ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУХОПРОВОДОВ

ВВЕДЕНИЕ

Объектом исследования данной курсовой работы являются системы производства сжатого воздуха промышленного предприятия, а также системы коммуникации, связывающие потребителя с источником сжатого воздуха. Основным рабочим телом, применяемым в данных системах, является сжатый воздух.

Сжатый воздух как энергоноситель получил широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, а также на промышленных предприятиях. Применение сжатого воздуха позволяет механизировать ряд трудоемких технологических процессов в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Системы воздухоснабжения промышленных предприятий (СВС) предназначены для централизованного обеспечения разнообразных потребителей сжатым воздухом с заданными параметрами по количественным (расход) и качественным (давление, температура, влажность, чистота и т.д.) показателям в соответствии с заданным графиком потребления. Для обеспечения индивидуального технологического режима единичных крупных потребителей сжатого воздуха создают блочную компоновку компрессор - технологический агрегат. В этом случае компрессор располагается у потребителя либо в непосредственной близости от объекта устанавливается компрессорная станция для индивидуального регулирования режимов потребления энергоносителя.

В системы воздухоснабжения входят компрессорные и воздуходувные станции, коммуникации сжатого воздуха (трубопроводный и баллонный транспорт) и распределительные устройства потребителя. На компрессорных станциях устанавливаются устройства для забора и очистки воздуха от механических примесей, компрессоры для получения сжатого воздуха и вспомогательное оборудование для охлаждения, дополнительной осушки и очистки, выравнивания давления и аккумулирования энергоносителя.

Система воздухоснабжения является одним из самых энергоемких потребителей, а сжатый воздух - самый распространенный энергоноситель практически на любом промышленном предприятии. У потребителя сжатый воздух расходуется в основном на технологические нужды (интенсификация процессов горения, получение кислорода, выплавка чугуна и стали и т.д.) и на силовые процессы (привод многочисленных пневмоустройств и механизмов).

По объемам потребления сжатого воздуха лидируют предприятия черной и цветной металлургии, где крупными единичными потребителями являются: доменные и мартеновские печи, прокатные станы, вагранки, конвертеры, шахтные печи, барабанные сушилки и т.д. Для производства 1 тонны чугуна, к примеру, расходуется 800-1000 м³ сжатого воздуха, а единичное потребление энергоносителя конвертером колеблется от 3 до 15 м³/с.

Крупными потребителями сжатого воздуха являются воздухоразделительные установки, которые обслуживаются крупными турбокомпрессорами (производительностью до 70 м³/с), а затраты энергии на производство сжатого воздуха составляют от 70 до 90 % всех энергозатрат в зависимости от типа установки.

К достаточно крупным потребителям сжатого воздуха относятся: горнодобывающая и угольная промышленность (буровые устройства, перфораторы, подъемники, системы вентиляции и кондиционирования воздуха); строительная промышленность (распыливание красителей, вибраторы, пневмомолотки и т.д.); нефтедобывающая отрасль (проходка нефтяных скважин).

Сжатый воздух достаточно широко также используется в энергетической промышленности, на транспорте, для нужд связи, автоматики и других отраслях.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУХОПРОВОДОВ

Определение гидравлических сопротивлений и потерь давления (напора) при транспортировке газообразного энергоносителя. Расчет сети воздухопроводов и каналов производится в следующем порядке.

Составляем подробно в изометрии предполагаемую схему (рис. 1.1) газопроводной сети, для какого-либо участка для предприятия нанесем длины участков, необходимую запорную арматуру и количество протекающего энергоносителя.

Выбираем расчетную магистраль воздухопровода, имеющую наибольшее протяжение от источника генерации и трансформации энергоносителя до наиболее удаленного потребителя и, как правило, характеризуемую наибольшими гидравлическими потерями.

По принятой скорости потока и по расходу энергоносителя на каждом участке определяем диаметр газопровода. Найденный расчетный диаметр округляем до ближайшего большего стандартного диаметра.

