Анализ работы компрессорных установок (стр. 3 из 9)
Сущность этой величины состоит в следующем.
Пусть имеются два варианта, каждый из которых решает поставленную техническую задачу (сжатие газа при заданном расходе до заданного давления). Реализация варианта А требует вложения К1 рублей, а варианта В - К2 рублей. Допустим для определённости, что вариант А дороже, т.е. К1>К2. По этим сведениям ещё не возможно ответить на вопрос о целесообразности реализации более дешёвого варианта. С другой стороны, высокая стоимость реализации первого варианта не может сама по себе служить причиной отказа от него. Важно ответить на вопрос, выгоден ли вариант, требующий повышенных капитальных вложений, т.е. окупится ли эта разница в процессе эксплуатации достаточно быстро [1].
Для характеристики стоимости окупаемости капитальных вложений используется величина, называемая нормативным сроком окупаемости Тн. При этом предполагается, что если дополнительные капитальные вложения окупятся в процессе эксплуатации за срок, меньший, чем Тн, то они являются экономически оправданными. Иными словами, если эксплуатационные издержки вариантов соответственно Э1 и Э2, то при
< Тн первый вариант будет более эффективным с экономической точки зрения.В противном случае - наоборот. Это неравенство можно записать в виде
(1.14)Величина, обратная нормативному сроку окупаемости, называется нормативным коэффициентом эффективности Е. Величину П = Э + ЕК принято называть приведенными затратами (сумма эксплуатационных издержек и капитальных вложений, отнесённых к одному году нормативного срока окупаемости).
Если сравниваются не два варианта, а несколько, то наиболее эффективным будет тот, у которого приведенные затраты являются минимальными.
Тот факт, что в структуре приведенных затрат фигурируют фундаментальные экономические категории, позволяет применять этот критерий для оптимизации любых конструкций и систем независимо от их особенностей и назначения. Это придаёт большую универсальность приведенным затратам как критерию оценки суммарных достоинств конкурирующих вариантов. Для вычисления приведенных затрат её составляющие должны быть выражены через технические характеристики рассматриваемой конструкции или системы: массу, габаритные размеры, потери энергии и т.п.
Таким образом, несмотря на экономическую природу приведенных затрат, внутреннее содержание этого критерия является техническим. Иными словами, приведенные затраты представляют собой синтетическую величину, характеризующую технические достоинства конструкции или системы в экономической форме. В частности, применительно к системам охлаждения, повышение термодинамического совершенства схемы приводит к снижению затрат энергии на реализацию процесса сжатия и, следовательно, к уменьшению годовых эксплуатационных издержек. Одновременно, как было отмечено выше, растут капитальные вложения на реализацию большого числа аппаратов больших габаритных размеров. Приведенные затраты позволяют оценить суммарный эффект этого
мероприятия. Внутреннее содержание составляющих приведенных затрат зависит от особенностей конкретного инженерного сооружения. При этом, чем полнее учитываются различные категории затрат, тем более обоснованным является результат анализа.
Для компрессорной установки величина К складывается из следующих основных составляющих
К = Кк+Кг+Кпр+Кст+Км, (1.15)
где Кк - стоимость компрессора, Кг - стоимость газоохладителей, Кпр - стоимость привода, редуктора, муфт, системы автоматики, трубопроводов и т. д., Кст - стоимость компрессорной станции (включая электросиловую часть, автоматику и т. п.), Км - стоимость монтажа установки.
Эксплуатационные издержки могут быть разделены на две группы:
- пропорциональные капитальным вложениям
- не зависящие от них
К первой группе относятся амортизационные отчисления и расходы на текущий ремонт и содержание установки:
Э = А-К+Ар-К, (1.16)
где А — доля годовых амортизационных отчислений, Ар — доля годовых расходов на ремонт и содержание установки.
От капитальных вложений на компрессорную установку не зависят стоимости энергии на привод компрессора и хладагента (например, оборотной воды)
, (1.17)где Цэ - цена энергии, руб./(кВт-ч), Цв - цена хладагента, руб./м3, Nk- потребляемая мощность компрессорной установки, кВт, Vb- расход хладагента, м3/с, Т - время работы установки, ч.
Нормативный коэффициент эффективности Е обычно принимается равным, что соответствует значению нормативного срока окупаемости, примерно в 7 лет.
2. АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Энергия привода компрессора тратится на сжатие газа и покрытие механических потерь. Как указывалось выше, энергия сжатия газа при наличии концевого охладителя практически полностью отводится в окружающую среду. Энергия, затрачиваемая на покрытие механических потерь, превращается полностью в теплоту трения узлов компрессора и также должна быть передана окружающей среде. Комплекс оборудования, осуществляющий передачу теплоты от компрессорной установки окружающей среде, называется системой охлаждения. По способу передачи теплоты окружающей среде системы охлаждения компрессорных установок можно разделить на три основных типа:
1. системы непосредственного охлаждения;
2. системы с промежуточным теплоносителем;
3. смешанные системы[1]
Окружающей средой для компрессорных установок является совокупность атмосферного воздуха и воды надземных и подземных водоёмов (морей, озёр, рек, родников, артезианских источников и т.д.). За исключением специальных случаев (например, в судовых установках) теплота компрессорных установок отдаётся воздуху. Поэтому из числа систем непосредственного охлаждения наибольший интерес представляют системы воздушного охлаждения. Системы охлаждения с промежуточным теплоносителем подразделяются на открытые водооборотные (наиболее распространённые в настоящее время) и системы с закрытым контуром для промежуточного теплоносителя. По виду теплообмена сжимаемого газа с промежуточным теплоносителем различают системы рекуперативные и контактные (конвективного и испарительного охлаждения). Смешанные системы охлаждения представляют собой различные комбинации непосредственного охлаждения и охлаждения с промежуточным теплоносителем. Например, газоохладители компрессорной установки работают по схеме с промежуточным теплоносителем, а маслоохладители - по схеме непосредственного охлаждения. В общем случае в состав систем непосредственного охлаждения входят газо- , масло- и водоохладители, в которых отводится теплота от газа, узлов трения, электродвигателя и цилиндров компрессора, а также оборудования для подачи к этом аппаратам воздуха или воды. В системах с промежуточным теплоносителем, к перечисленному добавляются насосы для его транспортировки и аппараты, в которых промежуточный теплоноситель отдаёт теплоту окружающей среде.
Ниже будут рассмотрены основные системы охлаждения: открытая водооборотная; с непосредственным воздушным охлаждением; с воздушным охлаждением промежуточного теплоносителя в закрытом контуре и с утилизацией теплоты компрессорной установки.
2.1 Открытые водооборотные системы охлаждения
Промежуточным теплоносителем в таких системах является вода. На рис. 2.1 представлена открытая водооборотная система охлаждения многоступенчатого компрессора.
Рис. 2.1. Открытая водооборотная система охлаждения
Газ из ступени сжатия 6 поступает в газоводяной охладитель 7 и далее в ступень 8. Циркуляцию масла в компрессорной установке обеспечивает маслонасос 2. Теплота трения от редуктора 4, муфты 5 и подшипников 3 отводится водой в маслоохладителе 1. После охладителей компрессора вода поступает в открытую градирню 10. В градирне происходит контактный теплообмен воды с окружающим воздухом и одновременно испарительное охлаждение. Воздух в градирне перемещается естественной тягой (башенные градирни) или вентилятором 11 (вентиляторные градирни). Стекающая в нижнюю часть градирни охлаждённая вода возвращается насосом 9 в охладители 1, 7. В установках небольшой мощности вместо градирен иногда используют брызгальные бассейны.
Основные преимущества открытых водооборотных систем связаны с высоким коэффициентом теплоотдачи со стороны воды, определяющем сравнительно небольшие размеры газо- и маслоохладителей, возможность их размещения в непосредственной близости от машин и соответственно малую протяжённость газоводов.
К недостаткам открытых водооборотных систем можно отнести:
1) высокую стоимость охлаждающей воды;
2) нестабильность характеристик компрессоров, оснащённых открытыми во- дооборотными системами охлаждения;
3) нерентабельность утилизации низкотемпературной теплоты, характерной для открытых водооборотных систем.
2.2 Системы непосредственного воздушного охлаждения
Система непосредственного воздушного охлаждения компрессорной установки представлена на рис. 2.2.
Хладагентом в газоохладителе 1 и маслоохладителе 2 является окружающий воздух, прокачиваемый через теплообменники вентилятором 3. На рис. 2.2. масло- и газоохладитель объединены в блок охладителей с общим вентилятором. В крупных компрессорных установках таких блоков несколько, каждый с автономным вентилятором.
