1. Расчет потребности в сжатом воздухе для отдельных потребителей.

1. Доменный цех.

Определим расход воздуха для двух доменных печей.

Доменная печь №1.

Годовая производительность П₁=1,810⁶ т/год;

Число часов работы h₁=7200 ч/год;

Давление Р₁=0,36 МПа.

Средний годовой расход воздуха рассчитывается по формуле:

V_год=АП_год , м³/год ,

где А – норма расхода сжатого воздуха.

Поскольку продуктом производства доменной печи является чугун, то по данным таблицы 1.1 [1] выбираем для производства чугуна значение среднего расхода воздуха на единицу продукции А=900 м³/т.

V_год1=АП_год1=9001,810⁶=1,6210⁹ м³/год.

Среднюю часовую нагрузку в рабочую часть года определяем по формуле:

V_ср= (V_годК_ут )/h , м³/ч ,

где К_ут – потери сжатого воздуха за счет утечек в соединениях трубопроводов. Обычно можно принять значение из интервала К_ут = 1,051,07. Принимаем К_ут = 1,065.

V_ср1= (V_год1К_ут )/h₁=(1,6210⁹1,065 )/ 7200=2,2510⁵ м³/ч..

Максимальную нагрузку находим по формуле:

V_max=K_maxV_cp , м³/ч ,

где К_max – коэффициент, учитывающий максимум потребления сжатого воздуха. Принимаем К_max=1,2.

V_max1=K_maxV_cp1=1,22,2510⁵=2,710⁵ м³/ч.

Часовую максимально длительную нагрузку находим по формуле:

V_м.д= V_max , м³/ч ,

где  - коэффициент неодновременности, учитывающий вероятность несовпадания во времени максимальных нагрузок цехов или отделений предприятия. =0,850,95. Принимаем =0,95.

V_м.д1= V_max1=0,952,710⁵=2,56510⁵ м³/ч.

Максимально длительная нагрузка

V_м.д1= V_м.д1/60=2,56510⁵/60=4,27510³=4275 м³/мин.

По данным произведенного расчета подбираем компрессор, пользуясь характеристиками, приведенными в таблице 1,2 [1]. Выбираем компрессор К-5500-42-1 (Производительность 4360 м³/мин).

Расчет потребности в сжатом воздухе для второй доменной печи производим аналогичным образом.

Доменная печь №2.

Годовая производительность П₂=1,610⁶ т/год;

Число часов работы h₂=8300 ч/год;

Давление Р₂=0,42 Мпа.

V_год2=АП_год2=9001,610⁶=1,4410⁹ м³/год. Принимаем К_ут = 1,065.

V_ср2= (V_год2К_ут )/h=(1,4410⁹1,065 )/ 8300=1,73510⁵ м³/ч..

V_max2=K_maxV_cp2=1,21,73510⁵=2,08210⁵ м³/ч. Принимаем К_max=1,2.

V_м.д2= V_max2=0,952,08210⁵=1,97810⁵ м³/ч. Принимаем =0,95.

V_м.д2= V_м.д2/60=1,97810⁵/60=4,27510³=3296,667 м³/мин.

По данным произведенного расчета подбираем компрессор, пользуясь характеристиками, приведенными в таблице 1,2 [1]. Выбираем компрессор К-5500-42-1.

Производство чугуна за год (на двух печах):

П_год=П_i , т/год ,

где П_i– годовая производительностьi-й доменной печи, т/год.

П_год=П_i=П₁+П₂=(1,8+1,6)10⁶=3,410⁶ т/год.

Суммарный расход воздуха за год (на двух печах):

V_год=АП_год=9003,410⁶=3,0610⁹ м³/год.

Полученные расчеты по всем доменным печам сведем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.Сводная таблица расчета потребности в сжатом воздухе для доменных печей.