Определяем эквивалентные и приведенные длины участков. Находим гидравлические потери энергии по участкам и в целом по всей магистрали.

1.1 Определение диаметров воздухопроводов круглого сечения под давлением, м:

где Q_н –расход воздуха при нормальном давлении, м³/с;

r_н – плотность воздуха при нормальном давлении, кг/м³;

r_нпри начальной температуре t_н равна 1, 205 кг/м³.

r_сж – плотность сжатого воздуха, кг/м³;

w – скорость движения воздуха, м/с.

Выбор воздушных фильтров

Воздух, сжимаемый в компрессорах, засасывается, как правило, из атмосферы в районе расположения промышленной энергетической станции (ПЭС). Атмосферный воздух промышленных площадок по количеству содержащейся в нем пыли относится кчислу малозапыленных (до 50 мг/м³ воздуха).

Однако даже малое количество механических примесей при попадании в компрессор приводит к повышенному износу и чрезмерному нагреву движущихся частей. Очистка сжатого воздуха способствует значительному росту технико-экономических показателей промышленного предприятия за

счет сокращения аварий и простоев, более надежной и долговременной работы пневматических устройств.

С другой стороны полная очистка сжатого воздуха в большинстве случаев экономически нецелесообразна, так как связана со значительными затратами энергии и труда. Поэтому наиболее часто на промышленных объектах используется средняя очистка воздуха, при которой улавливается мелкая пыль от 10 мкм и выше.

Устройства для очистки поступающего воздуха от достаточно крупной пыли (свыше 100 мкм) обычно компонуются вместе с фильтрами в единую фильтр-камеру. Она представляет собой, как правило, железобетонное помещение, включающее в себя воздухоприемник в виде раструба или окна с жалюзи, пылевой или пылеосадочной камеры и собственно фильтра.

Отмеченные выше устройства грубой очистки устанавливают при размещении ПЭС в местности с большой запыленностью наружного воздуха с целью разгрузки фильтров тонкой и средней очистки.

Для очистки воздуха и газов от механических примесей и пыли на всасывающих трубопроводах компрессоров (длиной 10 ¸ 15м) устанавливаются фильтры самых различных конструкций. Выбор типа воздушного фильтра и его, устройства зависит от количества перерабатываемого воздуха, вида и степени загрязненности атмосферного воздуха. Компоненты загрязнения воздуха можно разделить на группы: загрязнения в виде воды, масел, кислот, щелочей; в виде твердых и газообразных компонентов.

Практически все компоненты загрязнений попадают в пневматическую сеть при работе поршневых компрессоров, проникая в его рабочую полость между поршневыми маслосъемными кольцами и стенками цилиндра.

Наиболее распространенными загрязнениями являются твердые, которые подразделяются на несколько видов:

1 Примеси металлического происхождения - стружка, окалина,

продукты коррозии – в основном появляются в пневмосистемах в результате

износа движущихся деталей компрессора.

При нарушении технологии изготовления и монтажа в пневмосистемы также могут попасть стружка, окалина, абразивы и притирочные материалы.

2 Неорганические примеси: производственная пыль, песок, абразивы и притирочные материалы.

3 Органические примеси – органическая пыль, сажа, графит, частицы резины, волокна, смолы, краски и другие - появляются в результате износа элементов уплотнений, истирания материалов фильтров и шлангов.

Механическое и химическое воздействия на пневмосистемы содержащихся в воздухе загрязнений приводят к снижению производительности компрессорных установок к преждевременному износу и остановке на ремонт дорогостоящего оборудования. Механическое воздействие загрязнений проявляется в виде закупорки различных отверстий влагой и механическими частицами; в смывании смазки; в повреждении рабочих поверхностей клапанов, мембран, золотников; в износе и заклинивании трущихся поверхностей. Наличие масла в воздухе усиливает процесс закупоривания различных отверстий и сопел механическими частицами, а пары масла в смеси с воздухом при определенных условиях образуют взрывоопасную смесь.

