Воздухоснабжение промышленного предприятия сжатым воздухом

Воздухоснабжение промышленного предприятия сжатым воздухом.

 

Простота конструкций  получения и транспортировки,  большая передаваемая мощность при небольшом весе, безопасность и практически неисчерпаемый историк энергоносителя - вот те основные преимущества, обусловившие широкое использование сжатого воздуха на современном промышленном предприятии. Как показывает практика, до трети всей установленной производственной мощности расходуется на выработку сжатого воздуха.

 

 

Централизованная  и децентрализованная схема снабжения  сжатым воздухом на промышленном предприятии.

Преимущества  и недостатки.

Любое современное предприятие  имеет в своем составе потребителей сжатого воздуха. От качества и бесперебойности  в снабжении сжатого воздуха  зависит технологический цикл промышленного  предприятия. В случае отказа системы  воздухоснабжения останавливаются важнейшие производственные процессы, и как следствие, предприятие несёт большие финансовые потери, что связано с недовыпуском и потерей качества продукции. Очевидно, что повышению эффективности работы систем воздухоснабжения должно уделяться соответствующее внимание.

Система воздухоснабжения - одна из наиболее сложных и неэффективных систем производства и распределения энергоносителей. Только 15%, затраченной на производство сжатого воздуха энергии, переходит в полезную энергию. Для достижения необходимого качества сжатого воздуха требуется большое количество дополнительного оборудования, что усложняет схему работы системы и увеличивает конечную себестоимость сжатого воздуха.  Непременные атрибуты системы воздухоснабжения – протяженные и разветвленные воздухопроводы, большие утечки, повышенные гидравлические сопротивления, проблемы регулирования производительности компрессоров. Все вышеперечисленные факторы приводят к тому, что компрессоры промышленных предприятий должны работать в утяжеленном режиме, чтобы устранить потери сжатого воздуха. Соответственно, увеличиваются затраты энергии на привод и обслуживание компрессора и снижаются показатели надежности оборудования, что повышает стоимость сжатого воздуха.

 

 

Одним из способов повышения  эффективности систем воздухоснабжения является переход к децентрализованной схеме снабжения потребителей. Устанавливая локальный компрессор в непосредственной близости потребителя, мы устраняем утечки сжатого воздуха и потери давления на преодоление гидравлического сопротивления сети воздухопроводов. Кроме того, облегчается процесс регулирования производительности, поскольку компрессор генерирует ровно столько сжатого воздуха, сколько необходимо потребителю. Естественно, количество децентрализуемых потребителей должно определяться исходя из технико-экономического расчета и анализа надежности системы воздухоснабжения, с учетом особенностей конкретной системы воздухоснабжения, для каждого отдельно взятого предприятия.

Необходимо чтобы полученный экономический эффект от проведенных  мероприятий превышал затраты вложенные  в их осуществление. Кроме того, необходимо учесть, что, вводя в систему дополнительные элементы, мы снижаем ее надежность и, соответственно, должны произвести действия направленные на повышение  показателей надежности системы, что  приведет к увеличению затрат на производство сжатого воздуха.

В конце девяностых годов  прошлого века большую актуальность в нашей стране приобрела тема энергосбережения. Особенно заметный прогресс в этой области достигнут в теплоснабжении и электроснабжении, что совсем не удивительно, учитывая огромный вал проблем, скопившийся в отрасли жилищно-коммунального хозяйства в предшествующий период времени. На этом фоне “модных” тем энергосбережения проблема производства  сжатого воздуха осталась несколько в тени, хотя генерация сжатого воздуха является важным технологическим процессом, без которого невозможно нормальное функционирование любого промышленного предприятия.

 

 

Пожалуй, сложно найти современное  предприятие, на котором не использовался  бы сжатый воздух и, соответственно, воздушные  компрессоры. Однако компрессорное  хозяйство не является основным технологическим  оборудованием, и реконструкция  компрессорной системы рассматривается  далеко не в первую очередь. Сжатый воздух со всеми связанными с ним  проблемами и затратами зачастую воспринимается как нечто неизменное и неизбежное. Отчасти это связано  с тем, что стоимость современного компрессора в общих затратах на оборудование занимает весьма скромную долю. Однако его значение не измеряется суммой затрат на покупку. При выходе из строя компрессора предприятие  теряет сотни тысяч долларов. Из-за остановок компрессора, связанных  с его внеплановым ремонтом, простаивает  дорогостоящее оборудование. От качества сжатого воздуха и бесперебойности  его подачи зависит нормальная работа предприятия, качество и стоимость  конечной продукции.

