Проект ГПА для компрессорной станций

Введение

      Целью настоящей работы, кроме  как развить в студентах определённые  навыки, является подбор оборудования компрессорной станции. После выбора оборудования(компрессоров, охладителей, насосов, ресивера) определяется их масса и стоимость, годовые потребления электроэнергии, воды, затраты на строительство сооружений станции, монтаж оборудования и трубопроводов, а также определяем  годовые затрат на эксплуатацию станции, к которым относятся расходы на электроэнергию, воду, смазочные материалы, ремонт и обслуживание.

Исходные данные:

-максимальная производительность станции м3/мин;

-график суточной нагрузки станции производства сжатого воздуха до 0,8 - 0,9 МПа;

-дни количества летней работы станции Т=300;

-температура наружного воздуха t_н=30^о С;

-относительная влажность наружного воздуха=80%.

       .

 

  1.  Выбор компрессоров и определение их характеристик, определение суточной и годовой производительности и потребление электроэнергии станцией 

Задано:

= 100м³/мин;

Трубопровод – нагнетательный трубопровод; 

     При заданной максимальной производительности станции, Q м³/мин, при помощи таблицы 1[1,2] выбираю несколько однотипных компрессоров (3-6), суммарная продуктивность которых равнялась или преувеличивала бы максимальную производительность станции.

    

     Выбираю 3 поршневых компрессоров марки ВПЗ – 20/9, с параметрами 1-ого компрессора:

Производительность  – 20м³/мин;

Мощность –  108кВт;

Масса  компр.  – 2.3 тн.

    Годовое производство воздуха Q_год  и годовое потребление электроэнергии W_год определяются при помощи суточного производства воздуха Q_дб ,суточного потребления электроэнергии и годового количества дней роботы станции за год Т.

 Суточное  производство воздуха:

Q_сут =60*Q_cт*∑Q∆τ = 60*5*20*9.3 = 55800 м³/сут.;

 Суточное  потребление энергии:

W_сут =N_ст*К_вик*∑Q∆τ = 108*5*1*9.3=5022кВт/сут.

 где N суммарная мощность компрессоров при максимальной нагрузке станции, кВт

 Годовое производство  воздуха:

Q_год=Q_сут *T = 558000*300 = 16740000м³/год;

Годовое потребление  электроэнергии:

W_год=W_сут*Т = 5022*300 =1506600 кВт/год;

   Для определения  суточного производства и суточного  потребления энергии согласно  графику нагрузки станции, рис. 1, пользуются параметром ∑Q∆τ, который представляет собой число часов работы станции при полной нагрузке, когда производство воздуха будет равно фактическому за полное время роботы по действительному графику нагрузки.

 

∑Q∆τ = (Q_cp1* ∆τ_cp1 + Q_cp2* ∆τ_cp2 + Q_cp3 * ∆τ_cp3 +…+Q_cpn *  ∆τ_cpn)/100;

∑Q∆τ=(0+40)/2*1+40*1+(40+80)/2*0.5+80*1+(80+20)/2*0.5+(20+60)/2*0.5+60*2.5+(60+20)/*0.5+20*1+(20+100)/2*0.5+100*2.5+(100+30)/2*0.5+(30+80)/2*0.5+80*1.5+(80+30)/2*0.5+30*1+(30+0)/2*0.5)/100=9.3 ч

где Q_cp – средняя нагрузка станции в % за время работы с этой нагрузкой,

      ∆τ_ср – время в часах работы станции со средней нагрузкой. 

    Так как суммарная производительность компрессоров больше заданной производительности станции, нужно суммарную мощность компрессоров умножить на коэффициент К_вик использования оборудования, который равен отношению заданной производительности станции к установленной:

К_вик = Q_ст/∑Q = 100/100 = 1

   Массу и стоимость компрессорных агрегатов можно определить по таблице 1, или таблице 2 по удельным показателям:

            S = 2.88*1000*5.9*3= 44850 у.е.

2.Определение характеристик охладителей

=80%; t_н=30 ⁰С; η=80%;

d_н= d_max;

d₂=d₁=d_max* ;

d₃=d₄=d_3max;

d₅=d_5max 

         P_пр< = = 3;

Определение энтальпий и влагосодержания:

∆i_ст= RT_н [ ( )^k-1/k – 1] = =109825.8215;

d_max1-2 =0.622*6.10787*10^x/(p-6.10787*10^x)= 0.622*6.10787*10^0.810517/(1000-6.10787*10^0.810517)=

                 =0.02557кг/кг

    где Х=7.6322*t/242.5+t=7.6322*30/242.5+30=0.810517

t_k = t_н + = 30 + = 139.17⁰С;

t₂=t₄=t_k;

t₃=t₅=30 ⁰C;

d_max3-4= 0.622*6.10787*10^0.810517/(3000-6.10787*10^0.810517)=0.008296кг/кг;

i₂= 1.005 * t₂ + (2501 + 1.87 * t₂) * d₂ = 1.005*139.17+(2501+1.87*139.17)*0.020456 = 196.35 кдж/кг;

i₃=1.005*30+(2501+1.87*30)*d₃=1.005*30+(2501+1.87*30)*0.008296 =47.63кдж/кг ;

d_max5=0.622*6.10787*10^0.810517/(9000-6.10787*10^0.810517)=0.00274 кг/кг;

i₄=1.005*t₄ + (2501+1.87*t₄)*d₄ =1.005*139.17+(2501+1.87*139.17)*0.008296 =162.427кдж/кг ;

i₅=1.005*t₅+(2501+1.87*t₅)*d₅ =1.005*30+(2501+1.87*30)*0.00274=37.156 кдж/кг; 

