 |
Основные характеристики работы компрессоров.
|
|
|
|
Понятие компримирования, его значение в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.
Компримирование (от фр. comprimer — сжимать, сдавливать) — повышение давления газа с помощью компрессора.
Особое значение компримирование газов играет в технологических процессах нефтеперерабатывающих и химических заводов, где на компримирование расходуется около 40% мощностей в общем балансе заводских энергозатрат.
К наиболее емким по потреблению сжатых газов можно отнести предприятия органического синтеза – производства синтетического спирта, каучука и аммиака, а также производства полимеров.
Сырьем подобных производств служат газы, которые в процессе их технологических превращений необходимо сжимать до значительных давлений: 3-4 МПа при получении синтетического спирта и до 300 МПа при получении полиэтилена. До широко внедрения в процессе добычи нефти метода погружных насосов основным методом извлечения её из недр являлся компрессорный способ.
Открытие природных месторождений газа, необходимость доставки его в населённые пункты и в промышленные предприятия способствовали созданию очень протяженной и разветвленной сети газопроводов, транспорт газа по которым не мыслим без применения компрессоров высокого давления, развивающих большие подачи. Достаточно отметить, что через каждые 100-150 км газопроводов необходимо устанавливать компрессорные станции, перекачивающие до нескольких миллионов кубометров газа в сутки.
Классификация компрессорных машин.
Компрессорные машины классифицируют следующим образом:
1) По развиваемому давлению:
- вентиляторы – компрессорные машины сжимающие газ до избыточного давления не более 0,15 МПа;
|
|
|
- газодувки – компрессорные машины сжимающие газ до избыточного давления 0,2 МПа;
- компрессоры – компрессорные машины сжимающие газ до избыточного давления более 0,2 МПа.
В свою очередь, компрессоры подразделяются на три группы в зависимости от давления нагнетания:
- низкого давления (0,2 – 1 МПа);
- среднего давления (1 – 10 МПа);
- высокого давления (10 – 300 МПа).
2) По виду:
- динамические;
- объемные.
3) По характеристике сжимаемого газа:
- воздушные компрессорные машины;
газовые компрессорные машины.
4) По принципу действия:
- поршневые компрессоры;
- центробежные компрессоры;
- ротационные компрессоры.
В свою очередь поршневые компрессоры классифицируют следующим образом:
4.1) По принципу действия:
- поршневые компрессоры с цилиндрами простого действия;
- поршневые компрессоры с цилиндрами двойного действия;
- поршневые компрессоры с дифференциальным цилиндром
4.2) По числу ступеней сжатия:
- одноступенчатые поршневые компрессоры;
- двухступенчатые поршневые компрессоры;
- трехступенчатые и более поршневые компрессоры.
4.3) По числу цилиндров:
- одноцилиндровые поршневые компрессоры;
- двухцилиндровые поршневые компрессоры;
- трехцилиндровые и более поршневые компрессоры.
4.4) По числу рядов, в которых располагаются цилиндры:
- однорядные компрессоры;
- двухрядные компрессоры;
- многорядные компрессоры.
4.5) По ориентации цилиндров в плоскости:
- угловые компрессоры;
- компрессоры с V – образным расположением цилиндров.
4.6) Компрессоры со встречным (оппозитным) движением поршней
5) По способу установки:
- стационарные компрессоры;
- передвижные компрессоры.
6) По расположению рабочих органов:
- горизонтальные компрессоры;
- вертикальные компрессоры;
- наклонные компрессоры.
7) По развиваемой производительности:
- малые компрессоры производительностью до 0,015 м3/с;
|
|
|
- средние компрессоры производительностью от 0,015 до 1,5 м3/с;
- крупные компрессоры производительностью более 1,5 м3/с.
Типы поршневых компрессоров представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Типы поршневых компрессоров
а) одноступенчатый компрессор с цилиндром двойного действия, б) двухступенчатый компрессор с дифференциальным цилиндром, в) трехступенчатый компрессор с цилиндром двойного действия и с дифференциальным цилиндром, г) двухцилиндровый одноступенчатый компрессор, д) V-образный двухступенчатый компрессор, е) угловой двухступенчатый компрессор, ж) однорядный двухступенчатый компрессор, з) компрессор с оппозитным движением поршней.
Основные характеристики работы компрессоров.
Компрессоры проектируются и выпускаются с определенными показателями (характеристиками) работы, которые должны удовлетворять условиям их применения.
К ним относятся:
- производительность компрессора Q, м3/с;
- развиваемое давление рн, Па;
- потребляемая мощность N, кВт;
- коэффициент полезного действия η, %;
- степень сжатия ε= рн/рв;
- температура компримирования t, 0С.
Поршневой компрессор.
Обычно процесс компрессии газа предшествует другим процессам переработки: масляной абсорбции, низкотемпературной абсорбции, низкотемпературной конденсации и низкотемпературной ректификации. Эти процессы проходят при повышенных давлениях. Компримирование газа необходимо также для дальнейшего транспортирования отбензиненного газа по магистральным трубопроводам. Поэтому в состав любого ГПЗ входит одна или несколько компрессорных станций, объединяемых в компрессорные службы или компрессорные цехи.
В состав компрессорной станции ГПЗ входят:
машинный зал с технологическими компрессорами;
системы циркуляции и охлаждения умягченной воды;
блок охлаждения и сепарации газа;
отделение пусковых воздушных компрессоров;
блок регенерации отработанных масел.
