3. Режимы воздухопотребления

                                               3.1. Определение нагрузок на компрессорную станцию 

Нагрузкой на компрессорную станцию называется расход воздуха Q, необходимый пневмоприемникам предприятия с учетом потерь.

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

Q=Q_п+q=Q_к,,

где  Q_{п -} количество воздуха, полезно расходуемое пневмоприемниками в единицу времени;

                        q-потери воздуха при выработке, транспортировании использовании;

        Q_к-суммарная производительность работающих компрессоров на компрессорной станции.

Рекомендуемые материалы

Воздухопотребление предприятия не равняется сумме паспортных расходов воздуха пневмоприемниками, так как по условиям режима и требованиям технологии производства не все потребители воздуха могут находиться в работе. При большом количестве пневмопотребителей нагрузка на компрессорную станцию является величиной статистической. И может быть определена только с некоторой вероятностью.

В зависимости от потребности в сжатом воздухе нагрузка на компрессорную станцию может быть: неполной - менее 50% от установленной производительности работающих компрессоров Q_р, средней от 50% до 75% Q_р и максимальной. В свою очередь, максимальная нагрузка условно подразделяется на максимально длительную и максимально возможную:

0,75 Q_р<Q<Q_р - максимально длительная нагрузка;

Q=Q_р - максимально возможная нагрузка.

Практика эксплуатации компрессорных станций показывает [3,4],что продолжительность максимально длительной нагрузки обычно не превышает 30 мин. и покрывается она всеми работающими компрессорами, за исключением резервных и находящихся в ремонте. Максимально возможная нагрузка обычно имеет кратковременный характер, она не является расчетной величиной, и для ее покрытия включает в работу всю установленную производительность (вместе с резервной).

Средняя, максимально длительная нагрузки на компрессорную станцию позволяют определить установленную, рабочую и резервную производительности компрессорной станции, расходы электрической или другого вида энергии, воды и вспомогательных материалов, диаметры внутрицеховых и межцеховых трубопроводов сжатого воздуха, стоимость 1м³ сжатого воздуха.

Для определения нагрузок на компрессорную станцию используют два метода:

укрупненный и расчетный.

3.1.1. Укрупненный метод определения нагрузок на

 компрессорную станцию.

Укрупненный или приближенный метод основан на применении средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу продукции или на каждую из операций обслуживаемого процесса.

К примеру, суммарный годовой расход воздуха можно по укрупненному методу определить следующим образом;

Q_s=aA_s м³,

где, а – средний расход воздуха на единицу продукции;

                               А₂ – годовой выпуск продукции.

Средняя нагрузка в рабочую часть года составит

Q_ср=

максимальная нагрузка

О_мах=κ_мах с_р.,

где; _раб.г -годовое число часов работы оборудования;

                               _мах-коэффициент, учитывающий максимум потребления сжатого воздуха.

                Нормы удельных расходов устанавливаются опытным путем и стечением времени пересматриваются в сторону снижения. Приближенный метод находит применения при перспективном планировании и составлении проектного задания воздухоснабжения предприятия.

.

3.1.2. Расчетный метод определения нагрузок на КС

На стадии выполнения проектного задания или реконструкции действующего предприятия нагрузка на компрессорную станцию находится расчетным методом. Метод требует знания типов и количества потребителей сжатого воздуха.

Определение расчетных пневмонагрузок основано на применении ряда статистических коэффициентов, что позволяет, с достаточной для практических целей точностью по номинальным расходам воздуха пневмоприемниками и их количеству, определить средние и максимальные нагрузки цеха или завода в целом.

При проведении расчета различают два типа пневмоприемников: пневмоинструменты (кратковременный режим работы) и пневмооборудование (длительный режим работы).

Для расчета средней цеховой пневмонагрузки все пневмоприемники каждого типа разбиваются на n характерных групп с более или менее одинаковым режимом работы, например; пневмомолотки, сверлильные машины, обдувочные сопла и т.д. Расчет ведется за наиболее загруженную смену, обычно за первую.

