2145

новленной мощности (без резерва), т. е. рабочей производительности станции.

Коэффициент использования установленной мощностидля компрессорной станции можно определить по формуле:

где QФАКТ - количество воздуха, выработанное ком-

прессорной станцией за сутки, месяц или год, равное средней нагрузке станции, м3/с;

QУСТ - установленная производительность компрес-

сорной станции, м3/с;

QРЕЗ - производительность резервных компрессорных установок, м3/с.

Эксплуатация компрессорной станции должна быть организована так, чтобы компрессоры работали с полной нагрузкой. Работа не полностью загруженного компрессора увеличивает удельный расход электроэнергии. При наличии на компрессорной станции различных по производительности компрессорных агрегатов необходимо распределять нагрузку между ними так, чтобы все одновременно работающие компрессоры были полностью загружены. Для каждой компрессорной станции должен быть разработан график работы компрессоров, обеспечивающий минимальный удельный расход электроэнергии компрессорной станцией. В основу графика должны быть положены наиболее экономичные компрессорные установки, вырабатывающие максимально возможное количество воздуха.

С целью экономии электроэнергии, а также для составления графика проведения ремонтных и профилактических работ необходимо для каждой компрессорной станции разраба-

30

тывать различные комбинации совместной работы компрессоров, определяя для каждой комбинации суммарные удельные расходы электроэнергии при разных нагрузках.

На работу компрессорной станции в значительной мере влияет правильный выбор необходимого давления воздуха у потребителей во всей сети и на отдельных ее участках. Давление сжатого воздуха, должно соответствовать давлению, которое необходимо пневмоприемникам.

Эксплуатация компрессорных установок, подающих сжатый воздух пневмоприемникам с давлением ниже необходимого, приводит к потере производительности пневмоприемников, а подающих сжатый воздух пневмоприемникам с давлением значительно выше необходимого приводит к бесполезной затрате энергии. Так, например, повышение давления на 1 % увеличивает перерасход электроэнергии на 0,5 %. Давление воздуха при выходе его из компрессора должно быть выше необходимого только на величину потерь давления в арматуре, воздухопроводах и вспомогательном оборудовании.

3.2. Выбор типа устанавливаемых компрессоров

При выборе типа устанавливаемых на КС компрессоров необходимо ориентироваться на целый ряд показателей. В первую очередь это рабочее давление и производительность.

Практика проектирования и строительства компрессорных станций общего назначения в период приблизительно до 1990 г. не отличалась большим разнообразием решений. Обычно использовались типовые проекты компрессорных станций, в которых установленная производительность обеспечивалась однотипными компрессорами. При нагрузке до 400 м3/мин устанавливались поршневые компрессоры и при большей нагрузке - центробежные компрессоры, включая резерв-

31

ные. Максимальное количество однотипных машин на станции принималось от 4 до 6.

Период после указанной даты характеризуется или снижением воздухопотребления (в связи с отключением непрофильных цехов и участков, энергосбережением и др.), или резко переменными нагрузками (работа крупных пневмопотребителей в одну или две смены, развитие новых технологий и др.). Не имея мелких резервных компрессоров на станции, эксплуатационный персонал вынужден переводить крупные компрессоры в предельный режим регулирования часто с выпуском «лишнего» сжатого воздуха в атмосферу. Выход из ситуации возможен путем подбора и установки компрессора с более низкой производительностью в самой компрессорной станции (если позволяет промплощадка в машзале) или по месту расположения крупного потребителя воздуха с переменным графиком расхода - децентрализация воздухоснабжения.

В настоящее время приходится учитывать большее количество факторов, как чисто экономических, так и эксплуатационных.

Среди экономических показателей при выборе можно выделить стоимость установки и эксплуатационные затраты ( в основном – удельный расход электроэнергии на выработку СВ).

Рыночная стоимость воздушных компрессорных машин как отечественных, так и зарубежных колеблется в широких пределах. Цены ежегодно пересматриваются и не поддаются какой-либо статистической обработке даже в пределах установок одного класса. Однако при одинаковых основных характеристиках (производительность - рабочее давление) цены на отечественные компрессоры ниже на 20-30 %, чем на аналогичные зарубежные установки.

Стоимость компрессорной установки непосредственно влияет связанные с ней другие виды капитальных затрат, в том числе на проектную привязку, строительство, монтаж,

32

пусконаладочные работы, расходы на дополнительное оборудование и т. д.

Эксплуатационные затраты (издержки производства на выработку сжатого воздуха) определяются режимом работы компрессорных установок, типов машин, выбранной системы охлаждения и др.

