Компрессор для подачи азота

Введение

Компрессор – это машина, которая предназначена для сжатия и перемещения газов. Компрессор относится к классу воздухо- или газодувных машин. К этому же классу относятся вентиляторы и газодувки, работающие по тому же принципу, что и компрессоры, но отличаются от них конструкцией и отношением конечного давления газа к начальному.

Транспортирование и переработка природного газа, производство искусственных удобрений, получение пластических масс – далеко неполный перечень отраслей промышленности, где широко применяются поршневые компрессоры, в том числе и самые крупные. Большое число поршневых компрессоров требуется также для пневматических и холодильных установок, действующих на различных предприятиях страны и на транспорте.

Основные группы деталей поршневого компрессора: цилиндровая, механизма движения и вспомогательного оборудования. В цилиндровую группу входят узлы цилиндра, поршня и уплотнителя. В группу механизма движения – картер, коленчатый вал, крейцкопфы, шатуны. В группу вспомогательного оборудования – узел смазки, фильтры, холодильники, влагомаслоотделители, ресиверы, система регулирования и защиты.

Проектирование поршневых компрессоров является самостоятельной отраслью инженерного труда. Такая специализация явилась следствием значительного увеличения объема проектных работ. Современные условия требуют использование при проектировании поршневых компрессоров ЭВМ, потому, что при этом значительно сокращается время расчета, появляется возможность получить гораздо больший объем информации при наличии эффекта визуализации результатов, позволяет добиться сокращение расходов при проектировании за счет оптимизации конструкции деталей, следовательно, снижения их стоимости, уменьшения сложности расчетов, и уменьшения количества ошибок.

 

 

1. Выбор способа, технологии и оборудования для  выполнения процесса и операций  при получении целевой продукта

При движении газа по газопроводу часть его энергии расходуется на преодоление сил трения. В результате скорость газа в трубопроводе уменьшается, происходит падении давления по его длине и это вызывает снижение пропускной способности газопровода. Для восстановления прежних параметров газа необходимо периодически через определенные расстояния сообщать соответствующее количество энергии транспортируемому газу. Этот процесс подвода энергии выполняется в специальных сооружениях газопровода, называемых компрессорными станциями.

Компрессорная станция – составная часть магистрального газопровода, предназначенная для обеспечения его расчетной пропускной способности за счет повышения давления газа на выходе КС с помощью различных типов ГПА. Газоперекачивающие агрегаты посредством системы трубопроводов, запорной арматуры различных диаметров и другого специального оборудования составляют так называемую технологическую схему цеха.

На КС осуществляются следующие основные технологические процессы: очистка транспортируемого газа в центробежных нагнетателях или поршневых машинах, охлаждение газа после сжатия в специальных охладительных устройствах, измерение и контроль технологических параметров, управление режимов работы газопровода путем изменения количества работающих ГПА и режимного состояния самих ГПА.

В состав КС входят следующие основные устройства и сооружения:

- узел подключения КС  к магистральному газопроводу  с запорной арматурой и установкой  для запуска и приема очистного  поршня;

- технологические газовые  коммуникации с запорной арматурой;

- установка очистки технологического  газа;

- газоперекачивающие агрегаты, составляющие компрессорный цех;

- установка охлаждения  газа после его компримирования;

- системы топливного, пускового, импульсного газа и газа собственных  нужд;

- система электроснабжения и электрические устройства различного назначения;

- система автоматического  управления;

- система связи;

- система хранения, подготовки  и раздачи горюче-смазочных материалов;

- система производственно-хозяйственного  и пожарного водоснабжения и  канализации;

- склад для хранения  материалов, реагентов и оборудования;

- ремонтно-эксплуатационные  и служебно-эксплуатационные помещения.

Корпус компрессора состоит из двух основных частей: рамы 1 и цилиндрами 2, соединенных болтами. К фундаменту крепиться только рама, к цилиндру должен быть обеспечен свободный доступ.