Наименование	ДП №1	ДП №2
Годовая производительность П, т/год	1,8106	1,6106
Число часов работы h, ч	7200	8300
Давление Р, МПа	0,36	0,42
Годовой расход воздуха Vгод, м3/год	1,62109	1,44109
Средняя часовая нагрузка Vср, м3/ч	2,25105	1,735105
Максимальная нагрузка Vmax, м3/ч	2,7105	2,082105
Часовая максимально длительная нагрузка Vм.д, м3/ч	2,565105	1,978105
Максимально длительная нагрузка Vм.д, м3/мин	4275	3296,667

В зависимости от состава и характеристики установок, потребляющих сжатый воздух ( в данном случае доменной печи), рабочие компрессор, устанавливаемые на станции, могут различаться по производительности и по степени сжатия ( в нашем случае К-5500-42-1 (Производительность 4360 м³/мин) и К-5500-42-1 (Производительность 4130 м³/мин) различаются по производительности). Категория обслуживаемых потребителей и их требования к надежности воздухоснабжения определяют необходимое количество резервных агрегатов на станции. Обычно выбирается один компрессор – с производительностью и степенью сжатия самого крупного рабочего компрессора. В качестве резервного для наших условий работы выбираем компрессор марки К-5500-42-1 1 (Производительность 4360 м³/мин).

Характеристики компрессоров сведем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2. Характеристики компрессоров доменного цеха.

Марка компрессора.	К-5500-42-1	К-5500-42-1	К-5500-42-1 резервный
Производительность, м3/мин	4360	4130	4360
Давление всасывания, МПа	0,0981	0,0981	0,0981
Давление нагнетания, МПа	0,51	0,51	0,51
Температура всасывания, 0С	20	20	20
Мощность потребления, кВт	17200	16300	17200
Частота вращения, об/мин	3440	3380	3440
Число ступений по секциям	2+2	2+2	2+2
Привод двигателя	Турбина К-22-90	Турбина К-19-35	Турбина К-22-90
Мощность, МВт	20,5	19,0	20,5

1.2 Воздухоразделительная станция.

Воздухоразделительная установка №1: АК-15П.

По данным таблицы 1.5 [1] для установки АК-15П находим ее парамеры и сводим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3. Технические характеристики установки комплексного разделения воздуха АК-15П.

Тип установки	Потоки продуктов и перерабатываемого воздуха	Параметры потоков				Себестои-мость, коп/нм3 (коп/кг)
		, % осн	Р, МПа	Агрегат. состоян.	Количество, м3/ч (кг/ч)
2 режим	Кислород технический	99,5	0,105	Г	5000	0,9
	Кислород технический	99,5	0,1	Ж	(200)	(3,0)
	Азот	99,9995	0,10	Г	15000	0,2
	Воздух	79	0,515	Г	31500	

Часовую потребность в сжатом воздухе находим по формуле:

V_комп=V_воздК_ут , м³/ч,

где V_возд – количество воздуха, необходимое для данной ВРУ, м³/ч;

Значение V_возд берем из таблицы 1.3. V_возд=31500 м³/ч..

К_ут – коэффициент утечек, характеризующий потери сжатого воздуха за счет утечек в соединениях трубопроводов, арматуры и шлангах. К_ут=1,051,07. Принимаем К_ут=1,055.

V_комп1=V_возд1К_ут=315001,055=33232,5 м³/ч.

Потребность в сжатом воздухе:

V_комп1=V_комп1/60=33232,5/60=553,875 м³/мин.

По полученным данным V_комп1=553,875 м³/мин и Р₁=0,515 Мпа выбираем турбокомпрессор, пользуясь характеристиками компрессоров, приведенных в таблице 1.2 [1]. Выбираем компрессор К-905-61-1.

Производим аналогичный расчет для второй ВРУ.

Воздухоразделительная установка №2: КтК-35.

По данным таблицы 1.5 [1] для установки КтК-35 находим ее парамеры и сводим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4. Технические характеристики установки комплексного разделения воздуха КтК-35.

