Молодежникова Л.И. Технологические энергоносители промышленных предприятий. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Л.И. Молодежникова

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Часть 2

Рекомендовано в качестве учебного пособия

Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2011

УДК 53

ББК 22

М75

Молодежникова Л.И.

М75 Технологические энергоносители промышленных пред-

приятий. Часть 2: учебное пособие / Л.И. Молодежникова;

Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Том-

ского политехнического университета, 2011. – 198 с.

В пособии в краткой форме изложены теоретические вопросы вто-

рой части курса технологические энергоносители промышленных пред-

приятий, где выделены важнейшие положения по водоснабжению пред-

приятий и населения, газоснабжению и холодоснабжению. Рассмотрены

вопросы, связанные с производством продуктов разделения воздуха. По

каждой теме представлены примеры решения задач, вопросы для кон-

троля знаний, включен справочный материал.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности

«Промышленная теплоэнергетика».

УДК 53

ББК 22

Рецензенты

Кандидат технических наук

главный инженер ООО «Сибхолод-Сервис»

Е.Я. Макаров

Кандидат технических наук, председатель комитета

по газификации департамента энергетики Томской области

Л.С. Симанин

Кандидат технических наук, доцент ТПУ

Ю.Я. Раков

политехнического университета, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... 8

РАЗДЕЛ 1. ВОДОСНАБЖЕНИЕ ............................................................... 9

1 ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И

НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ .......................................................................... 9

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ И

ИХ ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ И НАДЕЖНОСТИ

ВОДОСНАБЖЕНИЯ .................................................................................... 10

3. СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ............ 11

3.1

ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ .............................................................. 12

3.2

ВОДОПРИЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ .............................................................. 13

3.3

НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ ............................................................................. 17

3.4

ВОДОНАПОРНЫЕ БАШНИ И НАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЕ РЕЗЕРВУАРЫ .... 18

4 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ ПОТРЕБНОСТИ

В ВОДЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ............................... 18

4.1

СВОБОДНЫЙ НАПОР В СИСТЕМЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ............................... 23

4.2

РАСЧЕТ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ........................................................... 23

4.3

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТУПИКОВЫХ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ....... 25

4.4

РАСЧЕТ КОЛЬЦЕВЫХ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ...................................... 28

4.5

ВЫБОР НАСОСОВ .................................................................................... 32

4.6

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЕ ОБЪЕКТАМИ

ВОДОСНАБЖЕНИЯ

......................................................................................... 33

5 ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО

ВОДОСНАБЖЕНИЯ .................................................................................... 34

5.1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ .................................................................................. 34

5.2

КОНСТРУКЦИИ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ............................................... 35

5.3

ПРОКЛАДКА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ................................................... 36

6 СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ................................ 37

7 ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ ОБОРОТНОГО

ВОДОСНАБЖЕНИЯ .................................................................................... 38

7.1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ .................................................................................. 38

7.2

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВОДООХЛАДИТЕЛЕЙ ........................ 40

8 ОБРАБОТКА ВОДЫ В СИСТЕМАХ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО

ВОДОСНАБЖЕНИЯ .................................................................................... 44

8.1 ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ВОДЫ. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

К КАЧЕСТВУ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ ......................................................... 44

8.2

ПОДГОТОВКА И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ ............... 46

8.3

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПОДПИТОЧНОЙ И

ОБОРОТНОЙ ВОДЫ

......................................................................................... 50

ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ «ВОДОСНАБЖЕНИЕ» ..................................... 55

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .......................................................................................... 56

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .......................................................................................... 56

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 .......................................................................................... 57

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 .......................................................................................... 57

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 .......................................................................................... 58

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................... 59

РАЗДЕЛ 2. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ .............................................................. 60

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ................................................................................. 60

1.1

ВИДЫ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И СОСТАВ ............... 60

1.2

ПРИРОДНЫЕ ГАЗЫ ................................................................................... 61

1.3

ИСКУССТВЕННЫЕ ГАЗЫ .......................................................................... 62

1.4

ТРЕБОВАНИЯ К ГАЗУ, ПРИМЕНЯЕМОМУ В КОММУНАЛЬНОМ

ХОЗЯЙСТВЕ

................................................................................................... 63

2 ОБРАБОТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА ....................................................... 64

2.1

ОСУШКА ГАЗА ........................................................................................ 64

2.2

ОЧИСТКА ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ..................... 66

2.3

ОДОРИЗАЦИЯ ГАЗА ................................................................................. 66

3 ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ГАЗА НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ.

ХРАНЕНИЕ ГАЗА ........................................................................................ 67

3.1

СХЕМА МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА ............................................. 67

3.2.

ХРАНИЛИЩА ГАЗА ................................................................................. 70

4 РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ............... 71

4.1

СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ, НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ.

