Учебное пособие 800263

Учебное пособие

Часть 2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет»

В. В. Портнов, О. А. Орловцева

ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Часть 2

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2018

УДК 621.1,016 (075.8) ББК 31.397

П60

Рецензенты:

кафедра физики, теплотехники и теплоэнергетики Воронежского государственного университета инженерных технологий (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. А. В. Буданов); д-р техн. наук, проф. Н. В. Мозговой

Портнов, В. В.

Воздухоснабжение промышленного предприятия: учеб. П60 пособие / В. В. Портнов, О. А. Орловцева; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет».

Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2018. Ч. 2. 115 с.

В учебном пособии рассмотрены виды основного и вспомогательного оборудования компрессорной станции, методы определения нагрузок, компоновка, водоснабжение, автоматика и регулирование производительности, виды смазочных материалов, а также система воздухоснабжения.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки бакалавров 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» (профиль «Промышленная теплоэнергетика»), дисциплине «Технологические энергоносители предприятий».

Табл. 5. Ил. 7. Библиогр.: 12 назв.

УДК 621.1,016 (075.8) ББК 31.397

Портнов В. В., Орловцева О. А., 2018

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический

университет», 2018

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время крупнейшими потребителями различных видов топлива и энергии являются промышленные предприятия. Потребление неуклонно растет с развитием на- учно-технического прогресса и ростом производства. По данным различных источников за XX век количество энергии, затрачиваемое на единицу промышленной продукции в развитых странах мира, возросло в 10–12 раз. В себестоимости продукции до 40-45 % приходится на долю энергозатрат. В связи с этим значительно выросла роль энергетического хозяйства в обеспечении бесперебойного функционирования производственного процесса с целью снижения издержек производства и повышения уровня рентабельности промышленных предприятий.

Данное учебное пособие открывает серию изданий, посвященных изучению курса «Технологические энергоносители предприятий». Необходимость эффективного решения задач, связанных с рациональным выбором схем производства и распределения энергоносителей на современном ПП, расчета потребностей в них, обоснованного выбора основного и вспомогательного оборудования, требует у изучающего данную дисциплину базовых знаний, полученных при изучении таких курсов, как «Техническая термодинамика», «Тепломассообмен», «Тепломассообменное оборудование предприятий», «Нагнетатели и тепловые двигатели».

Учебное пособие рекомендуется студентам направления подготовки 13.03.01 «Теплотехника», профиля «Промышленная теплоэнергетика» для подготовки по теоретической части курса и при выполнении курсового проекта.

3

1.ОСУШКА ВОЗДУХА

1.1.Основные понятия и методы осушки

Воздух всегда содержит влагу, которая может быть в капельном (жидком) или парообразном состоянии. Сжатый воздух считается сухим, если в заданном диапазоне изменения его параметров влага остается в состоянии пара (относительная влажность менее 100 %, т. е. состояние выше линии насыщения на диаграмме ВТИ (Рамзина)).

В процессе использования сжатого воздуха могут возникать условия, при которых его состояние изменится до насыщения и начнется фазовый переход пара в конденсат - начнет выпадать капельная влага. Эта влага может вызвать ухудшение работоспособности пневмомеханизмов и приборов.

Для отделения капельных жидкостей (кроме воды в воздухе после компрессора может присутствовать еще и компрессорное масло) используются различные конструкции масловодоотделителей.

Компрессорные станции представляют собой сооружения с положительной внутренней температурой, соответственно, сжатый воздух на выходе из станции будет иметь такую же или более высокую температуру. При таких параметрах воздух будет иметь определенное количество водяного пара. При транспортировании СВ по пневмосети будет происходить его охлаждение с возможным выпадением конденсата (особенно в холодное время года и условиях надземной прокладки). К тому же потребители могут предъявлять к качеству СВ весьма жесткие требования с точки зрения наличия паров жидкостей. Все это обуславливает возможность еще одного процесса обработки воздуха – снижение его влагосодержания или осушка.

Для характеристики глубины осушки воздуха более удобным, нежели влагосодержание, является значение температуры точки росы, т.е. температуры, при которой содержа-

4

щийся в СВ водяной пар перейдет в состояние насыщения. Это позволяет сразу оценить возможный температурный диапазон, при котором можно использовать воздух без выпадения конденсата. Например, для сжатого воздуха, используемого в технических системах в условиях крайнего Севера, может быть назначена осушка до точки росы -55°С, в условиях умеренного климата - до -35°С. В случае использования воздуха для механизмов внутри отапливаемых помещений температура точки росы принимается равной до +4°С. В некоторых случаях требуется очень высокая осушка - до -80°С.

Удаление паров из СВ возможно следующими способа-

ми:

-химический;

-физико-химический;

-термический;

-физико-механический.

Химический способ заключается в контакте СВ с некоторыми чистыми веществами и их соединениями, способными в силу своей активности вступать в химические реакции с водой. В основном это щелочные металлы и их соединения. В промышленности данный способ не применяется по причине высокой стоимости реагентов.

Физико-химический способ это сорбция - поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом. поглощающее твёрдое тело или жидкость

— сорбентом.

По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию — концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию — объёмное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента.

5

Термический способ заключается в охлаждении СВ в аппаратах контактного или поверхностного типа с целью конденсации водяного пара. Охлаждение в устройствах контактного типа применяется редко и только в случаях неглубокой осушки воздуха.

