Дипломная работа: Анализ работы компрессорных установок

Наибольшим разнообразием отличаются конструкции трубчатых и кожухотрубных теплообменников. Большинство газоводяных кожухотрубных аппаратов имеет цилиндрический корпус. Трубы заделаны в трубные решётки. Поскольку внутренняя поверхность круглых труб достаточно просто очищается от накипи, чаще всего вода подаётся в трубное пространство, газ - в межтрубное, но в некоторых случаях в охладителях поршневых компрессоров газ течёт по трубам, а вода в межтрубном пространстве. Для чистки аппаратов от накипи пучок труб вынимается из корпуса, хотя и при этом мелкий ремонт таких теплообменников затруднителен.

В теплообменниках, использующих расположенные вдоль осей корпуса гладкие трубы, организация нужного режима течения межтрубного теплоносителя (как правило газа) достигается установкой перегородок. Основные недостатки такой конструкции - большие масса и габаритные размеры, а также ограничение возможностей унификации, поскольку уменьшение числа перегородок ухудшает газораспределение, увеличивает перетечки и усиливает вибрацию труб. Снижение массы и габаритных размеров таких аппаратов путём использования поперечно-оребрённых труб связано со значительным усложнением конструкции, поскольку для достижения многоходовости межтрубного пространства необходима установка дополнительных трубных досок.

Значительно большие возможности варьирования площади проходного сечения межтрубного теплоносителя представляют конструкции, в которых трубы установлены поперёк корпуса.

Теплообменник состоит из одной или нескольких одинаковых теплопередающих секций (модулей). Варьируя размеры кожуха, толщину обечайки, число секций и способ их коллектирования, можно получить аппараты для широкого спектра расходов, давлений и физических свойств охлаждаемых газов с конфигурацией, близкой к оптимальной. Это позволяет несколькими унифицированными модулями закрыть практически всю область параметров газоводяных охладителей КУ, в которой кожухотрубные аппараты могут конкурировать с пластинчато-ребристыми. Существенным достоинством газоохладителей с поперечным расположением труб является возможность их компановки в одном корпусе с буферными ёмкостями и влагомаслоотделителями. Это отвечает современным тенденциям создания многоблочных конструкций. Последнее важное преимущество такой конструкции - возможность простой и эффективной чистки водяного тракта.

На прокачку охлаждаемого газа и хладагента в газоохладителях компрессоров расходуется от 3 до 10 % мощности, потребляемой компрессорной установкой. Причём она тем больше, чем больше скорости теплообменивающихся сред. Снижение скоростей приводит к росту габаритных размеров и массы аппаратуры. Поэтому в процессе проектирования стараются назначать такие скорости, чтобы достичь уровня оптимальных приведенных затрат. Низкая удельная металлоёмкость и высокая компактность ПРТ позволяет назначать в них скорости ниже, чем в аппаратах традиционных конструкций и таким образом добиваться снижения приведенных затрат. Помимо этого, применение компактной теплопередающей поверхности позволяет при тех же и даже меньших размерах газоохладителей компрессоров получить более глубокое охлаждение [1].

Механическая чистка ПРТ от загрязнений невозможна из-за большого числа каналов малого эквивалентного диаметра, образованных тонкими стенками. Это делает нецелесообразным их использование в открытых водооборотных системах. Вместе с этим это же обстоятельство позволяет упростить конструкцию ПРТ заменой съёмных коллекторов ПРТ приварными. Очистка поверхностей в таких конструкциях от масляного нагара и загрязнений производится с помощью щелочных растворов.

Таким образом, в газоводяных охладителях низкого и среднего давления открытых водооборотных систем охлаждения компрессоров предпочтение следует отдать кожухотрубным аппаратам с поперечным расположением труб с наружным оребрением при внутритрубном течении воды и межтрубном течении газа. В системах непосредственного воздушного охлаждения компрессоров и в закрытых системах с промежуточным теплоносителем в качестве охладителей на низкое и среднее давление газа наилучшие показатели имеют пластинчато-ребристые теплообменники.

3.3 Газоохладители высокого давления

Известны следующие типы газоводяных охладителей высокого давления:

·  кожухотрубные;

·  змеевиковые;

·  аппараты типа «труба в трубе».

Кожухотрубные теплообменники высокого давления (Р=40МПа) наиболее целесообразно применять в КУ большой производительности.

В таких аппаратах газ течёт внутри гладких стальных теплопередающих труб, которые приварены к массивным трубным решёткам. Охлаждающая вода подаётся в межтрубное пространство. Необходимый режим течения воды обеспечивается поперечными перегородками, насаженными на теплопередающие трубы.

Доступ к наружным поверхностям труб для очистки их от накипи обеспечивается при демонтаже наружного корпуса.

В КУ малых производите л ьностей применяются змеевиковые охладители. Основное преимущество змеевиковых теплообменников - отсутствие трубных решёток. При этом, однако, вследствие большой протяжённости газового тракта возрастают гидравлические потери. Поэтому змеевиковые газоохладители используются лишь в ступенях высокого давления, где относительные гидравлические потери ниже, чем в ступенях низкого давления. Другим недостатком змеевиковых охладителей является сложность организации течения охлаждающего теплоносителя (большинство змеевиковых аппаратов водяные), поскольку обычные перегородки здесь установить весьма сложно. Поэтому, как правило, змеевиковые газоохладители используют в комбинированных конструкциях совместно с обычными кожухотрубными теплообменниками ступеней низкого давления.