Удельные затраты электроэнергии на производство сжатого воздуха современными винтовыми и центробежными компрессорами составляют в среднем 87-90 кВт-ч/1000 м3 или

5,3-5,6 кВт/(м3/мин).

Основными эксплуатационными факторами являются:

-возможность и глубина регулирования производительности;

-удельные затраты мощности на номинальном и регулируемом режимах работы,

-загрязнения в сжатом воздухе после компрессора (например маслом),

-надежность и долговечность в эксплуатации,

-шум и вибрация при работе;

Всжатом воздухе масло обычно находится в парообразном и жидком состоянии. Предельная концентрация паров масла в уменьшается с понижением температуры и повышением давления.

Использование большого количества сортов компрессорных масел, а также сложность и малоизученность химического состава высокомолекулярной части нефти не позволяют привести точные значения давления паров масел и маслосодержания от температуры и давления воздуха. По этой причине маслосодержание воздуха для различных условий эксплуатации пневмосистем принимают в основном по результатам экспериментальных исследований.

Вынос в линию нагнетания смазки компрессоров является основной причиной загрязнения сжатого воздуха маслами. Количество масла, поступающего в линию нагнетания,

33

можно определить из норм расхода смазки в компрессорах различных типов. В винтовых маслозаполненных компрессорах вынос масла в линию нагнетания в 1,5-2 раза выше, чем в поршневых.

Высокие температуры в поршневом пространстве маслосмазываемых компрессоров и на начальном участке линии нагнетания (от 120 до 200 "С) приводят к парообразованию и частично к термическому разложению масла. В результате этих процессов до 10 % масла окисляется (заметное окисление масел наступает с температуры 60 °С) и в виде нагара и лакооразной пленки осаждается в проточной части компрессора и трубопроводов, а легкие фракции в виде паров и мелкодисперсной фазы уносятся воздухом в пневмосистему.

Сжатый воздух без масел могут производить турбокомпрессоры, винтовые компрессоры с впрыском воды в камеру сжатия, винтовые компрессоры сухого сжатия с тефлоновым покрытием винтовых поверхностей и поршневые компрессоры с поршневыми кольцами из антифрикционного материала (в основном это фторопласт-4 с различными наполнителями: коксом, графитом, дисульфидом молибдена и др.).

Надежность компрессорных машин характеризуется безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью. Надежность закладывается при конструировании, обеспечивается в процессе производства и поддерживается в эксплуатации. Надежность компрессорной установки является не только качественной характеристикой, но и фактором, определяющим резерв на компрессорной станции, состав ремонтного персонала и номенклатуру запчастей.

В поршневых компрессорах, как ни в одном другом, можно наблюдать сочетание деталей и узлов, работающих годами и какие-то сотни часов. Особого внимания требуют самодействующие клапаны, срок службы которых определяется состоянием запирающих поток пластин или колец, числом

34

оборотов, загрязненностью воздуха и др. и лежит в пределах

900-3000 ч.

Наиболее надежными показали себя винтовые и центробежные компрессоры. К примеру, полный средний срок службы центробежного компрессора К-250 - до 30 лет, средний ресурс ротора 76 000 ч, а ресурс между средними ремонтами 17 000 ч. Практика эксплуатации показывает, что наиболее уязвимым местом центробежных машин являются передающие муфты в паре редуктор-компрессор.

Исключительно высокая надежность винтовых компрессоров определяется во многом простотой конструкции, отсутствием деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, отсутствие газораспределительных органов и, наконец, отсутствием деталей, легко подверженных вибрации. При соблюдении правил эксплуатации долговечность винтовых компрессоров сопоставима с центробежными машинами.

На современных компрессорных станциях шум, как правило, превышает допустимые нормы. Шум компрессорных установок наиболее интенсивный в промышленности и достигает 110 дБ.

Поршневые компрессоры шумят сильнее, чем другие типы машин в низкочастотной области спектра. Здесь преобладает шум механического характера от работы кривошипношатунного механизма, и к нему добавляется аэродинамический шум в результате периодической работы самодействующих клапанов.

Вцентробежных компрессорах преобладает высокочастотный аэродинамический шум, который составляют в низкой области звукового диапазона роторные частоты, а в высокочастотной области - лопаточные частоты.

Ввинтовых компрессорах наиболее интенсивным источником шума являются пульсации давления воздуха во всасывающем и нагнетательном патрубках.

35

Но общим источником шума для всех типов компрессорных машин является всасывающий тракт и система сброса (байпасирование) воздуха в атмосферу. Через отверстия всасывающих и выхлопных воздухопроводов шум проникает на территорию, примыкающую к компрессорной станции.