Физико-механический способ заключается в фильтро-

вании СВ через специальные фильтры, фильтрующим элементом которых являются полупроницаемые мембраны, способные удерживать молекулы пара и беспрепятственно пропускать молекулы воздуха.

1.2. Осушка сжатого воздуха сорбцией

Большинство абсорбентов химически взаимодействуют с водяным паром (безводный сульфат кальция, перхлорат магния), некоторые при этом меняют свою консистенцию, разжижаются (хлорид кальция, гидраты окиси щелочей). В связи с тем, что некоторые абсорбенты вообще не восстанавливаются и непригодны для повторного использования, а для восстановления остальных требуется специальная технология, промышленное применение абсорбентов для осушки сжатого воздуха ограничено.

Явление адсорбции обусловлено наличием силового поля у атомов иди молекул адсорбента, находящихся на поверхности. В зависимости от интенсивности этого поля на поверхности адсорбента влага улавливается мономолекулярным слоем вещества, имеющего значительную эффективную площадь поверхности. Например, поверхность капилляров 1 кг силикагеля достигает 400 000 м3. Наиболее широкое распространение получили следующие адсорбенты:

- силикагель - высушенный гель, образующийся из перенасыщенных растворов кремниевых кислот;

6

-активированная окись алюминия (алюмогель) - пористая масса, в состав которой входит окись алюминия с примесью окислов натрия, кремния, железа и титана;

-активированный уголь;

-синтетические цеолиты; цеолиты – это сложные алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов; синтетические цеолиты имеют каркасное строение, что определяет их уникальные свойства; наиболее распространенными являются цеолиты типов А и Х, которые в зависимости от катионов, входящих в их состав, обозначаются NaA и СаА, а также NaX и СаХ.

Способность адсорбента поглощать влагу зависит от влажности и температуры очищаемого воздуха. Так, наибольшая поглотительная способность силикагеля достигается при относительной влажности сжатого воздуха 70-100 % и температуре 30...35 °С. При увеличении температуры сжатого воздуха выше 35 °С поглотительная способность адсорбентов резко снижается, поэтому важно поддерживать низкую температуру осушаемого воздуха перед адсорбционным аппаратом.

Синтетические цеолиты по сравнению с силикагелем и алюмогелем обладают более высокой поглотительной способностью в широком диапазоне температур (выше 40 °С) и эффективны при относительной влажности ниже 70 %. Положительным свойством цеолитов является способность поглощать

ипары масла.

Процесс адсорбции экзотермический и не беспредельный, так как после насыщения адсорбента влагой его поглотительная способность падает до нуля. Обратный процесс называется десорбцией, это эндотермический процесс.

Поглотительная способность адсорбентов не беспредельна. Существует предел насыщения его влагой, который характеризуется влагоемкостью адсорбента.

Основным элементом адсорбционной осушки является адсорбер. Адсорберы малой пропускной способности пред-

7

ставляют собой устройства патронного типа. Адсорбент содержится в патроне, который заменяется после насыщения адсорбента.

Адсорберы большой пропускной способности - это аппараты, в которых адсорбент используется многократно путем периодической регенерации. Они представляют собой металлический цилиндрический сосуд с коническими или эллиптическими крышками (рис. 1), внутрь которого загружается адсорбент.

Рис. 1. Адсорберы с вертикальным (я) и кольцевым (6) слоем адсорбента: 1 – корпус, 2 - люки для загрузки адсорбента, 3 - люки для выгрузки адсорбента, 4 - штуцер для отвода конденсата, 5,6,7 – решетки, МВ - мокрый воздух, ОВ - осушенный воздух, К - конденсат

Адсорбент удерживается с помощью круговой или цилиндрических решеток, создавая полости подвода и отвода воздуха. Адсорбер оборудован патрубками и штуцерами для

8

подвода и отвода воздуха, для отвода конденсата, люками для загрузки и выгрузки адсорбента. В зависимости от расположения адсорберы бывают с вертикальным, горизонтальным и кольцевым слоем.

Осушка воздуха производится путем прокачки влажного воздуха обычно сверху вниз через слой адсорбента, где из воздуха извлекается влага. Через определенный период времени наступает насыщение адсорбента влагой, адсорбер должен быть отключен на регенерацию. Извлечение влаги производится путем нагрева адсорбента и снижения давления в аппарате. Нагрев производится горячим воздухом, затем производятся охлаждение и осушка адсорбента. Образовавшийся при регенерации конденсат отводят. После этого аппарат готов к включению в режим осушки.

Таким образом, адсорбер по сути своей является аппаратом периодического действия. Его работа происходит в четыре стадии:

-поглощение адсорбентом влаги из воздуха;

-удаление влаги из адсорбента при его нагреве;

-сушка адсорбента горячим воздухом;

-охлаждение адсорбента холодным воздухом.

Поэтому адсорбционные осушительные установки выполняются с двумя адсорберами, один из которых работает в режиме адсорбции, а другой - в режиме регенерации. Поочередное переключение режимов производится автоматически с помощью специальных электромагнитных или пневматических вентилей. Схема такой установки представлена на рис. 2.

Влажный сжатый воздух от компрессора охлаждается в охладителе, затем в масловодоотделителе происходит отделение конденсата с периодической продувкой для удаления конденсата.

Охлажденный и очищенный воздух поступает на осушку через вентиль 1 в адсорбер А1. Вентиль 2 закрыт, т. к. адсорбер А2 работает в режиме регенерации. Пройдя через слой

9