Учебное пособие 800263

адсорбента, воздух отдает ему свою влагу и осушается. Захваченные потоком воздуха частицы адсорбента задерживаются фильтром, который также периодически продувается. После фильтра берется отбор воздуха на измеритель влажности. Через вентиль 5 сухой воздух направляется к потребителю.

Рис. 2. Схема функциональная адсорбционной осушительной установки: АТ - воздухоохладитель: ВД - масловодоотделитель; A1, А2 - адсорберы; НВ - нагреватель воздуха; Ф1, Ф2 – фильтры, 1,2…13 - вентили

Часть воздуха (до 20 %) после адсорбера А1 через вентиль 12 поступает в электроподогреватель НВ и нагревается

10

там до температуры 350-400°С. Далее горячий воздух через вентиль 8 входит в адсорбер А2 и регенерирует его адсорбент. Впитавший в себя влагу горячий воздух из адсорбера А2 направляется через регулирующий вентиль 4, дросселируется и через вентиль 13 выбрасывается в атмосферу. Регулирующий вентиль настроен таким образом, чтобы воздух, проходя через подогреватель, нагревался до температуры 350-400 °С.

При достижении температуры регенерирующего воздуха 120 °С на выходе из адсорбера А2 подогреватель отключается.

Теперь уже холодный воздух продувается через адсорбер и охлаждает его. Емкость с адсорбентом остывает и при достижении температуры воздуха продувки на выходе 60 °С продувка воздуха прекращается, и переключением соответствующих вентилей адсорбер из режима регенерации переводится в режим готовности к работе на осушку. Длительность циклов переключения составляет в среднем около 5 часов. Переключение происходит автоматически.

Срок службы адсорбента составляет от 2000 до 4000 циклов регенерации. При эксплуатации адсорбционных осушителей следует иметь в виду факторы, уменьшающие поглотительную способность адсорбента: окисление зерен адсорбента, уменьшение гранулированной поверхности зерен вследствие ее износа, загрязнение масляными частицами, содержащимися в сжатом воздухе.

Особенностью данной схемы является применение входного и выходного воздушных фильтров. Входной фильтр предназначен для очистки сжатого воздуха от твердых и жидких включений размером более 0,01 мкм. Выходной фильтр служит для улавливания пыли адсорбента, которая может образовываться при декомпрессии, т. е. резком снижении давления при переходе на режим регенерации.

В современных конструкциях адсорбционных установок некоторых зарубежных фирм не применяется нагрев воз-

11

духа, подаваемого на регенерацию. Для этих целей используется часть сжатого осушенного воздуха, который дросселируется до давления 0,105-0,11 МПа и направляется сверху вниз для просушки адсорбента. Так как давление паров воды в этом потоке ниже, чем равновесная упругость пара под адсорбентом, то в адсорбере протекает регенерация адсорбента.

Баланс между остаточной насыщенностью адсорбента влагой и парциальным давлением потока регенерирующего воздуха устанавливается относительно быстро, поэтому для безнагревной регенерации необходимы автоматически переключающиеся циклы продолжительностью от 3 до 10 мин. Процесс регенерации требует примерно 15-20 % воздуха от номинальной производительности осушителя при рабочем давлении 0,8 МПа и достигаемой температуры точки росы под давлением -20 °С. Более низкая температура точки росы потребует большего расхода воздуха на регенерацию. Поэтому осушители с безнагревной регенерацией используются для небольших расходов осушаемого воздуха - до 10 м3/мин.

ВРоссии адсорбционные установки производительностью до 250 м3/мин выпускаются ОАО «Курганхиммаш» (г. Курган).

Внашей стране с успехом эксплуатируются современные осушители компании «Atlas Сорсо». Для безмасляных

винтовых и центробежных компрессоров используется серия осушителей МD производительностью от 5 до 42 м3/мин. В таком адсорбционном осушителе тепло, выделяемое компрессором, используется для регенерации.

Осушители этого типа оснащаются вращающимся барабаном из стекловолокна, поверхность которого покрыта силикагелевым порошком. Три четверти поверхности барабана работают в режиме адсорбции, а одна четверть - регенерируется частью потока сжатого воздуха, поступающего от компрессора с температурой 130…160 °С. Барабан медленно вра-

12

щается электродвигателем, тем самым под регенерацию плавно подходит новая зона поверхности барабана (силикагеля).

