Бурдочкин Ю.С. Энергоснабжение объектов и производственная энергетика

Подождите немного. Документ загружается.

121

осуществляют прием сжиженного газа, переливание его в резервуары-

хранилища и наполнение баллонов и автоцистерн. В баллонах газ доставляют

непосредственно потребителям, в автоцистернах - к резервуарным установкам

зданий, промышленных и других потребителей.

Для снабжения сжиженным газом отдельных потребителей используются

наполненные баллоны. Баллоны, рассчитанные на рабочее давление 1,6 МПа,

изготовляют из стали. Вместимость баллонов от

0,9 до 50 л. У баллонов

вместимостью от 0,9 до 27 л в качестве запорного устройства используют

самозапирающиеся клапаны, ввертываемые в горловину баллона. Горловины

баллонов вместимостью 50 л оборудуют угловыми вентилями. Баллоны

устанавливают вблизи газовой плиты и присоединяют к ней через регулятор

давления.

Групповые установки, состоящие из нескольких баллонов, размещают в

металлическом шкафу вне здания

и применяют для газоснабжения отдельных

жилых и общественных зданий. Каждую групповую установку оборудуют

регулятором давления, предохранительным клапаном, манометром и запорной

арматурой. Суммарная вместимость баллонов установки не должна превышать

600 л при расположении их у глухих несгораемых стен и 1000 л при

размещении установки в отдельно стоящем помещении.

Для снабжения сжиженным газом многоэтажных

жилых домов или групп

зданий применяют групповые установки, состоящие из двух и более подземных

резервуаров. Расстояние от резервуаров до жилых, общественных и

коммунально-бытовых зданий устанавливают в соответствии со СНиП в

зависимости от объема резервуаров и степени огнестойкости здания.

Групповые установки размещают вблизи потребителей газа на площадках,

имеющих удобный подъезд для

автотранспорта. Резервуары устанавливают под

землей на фундаментах и покрывают усиленной противокоррозийной

изоляцией. Подземные резервуары оборудуют надземной головкой, в которой

располагается предохранительная, запорная арматура и контрольно-

измерительная аппаратура.

Подземные резервуары заполняют сжиженным газом из автоцистерн через

наполнительные шланги. Трубопроводы, транспортирующие газ от групповых

установок к зданиям, прокладывают в грунте на глубине 0,8-1

м от

поверхности. Прокладку рекомендуется осуществлять с уклоном. В низших

точках следует устанавливать конденсатосборники, куда стекают в холодное

время года сконденсировавшиеся тяжелые компоненты. Диаметр подземных

газопроводов должен быть не менее 25 мм, а толщина стенки не менее З мм.

Требования к прокладке газопроводов сжиженных газов те же, что и при

газопроводах, транспортирующих

природный газ.

122

Глава 6 СНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ДРУГИМИ ВИДАМИ

ЭНЕРГИИ И ГАЗОВ

Помимо обеспечения электроэнергией, тепло -, газо - и водоснабжения на

многих предприятиях в зависимости от их специфики могут применяться и

другие виды энергоносителей и газов, такие как сжатый воздух, кислород,

углекислота, азот и ряд других газов. Большинство промышленных

предприятий нуждается в обеспечении сжатым воздухом и кислородом.

Рассмотрим некоторые вопросы этого обеспечения.

6.1 Воздухоснабжение

Системы воздухоснабжения

промышленного предприятия

предназначены для производства сжатого воздуха, транспортировки и

распределения его по цехам и потребителям.

Сжатый воздух на промышленных предприятиях используется в процессах

нагрева и плавления металлов и других материалов в нагревательных и

плавильных печах, работающих на топливе, для выполнения механической

работы в машиностроительных и других производствах, для обслуживания

пневматических

инструментов и машин (зубил, молотков, трамбовок,

пескоструйных аппаратов, формовочных машин и т.п.). Сжатый воздух может

также применяться для пластической обработки металлов и других материалов

(молоты и прессы).

Сжатый воздух, подаваемый потребителям, должен отвечать

соответствующим качественным и количественным параметрам. К основным

качественным параметрам относятся давление и температура сжатого воздуха

перед

приемником, к количественному параметру воздуха относится его

максимальный расход (подача). В соответствии с требуемыми параметрами на

предприятиях применяются различные генераторы сжатого воздуха.

Генераторы сжатого воздуха подразделяются в зависимости от

развиваемого ими давления на выходе и их назначения на вентиляторы,

воздуходувки и компрессоры.

Вентиляторы развивают давление, не превышающие 9,8 кПа, и

применяются главным образом в отопительно-вентиляционных системах или

для охлаждения поверхностей различных производственных агрегатов.