Химическое воздействие загрязнений проявляется в коррозии металлических и разрушении резиновых элементов пневмосистем парами кислот, щелочей и других компонентов.

Попадание в пневмолинии воды, льда также приводит к уменьшению проходных сечений, а иногда и к гидравлическим ударам.

Для очистки от твердых загрязнений и воды применяются два способа: использование для отделения крупных частиц силовых полей (инерционного, электростатического и гравитационного) и пропуск воздуха через пористую перегородку для фильтрации мелких частиц.

Для отделения от воздуха газообразных загрязнений применяется

процесс вымораживания соответствующего газообразного компонента (в теплообменниках), химическое поглощение (например, с помощью едкого

натра в скрубберах) и адсорбция в специальных установках при низких температурах. Очистка воздуха от газообразных примесей часто используется для воздухоразделительных установок.

Основными показателями работы воздушных фильтров являются их пылеёмкость, сопротивление и эффективность.

Пылеёмкость – это количество пыли, которое задерживает фильтр при непрерывном периоде работы. Обычно за этот период начальное сопротивление фильтра увеличивается в три раза, что оказывает большое влияние на экономичность работы компрессорной установки. Так, например, увеличение сопротивления фильтра на 10 мм вод. ст. (100 Н/м²) снижает на 0, 1% производительность компрессора.

Эффективность фильтра, т.е. его способность задерживать определенное количество механических примесей, оценивается коэффициентом очистки или КПД фильтра:

где m₁, m₂ – количество пыли в воздухе до и после фильтра соответственно, кг.

По величине эффективности, которая сильно зависит от дисперсности улавливаемой пыли, фильтры подразделяются на три класса.

Фильтры II и III классов применяются для удаления из воздуха частиц определенной крупности. Фильтры I класса позволяют надежно улавливать на сухих фильтрующих поверхностях частицы практически всех размеров, нижний предел которых измеряется десятыми долями микрометра и менее.

По способу очистки воздуха от механических примесей фильтры подразделяются на смоченные пористые, сухие пористые, электрические.

По типу используемого фильтрующего материала фильтры разделяются на волокнистые, сетчатые, металлические и губчатые.

По конструктивному исполнению фильтры делятся на рулонные, ячейковые и самоочищающиеся.

Достаточно широко для очистки атмосферного воздуха от механических примесей (10-100 мкм и выше) применяются масляные

воздушные фильтры. Для повышения эффективности улавливания крупных частиц фильтры этого типа смачиваются малоиспаряющимися вязкими жидкостями (в основном это нефтяные масла, например, висциновое, трансформаторное или веретенное масло).

Просты по устройству ячейковые фильтры периодического действия конструкции Рашига (рис. 3.1). В металлический кожух (ячейку), обтянутый сеткой, укладывают металлические или фарфоровые кольца (кольца Рашига), крупную металлическую стружку или в специальные рамки вставляют несколько рядов проволочных, тканевых или пружинных сеток. При прохождении всасываемого воздуха через сетки или другую пористую массу пыль и влага прилипают к их поверхности. В процессе эксплуатации ячейки периодически вынимаются для промывки от накопившейся на насадке пыли, смачивают маслом и вновь устанавливают. Основной фактор удерживания пыли – действие сил инерции.

Число ячеек подбирается по таблицамв зависимости от производительности компрессорной станции или поверхности фильтра.

В настоящее время более широко применяются модернизированные ячейковые фильтры унифицированной серии типа Фя. Ячейки фильтров Фя представляют собой разъемную металлическую коробку, закрепленную в установочной раме пружинными защелками. Разъемная коробка состоит из корпуса, куда укрепляется фильтрующий слой, и крышки. Рамка и крышка могут снабжаться опорными решетками, удерживающими фильтрующий слой от выпадения под действием воздушной нагрузки.

