Теоретические основы технологии сжатия воздуха

Внедрение глубокого дросселирования позволяет осуществлять ежедневные пуски и остановы компрессора без потерь ресурса, а экономия для режима холостого хода может составлять от 5 до 60% на один компрессор.

Групповое регулирование

Существуют два метода группового регулирования производительности компрессоров, работающих на один коллектор.

Первый метод заключается в ступенчатом регулировании производительности, когда один компрессор находится в состоянии регулирования, а остальные либо полностью нагружены, либо полностью разгружены и отключены от магистрали.

При втором методе все компрессоры находятся в состоянии регулирования. Второй метод предпочтителен с точки зрения возможностей экономии энергии. Исследованиями доказано, что в этом случае суммарный КПД группы компрессоров выше, а значит, затраты электроэнергии при том же количестве производимого сжатого воздуха ниже, что позволяет достичь экономии от 3 до 6% на один компрессор.

Прочие составляющие

Снижение нагрузки на компрессор при расширении его рабочей зоны приводит к снижению расхода охлаждающей воды через воздухоохладители, а в режиме глубокого дросселирования воздухоохладители не требуют охлаждения вообще. Это, в свою очередь, приводит к снижению затрат электроэнергии на привод циркуляционных насосов.

Развитая система управления снижает влияние человеческого фактора на точность управления, ведет архив технологических параметров. Технологический персонал имеет в своем распоряжении инструменты для всестороннего анализа накопленных данных и, исследуя графики изменения параметров в течение длительного времени, имеет возможность делать выводы о техническом состоянии компрессоров и проводить своевременные мероприятия по восстановлению их технических характеристик.

Экономия электроэнергии от прочих составляющих оценивается на уровне 1%.

Мероприятия по достижению экономии

Повышение энергоэффективности требует комплексного подхода и ряда организационно-технических мероприятий, которые подразделяются на две группы: модернизацию механических узлов и внедрение современных средств автоматизации с заменой и установкой дополнительного КИП.

Например, чтобы при внедрении глубокого дросселирования добиться минимума энергопотребления при полностью закрытой дроссельной заслонке, необходимо произвести некоторую модернизацию механических узлов компрессора: минимизировать зазоры дроссельной заслонки, усилить всасывающий патрубок, провести ревизию помпажного клапана. Необходимо также провести общее техническое обследование состояния компрессора на предмет выявления возможных источников потерь энергии за счет изношенности механических деталей. В качестве примера можно привести трубные пучки воздухоохладителей или уплотнения, изношенность которых существенно снижает технические характеристки компрессора, а потери энергии могут существенно превысить эффект, достигнутый от глубокого дросселирования.

Со стороны средств автоматизации:

для обеспечения глубокого дросселирования необходимы алгоритм ввода компрессора в режим и вывода из него;

для обеспечения расширения рабочей точки требуется измерять параметры атмосферного воздуха, периодически вычислять положение границы зоны помпажа, скорость и направление движения рабочей точки компрессора, регулировать производительность компрессора для поддержания заданного давления (или расхода) в пределах расширенной рабочей зоны путем изменения положения дроссельной заслонки, а в случае выхода рабочей точки за нижнюю границу рабочей зоны регулирование производить за счет изменения положения помпажного клапана;

Регулирование работы компрессора

Компрессоры могут комплектоваться собственной системо регулирования производства сжатого воздуха в соответствии с потребностью в нем. Такие системы включают:

ь регулирование включением / выключением. Эта функция обычно присутствует только в очень небольших установках (как правило, в поршневых компрессорах) в силу наличия ограничений по запуску и остановке больших электродвигателей;

ь дроссельное (плавное) регулирование. Эта опция, как правило, присутствует только в одноступенчатых винтовых и пластинчатых установках, работающих с нагрузкой свыше 70%;

ь регулирование нагрузки / холостой ход. Эту функцию иногда называют .автоматический. контроль; она часто применяется в одноступенчатых винтовых и пластинчатых компрессорах. В более крупных поршневых установках (двухступенчатых компрессорах двойного действия) применяется трехступенчатое регулирование:полная нагрузка, половинная нагрузка и холостой ход;

ь регулирование скорости вращения. Эта система регулирует производство сжатого воздуха путем изменения скорости электродвигателя и обычно присутствует в винтовых и пластинчатых установках с впрыском масла. Она может быть установлена на уже действующие компрессоры, но предварительно рекомендуется проконсультироваться с производителем. Давление в системе может поддерживаться с высокой точностью, поскольку компрессор производит только требуемое количество воздуха. Этот вид регулирования может обеспечивать значительную экономию энергии, но только при условии, что потребность в сжатом воздухе подвержена колебаниям. Электропотребление компрессора, работающего с полной нагрузкой, возрастет при установке регулируемого электропривода;

ь регулирование центробежного компрессора. Регулирование работы этих установок является более сложной задачей, так как их эффективность зависит от температуры на входе и барометрического давления. В целом, дросселирование используется для уменьшения выработки до уровня приблизительно 80% от производительности, ниже которого расход снижается путем постепенного увеличения сброса сжатого воздуха в атмосферу. Использование направляющих лопаток на впуске дает преимущества в плане повышения эффективности по сравнению с обычным дроссельным устройством.