ОРМЫ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА .............................................................................. 71

4.2

СХЕМЫ ДВУХ-, ТРЕХ- И МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ СИСТЕМ

ГАЗОСНАБЖЕНИЯ С ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫМИ ПУНКТАМИ ............................... 77

4.3

ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫЕ ПУНКТЫ И УСТАНОВКИ ......................................... 79

5 ГАЗОВЫЕ ПРИБОРЫ И ГОРЕЛКИ. ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ................ 83

5.1

ГАЗОВЫЕ ПРИБОРЫ ................................................................................. 83

5.2

ТИПЫ ГАЗОВЫХ ГОРЕЛОК ....................................................................... 84

5.3

УСЛОВИЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ГАЗА ........................................ 85

6. РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ ГАЗА ............................................................ 86

7 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ ............................... 88

8 НАРУЖНЫЕ ГАЗОПРОВОДЫ И СООРУЖЕНИЯ .............................. 93

9 ПРИМЕНЕНИЕ СЖИЖЕННОГО ГАЗА ................................................. 96

ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ «ГАЗОСНАБЖЕНИЕ» ...................................... 99

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ........................................................................................ 100

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ........................................................................................ 102

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ........................................................................................ 102

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ........................................................................................ 103

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ........................................................................................ 104

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ........................................................................................ 108

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ........................................................................................ 112

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. 113

РАЗДЕЛ 3. ХОЛОДОСНАБЖЕНИЕ .................................................... 114

1 ЗНАЧЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И СПОСОБЫ

ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ХОЛОДА ..................................... 114

2 КЛАССИФИКАЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК .................... 115

3 РАБОЧИЕ

ВЕЩЕСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН ........................ 116

3.1

ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧИМ ВЕЩЕСТВАМ................................................. 118

4 РАСЧЕТ ХОЛОДОПОТРЕБЛЕНИЯ ..................................................... 119

4.1

РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ (НА ПРИМЕРЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ КАМЕРЫ) ...... 119

4.1.1 Теплопритоки через ограждающие конструкции .................... 119

4.1.2 Теплопритоки от грузов при холодильной обработке ............ 121

4.1.3 Теплопритоки при вентиляции помещений ............................. 122

4.1.4 Эксплуатационные теплопритоки .............................................. 122

5 ОСНОВЫ ВЫБОРА ТИПА И КОЛИЧЕСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ

УСТАНОВОК .............................................................................................. 128

6 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ И

ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН ...................................................... 133

6.1

ИДЕАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ОХЛАЖДЕНИЯ ........................................................ 134

6.2

РЕАЛЬНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ....................................................... 135

6.3

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ ПАРОКОМПРЕССИОННЫЕ УСТАНОВКИ ................ 138

6.4

КАСКАДНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ............................................ 139

6.5

ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ ..................................... 142

6.6

ВИХРЕВЫЕ ТРУБЫ ................................................................................. 145

6.7

АБСОРБЦИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ ........................................ 147

6.8

ВОЗДУШНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ ............................. 153

6.8.1 Газовая холодильная машина с регенерацией тепла ................ 155

6.8.2 Газовые холодильные машины с регенерацией тепла и

промежуточным охлаждением и подогревом .................................... 156

6.9

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ ............................... 158

ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ «ХОЛОДОСНАБЖЕНИЕ» ............................. 161

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. 162

РАЗДЕЛ 4. ПРОИЗВОДСТВО ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ

ВОЗДУХА ................................................................................................... 163

1 СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ЕГО СВОЙСТВА……..163

2 ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКТОВ

РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА ......................................................................... 164

2.1 ПУТИ ПРИМЕНЕНИЯ КИСЛОРОДА .......................................................... 164

2.2

ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТА ............................................................................ 165

2.3

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АРГОНА .......................................................... 166

2.4

ПРИМЕНЕНИЕ НЕОНА, КРИПТОНА И КСЕНОНА ...................................... 167

2.5

ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРОДА, ГЕЛИЯ И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ...................... 168

3 МЕТОДЫ ОЖИЖЕНИЯ ВОЗДУХА ..................................................... 169

3.1

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЖИЖЕНИЯ ...................................... 169

3.2

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОЖИЖЕНИЯ ГАЗОВ ........................................ 173

4 ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ .................................. 175

4.1

ОДНОКРАТНАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ ........................................................... 175

4.2

ДВОЙНАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ ................................................................... 177

5 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ

УСТАНОВКИ .............................................................................................. 179

5.1

СХЕМА УСТАНОВКИ К

-300М .............................................................. 184

6 ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК .................................... 186

6.1

ОСУШКА ВОЗДУХА ............................................................................... 186

6.2

ОЧИСТКА ВОЗДУХА ОТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА ...................................... 187

6.3

ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АЗОТНО-ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

ВОЗДУХА

..................................................................................................... 189

6.4

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ .......................... 190

7 ХРАНЕНИЕ, ТРАНСПОРТ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ

РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА ......................................................................... 191

7.1

ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА, АЗОТА И АРГОНА В ЖИДКОМ ВИДЕ .............. 193

7.2

ТРАНСПОРТ ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ГАЗООБРАЗНОМ

ВИДЕ

........................................................................................................... 193

8 СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

КИСЛОРОДА .............................................................................................. 194

ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ «ПРОИЗВОДСТВО И РАЗДЕЛЕНИЕ

ВОЗДУХА» .................................................................................................. 196

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. 197

Введение

Современные технологические процессы промышленных предпри-

ятий обеспечиваются различными энергоносителями. Выбор рацио-

нальных энергоносителей определяется технологическими условиями и

технико-экономическими показателями процессов производства про-

дукции и условиями энергоснабжения.