По каждой ј-ой односменной группе пневмоприемников средний расход воздуха находится по следующим формулам:

для пневмоинструмента:

Q_{ср. инстр.j}=g_{ίинстр.}^.к_спр.                  (3.1)

для пневмооборудования:

Q_{ср.оборуд.j}=q_{i обор.}^.К_исп^. К_изн^. К_ут,                                (3.2)

где -номинальные расходы воздуха отнесенные к условиям всасывания компрессором соответственно i-м пневмоинструментом и i-м пневнооборудованием в рассматриваемой характерной группе;

- коэффициент спроса, учитывающий загрузку пневмоинструмента, характеризуемую коэффициентом ; одновременность работы однотипных пневноприемников в группе, характеризуемого коэффициентом - коэффициент использования пневмооборудования, здесь - время работы оборудования в течении смены, - продолжительность смены; - показывает, каждую часть от максимально возможной составляет данная загрузка пневмоприемника; -учитывает, какая часть из всех установленных пневмоприемников находится в работе.

Величины перечисленных коэффициентов определяются экспериментально, на основании статистической обработки результатов исследования работы большого числа пневмоприемников, имеют статистический характер и справедливы только для данного рассматриваемого типа производства.

Приведенные формулы расчета нагрузок справедливы, кроме того при условии, что однотипные пневмоприемники работают с одинаковым коэффициентом нагрузки, использование и износа.

Коэффициентом нагрузки  называется отношение расхода воздуха при работе оборудование на полную мощность к расходу при работе с номинальной мощностью                       

На рис. 3.1. представлен график зависимости  от числа пневмоприемников, составленных по данным расходов воздуха на судостроительных заводах [3] при  и . 

Расчет нагрузок на компрессорную станцию обычно сводят в таблицу.

3.2. Выбор типоразмера и количества компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станции

При проектировании компрессорных станций различают иих установленную Q_уст, рабочую Q_раб и резервную производительность.

                Установленная производительность – сумма номинальных производительностей всех компрессоров, размещенных на станции:

Q_уст.=Q_к

где Q_к - производительность одного компрессора, нм³/мин.;

n _{раб .}и n_рез.-число рабочих и резервных компрессоров на станции, шт.

Резервная производительность – сумма номинальных производительностей резервных компрессоров данной компрессорной станции, нм³/мин.

Рабочая производительность – сумма номинальных производительностей всех компрессоров станции, кроме резервных:

Q_раб=Q_уст-Q_рез                       (3.6)

Методика выбора указанных производительностей, а также количества и типоразмеров компрессоров, устанавливаемых на станции, зависят от характера потребителей, получающих сжатый воздух от данной компрессорной станции.

При снабжении сжатым воздухом предприятий, потребляющих сжатый воздух с давлением не выше 1.0-1.2 МПа и имеющих в своем составе множество мелких и средних разнотипных пневмоприемников, рабочая производительность компрессорной станции определяется исходя из назначения, максимально длительной нагрузки предприятия Q_мд, нм³/мин, и категоричности технологических процессов, обслуживаемых сжатым воздухом. Обычно на компрессорных станциях таких предприятий устанавливают однотипные агрегаты (поршневые – если Q_мд<400 нм³/мин, центробежные или осевые – если Q_мд>400 нм³/мин). Один из устанавливаемых агрегатов является резервным. Если на станции необходимо установить агрегаты с разной производительностью, то резервный компрессор должен иметь производительность самого крупного рабочего агрегата.

Если категория технологических процессов, обеспечиваемых сжатым воздухом, не допускает снижения воздухопотребления, то рабочая производительность станции принимается равной максимально длительной нагрузке предприятия.

Q_раб=Q_мд.                              (3.7)

Если некоторое снижение воздухопотребления допустимо, то при прохождении максимально длительной нагрузки включается резервный компрессор, а рабочая производительность станции обеспечивает только 7590% максимально длительной нагрузки

Q_раб=(0,75-0,9)Q_мд                                             (3.8)

Величины резервной и установленной производительностей компрессорной станции с однотипными агрегатами зависит от числа компрессоров N_раб, обеспечивающих рабочую производительность станции.