Регулирование работы нескольких компрессоров

Каждый компрессор всегда комплектуется каким-либо регулирующим оборудованием. Однако при одновременной установке двух и более компрессоров открываются новые возможности достижения экономии. Работа более старых моделей компрессоров регулируется переключателями давления. Принцип их работы основан на переключении компрессора на режим холостого хода при достижении верхнего предустановленного значения давления. В силу недостаточной чувствительности этого вида регулирующего оборудования верхнее значение давления в установке с параллельно соединенными компрессорами может на 1,5 бар (150 кПа) превышать величину требуемого давления в системе. Следует отказаться от этих простых переключателей давления и по возможности заменить их более эффективными электронными устройствами. Современные электронные регуляторы давления позволяют достичь гораздо большей экономии двумя способами:

ь поддержание давления в значительно более узком диапазоне значений. Это происходит благодаря постоянному мониторингу давления с помощью точного датчика, позволяющего прогнозировать момент включения и отключения компрессора в зависимости от скорости изменения давления в системе. Диапазон давления можно поддерживать с точностью до 0,2 бар (20 кПа);

ь выбор наилучшей комбинации компрессоров для удовлетворения потребности в сжатом воздухе. Это особенно эффективно при использовании комбинации установок с регулируемым и нерегулируемым электроприводом, что позволяет минимизировать время холостого хода и частичной загрузки компрессоров. Для упрощения сервисного обслуживания компрессоры могут включаться последовательно с целью уравнивания числа часов работы. Большинство производителей предлагают системные регулирующие устройства, которые могут контролировать не только произведенные ими установки, но и комбинации других видов оборудования.

6. Система автоматизированного управления компрессорами на комбинате «Запорожсталь»

В результате рассмотренных предложений наиболее подходящим для нынешнего оборудования и по финансовым затратам подходит проект автоматизированного управления компрессорамив кислородно-компрессорном цеху «Запорожсталь»

Система автоматики: предназначена для управления работой, защиты и контроля параметров компрессорных машин. Система автоматики состоит из ряда подсистем и в совокупности с электроприводом в зависимости от предназначения компрессорных машин (для сжатия воздуха) осуществляет аварийное прекращение работы компрессорной установки с остановкой приводного электродвигателя;

Экономическая эффективность оснащения вновь проектируемой системы сжатого воздуха автоматизированой системой управления зависит от ряда факторов, включая временной график потребления, тип компрессоров, протяженность кабелей и т.д. Согласно оценкам, средний объем энергосбережения в результате использования такой системы составляет 12 %. В случае добавления автоматизированой системы управления к действующей системе существуют дополнительные факторы неопределенности, например, проблемы, связанные с интеграцией устаревшего оборудования. Однако и в этом случае период окупаемости инвестиций часто оказывается меньше года.

Мотивы внедрения

Основным мотивом является снижение затрат, связанных с энергопотреблением, однако заслуживает упоминания и ряд других положительных эффектов. Внедрение как на уровне отдельных компрессоров, так и на уровне системы в целом современных интеллектуальных устройств управления, обладающих развитыми коммуникационными функциями, позволяет эффективно организовывать плановое ТО и ТО по техническому состоянию, дистанционное ТО, удаленный мониторинг оборудования, систематический сбор данных о характеристиках производственного процесса, оперативное отслеживание затрат на производство сжатого воздуха и другие подобные виды деятельности. Все это может способствовать снижению затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание системы, повышению коэффициента эксплуатационной готовности, а также лучшей осведомленности о затратах на производство сжатого воздуха.

Установка компьютеризованной системы управления компрессорами на предприятии (ранее позволит сократить затраты на производство сжатого воздуха 18,5%. Система установленая и введеная в эксплуатацию без приостановки производственного процесса, при этом период окупаемости общих затрат на ее внедрение составил 16 месяцев. Предполагается, что этот опыт может быть воспроизведен в условиях большинства систем сжатого воздуха, использующих три или более компрессора. Этот подход предоставляет операторам крупных систем сжатого воздуха простую и надежную возможность для снижения затрат на электроэнергию, как следует из приводимых выше данных:

потенциальная область применения: любой компрессорный цех (участок) с тремя или более компрессорами; достигнутая экономия: 600 тыс. кВтч, это около 36-40 млн грн в год ;период окупаемости: 1,3 г. (на основе только прямого экономического эффекта от внедрения системы); 8 мес. (с учетом достигнутого попутно сокращения утечек).

Список использованной литературы

1.Блейхер И.Г. Компрессорные станции. / И.Г. Блейхер, В.П. Лисеев. - Машгиз , государственное научно-техническое издание машиностроительной литературы, 1959.