К энергоносителям относятся вещества, обладающие определен-

ным запасом энергии, которая может быть полезно использована (на-

пример, топливо – это химическая энергия).

Все энергоносители принято делить

на две группы:

1) первичные энергоносители;

2) вторичные энергоносители, как преобразованные. Иногда их

делят на:

– природные – это солнце, вода, воздух;

– искусственные – это теплота, продукты разделения воздуха и т.д.

Все энергоносители характеризуются такими общими свойствами,

как:

1) обязательно должен быть источник энергоносителя;

2) обязательный элемент – система транспортировки энергоно-

сителя;

3) система потребления энергоносителя.

В энергоиспользовании существуют следующие тенденции:

1) разработка безопасных систем энергосбережения для человека;

2) разработка экологически чистых систем;

3) внедрение энергосберегающих технологий.

Экономичное и надежное снабжение энергоносителями технологи-

ческих процессов возможно при грамотном проектировании и квалифи-

цированной эксплуатации систем производства и распределения на

промышленных предприятиях, что неразрывно связано

с подготовкой

специалистов-промтеплоэнергетиков.

Раздел 1. Водоснабжение

1 Водоснабжение промышленных предприятий

и населенных пунктов

Вода имеет различные назначения: необходимый источник жизне-

деятельности человека, растительного и животного мира; энергоноси-

тель (первичный и вторичный); средство гигиены.

Комплекс сооружений, предназначенный для забора воды из ис-

точника, для ее транспортировки, а также для подготовки ее к исполь-

зованию, называется системой водоснабжения (водопроводом).

По своему назначению системы водоснабжения бывают:



хозяйственно-питьевые – для обеспечения жизнедеятельности

человека;

 производственные (технические);

 противопожарные;

 поливочные;

 комбинированные (производственно-пожарные, хозяйственно-

питьевые и противопожарные и др.)

По способу подачи воды системы водоснабжения бывают:

 самотечные (если есть разность геодезических отметок);

 напорные.

В свою очередь все производственные системы водоснабжения де-

лят на:



прямоточные;

 системы с последовательным использованием воды;

 оборотные системы водоснабжения.

При разработке схем промышленного водоснабжения следует об-

ратить внимание на комплексное использование воды предприятиями,

расположенными в крупных промышленных регионах. При таком под-

ходе появляется возможность объединения предприятий (отдельных

производств) по водоснабжению и использованию одним предприяти-

ем воды, непригодной для использования

другим, а также возможность

объединения стоков, требующих одинаковых методов очистки. Это

приведет к экономии воды природных источников водоснабжения, со-

храняя их как источники воды высокого качества.

Расход воды в промышленности исключительно велик и зависит

от технологического процесса (табл. 1.1).

Следует различать основные виды технологической (технической)

воды в системах водоснабжения по происхождению. Это реакционные

воды – результат химических реакций с образованием воды; воды, со-

держащиеся в сырье и исходных продуктах, – свободная или связанная

вода, содержащаяся во многих видах сырья (в нефти, угле и др.); маточ-

ные водные растворы – образуются в результате процессов

получения

или переработки продуктов в водных растворах и средах; водные рас-

творы и абсорбционные жидкости – образуются при использовании во-

ды в качестве экстрагента или абсорбента. По назначению различают:

охлаждающие воды – используются в технологиях для охлаждения ап-

паратов и продуктов; воды для транспорта исходного сырья и продуктов

его переработки в системах

гидротранспорта (удаление золы и др.) и

промывочные воды.

Перечисленное разграничение в значительной степени, диктуется

условиями очистки технологических стоков, поступающих в дальней-

шем в систему технического водоснабжения предприятия для повтор-

ного использования.

Таблица 1.1

Удельный расход воды на производство

промышленной продукции

Производимая продукция Расход воды, м

/т

Сахар 60

Алюминий 100

Бумага 100…150

Сталь 250…300

Азотные удобрения 600

Аммиак 800…1000

Подача воды к потребителю осуществляется по водопроводным се-

тям, которые подразделяются на внешние (до ввода в здание) и внут-

ренние (по потребляющим приборам).

На практике принято системы водоснабжения проектировать и со-

оружать в несколько стадий. Первая очередь рассчитывается на пер-

спективное развитие предприятия или населенного пункта на ближай-

шие 5–10 лет;

вторая – на 10–15 лет; третья – на 15 и более лет.

2 Характеристика потребителей технической воды и их

требования к параметрам и надежности водоснабжения

Вода используется в производстве для самых разнообразных целей:

охлаждения, промывки, замочки, парообразования, гидротранспорта и