Анализ работы компрессорных установок (стр. 8 из 9)
Рис.4.5. График зависимости F=f(to.c.)
5. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НА ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРА
Выбрав по таблице 4.2. один из режимов работы системы охлаждения, например, если расход воды по ступеням равен соответственно G1 = 6.2 кг/с, G2 = 5.1 кг/с, G3 = 3.8кг/с (расход воды в системе охлаждения рассчитанный при to.c.=15°C), можно оценить изменение температуры воздуха на выходе из газоохладителя, для данной системы, при изменении температуры окружающей среды.
Уравнение теплового баланса для воздухоохладителя выглядит следующим образом
, (5.1)
где
- количество теплоты, отданное воздухом в воздухоохладителе; 
- количество теплоты, перешедшее воде; 
- коэффициент тепловых потерь (можно принять равным 1).Уравнение (5.1.) можно переписать в виде
, (5.2)Где
= 10,15 кг/с - расход воздуха в КУ; 
- расход воды в i-й ступени охлаждения.Из выражения (5.2.)
(5.3)Расчёт температуры воздуха на выходе из газоохладителя по уравнению (5.3.) сведём в таблицу 5.1.
Таблица 5.1. Влияние температуры окружающей среды на параметры системы охлаждения
 |  |  |  |  |  |
| 1 ступень охлаждения | |||||
| 15 | 6,2 | 20 | 40 | 126 | 25 |
| 20 | 25 | 40 | 133 | 57 | |
| 25 | 30 | 40 | 140 | 90 | |
| 30 | 35 | 40 | 147 | 122 | |
| 2 ступень охлаждения | |||||
| 15 | 5,1 | 20 | 40 | 109 | 25 |
| 20 | 25 | 40 | 116 | 53 | |
| 25 | 30 | 40 | 122 | 80 | |
| 30 | 35 | 40 | 149 | 107 | |
| 3 ступень охлаждения | |||||
| 15 | 3,8 | 20 | 40 | 88 | 25 |
| 20 | 25 | 40 | 94 | 47 | |
| 25 | 30 | 40 | 100 | 68 | |
| 30 | 35 | 40 | 106 | 90 | |
Графически изменение температуры воздуха на выходе из компрессора при изменении to.с. при постоянном расходе воды в системе охлаждения показано на рис.5.1.
Рис. 5.1. График зависимости tвых=f(to.c.)
Зная температуру воздуха на выходе из газоохладителя и, следовательно, на входе в последующую ступень сжатия в компрессоре по формулам (4.1), (4.2), (4.3) можно найти работу и мощность компрессора при различной температуре окружающей среды.
Результаты расчёта сведены в таблицу 5.2.
Таблица 5.2. Результаты расчёта мощности компрессора при изменении температуры окружающей среды
| to.c.,°C | l1, Дж/кг | l2, Дж/кг | l3, Дж/кг | 1k, Дж/кг | Nk, кДж/кг |
| 15 | 117871 | 85983 | 64496 | 268350 | 1406 |
| 20 | 130529 | 94062 | 69258 | 293849 | 1540 |
| 25 | 143582 | 101852 | 73803 | 319237 | 1673 |
| 30 | 156239 | 109643 | 78564 | 344446 | 1805 |
Графически изменение мощности компрессора при изменении to.с. показано на рис.5.2.
Рис.5.2. График зависимости NK = f(to.с.)
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ
УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ СЖАТИЯ
Рассмотрим в начале технико-экономические вопросы теплофикации, использующей теплоту сжатия. Сопоставление энергии, потребляемой стационарными КУ, с затратами на теплоснабжение промышленных зданий и сооружений показывает, что использование для этих целей теплоты сжатия позволило бы сократить расход топлива на отопление на 15-20%. Учитывая, что расход условного топлива на отопление промышленных зданий достигает приблизительно 100 млн.т. в год, снижение его на 5% принесло бы ощутимый эффект [1].
Теплоснабжение за счёт теплоты сжатия реализуется по схеме охлаждения КУ промежуточным теплоносителем в закрытом контуре с теплообменниками-утилизаторами. Такими теплообменниками могут служить батареи водяного отопления. Одним из достоинств предлагаемого решения является возможность передачи теплоты с жидким теплоносителем на значительные расстояния. Другое достоинство данной схемы — простота регулирования отопления в зависимости от температуры воздуха: тепловые потоки легко перераспределяются между батареями отопления и АВО.