Отчасти же пренебрежение  реконструкцией компрессорного оборудования связанно с тем, что срок службы и  ремонтопригодность компрессорных  систем достаточно высоки. Если сложившаяся  компрессорная система успешно  проработала несколько десятков лет, то она будет работать и дальше, и нет острой необходимости что-то менять.

 

 

Производство сжатого  воздуха - нерациональный, с точки  зрения энергоэффективности, процесс. Дело в том, что сжатый воздух - это один из самых дорогих источников энергии. На его получение расходуется до 70% всей электроэнергии потребляемой, предприятием. И только 15% из затраченного электричества переходит в потенциальную энергию. Большая часть, примерно 85% - это тепло, выделяемое компрессором во время работы.

Кроме того стоимость компрессорной  системы за период 8-10 лет определяет не стоимость самого оборудования и  не затраты на его обслуживание, а стоимость потребленной электроэнергии, что составляет около 72% от общей  стоимости компрессорной системы. А если учесть, что потребляемая электроэнергия – это одна из основных статей расходов предприятия и что тарифы на электроэнергию постоянно растут, стремясь к мировому уровню, то становится понятно, что анализу энергетической эффективности работы компрессорных установок и выработке рекомендаций по снижению затрат на производство сжатого воздуха нужно уделять должное внимание. При этом большая экономия может быть достигнута простыми мерами, не требующими больших затрат.

В настоящее время воздухоснабжение потребителей предприятия может быть организованно по двум схемам: централизованной и децентрализованной.

 

Централизованная схема                                      Децентрализованная                                                                                                                                                                                                                                           воздухоснабжения                                                схема воздухоснабжения 

 

К – компрессор   П - потребитель

 

Централизованная система  воздухоснабжения имеет очевидные недостатки.

Наибольшие проблемы вызывают неплотности соединений труб в сети, соединяющей компрессорную установку с потребителями сжатого воздуха.

В протяженных и разветвленных  воздухопроводах, которые являются неотъемлемым атрибутом центрального компрессора, теряется существенная часть  сжатого воздуха. Если на новом предприятии  в пути теряется не более 30% сжатого воздуха, такое положение считается нормальным. Кроме того, очевидно, что при наличии протяженных сетей значительная часть энергии тратится на преодоление гидравлического сопротивления сети. Это приводит к тому, что приходится поддерживать более высокое давление в сети. Перепад давлений между тем, что нужно потребителю и тем, что поддерживается в сети, может достигать 3-4 атм., а поддержание дополнительно одного бара давления приводит к увеличению затрат на электроэнергию на 7%. Также возникают проблемы при необходимости регулирования производительности компрессоров. Компрессоры должны с максимальным КПД обеспечить необходимый напор и расход у потребителя. При оптимальном выборе типа и количества компрессоров и регулирования режимов их работы необходимо иметь в виду, что рабочая точка нагнетателя определяется видом напорной характеристики нагнетателя и характеристики сети. В практике инженерного проектирования выбираются компрессоры, обеспечивающие необходимый расход с превышением напора. Это изначально предполагает повышенный расход энергии на привод компрессоров и более напряженные по механическим нагрузкам режимы работы. Кроме того, при работе в начале года, а также в выходные дни и в ночную смену, расход сжатого воздуха у потребителей снижается, и компрессоры выдают больше чем надо потребителю, что экономически нецелесообразно. Существуют несколько способов регулирования производительности компрессоров. Наиболее распространенные на практике: дросселирование; сброс воздуха в атмосферу; изменение количества оборотов двигателя; дросселирование воздуха на всасывании, путем изменения геометрии впускного клапана. При наличии достаточного числа поршневых компрессоров можно производить регулирование их производительности путем временного отключения поршневого компрессора. Регулирование дросселированием и сбросом воздуха в атмосферу широко используется на практике в силу простоты и дешевизны способов. Однако они не в состоянии обеспечить одновременное выполнение соответствия заданным значениям величин напора и расхода и неэкономичны. Временное отключение компрессоров весьма инерционный способ регулирования, не способный обеспечить потребителя нужным значением расхода сжатого воздуха. Самым экономичным способом регулирования является изменение числа оборотов двигателя. Однако частотные регуляторы имеют достаточно высокую цену и их установка должна быть обоснованна технико-экономическим  расчетом. Хотя надо заметить, что в последнее время использование частотных регуляторов растет, что связанно с ростом тарифов на электроэнергию.