Работа всех типов компрессорных машин сопровождается вибрацией. Вибрация поршневых компрессоров вызывается в основном неравномерным возвратно-поступательным движением массы, недостаточно массивным фундаментом для данного грунта и резонансными явлениями в воздухопроводах. Вибрация центробежных машин связана с дисбалансом ротора, несоосностъю валов роторов компрессора или двигателя с шестернями редуктора, неотрегулированных зазоров в опорных подшипниках и других причин. Повышенные вибрации центробежного компрессора очень опасны, они могут привести к поломке лабиринтных уплотнений, рабочих колес ротора, диафрагм и других внутренних деталей.

Опасность вибрации оценивается не только с точки зрения надежности и долговечности работы компрессора, но и из-за вредного ее влияния на человеческий организм.

Общая вибрация регламентируется санитарными нормами СН 245-71 и ГОСТ 17770-82, которые налагают ограничения на вибрацию, передаваемую на рабочие места в производственных помещениях (сидения, пол, рабочую площадку) и обусловленную работой технологического оборудования.

Помимо перечисленных показателей компрессоров фирмы-изготовители стремятся улучшить и другие эксплуатационные качества компрессорной установки: автоматические управление и защиту, снижение уровня шума, металлоемкость и т. д. за счет дополнительного оборудования. Цена (качество) этого оборудования зависит от производителя, имеющего современные технологии изготовления и высокий международный рейтинг среди энергетических компаний. Поэтому целесообразно рассмотреть дополнительные эксплуатационные

36

факторы, которые могут повлиять на выбор компрессорной установки.

Удельная металлоемкость, как важный качественный показатель конструкции компрессора - это масса машины, приходящаяся на единицу ее производительности. По удельной металлоемкости между собой сравниваются не только однотипные машины, но и подбирается крановое оборудование, номенклатура запчастей, тип и объем фундамента. Например, согласно ГОСТ 18985-83 для поршневых компрессоров общего назначения на рабочее давление 0,883 МПа (9,0 атм) удельная металлоемкость равна 140-180 кг/м3/мин.

Характерная для всего машиностроения тенденция к повышению быстроходности приводит к снижению габаритов и массы машин, в том числе и компрессоров. Наилучшие показатели удельной металлоемкости имеют винтовые

(85-110 кг/(м3/мин)) и центробежные (110-150 кг/(м3/мин))

компрессоры без учета массы электродвигателя.

Удельная площадь компрессорной установки - это площадь, определяемая по наружным габаритам и отнесенная к единице производительности компрессора. Площадка, занимаемая компрессорной установкой, и связанный с ней фактор удельной площади имеют наибольшую ценность при рассмотрении вариантов расширения компрессорной станции или выделения помещения под автономную установку, когда на дополнительную застройку отводится минимум места. На этот фактор в первую очередь оказывают влияние конструктивные особенности компрессора, а затем уже схема и тип привода.

Поршневой компрессор как наименее быстроходный и уравновешенный требует больше площади и, главное, более массивного фундамента среди всех машин. Удельная площадь

современные винтовые (0,08-0,15 м2/(м3/мин)) и центробежные

(0,11-0,15 м2/(м3/мин)) компрессоры.

37

Таблица 3 Преимущественное использование компрессорных установок общего назначения на давление до 1,0 МПа

Преимущественное использование компрессорных установок общего назначения на российских промышленных предприятиях показано в табл. Из нее видно, что в диапазоне производительностей машин от 10 до 120 м3/мин конкуренцию поршневым и винтовым компрессорам составили центробежные компрессоры.

38

В свою очередь благодаря высокой эффективности и надежности винтовые компрессоры практически вытеснили поршневые аналоги в диапазоне производительностей от 1 до

120м3/мин на давление до 1,3 MПа.

3.3.Рекомендации по выбору расположения проектируемой КС

Одной из основных задач при проектировании новой системы воздухоснабжения на промышленном предприятии является правильное расположение компрессорной станции (КС). Для обеспечения минимальных потерь при транспортировании сжатого воздуха должны выполняться следующие условия:

-минимальная длина участков до самых крупных потребителей;

-центральное расположение по нагрузкам относительно остальных потребителей.

Расположение центральной компрессорной станции должно быть организовано в центре нагрузок по отношению к наиболее крупным потребителям. Это условие позволяет обеспечить оптимальную прокладку трасс воздухораспределительной системы с минимальными гидравлическими потерями энергии сжатого воздуха. В общем случае центр нагрузок или местоположение компрессорной станции определяются подобно центру тяжести системы материальных точек по формулам:

где Qmax.i - расчетный максимальный расход воздуха;

39