По назначению различают промежуточные и концевые воздухоохладители. Промежуточные воздухоохладители осуществляют охлаждение воздуха между ступенями компрессора. Концевые воздухоохладители устанавливаются на выходе воздуха из компрессоров.

В качестве концевых воздухоохладителей при низких давлениях воздуха (менее 3 МПа) используем кожухотрубчатый теплообменник с противоточной схемой движения сред. Температура воздуха t₁ на входе в охладитель принимаем равной 150°С. Расход воды V_кх через охладитель выбирается исходя из нормы 3,0 литра на 1 м³/мин всасываемого воздуха.

Температура охлаждающей воды t_в2 на выходе из цилиндров компрессора и концевых охладителей не должна быть выше 40°С, а температура выходящего из охладителя сжатого воздуха t₂ не должна превышать температуру выходящей воды более чем на 20°

Количество тепла, выделяемого при охлаждении влажного воздуха,
рассчитывается по формуле

, Вт, (11)

где Q_в - тепловой поток при охлаждении сухого воздуха, Вт;

Q_д - дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара, Вт.

Количество тепла, выделяемого при охлаждении влажного воздуха для компрессора ВП50/8

Qохл = 92,78 + 805141 = 805233,78 Вт

Количество тепла, выделяемого при охлаждении влажного воздуха для компрессора 2Р-20/8

Qохл = 37,04 + 321477 = 321514,04 Вт

Количество тепла, отдаваемого сухим воздухом, определяется по уравнению

, Вт, (12)

где V - производительность компрессора, м³/с;

_в - плотность воздуха при давлении и температуре на во всасывающем патрубке компрессора, 1,225 кг/м³;

c_{p в} - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, 1,009 Дж/(кг · °С);

t₁, t₂ - температура воздуха до и после охладителя, °С.

Количество тепла, отдаваемого сухим воздухом для компрессора ВП50/8

Qв = 0,834 х 1,225 х 1,009 х (150-60) = 92,78 Вт

Количество тепла, отдаваемого сухим воздухом для компрессора 2Р-20/8

Qв = 0,333 х 1,225 х 1,009 х (150-60) = 37,04 Вт

Дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара рассчитывается по равенству

, (13)

где c_pm - средняя теплоемкость водяного пара при постоянном давлении, 1,8 Дж/(кг·°С);

r₀ - теплота парообразования, 2,5*10 ⁶ Дж/кг;

k - коэффициент, учитывающий снижение теплоты парообразования с повышением температуры конденсации, 2346;

x₁, x₂ - влагосодержание воздуха до и после воздухоохладителя, кг/кг.

Дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара для компрессора ВП50/8

Qд = 0,834 х 1,225 х [1,8 х (0,35 х 150 - 0,016 х 60) + (2,5*10⁶ - 2346 х 60) х (0,35 - 0,016)] = 805141 Вт

Дополнительный тепловой поток при охлаждении и частичной конденсации водяного пара для компрессора 2Р-20/8

Qд = 0,333 х 1,225 х [1,8 х (0,35 х 150 - 0,016 х 60) + (2,5*10⁶ - 2346 х 60) х (0,35 - 0,016)] = 321477 Вт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для расчета производительности и выбора воздухоохладителей компрессоров необходимо принять следующие значения теплофизических величин: c_pm = 1,8 Дж/(кг · °С); r₀ = 2,5 · 10⁶ Дж/кг; k = 2346.

Влагосодержание воздуха до и после охладителя вычисляется по формулам:

; (14)

, (15)

где R_в - газовая постоянная воздуха, 287 Дж/(кг · °С);

R_п - газовая постоянная водяных паров, 461 Дж/(кг · °С);

р₀ - давление воздуха во всасывающем патрубке ступени перед охладителем, 784000Па;

р - давление воздуха в охладителе, 784000Па;

р_1нас - давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха во всасывающем патрубке ступени перед охладителем, 475750Па;

р_2нас - давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха на выходе из охладителя, 19932Па;

₁ - относительная влажность воздуха на входе в ступень компрессора перед охладителем, 0,59;

₂ - относительная влажность воздуха на выходе из охладителя (в случае конденсации водяного пара в охладителе ₂ = 1, при отсутствии конденса-ции х₁ = х₂).

Влагосодержание воздуха до и после охладителя

Площадь поверхности теплообменника воздухоохладителя, м², рассчитывают по уравнению

, м², (16)

где k - коэффициент теплопередачи, 50 Вт/(м²·°С);

_t - поправка для аппаратов с перекрестным и смешанным током рабочих жидкостей (воздуха и воды) [3];

Площадь поверхности теплообменника воздухоохладителя

t - средний температурный напор при противотоке, °С,

, (17)

здесь t_в1, t_в2 - температура охлаждающего теплоносителя (воды) соответственно на входе и выходе из охладителя, °С.

Температура воды после концевого охладителя

Средний температурный напор при противотоке

Расчет коэффициента теплопередачи воздухоохладителей следует проводить по методике, изложенной в курсе «Тепломассообменные процессы и аппараты» [11]. Конструкция воздухоохладителя зависит от производительности компрессора, давления охлаждаемого воздуха и охлаждающей среды (вода, воздух) и может быть выполнена в виде кожухотрубных элементов типа «труба в трубе», U-образных змеевиков или радиаторов. Охладители всех типов, кроме змеевиковых и U-образных, могут быть гладкотрубными или с трубами, имеющими поперечные и продольные ребра.