На отечественных ГПЗ производительностью по газу в пределах 0,5 – 1 млрд. м3/год наибольшее применение получили газомоторные поршневые компрессоры 10ГК и 10ГКН. Газомоторный компрессор 10ГК (10ГКН) имеет силовую (моторную) и компрессорную части. Моторная часть представляет собой десятицилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Отличие 10ГКН от 10ГК заключается в том, что в первой модификации дополнительно установлены две турбины, которые за счет энергии выхлопных газов обеспечивают наддув цилиндров, в связи с чем производительность увеличена в 1,5 раза. Топливом служит отбензиненный газ. Компрессорная часть состоит из трех, четырех или пяти компрессорных цилиндров. Моторная часть газомоторных компрессоров всех модификаций 10ГК (10ГКН) одной и той же конструкции, что позволяет с малыми затратами и в чрезвычайно короткие сроки заменять компрессорные цилиндры одного размера цилиндрами другого размера, превращая компрессор из одноступенчатого в многоступенчатый и наоборот.
|
|
|
Для пуска газомоторных компрессоров используют сжатый воздух, накачанный в пусковые баллоны воздушными компрессорами. Давление этого воздуха должно быть в пределах 1,5 – 1,7 МПа. Полости компрессорных цилиндров смазывают маслом, которое непрерывно подается лубрикаторами и уносится потоком газа. Для улавливания масла газ по линии нагнетания направляется в маслоотделители. При эксплуатации компрессоров очень опасно попадание жидкости в цилиндры. Это может вызвать гидравлические удары и разрыв цилиндров. Приемные коллекторы всех компрессорных станций необходимо периодически освобождать от накопившейся жидкости.
Помимо двигателя внутреннего сгорания, в поршневых и центробежных компрессорах применяют привод от электродвигателя или газовой турбины.
Разрез углового газомоторкомпрессора 10ГК1/55-125 представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Разрез углового газомоторкомпрессора 10ГК1/55-125
1 – поршень компрессорного цилиндра, 2 – приемные клапаны, 3 – выкидные клапаны, 4 – поршневой шток компрессора, 5 – крейцкопф, 6 – поршень для сжатия продувочного воздуха, 7 – всасывающий воздушный клапан, 8 – выкидной воздушный клапан, 9 – коленчатый вал агрегата, 10 – вал вспомогательного привода, 11 – дно картера, 12 – поршень силового цилиндра, 13 – шатун силового цилиндра, 14 – окно для впуска продувочного воздуха, 15 – окно для выхлопа продуктов горения, 16 – газовпускной клапан, 17 – запальная свеча, 18 – выхлопной коллектор, 19 – холодильник для смазочного масла, 20 – центробежный насос для подачи охлаждающей воды, 21 – шатун компрессора, соединяющий крейцкопф с коленом основного вала, 22 – мотылевый подшипник на колене вала (к нему прикреплены шатуны компрессорного крейцкопфа и двух силовых поршней), 23 – сальник компрессорного штока, 24 – люк для осмотра сальника, 25 – съемная крышка для осмотра воздушных клапанов, 26 – впуск воздуха к продувочному цилиндру.
|
|
|
Центробежный компрессор.
Это компрессор, воздух или газ в котором сжимается за счет преобразования одного вида энергии в другой. Давление воздуха повышается за счет приобретения кинетической энергии от рабочих элементов компрессора, после чего кинетическая энергия преобразуется в энергию потенциальную (энергию сжатия).
Основными элементами центробежного компрессора являются:
- корпус;
- патрубки;
- рабочее колесо;
- диффузор;
- направляющий аппарат;
- привод.
Рисунок 3 - Схема промежуточной и концевой ступеней центробежного компрессора: 1, 5- рабочее колесо, 2, 4- диффузор, 3- обратный направляющий аппарат
Ступень центробежного компрессора – это комплекс: рабочее колесо – диффузор – обратный направляющий аппарат. Рабочие колеса центробежного компрессора имеют лопатки (рисунок 4), которые могут быть загнуты назад на 40-50 градусов, число лопаток варьируется от 10 до 28. Окружные скорости на выходе из рабочего колеса 250-300 м/с. Также они могут иметь диск с одной или обоих сторон колеса, выполненный как целое с лопатками.
Рисунок 4 - Лопатки центробежного компрессора
Строение колеса по диску:
- открытое (рисунок 5) (увеличенные гидравлические потери при изменении направления воздуха с осевого на радиальное, значения трения о воздух, склонность лопаток к вибрации);
Рисунок 5 - Открытое строение диска
- полуоткрытое (рисунок 6) (более благоприятный плавный поворот струи за счет формы канала, потери меньше);
Рисунок 6 - Полуоткрытое строение диска
- закрытое (сложность изготовления, недостаточная прочность).
Рисунок 7 - Закрытое строение диска
Диффузор (рисунок 8) представляет из себя кольцеобразный канал, охватывающий рабочее колесо по внешнему контуру. Воздух попадая туда из узких межлопаточных каналов тормозится с увеличением давления.
Рисунок 8 - Диффузор
Строение диффузора представлено на рисунке 9.
Рисунок 9 - Строение диффузор: 1- диффузор, 2- рабочее колесо,
3- корпус, 4- вал
Диффузоры делятся на:
- безлопаточные (параллельные стенки);
|
|
|
- лопаточные (замкнутые каналы из лопаток, более упорядоченное движение газа).
Центробежный компрессор представлен на рисунке 10.
Рисунок 10 - Центробежный компрессор: 1 — вал; 2, 6, 8, 9, 10 и 11 — рабочие колеса; 3 и 7 — кольцевые диффузоры; 4 — обратный направляющий канал; 5 — направляющий аппарат; 12 и 13 — каналы для подвода газа из холодильников;14 — канал для всасывания газа.
|
|
|
