7% совокупных затрат, но оно необходимо для достижения максимальной эффективности любого компрессора. На типичном промышленном предприятии на долю сжатого воздуха приходится до 10% совокупных затрат на электроэнергию, при этом на некоторых производствах эта доля выше.

Структура затрат определяется конкретными условиями. Ее примерный вид показан на рис. 1.

Самую большую долю затрат составляет оплата электроэнергии, потребленной компрессором. Эта сумма определяется двумя основными факторами:

Энергией, вкладываемой в сжатие 1 м3 воздуха, зависящей от давления нагнетания (рис),

Стоимостью киловатт-часа электроэнергии.

Так, при стоимости киловатт-часа 88 коп. и давлении нагнетания 7 бар затраты на электроэнергию, необходимую для производства 1 м3 сжатого воздуха, составляют 1,2 грн. Это нижняя граница диапазона стоимости кубометра воздуха, когда не учитываются стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию. В действительности с учетом остальных статей затрат суммарная стоимость 1 м3 сжатого воздуха превышает "электрическую" составляющую в 1,5 - 2 раза. Таким образом, стоимость сжатого воздуха составляет в среднем 1,4 грн./м3. Конечно, возможны существенные отклонения от этой оценки, связанные с условиями на конкретном предприятии - стоимостью киловатт-часа, стоимостью оборудования, затратами на техобслуживание и т. п.Вооружившись этими данными, можно оценить масштабы убытков, связанных с утечками воздуха. Рассмотрим конкретный пример из практики пневмоаудитов - линию упаковки косметической продукции, состоящую из шести машин. На рис. 3 показана запись расхода сжатого воздуха, поступающего в линию.

На диаграмме четко видны два режима работы линии:

1. Линия работает, при этом пиковые значения расхода воздуха достигают 6 - 7 м3/мин.

2. Линия стоит, при этом она потребляет около 1 м3/мин.Согласно документации, потребление воздуха машинами в режиме останова должно равняться нулю. В действительности даже остановленная линия непрерывно потребляет сжатый воздух, что объясняется утечками. Потери воздуха происходят в соединениях, в клапанах отвода конденсата, в изношенных пневмораспределителях и исполнительных механизмах. Так, среднее измеренное потребление одной из машин этой линии оказалось в 2,4 раза выше, чем указанное в документации. В отключенном состоянии машина потребляет воздух в количестве 170% от проектного рабочего потребления. Годовые убытки, обусловленные утечками в данной упаковочной линии, достигают 260 тысяч рублей, а на крупном предприятии могут работать десятки подобных линий. Идеальным решением проблемы является полное устранение утечек, к чему, конечно, следует стремиться. Однако достичь этой цели не всегда удается, поэтому можно частично сократить объем утечек, отсекая подачу воздуха во временно неработающие ветви пневмосети. Так, при установке отсечных клапанов на входах машин упаковочной линии срок их окупаемости составил всего 2,5 месяца.

4 . Энергосбережение сжатого воздуха на промышленном производстве

Стремление к энергетической независимости на металлургии обуславливает необходимость сокращения покупной электроэнергии на выработку вторичных энергоносителей, в том числе и на сжатый воздух. В состав металлургического производства входят агломерационный (6 агломашин), доменный (4 доменных печей), мартеновский (9 печей) цеха и цех подготовки сталеразливочных составов. Прокатное производство имеет в своем составе 4 прокатных цеха, предназначенных для производства горячекатаной и холоднокатаной листовой стали, стальной ленты, белой жести и холодногнутых профилей. Максимальная производственная мощность по горячекатаному прокату -- до 3,7 млн.тон, по холоднокатаному прокату -- 1,1 млн. тонн, по холодногнутым профилям -- до 500 тыс.тонн.

Снижение производительности сжатого воздуха за счет строительства нового компрессорного оборудования.

Проект предусматривает сокращение потребления электроэнергии за счет использования современного энергоэффективного оборудования на базе компрессорных агрегатов для установок-воздухоразделителей «Air Liquide» по производству кислорода. Внедрение компрессорных агрегатов приведет к сокращению потребления электроэнергии в 1,33 раза по сравнению с существующим потреблением, а именно: с 99,8 кВт-ч/1000 нм 3 до 74,8 кВт-г/1000 нм 3 .

