Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

Для газо- и воздухоохладителей турбогенераторов, а также воздухоохладители из труб со спиральными ребрами (фиг. 88). Такие холодильники могут состоять из отдельных труб или из пучков труб, вмонтированных в общий кожух.

Интенсификация теплоотдачи от воздуха за счет развитого оребрения и большой турбулентности дает возможность улучшить

4

Фиг. 87. Трубки воздухоо.хладителей с проволочным оребрением.

охлаждение и в несколько раз уменьшить расход металла на воз-духоохлаждение.

Гидравлическое сопротивление воздухоохладителей должно быть небольшим, желательно не более 0,1 am (по воздуху).

Фиг. 88. Трубка со спиральными ребрами.

У ряда компрессоров устанавливаются концевые холодильники, охлаждающие воздух, вышедший из ступени высокого давления. Назначение концевого холодильника: сконденсировать значительную часть паров воды и масла и облегчить этим работу воздучопроводов и пневматических приемников; уменьшить опасность замерзания внешних воздухопроводов зимой; уменьшить скопление в ресивере и воздухопроводах взрывоопасной смеси паров масла и воздуха.

Охлаждение воздуха после компрессора увеличивает его расход в пневматических приемниках в отношении, пропорциональном абсолютным температурам. На каждые 3 снижения температуры воздуха его расход возрастает примерно на 1%. Ниже будет рассмотрена экономия воздуха при его подогреве; аналогично можно определить перерасход в случае охлаждения.

Опыт эксплуатации показывает, что в концевых холодильниках воздух охлаждается обычно до 40-50 С. При этой температуре и при давлении = 8 am насыщающее влагосодержание воздуха равно d = 6-н10 г/кг. При начальных параметрах р, = = 1 am, ti = 10 С, ф = 70% на 1 кг воздуха всасывается паров воды около 5,5 г/кг. Следовательно, после концевого холодильника воздух останется еще ненасыщенным и выпадание паров воды в холодильнике не произойдет. Частичная конденсация паров воды будет происходить при более высокой температуре всасываемого воздуха или более интенсивном охлаждении воздуха в концевом холодильнике, что происходит сравнительно редко. Следовательно, концевой холодильник не выполняет своего назначения.

Утверждение некоторых авторов, что установка концевого холодильника исключает скопление конденсата и масла в магистралях, часто лишено основания. Оставшиеся в воздухе после концевого холодильника пары воды конденсируются при охлаждении в магистралях. Концевой холодильник не высушивает воздух, а лишь приближает к компрессорной станции точку росы, что может играть положительную или отрицательную роль, в зависимости от местных условий (протяженность наружных воздухопроводов, месторасположение утепленных водоотделителей и т. д.).

Правильная конструкция и установка ресиверов, воздухопроводов и масло-водоотделителей и нормальное их обслуживание полностью устраняют те эксплуатационные трудности, которые лишь частично устраняются концевыми холодильниками.

Концевые холодильники удорожают компрессор, увеличивают размеры компрессорной станции и удорожают ее эксплуатацию, создают дополнительное гидравлическое сопротивление проходу воздуха, увеличивают расход энергии на перекачку охлаждающей воды и в большинстве случаев существенно увеличивают расход сжатого воздуха потребителями. За редкими исключениями, концевые холодильники целесообразно упразднить.

Расчет холодильника сводится к определению поверхности охлаждения или к определению общей длины труб заданного размера.

Общая поверхность охлаждения определяется из формулы теплопередачи:

где Q2 - количество тепла, отводимого в холодильнике, в дж/сек; К - коэффициент теплопередачи в дж/м-сек С.

где О] и Оз - коэффициенты теплоотдачи от воздуха к стенке трубы и от стенки к воде в дж/м-сек С; К - коэффициент теплопроводности материала труб

в дж/м-сек С; б - толщина стенки труб в м;

средняя разность температур воздуха и воды. Приведенная формула пригодна с некоторым приближением для тонких труб. Удобнее и точнее следующая формула определения суммарной длины трубы заданного внутреннего диаметра и наружного d„:

Л" ht,

где К - коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м трубы заданных диаметров

2Х d.

дж/м-сек°С.

Следует обратить внимание, что при наружном обтекании трубы воздухом с коэффициентом теплоотдачи щ взято произведение aid„; соответственно для воды, протекающей внутри трубы с коэффициентом теплоотдачи а, принято произведение Оав-

При оребрении трубок коэффициент теплопередачи, отнесенный к гладкой поверхности F, определяется из уравнения

дж/м-сек-С,

где Fp - поверхность оребрения.

Формулы для определения и Og приведены в курсах теплопередачи.

Средняя логарифмическая разность температур воздуха и воды равна

t,p =

где Д/б и -большая и меньшая разность температур воздуха и воды на входе и на выходе из холодильника.

Длина каждой трубки /j определяется по компоновочной длине холодильника, после чего находится число трубок:

Диаметр кожуха, размещение труб в кожухе и расстояние между перегородками определяются по заданному шагу и скорости протекания воздуха и воды.

Влажное сжатие

Влажное сжатие является в некоторых случаях эффективным средством непосредственного охлаждения воздуха в процессе сжатия. Сущность влажного сжатия заключается в следующем: в процессе сжатия воздуха в цилиндр компрессора впрыскивается некоторое количество воды, которое при испарении отнимает теплоту от воздуха; в конце сжатия температура смеси воздуха и водяных паров оказывается значительно ниже температуры в конце адиабатного сжатия.

Процесс становится политропным, приближаясь к изотермическому. Работа компрессора заметно уменьшается.

Каждой температуре и давлению соответствуют определенные значения парциальных давлений и влагосодержания. Используя уравнения и графики, помещенные в главе «Влажный воздух», произведем примерные расчеты влажного сжатия.