Перед концевым охладителем, водяным или воздушным, поток сжатого воздуха разделяется. Основной поток сжатого воздуха проходит через концевой охладитель, затем через смешивающий эжектор идет в зону осушки и выходит в сеть. Дополнительный поток горячего воздуха (до 25 %) для регенерации идет в обход концевого охладителя и подается в зону регенерации, где испаряет влагу от силикагеля. Затем регенерирующий воздух охлаждается в водяном или воздушном теплообменнике, от него отводится конденсат, и он возвращается через эжектор в основной поток воздуха. Эта система работает без потерь сжатого воздуха, здесь не требуется ни масляного, ни пылеулавливающего фильтра. Дополнительной энергии для термической регенерации адсорбента не требуется по той причине, что для процесса используется тепло, вырабатываемое самим компрессором.

Работа такого осушителя протекает без циклических изменений, пиковых перепадов по давлению и температуре, а значит, без разрушения силикагеля и сопутствующей этому его замены.

Другая оригинальная разработка этой компании - осушители адсорбционного типа серии XD производительностью 80-420 м3/мин. Осушитель состоит из двух адсорберов, содержащих цеолит. Термическая регенерация адсорбента проводится по схеме с двумя поочередно работающими адсорберами, причем функции адсорберов (адсорбция/десорбция) меняются каждые четыре часа. В отличие от классической схемы регенерации подогретым вентиляторным воздухом XD использует тепло самого сжатого воздуха с незначительным потреблением электроэнергии для подогрева его до нужного температурного уровня на входе порядка 100 °С.

Сжатый воздух после компрессора с температурой выше 100 °С поступает в один из адсорберов, где регенерирует

13

адсорбент. Затем с избыточной влагой поступает в водяной теплообменник, где происходит конденсация до температуры точки росы и зависимости от температуры окружающей среды. Водяной теплообменник выполняет здесь функцию концевою охладителя, удаляющего влагу собственно сжатого воздуха, поступающего из компрессора в адсорбер, и влагу десорбции. После теплообменника воздух поступает в другой адсорбер для его осушки и затем потребителю. Температура точки росы находится в пределах от -10 °С до -20 °С в зависимости от температуры окружающей среды.

При выборе адсорбционного осушителя учитывают его эксплуатационные параметры: температуру точки росы под давлением, максимальную температуру сжатого воздуха на входе, максимальный объемный расход сжатого воздуха и минимальное рабочее давление. О важности роли температуры сжатого воздуха на входе дают представление такие цифры: возрастание температуры с 35 до 45 °С, т. е. всего на 10 °С, приводит к увеличению влаги в сжатом воздухе на 70 °С. К тому же способность поглощать влагу адсорбентом резко падает с увеличением температуры. Например, при одном и том же расходе сжатого воздуха размер осушителя, рассчитанного на входную температуру тех же 45 °С, окажется в 2 раза большим (и такой осушитель будет в 2 раза дороже), чем для температуры в 35 °С. В этом случае выгоднее поставить дополнительный охладитель перед осушителем. В отношении рабочего давления существует такая зависимость: при меньшем давлении необходим больший осушитель и наоборот. Речь в этом случае идет об одном и том же осушаемом сжатом воздухе. Максимальный объемный расход или пропускная способность влияет на потери давления в осушителе. Следствием выбора слишком маленького по расходу осушителя будут значительные потери давления при больших потоках осушаемого воздуха, повышение частоты переключения адсорберов, износ адсорбента и др.

14

К выбору температуры точки росы под давлением необходимо подходить очень тщательно. Чем ниже необходимая температура точки росы, тем больше энергии требуется для ее достижения. Эта энергия в основном определяет стоимость осушки и дальнейшие эксплуатационные расходы. Для большинства технологических процессов и пневмооборудования более чем достаточно температуры точки росы +3 °С. Если же иметь в виду протяженные неизолированные магистральные воздухопроводы, то для них предпочтительнее более низкие значения температуры точки росы -20...-25 °С и ниже. Иначе резко возрастает вероятность коррозии в воздухопроводах при низких температурах окружающего воздуха.

1.3. Термический способ осушки

Термический способ основываются на охлаждении воздуха до требуемой точки росы.

Принципиально возможны два способа охлаждения – поверхностный и контактный. В первом случае соприкасается с охлажденной твердой поверхностью и влага конденсируется. Во втором случае – в смесительном теплообменном аппарате в поток влажного воздуха впрыскивается холодная вода. Поверхности холодных капелек воды являются конденсатором и поглотителем влаги из воздуха. Второй способ возможен только в диапазоне температур не ниже 3…5 °С и является неэффективным по достигаемой степени осушки.

Метод охлаждения в поверхностных теплообменных аппаратах (вымораживание) производится в холодильных осушителях, иногда называемые рефрижераторными осушителями. Эти осушители и по принципу действия, и по устройству, и даже по внешнему виду близки к обычным холодильникам шкафной конструкции. Принцип действия основан на переносе тепла от сжатого воздуха к хладагенту.