Тип установки	Потоки продуктов и перерабатываемого воздуха	Параметры потоков				Себестои-мость, коп/нм3 (коп/кг)
		, % осн	Р, МПа	Агрегат. состоян.	Количество, м3/ч (кг/ч)
1 режим	Кислород технический	95.0	0.105	Г	24200	0,82
	Кислород технический	99,5	0,105	Г	11000	0,92
	Кислород технический	99,7	22,0	Г	300	5,15
	Азот сухой	99,3	0,104	Г	10000	0,12
	Смесь Ne+He	40,0	0,4	Г	1,5	6,5
	Смесь Kr+Xe	0,15	0,105	Ж	143	4,45
	Воздух	79,0	0,655	Г	180000	

Принимаем К_ут=1,055.

V_комп2=V_возд2К_ут=1800001,055=189900 м³/ч

V_комп2=V_комп2/60=189900/60=3165 м³/мин.

По полученным данным V_комп2=3165 м³/мин и Р₂=0,655 Мпа выбираем турбокомпрессор, пользуясь характеристиками компрессоров, приведенных в таблице 1.2 [1]. Выбираем компрессор К-3000-61-1.

В качестве резервного выбираем компрессор К-3000-61-1 по максимальной производительности. Характеристики компрессоров для ВРУ приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5.Характеристики компрессоров воздухоразделительных установок.

Марка компрессора.	К-905-61-1	К-3000-61-1	К-3000-61-1 резервный
Производительность, м3/мин	915	3200	3200
Давление всасывания, МПа	0,095	0,095	0,095
Давление нагнетания, МПа	0,736	0,655	0,655
Температура всасывания, 0С	20	20	20
Мощность потребления, кВт	4500	15100	15100
Частота вращения, об/мин	5690	3260	3260
Число ступений по секциям	2+2+2		
Привод двигателя	СТД-6300-24У	Турбина	Турбина
Мощность, МВт	6,3		
Частота вращения, Об/мин	3000		

1.3 Цехи с пневмопотребителями.

Цех с пневмоприемниками №1.

Потребители сжатого воздуха цеха:

Формовочные машины – 10 шт.

Ковочные молоты – 20 шт.

Прессы – 18 шт.

Значения единичных расходов, а так же коэффициентов одновременности, загрузки, утечки, износа и использования приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 Характеристики пневмопотребителей цеха №1.

Оборудование	Тип пневмоприемника	Номинальный расход	Коэффициенты
		qH, м3/мин	Кисп	Кодн	Кзагр	Кут	Кизн
	Формовочные машины	0,75	0,3	-	-	1,2	1,12
	Ковочные молоты	1,5-5,0	0,60-0,75	-	-	1,1	1,07
	Прессы	1,5-5,0	0,7	-	-	1,1	1,2

К_исп – коэффициент использования пневмооборудования;

К_одн – коэффициент, характеризующий одновременность работы однотипных пневмоприемников в группе; указывает какая часть из всех установленных пневмоприемникв находится в работе;

К_загр – показывает, какую часть от максимально возможной составляет данная загрузка пневмоприемника;

К_ут – коэффициент, характеризующий потери сжатого воздуха за счет утечек в соединениях трубопроводов, арматуры и в шлангах;

К_изн – коэффициент, характеризующий непроизводительные потери воздуха пневмоинструментами за счет износа пневмоприемников.

А) Формовочные машины – 10 шт.

Из таблицы 1.6:

q_{H фм}=0.75 м³/мин, К_{исп фм}=0,875, К_{ут фм}=1,2, К_{изн фм}=1,12

V_{ср фм}=n_фмq_{н фм}К_{исп фм}К_{изн фм}К_{ут фм}=100,750,8751,21,12=8,82 м³/мин.

Б) Ковочные молоты 20 шт.

Из таблицы 1.6:

10 шт. - q_{H км}=1,5 м³/мин, К_{исп км}=0,60,75, К_{ут км}=1,1, К_{изн км}=1,07

10 шт. - q_{H км}=3,5 м³/мин. Принимаем К_{исп км}=0,7.