Пример. Воздух от давления Pi = 1 am и температуры = 20° С сжимается до давления Рз = 4 am. Воздух насыщен влагой, т. е. q = 1. Влагосодержание воздуха di « 15 г/кг.

При сжатии предельное (насыщающее) влагосодержание может возрасти в случае повышения температуры. В первом приближении допустим параметры в конце сжатия Ра = 4 am, = 75° С. При полном насыщении предельное влагосодержание воздуха равно = 70 г/кг, что дает возможность испарить на 1 кг

iвоздуха Ad = do - di = 70 - 15 = 55 г/кг впрыснутой воды. На испарение этой воды от I кг воздуха будет отнято следующее количество тепла: ка с» ту бл

М = Ad (г -Ь - t,) = 55 (554 + 75 - 20) =

= 33,5 ккал/кг или 140 000 дж/кг. В результате этого температура воздуха снизится па

М 33,5

П,24

= 140° С.

Если в неохлаждаемой ступени процесс сжатия протекал с показателем п = 1,56 (турбокомпрессор), то температура в конце сжатия возросла бы до 203 С. За счет влажного сжатия температура воздуха снизится до t = 208-140 = 68 С, т. е. окажется близкой к принятой нами ранее; допущенное охлаждение воздуха

вполне реально. Следовательно, процесс сжатия вместо политропного с подводом тепла и показателем п = 1,56 станет политроп-ным с отводом тепла и показателем п 1,2. Работа компрессора уменьшится примерно на 12%.

В зависимости от условий сжатия допущенная величина L, и все полученные результаты будут отклоняться от приведенных. В частности, при процессах сжатия в ступени с показателем п С * экономия окажется ниже.

Затраты на впрыск воды невелики; однако имеются обстоятельства, ограничивающие возможность, а во многих случаях создающие невозможность применения влажного сжатия. В случае охлаждения воздуха после компрессора водяные пары начнут кон денсироваться и выпадать в виде капельной влаги. Количество работоспособной газовой смеси уменьшится, экономия энергии исчезнет; излишняя влага создаст дополнительные эксплуатационные трудности. Поэтому влажное сжатие целесообразно лиши в случае подогрева воздуха после компрессора или в крайнем случае при сохранении его температуры t- Поскольку подогрев воздуха дает существенную экономию расходуемого воздуха, следует всегда стремиться сочетать подогрев воздуха с влажным сжатием. Серьезным препятствием для внедрения влажного сжатия является отложение накипи на рабочих органах машины, поэтому к качеству впрыскиваемой воды должны быть предъявлены очень высокие требования.

В металлургии (дутье в печи), энергетике (газотурбинные установки, наддув в двигатели внутреннего сгорания) и во всех остальных отраслях промышленности, где возможны подогрев сжатого воздуха и очистка впрыскиваемой воды, влажное сжатие является простым и эффективным средством уменьшения расхода энергии на производство сжатого воздуха.

Применяются следующие системы воДо-43. Водоснабжение снабжения: прямоточная и циркуляционная.

При прямоточной системе вода проходит через охлаждающие устройства однократно и больше в эти устройства не возвращается.

Обычно вода подается насосами из реки и возвращается ниже по течению через сливную систему канализации. Целесообразно сливную воду использовать в небольших котельных, где нет системы водоподготовки, или в других устройствах, где требуется подогретая вода.

Для индивидуальных компрессоров очень малой производительности применяется также подача воды непосредственно из напорной водопроводной сети. При значительных расходах воды питание от водопроводной сети оказывается слишком дорогим, и поэтому применяется очень редко.

Циркуляционная система водоснабжения характеризуется многократным использованием воды в компрессорах после охлаж-

дения в специальных устройствах. Различают следующие способы охлаждения воды: поверхностное; охлаждение с помощью градирен или брызгальных бассейнов; радиаторное (для передвижных установок).

При наличии водоемов с значительной поверхностью воды (озера, пруды) охлаждение воды для возможности ее возврата в компрессорную станцию осуществляется естественным путем. Забор воды для охлаждения осуществляется в пункте, по возможности удаленном от места слива подогретой воды, чтобы увеличить активную поверхность водоема. Для вытянутой формы водоема активная поверхность составляет 0,8-0,9 от всей поверхности воды между местом забора и местом сброса воды; для округленной формы водоема активная поверхность снижается до 0,4-0,5 от всей охлаждающей поверхности. Необходимая активная поверхность зависит от условий охлаждения и от так называемой зоны охлаждения, т. е. от понижения температуры воды, подаваемой в водоем. При установившемся режиме вода охлаждается в пруду на столько же градусов, на сколько градусов ее температура повышается в компрессорной. Если охлаждение в пруду окажется недостаточным, повысится температура воды, поступающей и уходящей из компрессорной станции, зона же охлаждения останется неизменной.

Искусственное охлаждение воды осуществляется с помощью градирен или брызгальных бассейнов. Интенсивность работы охлаждающих устройств, отнесенная к площади бассейна, характеризуется плотностью орошения, представляющей собой количество воды в м-Усек (для заданной зоны охлаждения At), охлаждаемой на 1 лг эффективной площади бассейна. Существенное значение имеют потери воды от уноса. Средние значения плотности орошения (при At = 10 С) и потерь воды от уноса приведены в табл. 13.

Таблица 13

Средние значения плотности орошения н потерь воды от уноса

Если вода не очищается, необходимо организовать продувку, что связано с дополнительной потерей воды.

Охлаждающую воду необходимо умягчать и хорошо фильтровать для уменьшения отложений в полостях машин и во всем тракте водоснабжения. Кроме того, воду хлорируют во избежание биологического загрязнения (плесень, цветение воды). 10*