Воздуходувки, у которых развиваемое давление находится в пределах от

29,4 до 294 кПа, применяются при интенсификации процессов горения,

плавления металлов, а также для охлаждения рабочих поверхностей агрегатов.

Компрессоры, развивающие давление от 0,294 до 24,5 МПа, а в некоторых

случаях и до 98,06 МПа, применяют в основном для получения сжатого

воздуха, который используется для выполнения механической работы,

обслуживания пневматических машин и инструмента.

Основными источниками получения сжатого воздуха на промышленных

предприятиях являются компрессоры. По принципу действия компрессоры

подразделяют на объемные и динамические. К

объемным компрессорам

относятся поршневые, мембранные и роторные.

123

В объемных компрессорах давление воздуха повышается за счет

уменьшения пространства, в котором находится воздух.

К динамическим компрессорам относятся центробежные и осевые

компрессоры. В них давление воздуха повышается при непрерывном движении

его через проточную часть машины за счет энергии, которую сообщают

воздуху лопатки вращающегося ротора. При этом кинетическая энергия

преобразуется в потенциальную

Все компрессоры независимо от принципа действия подразделяют по

основным эксплуатационным параметрам - давлению и подаче. В зависимости

от развиваемого давления воздуха компрессоры подразделяются на низкого

(0,2-1,0 МПа), среднего (1-10 МПа) и высокого давления (10-100 МПа). По

значению подачи компрессоры подразделяются на малые (до 1м

/мин), средние

(от 1-100 м

/мин) и крупные (свыше 100 м

/мин).

Из различных типов объемных и динамических компрессоров наибольшее

распространение в промышленности получили поршневые и центробежные

компрессоры.

Поршневые компрессоры. Способ действия поршневого компрессора

основан на вытеснении воздуха поршнем. На рисунке 6.1 представлена

конструктивная схема одноступенчатого поршневого компрессора.

В цилиндре расположен поршень, который под действием кривошипного

механизма совершает возратно-поступательное движение. За один оборот

кривошипного механизма осуществляются все фазы процесса: расширение,

всасывание, сжатие и выталкивание.

Для снижения трения и уменьшения износа

пары поршень—цилиндр их

смазывают компрессорными смазочными маслами.

Рисунок 6.1 - Конструктивная схема вертикального одноступенчатого

компрессора

124

В процессе сжатия воздух нагревается, и так как компрессорные

смазочные масла легко воспламеняются, то большая степень сжатия является

опасной. Поэтому во избежание чрезмерного нагрева воздуха в компрессоре

при получении высоких давлений процесс сжатия разбивают на ряд ступеней.

Между отдельными ступенями встраивают воздухоохладители, в которых

происходит понижение температуры воздуха при перетекании его

из одной

ступени в другую.

Центробежные компрессоры (рисунок 6.2)

Основными элементами центробежного компрессора являются: рабочее

колесо 1 с лопатками 2 и диффузор (кольцевой отвод) 3. Воздух, находящийся

между лопатками, при вращении колеса получает вращательное движение. Под

действием центробежной силы он перемещается к периферийной зоне колеса,

затем попадает в диффузор, площадь которого возрастает с увеличением

радиуса, скорость воздуха снижается, а давление увеличивается. Для

повышения

эффективности работы диффузора по превращению кинетической

энергии в потенциальную предназначены лопатки 4, упорядочивающие

движение воздуха.

При вращении рабочего колеса в зонах, расположенных у оси вращения,

давление воздуха уменьшается по сравнению с давлением во всасывающем

трубопроводе, за счет чего создается непрерывный перемещающийся поток

воздуха. Степень сжатия воздуха ступени компрессора зависит от размеров

формы колеса и диффузора, а также от частоты вращения. Для получения более

высокой степени сжатия используют компрессоры с несколькими ступенями.

Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу нескольких

рабочих колес, располагаемых в одном корпусе. В этом случае воздух

поступает в следующую ступень по каналам, образованным лопатками 5

обратного направляющего аппарата. Степень

сжатия центробежного

компрессора равна произведению степеней сжатия его отдельных ступеней.

125

Рисунок 6.2 - Ступень центробежного компрессора:

1 - рабочее колесо; 2 - лопатки; 3 - диффузор; 4 - направляющие лопатки; 5

- лопатки обратного аппарата

При сжатии воздух нагревается. Для охлаждения его может

предусматриваться внутреннее и внешнее охлаждение. При внешнем

охлаждении воздух, прежде чем попасть в следующую ступень, проходит через

охладитель, а при внутреннем охлаждении корпус компрессора имеет

«рубашку», через

которую прокачивается охлаждающая вода. Большинство

современных компрессоров имеет внешнее охлаждение (рисунок 6.3).