V_{ср км1}=n_км1q_{н км1}К_{исп км} К_{изн км}К_{ут км}=101,50,71,11,07=12,359 м³/мин.

V_{ср км2}=n_км2q_{н км2}К_{исп км} К_{изн км}К_{ут км}=103,50,71,11,07=28,837 м³/мин.

V_{ср км}= V_{ср км1}+ V_{ср км2}=12,359+28,837=41,196 м³/мин.

В) Прессы – 18 шт.

Из таблицы 1.6:

9 шт. - q_{H пр}=1,5 м³/мин, К_{исп пр}=0,7, К_{ут пр}=1,1, К_{изн пр}=1,2

9 шт. - q_{H пр}=3,5 м³/мин.

V_{ср пр1}=n_пр1q_{н км1}К_{исп пр} К_{изн пр}К_{ут пр}=91,50,71,11,2=12,474 м³/мин.

V_{ср пр2}=n_пр2q_{н км2}К_{исп км} К_{изн пр}К_{ут пр}=93,50,71,11,2=29,106 м³/мин.

V_{ср пр}= V_{ср пр1}+ V_{ср пр2}=12,474+29,106=41,58 м³/мин.

Средний расход воздуха для пневмопотребителей цеха №1:

V_{ср цех1}= V_{ср фм}+ V_{ср км}+ V_{ср пр}=8,82+41,196+41,58=91,596 м³/мин

Определяем максимальный расход воздуха:

К_мах – коэффициент максимума, зависящий от характера нагрузки, вероятности одновременного включения в работу большого количества пневмоприемников или перераспределения загрузки смен. Обычно К_мах принимается равным 1,21,5. Большие значения К_мах относятся к меньшему количеству потребителей с большими расходами воздуха при сравнительно редком включении. Для цеха №1 принимаем К_мах=1,3.

V_{мах цех1}=К_мах V_{ср цех1}=1,391,596=119,075 м³/мин.

Максимально длительную нагрузку определяем по формуле:

V_мд=V_мах , м³/мин,

где  - коэффициент неодновременности, учитывающий вероятность несовпадения во времени максимальных нагрузок цехов или отделений предприятия. В зависимости от состава и числа цехов предприятия с неодинаковыми режимами работы коэффициент  имеет значения от 0,85 до 0,95 и с увеличением числа цехов уменьшается. Принимаем для цеха №1 =0,9.

V_{мд цех1}=V_{мах цех1}=0,9119,075=107,168 м³/мин.

Для расчета, используя данные таблицы 1.8 [1], выбираем компрессор. Нашим условиям удовлетворяеют поршневые компрессоры: 2 шт. – 2ВМ4-24/9 и 2 шт. – 305ВП-30/8.

Характеристики компрессоров приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7 Характеристики поршневых компрессоров для цеха №1.

Марка компрессора	2ВМ4-24/9	305ВП-30/8
Производительность, м3/мин	24	30
Давление всасывания Рвс, МПа	0,1	0,1
Давление нагнетания Рнг, МПа	0,9	0,9
Тип электродвигателя	А2К8/24-8/16У4	БСДК-15-21-12
Мощность электродвигателя Nдв, кВт	160	200
n, об/мин	740	500
Габаритные размеры компрессорной установки, мм	2685*1485*1550	2440*1880*2670
Масса установки, кг	3750	7480

Цех с пневмоприемниками №2.

Потребители сжатого воздуха цеха:

Механические ножницы – 15 шт.

Пескоструйные машины – 20 шт.

Вибраторы – 30 шт.

Значения единичных расходов, а так же коэффициентов одновременности, загрузки, утечки, износа и использования приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 Характеристики пневмопотребителей цеха №2.

Тип пневмоприемника	Номинальный расход	Коэффициенты
	qH, м3/мин	Кисп	Кодн	Кзагр	Кут	Кизн
Механические ножницы	0,5-1,0	-	0,55	0,6	1,1	1,12
Пескоструйные машины	0,5-1,5	-	0,4 - 0,5	0,55	1,15	1,2
Вибраторы	1,0-3,0	0,3-0,4	-	-	1,15	1,05

А) Механические ножницы – 15 шт.