2.Тарасов В.М. Эксплуатация компрессорных установок. /В.М. Тарасов.- М.: Машиностроение, 1987

3.Назаренко У.П., Межерицкий Н.А. "Эксплуатация и повышение экономичности воздушных компрессорных установок" - М.: "Энергия", 1977.

4. В. В. Портнов «Воздухоснабжение промышленного предприятия» Воронеж 2007г

5.Труды ИГЭУ «Повышение эффективности работы энергосистем» Выпуск 5 под редакцией д.т.н. В.А Шуина, М.Ш.Мисриханова ,А.В. Мошкарина Москва Энергоатомиздат 2004г.

6. А. Воронецкий, к. т. н., главный инженер проекта ЗАО «Премиум Инжиниринг» Регулирование производительности систем воздухоснабжения.

7. О.Ю. Усанова Технологические энергоносители предприятий Курс лекций для специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» Москва 2011г

8. Н.В. Калинин, И.А. Кабанова, В.А. Галковский, В.М. Костюченко

СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Смоленск 2005г.

9. Энергосбережение при использовании сжатого воздуха в ОАО "ММК" 2001г

10.Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: УРО РАН, 2003.

11. Нагнетатели и тепловые двигатели /В.М.Черкасский, Н.В.Калинин, Ю.В.Кузнецов, В.И.Субботин. - М.: Энергоатомиздат, 1997.

12. О.В. ЗАМЫЦКИЙ., д-р техн. наук, доц., А.Ю., КРИВЕНКО , канд. техн. наук, доц., ХОЗИНА Е.О.,ассистент, ГВУЗ «Криворожский национальный университет»

13. Линников В. Ф., Квятковская Ю. П., Нестеренко А. А. Анализ работоспособности компрессорных установок горнорудных предприятий // Изв. вузов. Горный журнал.-1975.-№ 10.-С. 71-78.

14. Скрыпников В. Б. Проблематика проведения мероприятий по энергоресурсосбережению в компрессорных установках//Вісн. Придніпровськ. Держ. Академ. Будівн. та Архітект.-2001.-№ 11.- С. 55-58.

15. Скрыпников В. Б. Технико-экономическое обоснование энергосберегающей технологии производства сжатого воздуха // Вісн. Придніпровськ. Держ. Академ. Будівн. та Архітект.-2001.-№ 10.-С. 57-61.

16. Федоров Ю. И., Дегтярев В. И. Выбор параметров воздухоохладителя-утилизатора на тепловых трубах для центробежных ком-прессоров //Сб. научн. тр. Разработка эксплуатация и ремонт шахтных стационарных установок.-Донецк: ИГММК им. Федорова.-1990.- С. 242-255.

17. Дегтярев В. И., Федоров Ю. И. Утилизация тепла сжатого воздуха турбокомпрессоров // Уголь Украины.-1997.-№ 11.-С. 33-34.

18. Парфенов В. П. Анализ влияния охлаждения на термодинамическую эффективность многоступенчатой компрессорной установ-ки//Изв. вузов. Энергетика.-1991.-№ 7.-С. 63-67.

19. Парфенов В. П., Январев И. А. Оценка тепловой эффективности теплообменного оборудования при комбинированном охлажде-нии сжатых газов в компрессорных установках//Изв. вузов. Машиностроение.- 1998.-№ 1-3.-С. 62-67.

20. Герасименко Г. П. Комплексное использование пневматической энергии при отработке глубоких месторождений. М.: Недра, 1971.- 178 с.

21. Носырев Б. А., Рыбин А. А. Энергосберегающая технология эксплуатации компрессорных установок//Изв. вузов. Горный жур-нал.-1987.-№ 5.-С. 82-95.

22. Рыбин А. А. Энергосбережение и экологические проблемы при эксплуатации шахтных стационарных компрессорных установок // Изв. вузов. Горный журнал.-1996.-№ 7.-С. 107-110.

23. Механизация и автоматизация технологических процессов добычи и переработки руд: Отчет о НИР (промежуточн.)/Криворожск. горн. инст. - Г-7-86; № ГР 01860077843; Инв. № М 112563.-Кривой Рог, 1987.- 82 с.

24. Самуся В.И., Оксень Ю.И., Радюк М.В. Оценка эффективности теплонасосной технологии утилизации тепла воздушных турбо-компрессоров // Науковий вісник НГУ.- 2010.- № 6.- С. 78-82.

25. Андронов Ф.А. Эффективные системы утилизации тепла с использованием модульных агрегатов воздушного охлаждения // Жур-нал «Энергослужба предприятия».- 2003.-№ 1.

26. Барон В.Г. Утилизация тепла охлаждающих жидкостей - один из важных аспектов энергосбережения / Барон В.Г. // СОК.- 2006.- № 12.

Размещено на Allbest.ru