Трубчатые охладители с большой площадью поверхности располагают

обычно между группами ступеней, получая, таким образом, более простую

конструкцию установки. Отбор тепла в охладителях осуществляется проточной

водой.

126

Рисунок 6.3 - Схема компрессора со ступенчатым сжатием и охлаждением:

1 - охладители I и II ступеней; 2 - конечный охладитель; 3,4,5 -

соответственно I, II и III ступени сжатия

Для получения больших объемов сжатого воздуха несколько компрессоров

размещают в одном помещении, образующем компрессорную станцию.

Компрессорные станции можно условно классифицировать по суммарной

производительности всех установленных на станции компрессоров: малые

компрессорные станции производительностью до 100 м

/мин, средние –

производительностью 100-500 м

/мин и большие - производительностью более

500 м

/мин.

При выработке сжатого воздуха требуется значительное количество

охлаждающей воды. Вода также необходима для охлаждения подшипников и

масла, используемого в системе принудительной смазки отдельных частей

компрессора. Поэтому при компрессорных станциях сооружают систему

оборотного водоснабжения, состоящую из насосных установок и градирни, в

которой происходит охлаждение нагретой воды. Одна группа насосов подает

воду на градирню, а другая - охлажденную в градирне воду подает в систему

охлаждения компрессорной станции.

Компрессорные станции оборудуют предохранительной и контрольно-

измерительной аппаратурой.

От степени чистоты всасываемого воздуха зависит нормальная

эксплуатация компрессоров. Для очистки воздуха от механических примесей

применяют фильтры различного принципа действия: сухие, влажные и

масляные. Некоторые из них были

рассмотрены в главе 2.

Сеть сжатого воздуха состоит из трубопроводов и арматуры.

Трубопроводы сжатого воздуха изготавливают из малоуглеродистой стали. Во

избежание скопления влаги и масла в трубопроводах их прокладывают с

уклоном в сторону перемещения воздуха. Трубопроводы сжатого воздуха, как и

трубопроводы тепловых сетей, должны иметь возможность свободных

перемещений от температурных деформаций,

для чего на трубопроводах

устанавливают компенсаторы. Трубопроводы соединяют между собой сваркой,

а также с помощью фланцев и муфт в зависимости от диаметра труб. После

127

монтажа трубопроводы подвергают гидравлическим испытаниям.

Испытательное давление и продолжительность испытаний зависят от диаметра

труб и рабочего давления.

Трубопроводы сжатого воздуха (воздухопроводы) могут прокладываться

подземно или надземно: на эстакадах, на кронштейнах по стенам зданий или в

каналах. Внутри помещений они прокладываются, как правило, открыто по

стенам, балкам, фермам, колоннам.

Арматура в сетях

сжатого воздуха предназначена для осуществления

переключений и регулирования. Из существующих видов запорной арматуры

(вентили, задвижки, краны) наибольшее распространение получили вентили,

обеспечивающие высокую герметичность, длительный срок службы и

возможность широкого диапазона регулирования.

Для регулирования количества и давления транспортируемого воздуха

применяют редукционные вентили (редукторы), которые служат для

автоматического поддержания постоянной величины рабочего

давления за

редуктором независимо от давления воздуха в главной магистрали.

6.2 Снабжение предприятий кислородом

Кислород широко применяется в черной и цветной металлургии, химии,

машиностроении и других отраслях промышленности. Его применение

позволяет интенсифицировать технологические процессы, увеличить выпуск и

повысить качество продукции. На многих предприятиях кислород применяется

для сварки и резки металлов, включая самые тугоплавкие, а также для огневой

зачистки и обработки поверхностей изделий и слитков.

Известны

три основных способа получения кислорода: 1) химические

способы; 2) электролиз воды; 3) метод разделения воздуха.

Химические способы основаны на способности различных химических

веществ в определенных условиях, например при нагревании, выделять

кислород. Эти способы малопроизводительны, не имеют промышленного

применения и могут применяться в основном в лабораторной практике.

Электролиз воды, т.е. разделение воды на кислород и водород при

пропускании электрического тока, требует большого расхода электроэнергии

(12-15 кВт·ч на 1 м

кислорода). Этот метод используется, главным образом,

для получения чистого водорода. Кислород при этом получается как побочный

продукт.

Атмосферный воздух представляет собой смесь нескольких газов,

химически не связанных между собой. Объемная доля кислорода в воздухе

составляет около 21 %.