К раме крепятся подшипники, в которых вращается вал компрессора 3 и направляющие, по которым перемещается ползун 5. В нижней части рамы имеется резервуар для масла.

В цилиндре компрессора движется поршень 7. К цилиндру крепятся клапанные коробки 10. В нижней коробке расположены всасывающие клапаны, в верхней – нагнетательные 9. Кроме того, рассматриваемой конструкции к цилиндру крепятся добавочные емкости 13, полости которых сообщаются с полостью цилиндра, если открыты вентили 14.

Передача движения от вала к поршню осуществляется посредством кривошипа, шатуна 4, ползуна 5 и штока 6. Уплотнение штока производится сальником 11.

Диаметр поршня несколько меньше, чем внутренний диаметр цилиндра. Уплотнение поршня осуществляется тремя разрезными кольцами 8, надетыми на поршень. Такая конструкция чрезвычайно удобна: резко сокращается величина поверхностей соприкосновения цилиндра и поршня, в случае же износа смена колец не вызывает затруднений (и дешевле, чем смена поршня).

Для уменьшения трения поршневых колец об стенки цилиндра внутрь цилиндра подается масло. Кроме того, масло (по системе трубок 12) подается к сальнику, ползуну, шарнирным соединениям и, разумеется, подшипникам.

Конструкция клапанов и клапанных коробок предусматривает возможность легкого и быстрого осмотра клапанов и в случае необходимости из замены. Как правило, клапаны являются наиболее легко повреждаемыми и наименее долговечными деталями.

При движении поршня воздух (или газ) поступает через всасывающие клапаны (расположенные в нижней клапанной коробке) попеременно то в левую, то в правую полость цилиндра, сжимается в этих полостях и подается через нагнетательные клапаны (расположенные в верхней клапанной коробке) в напорную линию.[11]

По конструкции поршневые компрессоры разделяют на две группы, имеющие принципиальные отличия: крейцкопфные и бескрейцкопфные. Крейцкопфные компрессоры всегда имеют внешний привод и цилиндры двойного действия, что позволяет вдвое увеличить производительность, при тех же объемах, несмотря на небольшие усложнения конструкции. Еще одно из значительных преимуществ по отношению к другим типам конструкций – оппозитное расположение цилиндров, то есть по обе стороны коленчатого вала. Благодаря встречному расположению цилиндра можно полностью уравновесить силы инерции.

Поршневые компрессоры обладают следующими преимуществами перед компрессорами других типов:

- значения энергетического  КПД при небольших удельных  массах и габаритах более высокие;

- технология производства хорошо освоена;

- трудоемкость изготовления  меньше, чем у компрессоров других  типов;

- удобное соединение электродвигателя  с конечным валом;

- поршневые компрессоры  способы работать с более высоким  отношением давлений при сжатии  в одной ступени;

- благодаря сравнительно  слабому влиянию режима работы  на характеристики можно использовать  один и тот же компрессор  для работы на разных холодильных агентах.

 

2. Описание моделей, технологии, средств контроля и  автоматического управления

Цель автоматизации производства – повышение эффективности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Развитие автоматизации промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов и ростом производств, использованием агрегатов большой единичной мощности, усложнением технологических схем, предъявлением повышенных требований к получаемому продукту.

Особое значение придается вопросам автоматизации процессов различных технологий в связи с взрыво - и пожаробезопасностью перерабатываемых веществ, их агрессивностью и токсичностью, с необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду. Указанные особенности, высокая чувствительность к нарушениям заданного режима, наличие большого числа точек контроля и управления процессом, а также необходимость своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке воздействия на процесс, в случае отклонения от заданных по регламенту условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить качественное ведение процесса вручную. Человек обладает конечной скоростью восприятия ограниченного объема информации; ему требуется некоторое время на ее обдумывание, принятие решения и выполнение соответствующих мероприятий. Действия человека отличаются субъективностью. Оператор должен непрерывно следить за процессом, с максимальной быстротой оценивать текущую обстановку и в случае необходимости принимать решения с целью поддержания заданного режима, что чрезвычайно сложно, а иногда не возможно. Поэтому в настоящее время эксплуатация процессов без автоматизации практически немыслима. В последнее время, возрастающее значение на производстве принимает автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на ТОУ в соответствие с принятыми критериями управления. Задача управления в этом случае состоит в отыскании оптимальных режимов совместно работающих аппаратов, распределения нагрузок между отдельными агрегатами или параллельно работающими цепочками аппаратов с учетом имеющихся ресурсов сырья, энергии и других показателей. В АСУ ТП широко применяется весь арсенал современных средств автоматического управления, включая цифровые вычислительные машины.