Ежегодно на отопление и вентиляцию одного кубического метра здания расходуется в среднем приблизительно 250 МДж теплоты. Типовая КС из шести компрессоров К-500-61-1 или К-500-61-5 (при пяти постоянно работающих машинах) может отапливать в зимнее время 600 тыс.м3 зданий при средней продолжительности отопительного сезона 210 дней. Всё это позволит сэкономить 150000ГДж теплоты. Большего эффекта можно достичь включением в систему теплофикации парников и теплиц, особенно для центральных и северных районов России.
Другим способом теплоснабжения промышленных зданий является подогрев воздуха, подаваемого в помещение приточной вентиляцией. В этом случае целесообразно утилизировать теплоту в системе непосредственного воздушного охлаждения КУ. В холодное время года можно отключать группу вентиляторов газоохладителей, используя для подачи воздуха центробежные вентиляторы приточной вентиляции. Основной недостаток такого способа утилизации — заметные потери теплоты и давления в воздушных коммуникациях пи передаче теплоты на значительные расстояния.
Попытки компенсации этих потерь установкой дополнительных вентиляторов и изоляцией воздуховодов сведёт на нет эффект утилизации. Поэтому передача теплоты воздуху в АВО компрессоров наиболее целесообразна для отопления самих компрессорных станций. В отдельных случаях такая утилизация может дать существенный эффект. Так, на КС с газовыми компрессорами для предотвращения загазованности устанавливается высокая кратность циркуляции воздуха через приточно-вытяжную вентиляцию. На подогрев приточного воздуха в этом случае тратят много энергии. Например, на газоохладительных станциях для заправки автомобилей газом (АГНКС) более двух третей всего объёма теплоснабжения расходуется на подогрев воздуха. Даже пи наличии вблизи АГНКС посторонних источников теплоснабжения его стоимость составляет около 20% стоимости полного энергопотребления станции. Учитывая масштабы строительства АГНКС, можно предполагать, что сокращение этой статьи расходов на 2/3, несомненно, принесёт значительный эффект.
При расположении АГНКС вдали от существующих источников теплоснабжения необходимо строить и обслуживать собственную котельную, что значительно увеличивает затраты на АГНКС. В этом случае особенно важным ставится утилизация теплоты сжатия, обеспечивающая 2/3 теплоснабжения станции. Оставшуюся часть можно компенсировать электрообогревом, что при относительно не большом энергопотреблении более целесообразно, чем строительство и эксплуатация котельных.
Теплофикация КС теплотой сжатия в комбинации с компенсирующим электрообогревом будет эффективна практически во всех случаях временно использования КС на промышленных предприятиях (например, на строительстве, в газонефте добыче). Целесообразность утилизации теплоты сжатия КС для нужд теплофикации должна рассматриваться в каждом конкретном случае в зависимости от мощности компрессоров, близости производственных помещений, климатической зоны и т.д.
Попытаемся оценить необходимое снижение годовых эксплуатационных издержек, которое оправдало бы такое сильное увеличение капитальных вложений [1].
Пусть П1=Э1+Е·К1 характеризует переменные составляющие приведенных затрат на компрессор без утилизации теплоты сжатия, а
П2=Э2+Е·К2 - на компрессор с утилизацией.
Уменьшение приведенных затрат ∆П=П1-П2 можно выразить через уменьшение эксплуатационных издержек ∆Э=Э1-Э2 и увеличение капитальных вложений
∆К=К2-К1; ∆П=∆Э-Е·∆К (6.1)
Утилизация рациональна, если ∆П > 0 или
∆Э>Е-∆К (6.2)
Далее учтём переменные составляющие приведенных затрат при включении в систему охлаждения утилизирующего устройства. Будем считать, что стоимости компрессора, компрессорной станции, вентиляторов и потребляемой компрессором энергии не изменяются. Тогда в структуру приведенных затрат попадают лишь стоимости аппаратуры, устройства, вырабатывающего энергию высокого потенциала, выработанной энергии и энергии, потребляемой вентиляторами.