Техническое задание проекта

Проект предусматривает строительство двух новых компрессорных агрегатов с электроприводом производительностью 160 тыс. 3 /час каждый

В состав проекта строительства компрессорной станции для установок-воздухоразделителей «Air Liquide» входит строительство компрессорных агрегатов, их электродвигателей, устройств регулирования частоты оборотов компрессоров, системы шумоглушителей, оборудования для всасывания воздуха (клапаны, фильтры и т.д.), а также устройств для плавного пуска. Общегодовое (перспективное) производство сжатого воздуха будет составлять около 6000 млн. м 3 /год.Для обеспечения полного объема производства сжатого воздуха, а также в качестве резервного компрессорного оборудования планируется использовать существующие компрессорные агрегаты.Обеспечение электроэнергией электрических приводов компрессорных агрегатов планируется осуществлять от собственной парогазовой электростанции.Общая установленная мощность электродвигателей двух компрессоров будет составлять 23,95 МВт.

Эффективность проекта

Основная цель проекта заключается в улучшении эффективности производства сжатого воздуха для установок-воздухоразделителей «Air Liquide» по производству кислорода на ОАО «Запорожсталь» и, таким образом, достижении сокращения объемов потребления энергоресурсов, в частности электроэнергии на 25 кВт-ч/1000 нм 3 , или на 70,1 млн. кВт-ч/год (при производстве 2,8 млрд. нм 3 /год сжатого воздуха на двух компрессорах).

Компрессорные агрегаты с приводом от электрического двигателя для производства и поставки сжатого воздуха в доменные печи

Проект предусматривает сокращение энергопотребления за счет использования современного энергоэффективного оборудования на базе компрессорных агрегатов для доменных печей с приводом от электродвигателя. Внедрение компрессорных агрегатов приведет к сокращению потребления энергоресурсов почти в 2 раза по сравнению с существующим потреблением, а именно: с 45,3 кг у. т./1000 м 3 до 23,5 кг у. п. /1000 м 3 .

ДП - доменная печь; ШГ - шумоглушитель; Ко - компрессор; М -электромотор; УПП - установка плавного пуска; УРЧО - установка регулирования частоты оборотов; Ф - фильтр

Техническое задание проекта

· Проект предусматривает строительство четырех компрессорных агрегатов:

· одного производительностью 6500 м 3 /мин для доменной печи № 1;

· трех производительностью 4200 м 3 /мин каждый для доменных печей № 3, 4, 5.

В состав проекта строительства воздуходувной станции входит также строительство компрессорных агрегатов, их электродвигателей, устройств регулирования частоты оборотов компрессоров, системы шумоглушителей, оборудование для всасывания воздуха (клапаны, фильтры и т.д.), а также устройств для плавного пуска.

Общегодовое (перспективное) производство сжатого воздуха для доменных печей будет составлять 10 000 млн. м 3 /год.

В качестве резервного воздуходувного оборудования планируется использовать существующие турбовоздуходувки с приводом от паровых турбин, установленных на ТЭЦ.Обеспечение электроэнергией электрических приводов компрессорных агрегатов планируется осуществлять от собственной парогазовой электростанции, которая строится Общая установленная мощность электродвигателей четырех компрессоров будет составлять 26,39 МВт.

Основные технико-экономические показатели компрессорных агрегатов

Эффективность проекта

Основная цель проекта заключается в улучшении эффективности производства сжатого воздуха для доменных печей и, таким образом, достижении сокращения объемов потребления энергоресурсов на 21,8 кг у. т./1000 м3, или на 218 тыс. т у. т./год (при производстве 10 000 млн. м 3 /год сжатого воздуха

Снижение производства сжатого воздуха за счет безкомперессорной станции.

Проект предусматривает сокращение потребления электроэнергии, поставляемой из сети и производимой на основе ископаемого топлива, за счет внедрения современного энергоэффективного оборудования на базе газовой утилизационной бескомпрессорной турбины (ГУБТ).