Фильтры типа Фя монтируются в плоские и V-образные панели. Существуют панели пропускной способностью до 40000 м³/ч.

Угол между двумя смежными ячейками, установленными в V-образной панели, составляет 30°. Сопротивление панели при этом практически не увеличивается и может приниматься по характеристикам одиночных ячеек.

Масляные фильтры отличаются простотой устройства, долговечностью основных конструктивных элементов, экономичностью вследствие относительно низкой стоимости масла. В основном это фильтры III класса и применяются при средней начальной запыленности воздуха от 0, 3 до 3 мг/м³.

Некоторые виды фильтров (самоочищающиеся) могут применяться при относительно высоких концентрациях пыли (5 ¸ 10 мг/м³). К недостаткам данных установок относится регулярное проведение трудоемких и грязных работ по промывке фильтрующих элементов в щелочном растворе, регенерации масел и другие.

К сухим пористым фильтрам относится большая группа устройств, которая в конструктивном отношении подразделяется на три группы: ячейковые, рулонные и панельные. Наибольшее распространение получили ячейковые плоские фильтры.

Ячейковые плоские фильтры относятся к унифицированной серии Фя и по типу фильтрующего материала бывают: волокнистые, маркировка ФяУ; губчатые ФяП; сетчатые ФяВ и металлические ФяР (могут быть масляные).

Номинальная пропускная способность отмеченных фильтров равна 1540 м³/ч; эффективность очистки 80 %; длина и ширина ячейки 514 мм, глубина 55 мм.

Волокнистые нетканые фильтрующие слои имеют различную структуру – от плотной, типа картона, и до едва связанной, типа ваты. Эффективность волокнистых фильтров варьируется в весьма широких пределах - от I-го до III-го классов. При равноценной эффективности масляные фильтры вытесняются волокнистыми фильтрами III-го класса. После использования фильтрующий материал можно при соответствующей

очистке (отряхивании, промывке и продувке) использовать повторно или выбросить.

Металлические фильтры ФяР заполняются 12 стальными гофрированными сетками с определенными номерами ячеек. Сетчатые

фильтры ФяВ заполняются 12 винипластовыми гофрированными сетками (пленками) с диаметром отверстий 2, 8±0, 1 мм. Пластмассовые сетки не коррозируют, поэтому фильтры ФяВ могут использоваться без замасливания.

Кроме того, они значительно легче и по основным техническим показателям мало уступают масляным фильтрам.

Губчатые воздушные фильтры ФяП имеют фильтрующий слой из полимерных материалов соответствующего строения. Наибольшее распространение в качестве насадки получил специально обработанный материал – пенополиуретан.

Ячейковые электрические фильтры типа ФЭ могут использоваться для очистки воздуха практически любой его начальной запыленности. Принцип действия основан на придании частицам пыли электрического заряда с последующим их осаждением на заземленных металлических пластинах. Максимальная производительность ячеек, число которых в ФЭ может достигать 24 шт., составляет 0, 47 м³/с [4], эффективность очистки 90-98 %. Однако для очистки всасываемого воздуха компрессорных установок электрофильтры широкого распространения не получили из-за относительной дороговизны и сложности устройства.

По производительности компрессоров выбираем фильтры. В моем случае производительность составляет 0, 75 м³/с. Из таблицы 7.2[1] выбираем на компрессор фильтр ячейковый масляный с насадкой из колец Рашига с пропускной способностью 0, 916 м³/с, с площадью поверхности фильтра 1, 365 м², количеством ячеек размером 400х400 – 10 шт.

1 – рамка; 2 – лист стальной; 3 – опорная сетка;

4 – ручка; 5 – кольца Рашига.

Рисунок 3.1 - Ячейка фильтра с насадкой из колец Рашига

а б

а - фильтр с перекидывающимися шторками,

б - фильтр с сетчатой панелью.