Определение нагрузки на охладители:

G_ох= Q_k*ρ/60= 20*1.2 /60 =0.4/60=0.4 кг/с;

Q_ох2,3= G_ох (i₂ – i₃) = 0.4 (196.35 – 47.63)=59.488 кВт;

Q_ох4,5= G_ох (i₄ – i₅)= 0.4 (162.427– 37.156) = 50.0456 кВт;

Q_ох= Q_ох2,3+ Q_ох4,5=71.386 +60.163=131.155 кВт.

Расход воды на охладители:

Q_w = 3.6 *n*Q_ох /С_рw*∆τ_w = 3.6*10*131.55/4.182*5 =150.86 м³/час,

   Где ∆τ_w=5⁰

Выбираю кожухотрубный гладкотрубный охладитель

Принимаю диаметр внутренних труб 16 мм; диаметр наружных 20 мм

Коэффициент теплоотдачи  с внутренней и внешней сторон трубы охладителя:

1. Вода

Re = ρ*c*d/μ=1000*1*0.016/0.825*10^-3=19393.939

Pr_ж = μ*с_р/*=0.9125*10^-3*4.18*10³/0.6075=6.278

Pr_ст=0.825*10^-3*4.18*10³/0.615=5.607

Nu=0.021Re^0.8*Pr^0.43*(Pr_ж/Pr_ст)*=0.021*19393.939^0.8*6.278^0.43*(6.278/5.607)*1=139.438

α = Nu**/d=139.438*0.615/0.016=5359.648 Вт/ К)

2. Воздух

t_cp=(139.17+30)/2=84.5

Re = ρ*c*d/μ=10*2.84*0.02/22.9*10^-6=24803

Pr_ж = μ*с_р/*=22.9*10^-6*1.09*10³/0.0267=0.865

Nu=0.334*C_z* Re^0.8*Pr^0.33*[(S₁-d)/(S₂-d)]=0.334*1*24803^0.6**[]=150.031

α = Nu**/d=150.031*0.0319/0.02=239.3Вт/ К)

Коэффициент теплопередачи:

k= = =225.908 Вт/ К)

Поверхность нагрева  охладителя:

⁰С

F===14.69м²

стоимость и масса охладителя:

m=F*m’*n=17.646*39*10=505.552кг;

S=m*S’*n=4129.164*1.6*6=8808.883 у.е.

3.Выбор насосов и определение их характеристик

Выбираю марку  2К6,4 насосa

 Cуммарным Q=180 м³/час  

К.П.Д.=64%

Масса = 128кг

N_н===9.765 кВт

Где Р=0.4-0.6МПа

   Суточное потребление воды станцией:

Q_w.сут =Q_w*∑Q∆τ=105.86*9.3=1402.998 м³/час;

   Годовое  потребление воды станцией:

Q_wгод= Q_w.сут*T=1402.998 *300=420899.4 м³/год

К_вик=150.86/180=0.838;

    Суточное потребление электроэнергии насосами станции:

W_сут = N_ст*∑Q∆τ*K_вик = 9.765*4*9.3*0.838=304.410 кВт/час;

    Годовое потребление электроэнергии насосами станции:

W_год=W_сут*300=34.410*300=91323кВт*год.

Стоимость насосов:

Насос центробежный

у.е.=3.6

S=у.о.*масса=3.6*128*4=1843.2  у.е.

4.Определение характеристик ресивера, трубопроводов и коммуникаций

Объём ресивера

V_р=К*Q_ст/n*δ=0.053*100/740*0.003=2.38 м³

 Относительную  высоту ресивера принимаю равную 2м:

      H_p=2

Диаметр ресивера

D_p===1.044 м

Толщина стенки ресивера

δ_ст= pD_p/(2σ*-p)=1.044*1125000/(2*140*10⁶*0.8-1125000)=5.27*^10-3 м

Масса ресивера

M_p=7850*πD²δ_cт(1+H) = 7850*3.14*1.044²*5.27*^10-3 10(1+2)=427.748 кг

Стоимость ресивера:

Удельная стоимость = 1.2 у.е./кг

S=M_p*y.е.=424.748*1.2=509.698 у.е. 
 
 
 
 

5.Определение затрат на строительство, сооружение и монтаж оборудования

Затраты на строительство и сооружения станции

На здание и сооружения:

S_раб=2.3*100=230 м²

С_раб=230*200=46000 у.е.

Стоимость монтажных  работ:

S=17.941+3.588=21.529 тн.

По табл.11 выбираю стоимость оборудования – 7000 у.е.  

Стоимость и  масса трубопроводов и коммуникаций принимается 20-30% от стоимости и массы  всего оборудования:

S=56011.781*0.2=1122.3562 у.е.;

m=17.941*0.2=3.588 тн

Капитальные затраты на строительство станции