Техническое задание проекта

Проект включает строительство одной ГУБТ установленной мощностью 20 МВт.В состав проекта строительства ГУБТ для доменной печи № 2 входит газовая турбина, генератор, редуктор, входные и выходные запорные и аварийные клапаны, а также система очистки доменного газа. Произведенная на ГУБТ электроэнергия планируется использоваться для собственных нужд металлургического комбината.

Эффективность проекта

Внедрение на металлургическом комбинате газовой утилизационной бескомпрессорной турбины позволит вернуть часть энергии затраченной на производство сжатого воздуха для доменных печей, путем использования избыточного давления доменного газа для производства электроэнергии. Это повысит эффективность использования первичной энергии, а также сэкономит средства, затраченные на производство доменного дутья.

Основная цель проекта заключается в уменьшении затрат на производство сжатого воздуха, или закупку электроэнергии.

Внедрение ГУБТ на доменной печи № 2 приведет к бестопливному производству электроэнергии в объеме 123,2 млн. кВт-ч/год.

Средний КПД для установки по производству электроэнергии составляет около 80 %.

Основные технико-экономические показатели ГУБТ

Установленная мощность ГУБТ, кВт	Выходная мощность турбины, кВт	Выходная мощность генератора, кВт	Расход доменного, м 3 /час	Параметры доменного газа	ККД, %
				3,5 атм 55 o С

Есть три важных причины, по которым стоит тратить время и силы на снижение затрат в системах сжатого воздуха:

Ш обнаружение и устранение утечек и нерационального использования экономит энергию и деньги;

Ш повышаются надежность и эксплуатационные параметры систем сжатого воздуха;

Ш снижение электропотребления и, соответственно, снижение выбросов углекислого газа уменьшает вредное воздействие на окружающую среду.

Хорошо спроектированная и надлежащим образом эксплуатируемая энергоэффективная система сжатого воздуха может приносить потребителю десятки и даже миллионн гривней ежегодной экономии. Кроме того, она может минимизировать риск сокращения производства, обеспечивая надежность подачи воздуха, и решить проблемы охраны труда и здоровья при работе с системами, находящимися под давлением. Каждая гривна экономии на энергетических затратах приносит постоянную дальнейшую экономию расходов, эффективно увеличивая прибыль. Из всех энергоносителей именно модернизация системы сжатого воздуха позволяет достичь немедленной экономии на любом предприятии. Кроме того, большинство мероприятий по экономии энергии не требует значительных капиталовложений.

Рассматриваются следующие вопросы:

Ш методы эффективного управления системами сжатого воздуха;

Ш примеры нерационального использования и непроизводительного расхода сжатого воздуха;

Ш распределение сжатого воздуха от компрессора до мест потребления;

Ш способы повышения эффективности работы компрессорного оборудования;

Ш эффективное аккумулирование сжатого воздуха;

Ш фильтрация и осушение сжатого воздуха;

Ш сбор и удаление конденсата.

Приложения содержат глоссарий, алгоритм снижения затрат в системе сжатого воздуха, а также список вопросов, необходимых для выбора компрессорного оборудования и некоторую другую справочную информацию.

В табл. 1 показаны основные области применения сжатого воздуха,где можно достичь экономии при минимальных затратах и незначительных капиталовложениях. Самой большой экономии, обычно до 30%, можно добиться путем снижения утечек, без затрат на внедрение новых технологий. Разработка и внедрение политики экономного использования сжатого воздуха на всем предприятии является самым экономически эффективным способом снижения затрат на эксплуатацию систем воздухоснабжения. Элементы такой политики подробно описаны в Разделе 2. Политика эффективного использования систем сжатого воздуха может включать многие (или все) управленческие решения, перечисленные в табл. 1.

Таблица 1. Возможности экономии энергии при работе типовой промышленной системы сжатого воздуха

Применение системного подхода

Энергоэффективная система сжатого воздуха -- эта такая система, которая:

ь постоянно поддерживается в исправном состоянии при регулярном техобслуживании всего оборудования и отслеживании эксплуатационных параметров;

ь хорошо спроектирована (правильно выбраны фитинги, фильтры, осушители, трубы и трубные соединения) для достижения минимальных потерь давления;

ь работает при постоянном или регулярном мониторинге с определением удельного энергопотребления на основе получаемых данных;

ь эксплуатируется персоналом, хорошо осведомленным о затратах на производство сжатого воздуха и прошедшим обучение по эффективному использованию оборудования, потребляющего сжатый воздух;

ь является частью постоянно действующей программы по обнаружению и устранению утечек.