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема самоочищающихся фильтров

Расчет воздухоохладителей

В определяющей степени эффективность работы всей компрессорной установки (КУ) и особенно системы утилизации тепла при охлаждении сжимаемых газов, зависит от выбора теплообменных аппаратов (рис.3.3).

На выбор того или иного вида воздухоохладителя влияет целый ряд требований, которые иногда накладывают взаимопротивоположные ограничения: диапазон производительности КУ; вид и параметры сжимаемого газа; габаритные размеры; вид системы охлаждения и др.

В настоящее время промышленность выпускает воздухоохладители в широком диапазоне расходов сжатого газа (до 3000м³/мин) и рабочего давления до 40 МПа. В недалеком будущем возможно, что области расхода и давления расширятся до 5000 ¸ 10000 м³/мин и 700 ¸ 900 МПа. Вместе с тем по масштабу выпуска воздухоохладителей можно отметить, что большая часть из них предназначена на расходы до 250 м³/мин и давления до 4 МПа.

По диапазону рабочих давлений воздухоохладители принято делить на три группы: 1) низкого давления (до 1, 2 МПа); 2) среднего давления (до 4 МПа); 3) высокого давления (свыше 4 МПа).

Конструкция теплообменных аппаратов определяется типом теплопередающего элемента, который выполняется в виде труб или листового материала.

Повышение компактности теплообменников требует использования труб малого диаметра, что приводит к противоречию с требованием уменьшения гидравлического сопротивления. Одним из эффективных и

распространенных способов повышения компактности является оребрение труб. В практике в большинстве случаев осуществляется наружное оребрение, которое выполняется как цельнокатаное, литье, ленточное и насадное.

Наиболее многочисленная группа воздухоохладителей – это аппараты

низкого и среднего давления. Охлаждаемой средой является воздух, охлаждающей – обычно вода. Конструкция таких аппаратов должна обеспечивать возможность чистки трактов обоих теплоносителей, коррозионную стойкость, виброустойчивость элементов конструкции, прочность, неизменность формы теплопередающей поверхности. Использование низкооребренных или гладких труб обусловлено близостью физических свойств теплоносителей (газвоздух или воздух - воздух). Такие аппараты свободны от недостатков водяных охладителей, однако большие размеры и масса сужают область их применения.

По назначению различают промежуточные и концевые воздухоохладители. Промежуточные холодильники осуществляют охлаждение газа между ступенями компрессора. Концевые воздухоохладители устанавливают на выходе воздуха из компрессора.

Количество тепла, выделяемого при охлаждении влажного воздуха, можно представить в следующем виде:

где Q_в – тепловой поток при охлаждении сухого воздуха, Вт;

Q_д – дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара, Вт.

Количество тепла, отдаваемого сухим воздухом

Количество тепла, отдаваемого сухим воздухом, определяется по формуле:

где V – производительность компрессора, м³/с;

r_в – плотность воздуха при давлении и температуре на входе компрессора, кг/м³, r_в = 1, 205 кг/м³,

С_в – теплоемкость воздуха при постоянном давлении. Дж/кг °С, С_в = 1, 005× 10³ Дж/кг °С;

t₁ и t₂ – температура воздуха до и после теплообменника, °С.

Температуру t₁ определяем по выражению:

где t_н – температура на всасывании, °С;

DТ = 10 ¸ 15 – температура обусловлена типом системы промежуточного охлаждения ступени компрессора, °С;

К = 1, 4 – показатель адиабаты для воздуха.

-температура сжатого воздуха после теплообменника (30-45)⁰С.

Степень сжатия в каждой ступени компрессора при условиии равенства в ней отношения давления для всех ступеней определяется по уровнению:

где e – отношение давлений в каждой ступени компрессора (степень сжатия);

n – число ступеней компрессора;

Р_к – давление воздуха, выходящего из последней ступени;

Р_н – давление воздуха, поступающего в последнюю ступень компрессора.

Дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара определяем по выражению:

где С_р – средняя теплоемкость водяного пара при постоянном давлении, Дж/кг× °С;

r₀ – теплота парообразования при 0°С, Дж/кг;

k – коэффициент, учитывающий снижение теплоты парообразования с повышением температуры конденсации;

x₁ и x₂ – влагосодержание воздуха до и после теплообменника, кг/кг.

Для расчета воздухоохладителей компрессоров теплофизические

величины равны С_р = 1880 Дж/кг °С; r₀ = 2, 5× 10⁶ Дж/кг; k = 2346.

Определяем влагосодержание воздуха при входе в охладитель:

где R_в – газовая постоянная воздуха, равная 287, 14 Дж/кг град;

R_п – газовая постоянная водяных паров, равная 462 Дж/кг град;

Р₀ – давление воздуха во всасывающем патрубке ступени перед охладителем, Па;

Р_1нас – давление насыщенного водяного пара при температуре (t = 40°C) воздуха во всасывающем патрубке ступени перед охладителем, Па;

j₁ – относительная влажность воздуха при всасывании в ступень перед охладителем.

Относительная влажность j₁ при многоступенчатом сжатии принимается равной 1, 0, при одноступенчатом – принимается равной относительной влажности всасываемого атмосферного воздуха. Для сибирских регионов этот показатель можно принимать в пределах j₁ = 0, 55 ¸ 0, 85.

Определяем влагосодержание воздуха при выходе из охладителя:

где Р – давление воздуха в охладителе, Па;

Р_2нас – давление насыщенного водяного пара при температуре (t = 40°C) воздуха на выходе из охладителя, Па;

j₂ – относительная влажность на выходе из воздухоохладителя, равная 1, 0, так как зависимость для Х₂ справедлива в случае конденсации водяного

пара в охладителе (при отсутствии конденсации x₁= x₂).

Поверхность теплообмена воздухоохладителя определяем по зависимости:

где 0, 5 - коэффициент, учитывающий улучшение коэффициента теплоотдачи за счет конденсации влаги;

y₁ – коэффициент на загрязнение поверхности охлаждения, принимается в пределах 1, 05 ¸ 1, 1;

y₂ – коэффициент использования поверхности охлаждения, равный 0, 8 ¸ 0, 9;

eDt – поправка для аппаратов с перекрестным и смешанным током рабочих жидкостей (менее 1, 0), для противотока равна 1, 0;

Dt – средний температурный напор, °С;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м² град.

Коэффициент теплопередачи k в теплообменниках со стальной поверхностью теплообмена для различных теплоносителей варьируется в пределах: воздух – воздух 5 ¸ 25; воздух – вода 10 ¸ 40; воздух – конденсирующийся пар 15 ¸ 50 Вт/м² град.

Средний температурный напор при противотоке:

где t₁, t₂ – температура воздуха до и после теплообменника соответственно, °С;

t_в1 – температура охлаждающего теплоносителя на входе в охладитель, принимается в пределах (1 ¸ 30)°С, рекомендуемый диапазон (3 ¸ 15)°С;

t_в2 – температура охлаждающего теплоносителя на выходе из охладителя, °С.

Температура охлаждающей воды на выходе из теплообменника

где D – зона охлаждения, принимается в пределах (5 ¸ 40)°С,

рекомендуемый диапазон (10 ¸ 25)°С.

Расход охлаждающей воды в воздухоохладителе определяем по формуле, кг/м³:

где 1, 2 – коэффициент запаса, учитывающий также количество воды, находящейся в рубашке охлаждения цилиндра компрессора;

С_ж – теплоемкость охлаждающей воды, определяемая по средней температуре воды, Дж/кг град.

Средняя температура охлаждающей воды:

Общий расход охлаждающей воды G_кс на компрессорную станцию есть сумма количества воды всех устанавливаемых воздухоохладителей.

