8664

Л. М. Дыскин, Н. В. Калинин, В. Ю. Кузин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ СНАБЖЕНИЯ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ

Учебное пособие

Нижний Новгород

2017

ББК 22.317 О 60 УДК 621.51

Рецензенты:

Валиулин С.Н. – канд. техн.наук, доцент, ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта»

Ионычев Е.Г. – канд. техн. наук, генеральный директор ЗАО «Проектпромвентиляция»

Дыскин, Л. М. Определение характеристик систем снабжения сжатым воздухом [Текст]: учеб. пособие / Л. М. Дыскин, Н. В. Калинин, В. Ю. Кузин; Нижегор. гос. архитектур.

- строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. – 56. ISBN 978-5-528-00239-2

Приведены примеры расчета потребности в сжатом воздухе для различных промышленных потребителей: доменных печей, воздухораспределительных установок, пневмоприемников. Представлены необходимые таблицы с характеристиками компрессорного оборудования и других элементов систем воздухоснабжения.

Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Промышленная теплоэнергетика», изучающих дисциплину «Технологические энергоносители и энергосистемы предприятий». Может быть испол ь- зовано при выполнении бакалаврских и магистерских выпускных квалификационных работ.

ББК 22.317

ВВЕДЕНИЕ

Сжатый воздух – это один из самых распространенных энергоноси-

телей на промышленных предприятиях. Совокупность устройств, связан-

ных с его обработкой и распределением и входящих в систему воздухо-

снабжения, определяет уровень совершенства и эксплуатации технологи-

ческих потребителей для которых рассчитана система.

При всем разнообразии промышленных потребителей сжатого воз-

духа их можно разделить на технологические (выплавка стали, чугуна,

воздухораспределительные установки) и силовые (для привода различных механизмов в машиностроении, кузнечном производстве).

Вид потребителя и режим потребления сжатого воздуха опреде-

ляет способ расчета потребности в сжатом воздухе, тип и число ком-

прессоров. Для технологических потребителей характерны, как прави-

ло, более равномерные нагрузки, больший расход сжатого воздуха и самые крупные турбокомпрессоры. Силовые потребители представляют собой большое количество устройств с неравномерным графиком по-

требления и использованием компрессоров малой производительности,

как правило, поршневых.

В пособии рассмотрены примеры расчета потребности в сжатом воздухе для потребителей различного типа, приведены таблицы для вы-

бора компрессоров и выполнения гидравлического расчета трубопрово-

дов. Даны рекомендации по составлению принципиальных и технологи-

ческих схем систем воздухоснабжения различных объектов промышлен-

ных предприятий.

3

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА СЖАТОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

1.1. Доменные цеха

Определение потребности в сжатом воздухе для доменных печей

Нагрузкой на компрессорную станцию называется расход воздуха V,

необходимый предприятию с учетом различных потерь. Производитель-

ность включенных в работу компрессоров станции должна соответствовать нагрузке в любой рассматриваемый промежуток времени:

V = Vк = Vп + q, (1.1)

где Vк – суммарная производительность работающих компрессоров на станции; Vп – количество воздуха, полезно расходуемое потребителем в единицу времени; q – потери воздуха при выработке, транспортирова-

нии и использовании.

Поскольку по условиям режима работы и требованиям технологии производства не все потребители воздуха (доменные печи, воздухораспределительные установки) могут находиться в работе одновременно, то воздухопотребление всего предприятия не является арифметической суммой паспортных расходов воздуха Vр потребителей. Можно выделить два вида нагрузки на станцию: максимально длительная, которая лежит в пределах 0,75Vр < V < Vр, и максимально возможная, когда V = Vр. Как показывает практика эксплуатации компрессорных станций, продолжительность максимально длительной нагрузки обычно не превышает 30 минут и покрывается всеми работающими компрессорами, за исключением резервных и находящихся на ремонте. Максимально возможная нагрузка имеет лишь кратковременный характер, а для еѐ покрытия включают в работу всю установленную производительность, вместе с резервной.

Для определения нагрузок на компрессорную станцию доменных цехов будем использовать укрупненный метод определения нагрузок, основанный на применении средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу продукции.

4

Порядок расчета потребности в сжатом воздухе следующий. Определяется годовая производительность Пгод, т/год, доменной печи:

где П – производительность доменной печи, т/ч; h – годовое число часов работы оборудования, ч/год.

Рассчитывается средний годовой расход воздуха Vгод, м3/год:

где A – средний расход воздуха на единицу продукции, м3/т.

Значения среднего расхода воздуха для различных видов продукции приведены в табл. 1.1.

Средняя часовая нагрузка в рабочую часть года Vср, м3/ч, составляет

где kут – потери сжатого воздуха за счет утечек в соединениях трубопроводов, коэффициент kут равен 1,05…1,07; h – число часов работы в год, ч/год.