Каждый элемент системы должен способствовать доставке сжатого воздуха до места его потребления с требуемыми характеристиками и без колебаний давления. Неэффективная работа какого-либо элемента приводит к снижению эксплуатационных параметров системы и повышению эксплуатационных расходов. Каждый элемент системы взаимосвязан с другими элементами и не должен рассматриваться изолированно.

Например, установка нового, энергоэффективного компрессора будет иметь очень ограниченный эффект, если сохраняется высокий уровень утечек или если производительность компрессора ограничена неправильно подобранным размером подающего воздухопровода. Отсутствие надлежащего обслуживания любого оборудования будет снижать эффективность его работы.

Покупка энергоэффективного оборудования

Как правило, более эффективное оборудование стоит дороже, чем менее эффективные аналоги. Поставщики оборудования зачастую не могут предоставить информацию об эксплуатационных издержках за ожидаемый срок службы оборудования, поэтому решения о покупке слишком часто принимаются только на основе продажной цены. Политика закупок, основанная на выборе наиболее дешевого оборудования, часто мешает повышению энергоэффективности и получению положительных эффектов от внедрения новых технологий. В промышленно развитых странах давно пришли к пониманию необходимости учета не только первоначальной стоимости оборудования, но и учета совокупных затрат на его эксплуатацию, что особенно актуально для энергоемкого оборудования.

Наряду с сокращением потребления важным путем энергосбережения является повышение эффективности использования энергии сжатого воздуха. Обычно требуемое давление воздуха на выходе компрессора определяется как максимальное из давлений, необходимых потребителям, плюс потери давления в пневмолиниях. Вспомним, что стоимость сжатого воздуха зависит от давления Так, снижение давления с 7 до 6 бар сокращает расход электроэнергии на 10%. С точки зрения энергосбережения, давление, создаваемое компрессором, должно быть минимально необходимым. Нередки случаи, когда общему снижению давления в пневмосети препятствует небольшое число потребителей, работающих на более высоком давлении. Если доля потребляемого ими воздуха невелика, давление в пневмосети можно снизить, снабдив этих потребителей локальными усилителями давления.В примере, показанном на рисунке, давление в сети снижено с 6 до 3 бар, что сократило затраты электроэнергии на сжатие воздуха на 30%. Единственный потребитель, которому необходимо давление 6 бар, получает его от усилителя. Этот путь энергосбережения требует расчетного обоснования. Дело в том, что снижение давления, с одной стороны, уменьшает удельные энергозатраты на сжатие воздуха, с другой - увеличивает потребление сжатого воздуха, т. к. часть расхода используется на собственные нужды усилителя. Для поиска оптимального решения, обеспечивающего максимальную эффективность, можно применить, например, компьютерную программу SMC Energy Saving.Минимизация давления в пневмосети подразумевает также сведение к минимуму потерь давления в пневмолиниях. Размеру трубопровода соответствует определенная максимально допустимая расходная нагрузка, и ее превышение приводит к неоправданным потерям. Так, одна из машин вышеупомянутой упаковочной линии соединялась с общей пневмомагистралью трубой Ѕ”. При рабочем расходе, составляющем 1,9 м3/мин, потери давления в этой трубе достигали 1,1 бар.Такие значительные потери давления не позволяют снизить давление в магистрали и ограничивают возможности энергосбережения. Переход на трубу ѕ” сократил потери давления в 8 раз. Следует отметить, что диаметр трубопровода d является наиболее мощным фактором, влияющим на потери давления Дp: Дp ~ 1/d5 Существенным фактором энергосбережения является подготовка сжатого воздуха. Загрязнения, содержащиеся в сжатом воздухе, негативно воздействуют на оборудование: ускоряется износ уплотнений, отложения твердых частиц препятствуют полному закрытию клапанов, в том числе в устройствах отвода конденсата, скопившийся в трубах конденсат вынуждает персонал открывать дренажные клапаны для его сброса либо держать их постоянно приоткрытыми - все это сопровождается утечками сжатого воздуха. Быстрое загрязнение фильтров приводит к повышенным потерям давления, что снижает эффективность использования энергии. Неисправность осушителей способствует не только появлению конденсата в пневмосети, но и неоправданному расходу энергии на их кажущуюся работу. Так, по данным, накопленным в ходе выполненных на разных предприятиях пневмоаудитов, 7 (семь!) из 10 работающих рефрижераторных осушителей в действительности не снижают точку росы, в то время как персонал считает их исправными. Качественная и рациональная подготовка сжатого воздуха является обязательным и важнейшим пунктом в списке мер по энергосбережению.Экономия энергии с целью снижения затрат на производство сжатого воздуха на предприятии зависит не только от работы компрессора. Необходимо обращать внимание на эффективность и показатели работы всех элементов системы.Элементы системы (компрессоры, распределительные сети,ресиверы, фильтры, системы сбора и удаления конденсата) . А также управлению системой сжатого воздуха, описаны случаи неправильного использования и потерь сжатого воздуха.