Рассчитываем воздухоохладитель для первого типа компрессоров

Степень сжатия в каждой ступени компрессора составит:

Температура воздуха до теплообменника составит:

Количество тепла, отдаваемого сухим воздухом, составит:

Влагосодержание воздуха при входе в охладитель составит:

Влагосодержание воздуха при выходе из охладителя составит:

Дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара составит:

Средний температурный напор составляет:

Поверхность теплообмена воздухоохладителя составит:

Берём один воздухоохоладитель, поверхность теплообмена которого составляет 39, 3 м².

Основные размеры типового кожухотрубного теплообменного аппарата приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Основные размеры типового кожухотрубного теплообменного аппарата

Диа-метр кожуха D_H, мм	Давле- ние P_У, МПа	Кол-во ходов по трубам	Размеры труб	Поверхность теплообмена аппаратов, м² при длине труб, мм	Площадь проходного сечения одного хода по трубам, м²·10²	Площадь проходных сечений, м²·10²
	в вырезке пере-городки	между пере-город-ками
	2, 5		25 2		9, 0	4, 9	5, 2

Количество тепла, выделяемого при охлаждении влажного воздуха, составит:

Средняя температура охлаждающей воды:

С_ж(_t₌₃₅₎ =4177 Дж/кг град.

Расход охлаждающей воды в воздухоохладителе составит:

Рисунок 3.3 - Общая схема воздухоохладителя

Выбор влагомаслоотделителей

Влагомаслоотделители (ВМО), устанавливаемые за концевыми воздухоохладителями, предназначены для удаления масла и влаги, содержащихся в потоке сжатого воздуха. Загрязнение воздуха маслом происходит при попадании смазки в цилиндры поршневых, ротационных и пластинчатых компрессоров.

В компрессорных установках с центробежными компрессорами необходимость установки маслоотделителей отсутствует.

В сжатом воздухе масло, как и влага, содержится в виде капель и паров. Частичное испарение жидких фракций происходит вследствие увеличения температуры газа при сжатии. Попадание паров масел в сжатый воздух опасно образованием взрывчатых смесей.

Очистка газа от воды и масел в парообразном состоянии задача весьма сложная, значительно легче решить эту проблему, если отделяемые компоненты находятся в жидком состоянии. Для конденсации паров влаги и масел используют охлаждение воздуха в промежуточных и концевых холодильниках. Отделение конденсата выполняется с помощью влагомаслоотделителей, действие которых главным образом основано на инерционном сепарировании масляных и водяных капель, обладающих плотностью, значительно превышающей плотность газа.

Отделение капель влаги и масла от газа можно осуществлять несколькими способами, которые в реальных установках применяются самостоятельно или в различных сочетаниях: использование центробежных сил при создании вращательного движения потока газа; падение скорости при динамическом ударе потока сжатого воздуха о внутренние перегородки устройства с использованием резких изменений направления газообразного потока; оседание капелек влаги и масла на пористой поверхности при фильтрации потока газа; пропуск потока сжатого воздуха через специальные

поглотители – адсорбенты (активированный уголь, едкий натр и другие).

При использовании многоступенчатого сжатия в поршневых компрессорах ВМО встраивают в воздухоохладители, устанавливаемые между ступенями. После четвертой ступени компрессора и выше влагомаслоотделители выполняются в виде отдельных аппаратов. Объем устройства уменьшают, если воздухоохладитель имеет значительную емкость.

Размеры ВМО для более полного отделения масла и влаги определяются из условий, по которым скорость восходящего потока воздуха в устройстве не должна превышать 1 м/с при давлениях до 1МПа. При более высоких давлениях скорость потока газа в корпусе не должна превышать 0, 5 ¸ 0, 3 м/с.