Затем определяется максимальная нагрузка Vmax, м3/ч:

где kmax – коэффициент учета максимума потребления сжатого воздуха. Часовая максимально длительная нагрузка Vм.д., м3/ч, составляет

где β – коэффициент неодновременности, учитывающий вероятность несовпадения во времени максимальной нагрузки цехов или отделений пред-

приятий, β = 0,85…0,95.

В зависимости от необходимых потребителям расхода и давления воздуха станции оборудуются центробежными компрессорами с избыточным давлением сжатого воздуха p, МПа, равным 0,35…0,9 МПа, и единичной производительностью 250…7000 м3/мин или поршневыми с давлением 3…20 МПа и единичной производительностью не более 100 м/мин.

Следует иметь виду, что при выборе типа компрессора значения производительности необходимо перевести в м3/мин.

5

Пример расчета потребности в сжатом воздухе для доменных печей

Определим расход воздуха для четырех доменных печей.

Доменная печь № 1. Производительность 131,56 т/ч; число часов работы h = 8500 ч/год; давление p = 0,42 МПа.

Годовая производительность рассчитывается по формуле (1.2)

Пгод Пh 131,56 8500 1118260 т/год.

Средний годовой расход воздуха определяется по зависимости (1.3). Поскольку продуктом производства доменной печи является чугун, то

по данным табл. 1.1. выбираем для производства чугуна значение среднего расхода воздуха на единицу продукции А = 900 м3/т.

Vгод АП год 900 1118260 1006434000 109 м3 / год.

Таблица 1.1

Нормы расхода сжатого воздуха отдельных потребителей

Среднюю часовую нагрузку в рабочую часть года определяем по формуле (1.4), коэффициент kут принимаем равным 1,065:

Максимальную нагрузку находим по формуле (1.5), принимая kmax = 1,2:

Vmax kmax Vср 1,2 126100 151320 м3/ч.

Максимально длительную нагрузку рассчитываем по формуле (1.6),

принимая β = 0,95: Vм.д. Vmax 0,95 151320 143754 м3/ч = 2396 м3/мин.

6

По данным проведенного расчета подбираем компрессор, пользуясь характеристиками в табл. 1.2. Выбираем компрессор К-3250-42-1. Расчет потребности в сжатом воздухе для остальных доменных печей произво-

дится аналогичным образом.

Доменная печь № 2. Производительность 141,07 т/ч; число часов работы 7417,9 ч/год; давление 0,42 МПа.

Результаты расчета:

Пгод Пh 141,07 7417,9 1046443 т/год;

Vгод АП год 900 1046443 941798838 941,8 106 м3 / год.

Принимая kут = 1,065, kmax = 1,2 и β = 0,95, получим:

По данным проведенного расчета подбираем компрессор, пользуясь

данными, приведенными в табл. 1.2. Выбираем компрессор К-3250-42-1.

Доменная печь № 3. Производительность 217,74 т/ч; число часов работы 8220 ч/год; давление 0,48 МПа.

Результаты расчета:

Пгод Пh 217,74 8220 1789823 т/год;

Vгод АП год 900 1789823 1610840520 1,61 109 м3 / год.

Принимая kут = 1,07, kmax = 1,2 и β = 0,95, получим:

По данным проведенного расчета подбираем компрессор, пользуясь

данными, приведенными в табл. 1.2. Выбираем компрессор К-5500-42-1.

7

Доменная печь № 4. Производительность 235,12 т/ч; число часов работы 7996,1 ч/год; давление 0,48 МПа.

Результаты расчета:

Пгод Пh 235,12 7996,1 1880043 т/год;

Vгод АП год 900 1880043 1692038729 1,69 109 м3 / год.

Принимая kут = 1,07, kmax = 1,2 и β = 0,95, получим:

По данным проведенного расчета подбираем компрессор, пользуясь

данными, приведенными в табл. 1.2. Выбираем компрессор К-5500-42-1.

Производительность чугуна за год Пгод, т/год, определяется как сум-

ма i-х годовых производительностей Пгод.i, т/год, N печей:

N

Пгод Пгод.i Пгод.1 Пгод.2 Пгод.3 Пгод.4 1118260 1789823

i1

1046443 1880043= 5834569 т/г.

Суммарный годовой расход воздуха за год на четырех печах составляет

Результаты расчета по всем доменным печам сведем в табл. 1.3.

В зависимости от состава и характеристики установок, потребляю-

щих сжатый воздух (в данном случае доменные печи), рабочие компрессо-

ры, устанавливаемые на станции, могут различаться по производительно-

сти и степени сжатия (в нашем случае К-3250-42-1 и К-5500-42-1). Катего-

рия обслуживаемых потребителей и их требования к надежности воздухо-

снабжения определяют необходимое количество резервных агрегатов на станции. Обычно выбирается один компрессор с производительностью и степенью сжатия самого крупного рабочего компрессора.

8

Таблица 1.2

Характеристики воздушных турбокомпрессоров