...

Подобные документы

Производительность компрессора – объем воздуха, выходящий из него, пересчитанный на физические условия всасывания. Универсальный гаражный источник сжатого воздуха. Цикл одноступенчатого одноцилиндрового горизонтального компрессора простого действия.

реферат , добавлен 04.02.2012

Описание очистных сооружений. Расчет воздуховодов для несжатого воздуха. Определение потерь напора на трение и местные сопротивления по наиболее протяженной ветви. Давление на выходе из воздуходувной станции. Плотность сжатого воздуха на участке.

курсовая работа , добавлен 14.03.2015

Термодинамические основы процесса сжатия, теорема Бернулли. Принципы работы центробежного компрессора. Дросселирование как фиксированный физический предел компрессора. Впускные направляющие лопатки. Типовая принципиальная схема контуров сжатого воздуха.

презентация , добавлен 28.10.2013

Кондиционирование воздуха как создание и автоматическое поддержание в обслуживаемом помещении требуемых параметров и качества воздуха независимо от внутренних возмущений и внешних воздействий. Анализ основных требований к кондиционированию воздуха.

презентация , добавлен 07.04.2016

Основные параметры воздуха, характеризующие его состояние: температура, давление, влажность, плотность, теплоёмкость и энтальпия. Графическое и аналитическое определение параметров влажного воздуха. Определение расхода и параметров приточного воздуха.

дипломная работа , добавлен 26.12.2011

История создания и дальнейшей разработки компрессорной техники. Мировые тенденции развития технологии сжатого воздуха. Классификационные и оценочные показатели, применяемые при контроле качества компрессорного оборудования. Термины и определения.

курсовая работа , добавлен 26.04.2011

Изучение технических характеристик и принципа работы приточной системы вентиляции с рециркуляцией воздуха, которая используется в вагонах с кондиционированием воздуха и предназначена для обеспечения требуемого воздухообмена, охлаждения, подогрева воздуха.

реферат , добавлен 24.11.2010

Анализ основных требований к системам кондиционирования воздуха. Основное оборудование для приготовления и перемещения воздуха. Сведения о центральных кондиционерах и их классификация. Конструкция и принцип работы их основных секций и отдельных агрегатов.

дипломная работа , добавлен 01.09.2010

Определение объема газа, удельных значений внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Расчет теоретической скорости адиабатического истечения и массового расхода воздуха, температуры воздуха адиабатного и политропного сжатия. Задачи по теме теплопередачи.

контрольная работа , добавлен 06.03.2010

Методы стабилизации температуры воздуха в остеклённых блочных теплицах с водяной системой обогрева, где температура воздуха регулируется за счёт изменения температуры теплоносителя с помощью смесительного клапана. Принцип автоматического управления.

Сжатый воздух - воздушная масса, которая содержится в какой-либо емкости, при этом ее давление превышает атмосферное. Его используют в промышленности в разнообразных производственных операциях. Типичная система сжатого воздуха - это установка, работающая при давлении до десяти бар. В таких случаях воздушную массу сжимают в десять раз от ее первоначального объема.

