Дипломная работа: Анализ работы компрессорных установок
Трубы с насадными рёбрами
требуют дорогостоящего припоя, а также не очень стойки с вибрации.
Цельнокатаные медные трубы просты в изготовлении, хорошо вальцуются в трубные
решётки, надёжны в эксплуатации, однако, дефицитность меди ограничивает широкое
применение таких труб. Во многом от этих недостатков свободны литые алюминиевые
рёбра (материал несущей трубы - сталь), но производительность этого
перспективного метода оребрения пока существенно уступает накатке.
Обычно теплопередающие
трубы оребрены лишь с наружной стороны. Процесс внутреннего оребрения
значительно сложнее, в связи с чем в теплообменниках компрессоров трубы с
внутренним оребрением почти не применяются.
Другой способ повышения
компактности теплопередающих поверхностей - создание пластинчатых конструкций.
В настоящее время в практике используются два вида пластинчатых теплообменников
- пластинчатые и пластинчато-ребристые.
Теплопередающая
поверхность в пластинчатом теплообменнике образованна гофрированной пластиной.
Теплоноситель течёт в зазоре между гофрами соседних пластин. Несмотря на
высокую компактность пластинчатые теплообменники сравнительно редко
используются в качестве газоохладителей компрессоров. Объясняется это, прежде
всего, весьма высоким уровнем потерь давления охлаждаемого газа в таком
аппарате (гофры являются здесь помимо теплопередающих и интенсифицирующими
поверхностями). В тоже время такая интенсификация теплообмена для жидкостей
может оказаться весьма эффективной, поскольку потери энергии при прокачке
жидких теплоносителей существенно меньше, чем газообразных. Так, соотношение
потерь энергии для воды и атмосферного воздуха при равных коэффициентах
теплоотдачи в одинаковых геометрических системах составляет примерно 10-8
[1].
Второй тип -
пластинчато-ребристые теплообменники. Здесь поверхность образуется
проставочными листами, гофрированными насадками и ограничивающими элементами.
Теплоноситель из коллекторов поступает в каналы, образованные гофрированными
насадками и проставочными листами. Теплообмен происходит через стенку, роль
которой выполняют проставочные листы и рёбра, образованные гофрированной
насадкой. Пластинчато-ребристые теплообменники, обладая чрезвычайно высокой
компактностью (1000-5000 м2/м3), свободны от недостатков
пластинчатых аппаратов.
Пластинчато-ребристые
теплообменные поверхности можно одинаково эффективно использовать в аппаратах
воздушного охлаждения, газоводяных и масляных теплообменниках.
3.2 Газоохладители
низкого и среднего давления
Как указывалось, это
наиболее многочисленная группа газоохладителей. Охлаждаемой средой в таких
аппаратах обычно является воздух, рабочие параметры которого лежат в весьма
узком диапазоне, что и формирует требования к конструкциям аппаратуры этой
группы. Конструкции должны обеспечивать возможность широкой унификации.
Специфика теплообмена в процессе сжатия, связанная с изменением давления и
объёмного расхода от секции к секции, требует от унифицированной констукции
возможности пластинчатого изменения конфигурации (соотношения площади фронта и
длины тракта) теплообменного элемента. Наряду с перечисленными требованиями
должна быть обеспеченна возможность чистки трактов обоих теплоносителей,
коррозионная стойкость, виброустойчивость элементов конструкции, прочность,
плотность, неизменность формы теплопередающей поверхности и т.д.
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
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|