При применении сжатого воздуха в металлургическом производстве необходимо обеспечивать стабильность ряда параметров: давления, объема, температуру, «точки росы». В случае, когда стабильность данных параметров не обеспечивается, показатели бесперебойности, надежности, долговечности и эффективности работы пневмоиспольнительных механизмов значительно снижаются.

Поскольку пневмоиспольнительные механизмы сложно исключить из всего комплекса производства, их нестабильная работа влияет на эффективность всего процесса производства в целом. Автоматизация установки осушки воздуха необходима для более строгого выполнения заданных технологических параметров. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество регулирования, позволяет сократить до минимума пребывания рабочих в производственных помещениях.

Автоматизация участка компремирования сжатого воздуха должна обеспечивать интенсификацию производства, надежное функционирование технологического объекта, сокращение ручного труда, а также безопасность работы обслуживающего персонала.

Управление основными технологическими процессами компремирования сжатого воздуха должно осуществляется, как правило, из одного помещения управления (ПУ). При необходимости могут быть предусмотрены необслуживаемые помещения КИПиА для размещения датчиков, релейной аппаратуры, микропроцессорных терминалов и приборов  неоперативного контроля (МПУ). Для оперативного управления производственным процессом и координации работы в блоке с административным корпусом необходимо предусматривать диспетчерский пункт.

Приборы и средства автоматизации, применяемые в проектах, как правило, должны серийно изготавливаться отечественной промышленностью.

1. Описание технологического процесса получения технического азота и кислорода

Процесс предназначен для сжатия воздуха давления 3,5 МПа и поддержания аварийного запаса в случае падения давления линии ниже 0,45 МПа.

Специальные компрессоры без смазки цилиндров и сальников применяются для сжатия воздуха, азота, кислорода и аргона.

Компрессор представляет собой поршневую крейцкопфную машину с прямоугольным расположением цилиндров. При движении поршня в одной из полостей цилиндра 1-ой ступени создается разряжение, под действием которого открываются всасывающие клапаны и газ заполняет цилиндр. При обратном ходе поршня всасывающие, в цилиндре происходит сжатие газа, а затем его подача через нагнетательные клапаны. Во всех двухступенчатых и многоступенчатых машинах после каждой ступени установлен холодильник, в котором происходит охлаждение, подаваемого газа до температуры не выше 40оС. затем газ подается в следующую ступень, в которой происходит процессы, аналогичные первой ступени. После концевого холодильника газ поступает в ресиверы, из которых в случае необходимости может быть подан потребителям напрямую, а также через байпас может быть подан во всасывающий коллектор при давлении в коллекторе 200 мм рт. ст. Избыток воздуха в коллекторе сбрасывается в атмосферу.

Технологический процесс состоит из следующих стадий:

1. Прием воздуха с компрессорной станции КС-1, КС-2;
2. Очистка воздуха от углекислоты раствором едкого натра;

3. Осушка воздуха низкого давления методом вымораживания влаги в теплообменниках-вымораживателях блока разделения воздуха ГЖА-2000;
4. Сжатие воздуха в дожимающем компрессоре ДВУ 20-6/220;
5. Осушка воздуха высокого давления адсорбентом;
6. Охлаждение и сжижение воздуха с последующей ректификацией;
7. Очистка кубовой жидкости в адсорберах ацетилена;
8. Окончательное разделение флегмы на азот и кислород;
9. Подача азота и кислорода потребителям.