Оптимальное количество рабочих и резервных компрессоров на станции определяется на основе технико-экономических расчетов, исходя из минимума приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию компрессорной станции.

П=Е_нК+Э.                            (3.9)

Рассмотрим только основные составляющие выражения (3.9)

Капитальные затраты на компрессорное оборудование, руб., являются определяющим в сумме кап затрат на компрессорную станцию и подсчитываются по выражению

К=К_удQ_уст=К_уд(Q_раб+Q_рез)=К_уд(Q_раб+Q_раб/n_раб),                             (3.10)

где К_уд-удельные капитальные затраты на один нормальный кубометр в минуту производительности компрессора, руб./нм³/мин.

Значение К_уд для поршневых и центробежных компрессоров, в зависимости от уровня цен, принимаются по справочным данным.

Анализ выражения (3.10) показывает, что при увеличении количества рабочих агрегатов на станции снижается производительность каждого из них, а следовательно, уменьшаются единичные производительности Q_рез и Q_уст. Одновременно при снижении производительности компрессора возрастают удельные кап затраты, К_уд.

Совместное действие снижение Q_уст и увеличение К_уд при возрастании числа рабочих компрессоров потребуется капитальные минимальные затраты.

Среди ежегодных издержек производства доминирующую роль играют затраты на оплату электроэнергии, израсходованной на привод компрессоров и на оплату обслуживающему персоналу.

Количество обслуживающего персонала и издержки на его зарплату Э_п возрастают с увеличением количества агрегатов на станции. Возрастают с увеличением количества агрегатов, так как в этом случае при снижении нагрузки легче регулировать производительность компрессорной станции путем выключения из работы части агрегатов (обратное влияние может оказать незначительный рост КПД с увеличением производительности компрессора). Суммируя основные составляющие выражения (3.9) легко установить, что минимум приведенных затрат соответствует определенному числу рабочих компрессоров.

В зависимости от тарифа на электроэнергию и уровня зарплаты в том или ином регионе, а также в зависимости от типа используемых компрессоров оптимальное число рабочих компрессоров на станции лежит в пределах n^опт_раб=(24) шт.

Установив оптимальное количество рабочих компрессоров, определяют оптимальную производительность единичного агрегата Q^опт_к=Q_раб/n^опт_раб, и по каталогам выбирают типоразмер компрессора с производительностью Q_к, ближайшей к оптимальной и с требуемой степенью сжатия воздуха.

При снабжении сжатым воздухом ограниченного количества потребителей, каждый из которых требует значительного расхода воздуха, изменяющего по индивидуальному графику (доменной цех, воздухоразделительная станция и т.п.), как правило, применяется блочная схема воздухоснабжения от центробежных или осевых компрессоров.

При этой схеме подачи воздуха каждому потребителю осуществляется индивидуальным компрессором, а общее количество рабочих компрессоров на станции определяется числом обслуживаемых потребителей.

В зависимости от состава и характеристики установок, потребляющих сжатый воздух, рабочие компрессоры, устанавливаемые на станции, могут отличаться по производительности и степени сжатия. Категория обслуживаемых потребителей и их требования к надежности воздухоснабжения определяют необходимое количество резервных агрегатов на станции (один с производительностью и степенью сжатия самого крупного рабочего компрессора или несколько агрегатов).

Типоразмер рабочего компрессора для каждого потребителя выбирается так, чтобы он мог обеспечить режим его работы с максимальным расходам, нм³/мин, и давлением сжатого воздуха

"7 Досократический период" - тут тоже много полезного для Вас.

Q_кqA_макс(1+n)/60,                          (3.11)

где: А_макс - максимальный часовой выпуск продукции

потребителем сжатого воздуха, единицы продукции/ч;

q – удельный расход воздуха, нм³/ед.продукции;

n – доля потерь воздуха по тракту воздухопровода.

В тоже время, при выборе компрессора учитывается и то, что он должен обеспечивать устойчивую работу и экономичность процесса сжатия при всех необходимых потребителю режимах. Если диапазон изменения требуемых потребителю режимов подачи воздуха широк, то используется компрессоры с паротурбинным приводом, а при стабильных режимах воздухопотребления - электропривод.