Рабочий объем влагомаслоотделителя должен быть не менее двух – трех рабочих объемов цилиндра последней ступени компрессора и определяется по формуле:

где Q₀ – объем подачи ступени, предшествующей ВМО, м³/с;

a – коэффициент, равный 0, 01 ¸ 0, 02 при конечном давлении менее 12, 0 МПа и 0, 03 при давлении 12, 0 МПа и выше.

Окончательный выбор размеров ВМО производится после уточнения диаметра его корпуса при отмеченных выше пределах скорости восходящего потока по зависимости:

где Q_к – производительность компрессора, м³/с;

r_н – плотность воздуха при нормальном давлении, кг/м³;

r_сж – плотность сжатого воздуха во ВМО, кг/м³;

w – скорость движения воздуха во ВМО, м/с, принимаем равной 1м/с.

Плотность сжатого воздуха определяем из уравнения состояния:

где Р – абсолютное давление (среднее) во ВМО, Па;

R – газовая постоянная, равная R=287, 14 Дж/кг°С;

Т_сж – температура сжатого воздуха во ВМО, °К.

Из данного выражения определяется также скорость сжатого воздуха во входном и выходном патрубках ВМО, которая при давлении энергоносителя до 0, 6 МПа не должна превышать 12 ¸ 15 м/с, а при давлении 1 МПа и выше – не более 20 м/с.

На рис. 3.4 показан влагомаслоотделитель в виде вертикального сосуда, разделенного вертикальной перегородкой на два неравных объема, в каждый из которых вварены патрубки для перемещения энергоносителя. Мельчайшие капельки масла и влаги отделяются от сжатого воздуха путем резких поворотов потока воздуха, а также в результате падения скоростей потока при ударе на выходе из патрубка в корпус (отбойную стенку) влагомаслоотделителя. В нижней части, над местом сбора отделившихся влаги и масла, предусмотрена горизонтальная перфорированная перегородка, препятствующая повторному уносу их сжатым воздухом. Влагомаслоотлители такого типа могут устанавливаться после компрессора, а также у ввода в цех.

Таблица 3.2 - Основные размеры выбранного ВМО инерционного типа, мм

d_у

d₁

D_к

S₁

108х4, 0

89х3, 5

d₀

V_ВМО, м³

Вес, кг

0, 110

1, 2 – вход и выход воздуха; 3 – место установки крана для спуска конденсата; 4 – место установки предохранительного клапана; 5 – слив при промывке.

Рисунок 3.4 - Влагомаслоотделитель инерционного типа

Выбор воздухосборников

Воздухосборники применяются для смягчения периодических пульсаций давления, вызываемых работой поршневых компрессоров, а также для аккумулирования воздуха и выравнивания давления в воздухопроводе. При определенных условиях в этих устройствах может осуществляться дополнительная сепарация энергоносителя от масла и воды.

Воздушные аккумуляторы обычно устанавливаются в компрессорных установках небольшого давления (0, 8 ¸ 1, 2 МПа) после концевых холодильников и влагомаслоотделителей на входе в нагнетательную магистраль. Воздухосборник представляет собой стальной сварной цилиндр с днищем (рис. 3.5). В нижней части емкости предусматривается штуцер диаметром 25 ¸ 50 мм для продувки с целью удаления скопившихся конденсата и масла в бак масляных продуктов. Чаще применяются вертикальные, иногда горизонтальные воздухосборники.

Воздух подводится в нижнюю часть воздухосборника через загнутый патрубок, отвод воздуха производится через патрубок, загнутый вверх и расположенный в верхней части воздухосборника, что позволяет максимально удлинить время пребывания энергоносителя в устройстве. Этим достигается некоторое охлаждение и дополнительная очистка сжатого воздуха от содержащихся в нем масла и влаги.

Устанавливаются аккумуляторы в основном на открытом месте вблизи компрессорной установки и должны быть снабжены на подводящем трубопроводе влагомаслоотделителем. Установка воздухосборника в специальном закрытом помещении допускается с особого разрешения технической инспекции и пожарной охраны.

12 3 Следующая ⇒