Наибольшее распространение в качестве газоводяных охладителей ступеней высокого давления получили аппараты типа «труба в трубе». Газоохладители этого типа выполняются в виде нескольких параллельных секций, соединённых на входе и выходе общими коллекторами. Из соображений прочности охлаждаемый газ течёт по внутренней трубе, а охлаждающая вода - в зазоре между внутренней и наружной трубой. Соседние трубы соединяются между собой съёмными калачами. Основное преимущество таких теплообменников - возможность разборки и чистки. Основной недостаток - большие размеры и металлоёмкость.

4. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ

УСТАНОВКИ

4.1 Технические характеристики компрессора

Компрессор К-250-61-5 предназначен для сжатия и подачи воздуха промышленного назначения по ГОСТ 23467-69 шестиступенчатый трёхсекционный [2]. Система смазки подшипников и муфт - принудительно-циркуляционная.

Смазочное масло Т-30 (ГОСТ 32-74), заменители Т-22 (ГОСТ 32-74), Тп-22 и Тп-30 (ГОСТ 9972-74).

Приводом компрессора служит электродвигатель СТД-3150-23УХЛЧ мощностью 1575 кВт, напряжением 6 и 10 кВ. В агрегате используется повышающий редуктор типа РЦОТ-350-2,55-1 к.

Объёмная производительность при 20°С и 0,1013 МПа, м3/мин	254
Массовая производительность, кг/мин	305
Конечное давление (абсолютное), МПа	0,9
Температура воздуха на выходе из нагнетательного патрубка, °С	135
Начальное абсолютное давление, МПа	0,09807
Начальная температура, °С	20

Степень сжатия:

в первой ступени компрессора	2,57
во второй ступени компрессора	2,04
в третьей ступени компрессора	1,73
Относительная влажность, %	50
Плотность воздуха при начальных условиях, кг/м3	1,199
Температура охлаждающей воды, °С	20
Расход охлаждающей воды на концевой и промежуточный воздухоохладители, маслоохладитель и воздухоохладитель электродвигателя, м3/ч	312

Масса, т:

компрессора в объёме поставки без главного электродвигателя и щитов автоматики	29
главного электродвигателя	12,3
редуктора	2,4
воздухоохладителя концевого	1,3

Размеры, м:

высота компрессорной установки	4,96
длина компрессорной установки	14,17
ширина компрессорной установки	6,38
высота подвального помещения	3,8
минимальная высота подъёма крюка крана от уровня пола машинного зала	3,5
частота вращения ротора, мин-1	7625
изотермный КПД	0,65
потребная мощность, кВт	1500

4.2 Расчёт технологической схемы КУ

Первым этапом расчёта технологической схемы компрессорной станции является выбор ступеней компрессора и числа промежуточных охладителей. При увеличении числа охладителей затраты энергии на сжатие воздуха уменьшаются, но при большом числе ступеней охлаждения значительно возрастают аэродинамические потери в них, а следовательно будут расти и затраты энергии на сжатие.

Поэтому с учётом затрат на сооружение охладителей и их эксплуатацию, принято устанавливать следующее число промежуточных охладителей у ЦК:

·  конечная степень сжатия =7,5-12

·  число промежуточных охладителей - 2

На выбор вида газоохладителей влияет ряд факторов:

-  диапазон производительности КУ;

-  вид и параметры сжимаемого газа;

-  вид системы охлаждения.

Межсекционные охладители входят в комплект поставки КУ. В качестве концевого для К-250-61-5 выбирают воздухоохладитель типа ВОК-79.2.

1.  Из п.4.1. степень сжатия в соответствующих ступенях компрессора:

 2.Зная степень сжатия в каждой ступени компрессора, необходимо под считать работу сжатия воздуха в каждой ступени компрессора и  конечную температуру воздуха за ступенями.

Работу адиабатического сжатия в любой ступени многоступенчатого компрессора можно найти

,  (4.1)

где k = 1,4 - показатель адиабаты для воздуха; R=287,14 Дж/кг-К — газовая постоянная; = 0,75 – 0,9 - адиабатический КПД;  - температура воздуха на входе в i-ю ступень компрессора.

Полная удельная работа сжатия

 (4.2)

lk = 113940+85998+64532=264470 Дж/кг

Мощность компрессора

, (4.3)

где G — массовый расход воздуха, кг/мин

, кг/мин.

0,97 - 0,98 - механический КПД.

кВт

Температура воздуха после ступени компрессора

 (4.4)

Количество тепла отданное в промежуточном охладителе можно определить, зная температуру воздуха перед и после охладителя

, (4.5)

где  = 1.007 кДж/кгК - теплоёмкость воздуха,  = 5.08 кг/с - расход воздуха через компрессор.

Аналогично произведён расчёт при различной температуре окружающей среды. Результаты расчёта сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Результаты расчёта схемы компрессора при различной

температуре окружающей среды

to.c.,°C	Твх.к. i, К	Твых.к. i, К	Lk, Дж/кг	Nk, кВт	Qi, кДж/с
	288	399			567
15	298	382	260042	1363	429
	298	361			322
	293	406			578
20	303	389	264470	1386	439
	303	367			327
	298	413			588
25	308	395	268890	1409	445
	308	373			332
	303	420			598
30	313	401	273327	1432	450
	313	379			337

Графически изменение температуры воздуха на выходе из ступени компрессора при изменении температуры окружающей среды показано на рис. 4.1.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5