Общая информация

При давлении в семь бар сжатый воздух практически безопасен при эксплуатации. Он способен обеспечить достаточную движущую силу инструмента не хуже, чем электрическая подача. При этом требуется меньшее количество затрат. Кроме того, такая система характеризуется более быстрым срабатыванием, что в конечном результате может сделать ее гораздо удобнее. Однако для этого потребуется учитывать параметры, приведенные ниже.

Применение сжатого воздуха

Довольно часто производственники используют этот вид энергии для быстрой и эффективной очистки оборудования от загрязнений и пыли. Кроме того, сжатый воздух широко применяют для продувки труб в котельных. В его используют для очистки помещений, оборудования и даже одежды от древесной пыли. В большинстве стран уже появились стандарты по применению этого вида энергии, например, в Европе это CUVA, а в США - OSHA. Кроме использования его в производственных операциях, широко распространены инструменты, которые работают непосредственно на воздушном ходу, - это шуруповерты, пневматические дрели, гайковерты, (при монтаже оборудования и строительстве), пульверизаторы (при проведении капитальных ремонтов). Помимо этого, сейчас широко используется сжатый воздух в баллончиках в пневматическом оружии.

Безопасность

Используя сжатый воздух, необходимо соблюдать меры безопасности, приведенные ниже.

Запрещается направлять струю в рот, глаза, нос, уши и другие места.
Нельзя обрабатывать сжатым воздухом открытые раны, т. к. под кожей могут образоваться пузырьки, если они дойдут до сердца, то приведут к сердечному приступу, а если до мозга, то могут спровоцировать Кроме того, попадая в рану, воздух может занести в нее инфекцию, которая находится в компрессорной системе или в трубах.
Запрещено баловаться и направлять струю сжатого воздуха на других людей.
Не следует накачивать давление в компрессорную систему сверх нормы.
Все элементы пневматической установки должны тщательно закрепляться во избежание отрывов и, как следствие, травм.
Запрещено проводить очистку оборудования от пыли и грязи в присутствии источника открытого огня и сварочных работ. Это может спровоцировать взрыв из-за наличия пыли во взвешенном состоянии.
Работая с системами сжатого воздуха, необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты, например, очками или маской.
Запрещено осуществлять затяжку муфт, в узлах или на трубах под давлением.
При монтаже пневматической системы шланги следует крепить в местах с наименьшим риском повреждения (на потолках, стенах).

Преимущества сжатого воздуха

Теперь рассмотрим, в чем заключаются преимущества применения этого вида энергии на производственных линиях.

Сети сжатого воздуха

Для оптимальной работы и высокой экономичности установки необходимо выполнение следующих требований. В пневматической системе следует минимизировать потери, кроме того, воздух должен приходить к потребителям осушенным и чистым, это достигается путем установки специального осушителя, позволяющего конденсировать влагу. Также особое внимание необходимо уделять магистральным трубопроводам. Грамотная установка воздухопроводов - это залог долговечности функционирования, а также снижения расходов на обслуживание. За счет увеличения уровня давления в компрессоре можно компенсировать падение в трубопроводе.

Расчет потребления сжатого воздуха

Всегда включают в себя так называемые ресиверы (воздухосборники). В зависимости от производительности и мощности оборудования система может содержать несколько ресиверов. Их основное назначение - это сглаживание пульсаций давления, кроме того, внутри воздухосборника происходит охлаждение газовой массы, и это приводит к выпадению конденсата. Расчет сжатого воздуха заключается в определении потребления ресивера. Производится это по следующей формуле:

V = (0.25 х Q c х p 1 х T 0)/(f max х (p u -p l) х T l), где:
- V - объем воздушного ресивера;
- Q c - производительность компрессора;
- p 1 - давление на выходе установки;
- T l - максимальная температура;
- T 0 - температура сжатого воздуха в ресивере;
- (p u -p l) - заданная разность давления нагрузки и разгрузки;
- f max - максимальная частота.

Сжатый воздух: для чего и как используется. Сжатый воздух в металлургии

Использование сжатого воздуха

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Подобные документы

Общая информация

Применение сжатого воздуха

Безопасность

Преимущества сжатого воздуха

Сети сжатого воздуха

Расчет потребления сжатого воздуха