Метод разделения воздуха основан на способности составных частей

воздуха переходить из жидкого состояния в газообразное при разных

температурах. Так, при атмосферном давлении воздух превращается в жидкость

при температуре 78,6 К(-194,4 °С). При последующем испарении воздуха

сначала в основном испаряется азот, как более летучая часть жидкости,

имеющий более низкую температуру кипения 77,36 К(-195,64 °С), при этом

128

концентрация кислорода в жидком воздухе возрастает, так как он имеет

температуру кипения 90,18 К(-182,82

С).

Промышленное значение для разделения воздуха на кислород, азот, аргон

и другие составные части имеет метод низкотемпературной ректификации,

основанный на различии составов находящихся в равновесии жидких и

паровых смесей. Процесс протекает в ректификационных колоннах.

Ректификация воздуха - это многократно повторяющийся процесс

конденсации менее летучего компонента (кислорода) и испарение более

летучего компонента (азота) в слоях жидкой смеси азота и кислорода. Процесс

протекает на тарелках ректификационной колонны. Принципиальная схема

процесса ректификации показана на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 – Схема процесса ректификации

В промышленности процесс разделения воздуха и получения кислорода

осуществляется на криогенных установках, различающихся по

производительности, типу цикла, составу получаемых продуктов. По

производительности воздухоразделительные установки условно делятся на три

группы: малой производительности (30-300 м

/ч), средней производительности

(300-4000 м

/ч), и большой производительности (более 4000 м

/ч).

Для обеспечения потребителей кислородом и другими продуктами

разделения воздуха в одних случаях создают отдельные кислородные

предприятия, в других - станции и цехи разделения воздуха в составе

предприятия.

129

Технологический процесс производства кислорода включает следующие

стадии:

а) сжатие воздуха в компрессоре;

б) очистку сжатого воздуха от углекислоты и осушку от влаги;

в) сжижение и ректификацию воздуха с целью его разделения на кислород

и азот;

г) заполнение емкостей для хранения кислорода: газгольдеров для

хранения газообразного и резервуаров для хранения жидкого кислорода

;

д) наполнение сжатым газообразным кислородом баллонов или подача его

по газопроводу потребителям.

В зависимости от назначения и необходимой производительности

используются различные кислородные установки, включающие в себя

необходимое компрессорное оборудование, аппараты для очистки и осушки

воздуха, аппаратуру для охлаждения, сжижения и ректификации воздуха и

устройства для наполнения баллонов кислородом.

130

Глава 7 ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

7.1 Основные положения и термины

Россия располагает крупными запасами энергетических ресурсов. На ее

территории сосредоточены около 45% мировых запасов природного газа, 13% -

нефти, 23% -угля и 14% -урана. Однако многие из этих энергоресурсов

расположены в труднодоступных районах (арктические районы, шельф России

и т.п), и их освоение и транспортировка требует значительных капитальных и

эксплуатационных затрат, что ведет к значительному удорожанию

энергоресурсов для потребителей.

В то же время имеющиеся энергоресурсы используются неэффективно.

Так, энергоемкость национального дохода в России в 3,5-3,7 раза больше, чем в

развитых странах. За последние 25 лет в этих странах энергоемкость

внутреннего валового продукта уменьшилась на 30-40%, в то время как в

России за время реформ с 1990 г. она возросла на 20%,

лишь относительно

стабилизировавшись за последние 2-3 года.

Увеличение выпуска продукции на ближайшие 10-15 лет практически

возможно осуществить без значительного ввода энергомощностей за счет

энергосберегающей политики и экономии энергоресурсов.

Задача экономии энергоресурсов в нашей стране была сформулирована

еще в конце 20-х годов и опиралась на «идеологию нормирования».

Дальнейшее развитие она получила в Постановлении Государственного

Комитета Обороны от 18 мая 1944 г. «Об экономии электроэнергии в

промышленности». Это Постановление обусловило создание в 1944 г.

Госэнергонадзора, отраслевых Главэнерго, служб главного энергетика на

предприятиях.

За годы реформ в России был принят ряд законов, направленных на

повышение энергетической эффективности экономики России и проведение

целенаправленной энергосберегающей политики.

Такими документами являются:

- Федеральный закон

«О государственном регулировании тарифов на

электрическую и тепловую энергию в Российской Федерации» №41-Ф3 от

14.04.95;

- Федеральный закон «Об энергосбережении» №28-Ф3 от 03.04.96.

В марте 2003 г. был принят пакет законов «Об электроэнергетике».

Некоторые из этих законов уточняли отдельные положения ранее принятых

законов №41-Ф3 и №28-Ф3.

Федеральный закон «Об

энергосбережении» провозглашает следующие

принципы:

приоритет эфффективного использования энергетических ресурсов;

осуществление государственного надзора за эффективным

использованием энергоресурсов;

обязательность учета юридическими лицами производимых или

расходуемых энергоресурсов;