15

Основным элементом рефрижераторных осушителей является комбинированный теплообменник, состоящий из двух секций: вначале поступающий горячий воздух охлаждается выходящим холодным воздухом, а затем отдает тепло хладагенту, циркулирующему по холодильному циклу. В сепараторе происходят отделение и сброс конденсата. Сброс конденсата производится автоматически.

Осушитель оснащен системой управления, которая позволяет установить и автоматически поддерживать точку росы независимо от колебаний расхода воздуха и его давления. В случае остановки компрессора, нагнетающего воздух, осушитель автоматически отключается. Установки надежны, имеют повышенный срок службы и меньшие эксплуатационные расходы в сравнении с адсорберами.

Всвязи с низкой интенсивностью теплообмена между хладагентом и СВ в таких аппаратах осуществляют неглубокую осушку до точки росы не ниже +3 °С, т. е применен в основном для внутрицеховых систем, внутри помещений.

Внастоящее время ведутся разработки холодильных устройств, работающих на вихревом эффекте (эффект РанкаХильша), в которых хладагентом является часть отбираемого СВ.

1.4.Мембранные осушители

Впоследние годы в промышленности все более широко применяется мембранная технология осушки. Технология основана на использовании так называемого «молекулярного сита», принцип действия которого заключается в селективном отделении молекул водяного пара от потока воздуха. Мембраны выполняются из специальных полимерных материалов в виде полых волокон (трубок) с проницаемыми стенками. При прохождении воздуха через капиллярные трубки молекулы воды из-за разности парциальных давлений диффундируют

16

сквозь стенки в межволоконные полости, далее коагулируют в капли воды и под действием силы тяжести удаляются из модуля. Такие осушители позволяют получить снижение температуры точки росы на величину от 20° до -55°С. Однако при глубокой осушке до точки росы - 40°С и более необходим дополнительный расход осушенного воздуха в количестве 10-15 % для создания противотока в межмембранном пространстве, т. е. энергопотребление повышается.

Мембранные осушители имеют ряд существенных преимуществ:

-компактность;

-отсутствие движущихся частей;

-экологическая чистота;

-нет выделения влаги в процессе осушки.

Стандартная комплектация мембранного осушителя включает, как правило, два магистральных фильтра на входе. Это конструктивное решение получило широкое распространение для мобильных установок и для тех случаев, когда необходимо обеспечить компактность. Осушители мембранного типа CD «Atlas Сорсо» имеют производительность от 0,18 до 2,7 м3/мин на рабочее давление до 1,4 МПа.

17

2.НАГРУЗКИ НА КОМПРЕССОРНУЮ СТАНЦИЮ

ИМЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА

2.1.Общие понятия

Нагрузкой на компрессорную станцию Q, м3/с, называется количество воздуха, необходимое потребителям (с учетом потерь):

транспортировке и потреблении сжатого воздуха в соединениях трубопроводов с арматурой, в гибких шлангах, а также из-за утечек при продувках сосудов и у неработающих пневмоприемников, м3/с.

В идеальном случае нагрузка должна точно соответствовать суммарной выработке СВ на КС, т.е.

где QK - суммарная выработка сжатого воздуха уста-

новленными компрессорами, м3/с.

В связи с колебаниями потребления воздуха нагрузка на компрессорную станцию может быть:

-неполной Q QK ;

-средней 0,5QK Q 0,75QK ;

-максимальной.

18

Максимальную нагрузку на компрессорную станцию условно разделяют на максимальную длительную и максимальную возможную нагрузку:

-QK Q 0,75QK - максимальная длительная нагрузка;

-Q QK - максимальная возможная нагрузка.

Максимальная длительная нагрузка длится 20-30 ми-

нут и покрывается на 75-90 % всеми работающими компрессорами, за исключением находящихся в резерве или в плановопредупредительном ремонте. Для покрытия максимальной возможной нагрузки включают в работу все, даже резервные компрессорные агрегаты.

Средняя, максимальная длительная и максимальная возможная нагрузки па компрессорную станцию позволяют определить:

-установленную, рабочую и резервную производительности компрессорной станции;

-расходы электрической или другого вида энергии для получения сжатого воздуха, воды и вспомогательных материалов при производстве сжатого воздуха;

-диаметры внутрицеховых и межцеховых трубопроводов сжатого воздуха;

-стоимость выработки 1 м3 сжатого воздуха.

2.2.Определение нагрузок на компрессорную станцию

Определение нагрузки на компрессорную станцию мо-

жет производиться по укрупненным показателям или расчетным методами.

Метод укрупненных показателей основан на приме-

нении средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу продукции или на каждую из операций обслуживае-

19