Из таблицы 1.7:

q_{H мн}=0,7 м³/мин, К_{одн мн} =0,55, К_{загр мн}=0,6, К_{ут фм}=1,1, К_{изн фм}=1,12

V_{ср мн}=n_мнq_{н мн} К_{одн мн} К_{исп мн}К_{изн мн}К_{ут мн}=150,70,550,61,11,12=4,296 м³/мин.

Б) Пескоструйные машины – 20 шт.

Из таблицы 1.6:

10 шт. - q_{H пм}=0,5 м³/мин, К_{одн пм}=0,45, К_{загр мн}=0,55 , К_{ут пм}=1,15, К_{изн пм}=1,2

10 шт. - q_{H пм}=1,5 м³/мин.

V_{ср пм1}=n_пм1q_{н пм1}К_{исп мп} К_{изн пм}К_{ут пм}=100,50,451,151,20,55=1,708 м³/мин.

V_{ср пм2}=n_пм2q_{н пм2}К_{исп мп} К_{изн пм}К_{ут пм}=101,50,451,151,20,55=15,123 м³/мин..

V_{ср пм}= V_{ср пм1}+ V_{ср пм2}=1,708+15,123=6,831 м³/мин.

В) Вибраторы – 30шт.

Из таблицы 1.7:

15 шт. - q_{H пр}=1,0 м³/мин, К_{исп пр}=0,35, К_{ут пр}=1,15, К_{изн пр}=1,05

15 шт. - q_{H пр}=3,0 м³/мин.

V_{ср в1}=n_в1q_{н в1}К_{исп в} К_{изн в}К_{ут в}=151,00,351,151,05=6,339 м³/мин.

V_{ср в2}=n_в2q_{н в2}К_{исп в}К_{изн в}К_{ут в}=153,00,351,151,05=19,018м³/мин.

V_{ср в}= V_{ср в1}+ V_{ср в2}=6,339+19,018=25,357 м³/мин.

V_{ср цех2}= V_{ср мн}+ V_{ср пм}+ V_{ср в}=4,296+6,891+25,357=36,517 м³/мин

Для цеха №2 принимаем К_мах=1,4

V_{мах цех2}=К_мах V_{ср цех2}=1,436,517=51,124 м³/мин.

Принимаем для цеха №2 =0,9.

V_{мд цех2}=V_{мах цех2}=0,951,124=46,012 м³/мин.

Для расчета, используя данные таблицы 1.8 [1], выбираем компрессор. Нашим условиям удовлетворяеют поршневые компрессоры: 1 шт. – 2ВМ4-24/9 и 1 шт. – 305ВП-30/8. В качестве резервного компрессора для двух цехов выбираем компрессор 305ВП-30/8.

Характеристики компрессоров приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9 Характеристики поршневых компрессоров для цеха №2.

Марка компрессора	2ВМ4-24/9	305ВП-30/8	305ВП-30/8 резервный
Производительность, м3/мин	24	30	30
Давление всасывания Рвс, МПа	0,1	0,1	0,1
Давление нагнетания Рнг, МПа	0,9	0,9	0,9
Тип электродвигателя	А2К8/24-8/16У4	БСДК-15-21-12	БСДК-15-21-12
Мощность электродвигателя Nдв, кВт	160	200	200
n, об/мин	740	500	500
Габаритные размеры компрессорной установки, мм	2685*1485*1550	2440*1880*2670	2440*1880*2670
Масса установки, кг	3750	7480	7480

Максимальный расход воздуха по заводу в целом:

V_мах=V_{мах цех1}+ V_{мах цех2}=119,075+51,124=170,199 м³/мин.

Максимально длительная нагрузка на компрессорную станцию:

V_мд= V_{мд цех1}+ V_{мд цех2}=107,168+46,012=153,18 м³/мин.

2. Принципиальные схемы систем воздухоснабжения для потребителей.