При централизованном воздухоснабжении в зимнее время года возникает вероятность замерзания конденсата в воздухопроводах и, как следствие, происходит закупорка проходного сечения трубы и даже разрыв труб. Если на предприятии с центральной компрессорной не применяются адсорбционные осушители, то службы, обслуживающие воздухопроводы, наверняка сталкивались с частым ремонтом воздухопроводов, перемораживанием конденсата в зимнее время и плохим качеством воздуха. Выпадение конденсата в пневмопроводах приводит к необходимости увеличивать расход сжатого воздуха на продувку, что приводит к лишним затратам электроэнергии. Установка дорогостоящих адсорбционных осушителей увеличивает стоимость компрессорной установки и конечную стоимость сжатого воздуха. Кроме того, увеличиваются затраты из-за роста гидравлического сопротивления воздушного тракта.

Все перечисленные недостатки централизованного воздухоснабжения можно устранить при помощи децентрализации системы воздухоснабжения. Данный метод повышения эффективности систем воздухоснабжения все чаще используется в настоящее время. Таким образом, при децентрализованной схеме снабжения потребителей мы можем существенно сократить потери сжатого воздуха, в результате чего можем снизить величину затрат на привод компрессоров, что приведет к уменьшению себестоимости производства единицы сжатого воздуха.

 

Очевидно, что принятие решения  о централизации или децентрализации  потребителей сжатого воздуха должно проводиться на основании подробного анализа режима потребления сжатого  воздуха, технико-экономических расчетов и анализа надежности системы. Децентрализировать нужно потребителей наиболее удаленных от центральной компрессорной, имеющих неравномерный график потребления сжатого воздуха. Вводя в систему дополнительные элементы,  нужно  учесть   капиталовложения   на   приобретение  и    монтаж    содержание и  требуемые для нормального функционирования  энергоресурсы. Также нужно учесть, что, вводя в систему локальные компрессоры, мы снижаем ее показатели надежности. Соответственно, мы должны осуществить  мероприятия  по  децентрализации, таким образом, чтобы  перечисленные величины затрат и капиталовложения в проект, а также затраты на мероприятия, направленные на повышение надежности системы, были минимальны. На основании вышеизложенного можно сказать, что мероприятия по децентрализации системы воздухоснабжения повышают эффективность ее  работы при условии оптимального выбора количества децентрализуемых потребителей сжатого воздуха.

 

 

АППАРАТЫ ДЛЯ  ПОЛУЧЕНИЯ СЖАТОГО

ВОЗДУХА И ИХ ПРИВОД

 

                  Классификация компрессорных машин

Машины для сжатия и  перемещения газов или паров  называются

газодувными или компрессорными машинами. В дальнейшем будем употреблять термин «компрессорные машины» или просто компрессоры.

Компрессоры можно классифицировать по целому ряду

признаков:

 

По виду сжимаемой среды:

компрессоры воздушные, азотные, этиленовые, для сжатия углеводородных газов, кислородные, аммиачные, фреоновые, углекислотные и т.д.;

 

По числу цилиндров (для поршневых):

одноцилиндровые,

многоцилиндровые;

 

По давлению всасываемого газа:

нормальные - давление у всасывающего патрубка

равно атмосферному;

дожимные - давление выше атмосферного;

 

 

 

 

 

 

По роду привода:

- с механическим приводом - от трансмиссий, валов, локомотивных осей и т. д.;

- с электрическим приводом  — преимущественно от электродвигателей переменного тока;

- с паросиловым приводом - от паровой машины, паровой турбины;

- с приводом от газовой  турбины;

- с приводом от двигателя  внутреннего сгорания;

- газомоторные, представляющие из себя единую машину

«газовый двигатель-компрессор»;

 

По числу ступеней сжатия:

одноступенчатые, многоступенчатые;

 

По местоположению компрессорного агрегата:

- стационарные - установленные на неподвижном фундаменте;

- транспортные (передвижные) - перемещающиеся со своей фундаментной рамой (авиационные, судовые, локомотивные,

трамвайные и т. д.) или  перемещающиеся

на специальной тележке (для строительных работ, в

шахтах и т. д.);

По охлаждению:

- неохлаждаемые;

- охлаждаемые водой с внутренним (рубашечным) охлаждением

(во время цикла сжатия) и с промежуточным

охлаждением (между ступенями  сжатия);

- охлаждаемые воздухом;

 

По развиваемому давлению:

- вакуум-компрессоры, отсасывают  газ из пространства

с давлением ниже атмосферного и обычно нагнетают в

пространство, где давление равно атмосферному или

выше;