Компрессорные воздухоохладители для давления до 3,0-3,5 МПа выполняются преимущественно кожухотрубными, а для более высокого - кожухо-трубными типа «труба в трубе» или U-образными. Радиаторные охладители применяются при охлаждении воздухом.

Выбор типовых воздухоохладителей производится по каталогам на основании конструктивного расчета.

Коэффициент теплопередачи для некоторых водоохлаждающих устройств вычисляется по формуле:

(18)

где _мтр - коэффициент теплоотдачи от воздуха к охлаждающей поверхности в межтрубном пространстве, Вт/(м²·°С);

_тр - коэффициент теплоотдачи от охлаждающего теплоносителя к поверхности теплообмена, Вт/(м²·°С);

- толщина стенки труб теплообменника, м;

- коэффициент теплопроводности материала труб, Вт/(м · °С);

R_з - термическое сопротивление загрязнений, (м² · °С)/Вт.

После выбора воздухоохладителя выполняется его проверочный расчет.

Кожухотрубные воздухоохладители имеют в межтрубном пространстве поперечные перегородки, что позволяет увеличить скорость воздуха и повысить коэффициент теплоотдачи _мтр.

Коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждаемого воздуха рассчитывается по критериальному уравнению:

при Rе < 1000 для коридорных и шахматных пучков

; (19)

при Rе > 1000 для коридорных пучков

; (20)

для шахматных пучков

. (21)

В уравнениях (19)-(21) определяющая температура - средняя температура воздуха, определяющий размер - наружный диаметр трубы.

Расчетная скорость воздуха в межтрубном пространстве вычисляется по формуле

, (22)

где V - расход воздуха, м³/с;

S_b - площадь поперечного сечения межтрубного пространства между перегородками, м².

Коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждающего теплоносителя при течении в трубах теплообменника рассчитывается также по критериальному уравнению:

при Rе_тр < 2300

, (23)

(24)

здесь d_вн - внутренний диаметр трубок, м;

- средняя температура теплоносителя (воздуха) в межтрубном
пространстве, °С;

- средняя температура теплоносителя (воды) в трубном пространстве, °С;

_тр - коэффициент объемного расширения теплоносителя в трубном
пространстве, 1/°С;

_тр - плотность воды, кг/м³;

_тр - коэффициент динамической вязкости, Па · с;

при 2300 < Rе < 1·10⁴

, (25)

где - поправочный коэффициент, рассчитывается как функция Re_тр путем интерполяции данных [4], приведенных в табл. 6; при Rе > 1·10⁴

. (26)

Таблица 6

Данные для расчета коэффициента

Коэффициенты теплоотдачи _мтр и _тр определяются по формуле

(27)

где - коэффициент теплопроводности теплоносителя (в межтрубном
пространстве - _мтр, в трубном - _тр), Вт/(м ·°С).

Расход охлаждающей воды в воздухоохладителе вычисляется по уравнению, кг/с:

(28)

где с_ж - теплоемкость воды, 4,182 Дж/(кг · °С).

Расход охлаждающей воды в воздухоохладителе

Количество охлаждающей воды, подаваемой в рубашку цилиндра компрессора, определяется по справочным данным при выборе типа компрессора. Общий расход охлаждающей воды есть сумма количества воды в воздухоохладителе и в рубашке цилиндра компрессора. По расходу воды и ее параметрам производятся выбор и расчет водоохлаждающего устройства.

1.5 Расчет влагомаслоотделителя

Основные размеры воздухосборников, мм

Пример программы расчета оборудования воздушной компрессорной станции представлен в приложении.

Библиографический список

1. Перевощиков, С. И. Проектирование и эксплуатация компрессорных станций / С. И. Перевощиков; Тюменский гос. нефтегазовый ун-т. - Тюмень, 1996. 86 с.

2. Шнепл, В. Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин / В. Б. Шнепл. - М. : Машиностроение, 1995. - 240 с.

3. Щуровский, В. А. Технологический регламент на проектирование компрессорных станций / В. А. Щуровский; АО «Газпром». - М., 1994. - 72 с.

4. Рафиков, Л. Г. Эксплуатация газокомпрессорного оборудования компрессорных станций / Л. Г. Рафиков, В. А. Иванов. - М.: Недра, - 1992.

- 237 с.

5. Рахмилевич, З. З. Компрессорные установки / З. З. Рахмилевич. - М. : Химия, 1989. - 272 с.

6. Компрессорные машины и турбины АООТ «Невский завод» / ЦНИИ ТЭИ тяжмаш. - М., 2000. - 159 с.

7. Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных комп-рессорных установок, воздухопроводов и газопроводов. - М. : Промышленная безопасность, 2004. - 21 с.

8. Михайлов, А. К. Компрессорные машины / А. К. Михайлов,
В. П. Ворошилов. - М. : Энергоиздат, 1989. - 287 с.

9. Пластинин, П. И. Поршневые компрессоры / П. И. Пластинин. - М.: Колос, 2000. - 456 с.

10. Центробежные компрессорные машины производства ОАО «Компрессорный комплекс» / Всерос. науч.-исслед. и проект.-конструкт. ин-т атом. энергет. машиностроения. - М., 2004. - 125 с.

11. Овсянников, В. В. Теоретические основы теплотехники. Часть 3.
Тепломассообмен / В. В. Овсянников, В. Н. Кузнецов; Омский гос. ун-т
путей сообщения. - Омск, 2002. - 19 с.

Размещено на Allbest.ru