ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Для обеспечения предприятия пищевой промышленности необходим сжатый воздух с классом чистоты 1.2.1. (по DIN ISO 8573-1). Требуемое количество воздуха – 4000 л/мин, необходимое рабочее давление 6,5 бар, режим работы оборудования – круглосуточный.

Требуется подобрать оборудование для компрессорной станции.

Порядок выбора оборудования может быть следующим:

1. Выбор максимального рабочего давления.

Основное правило при выборе максимального рабочего давления компрессора простое – оно должно быть выше, чем давление, необходимое потребителям. Кроме того, следует учесть определенные потери давления, которые возникают при движении воздуха в трубопроводе и через оборудование для подготовки воздуха: при прохождении через осушитель потери составляют 0,2 бар, а при прохождении каждого их микрофильтров - 0,1…0,15 бар, причем по мере загрязнения фильтрующего элемента эта величина будет увеличиваться.

Таким образом, выбор максимального рабочего давления компрессора должен происходить следующим образом: к величине необходимого рабочего давления нужно прибавить значения падения давления при прохождении оборудования для осушки-очистки воздуха, а также учесть падение давления при прохождении воздуха через магистральный трубопровод. 

В нашем примере, общее падение давления на оборудовании для подготовки воздуха составит – 4 х 0,15 + 0,2 = 0,8 бар. Учесть же падение давления в трубопроводе гораздо сложнее. Если предполагается использование уже существующего трубопровода, это можно сделать, врезав в систему на различных участках манометры. Если же предполагается монтаж новой пневмосистемы, можно, например, воспользоваться номограммами или таблицами, приведенными в справочной литературе – зная предполагаемую длину трубопровода и расход воздуха, по номограмме довольно легко определить интересующую нас величину. Как правило, эти номограммы составлены уже с учетом падения давления для прямолинейного участка трубопровода (обычно это от 0,1 до 0,5 бар на 100 м трубы). Но, как известно, потери давления при движении воздуха в трубе зависят не только от длины трубы (путевые потери), но и от количества установленных фитингов, запорной арматуры и т.д. (местные потери). Более точный метод оценки предполагает учет потерь от каждого «местного сопротивления» методом эквивалентной длины трубы. Иными словами, существуют зависимости, показывающие, сколько метров необходимо дополнительно добавить к длине прямолинейного участка трубопровода при установке фитинга, крана и т.п. В этом случае расчет проводится следующим образом – по длине и расходу воздуха выбирается из таблицы первоначальный диаметр основной трубы, потом подсчитываются все фитинги, запорная арматура, и при помощи таблицы перевода определяется, на сколько необходимо увеличить длину основного трубопровода.

Но в любом случае, при правильно организованной системе общее падение давления в трубе не должно превышать 5-7% от максимального рабочего давления компрессора.

Поэтому в данном примере следует остановиться на компрессоре с максимальным рабочим давлением 10 бар. Добавив к величине необходимого рабочего давления (6,5 бар) величины падения давления на оборудовании для подготовки воздуха и падения давления в пневмосистеме (5% от 10 бар), получим, что компрессор должен обеспечивать в системе давление не менее 7,8 бар. А этот показатель выбранный компрессор обязательно обеспечит – ведь его давление включения составляет 8 бар.

2. Обеспечение необходимого качества воздуха. 

Обеспечить требуемое качество воздуха 1.2.1. (по DIN ISO 8573-1) позволит следующий комплект оборудования для осушки-очистки (см. первую часть данной статьи):
фильтр FQ - фильтр FP - адсорбционный осушитель с холодной регенерацией с температурой точки росы -40С - фильтр FD - фильтр FC.

3. Определение необходимого расхода воздуха.

Хотелось бы сделать предварительное замечание. 

Особенностью компрессорной станции с адсорбционным осушителем является необходимость учета того, что часть сжатого воздуха, поступающего на вход осушителя, используется на регенерацию адсорбента, то есть не доходит до конечного потребителя сжатого воздуха.

В данной компрессорной станции будем использовать винтовой компрессор, имеющий ряд существенных преимуществ по сравнению с поршневым. Выбор винтового компрессора для важен еще и потому, что температура сжатого воздуха на выходе из него всего на 7 градусов превышает температуру окружающей среды. Как мы увидим далее, чем ниже температура на входе адсорбционного осушителя, тем меньше требуется производительность самого осушителя. Адсорбционный осушитель – это достаточно дорогое оборудование, сравнимое по цене с компрессором, и чем выше его производительность, тем выше цена.

Выбор адсорбционного осушителя, так же как и осушителя рефрижераторного типа, осуществляется с учетом поправочных коэффициентов. 

Таблица 1.

 Давл.бар 4,0  4,5  5,0  5,5  6,0  6,5  7,0  7,5  8,0  8,5  9,0  9,5  10 
 Коэф. 0,60  0,70  0,75  0,80  0,85  0,90  1,00  1,05  1,10  1,15  1,20  1,30  1,35 

k1 - поправочный коэффициент в зависимости от рабочего давления
Таблица 2.
Темп.воздуха 20 25 30 35 40 45 50
Коэф. 1,20 1,15 1,10 1,00 0,85 0,75 0,60

K2 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры воздуха на входе в осушитель

Например, рассмотрим «критичный» режим работы оборудования (в жаркий летний день) и предположим, что температура воздуха в помещении компрессорной составляет +30 С. В этом случае, температура воздуха на выходе из компрессора (на входе в осушитель) будет составлять +37 оС (округлим до +40С), а минимальное давление 8 бар. Какую выбрать модель осушителя, чтобы обеспечить эффективную осушку 4000 л/мин?

Небольшое замечание: фактически, для рассмотренной схемы температура сжатого воздуха на входе в осушитель может быть и ниже +37 оС, т.к. после компрессора установлен ресивер, где за счет расширения воздуха произойдет его охлаждение. Но, в принципе, вполне допустима ситуация и с температурой +40 С (например, при несвоевременном обслуживании воздушно-масляного радиатора или в случае, когда ресивер устанавливается после фильтра FC при неравномерном потреблении воздуха). Поэтому примем для рассмотрения температуру +40 С. 

При номинальных рабочих условиях (при давлении 7 бар и температуре сжатого воздуха на входе в осушитель +35 С) требуемый поток на входе в осушитель должен составлять 4000 л/мин плюс некоторое количество воздуха, идущее на регенерацию адсорбента. Для адсорбционного осушителя с температурой точки росы -40 С на регенерацию адсорбента расходуется 14,4% воздуха от его номинальной производительности (производительности на входе). Учитывая, что в этом случае 4000 л/мин составляют 85,6% от количества воздуха на входе в осушитель, получим, что номинальная производительность адсорбционного осушителя должна быть не менее - 4000 / 85,6% = 4673 л/мин.

Произведем проверку такого осушителя на соответствие реальным условиям. При этом реальная производительность осушителя определится так:
Q реал = 4673 / 1,10 / 0,8 = 5310 л/мин.

В этом случае необходимо рассмотреть осушитель - HDA 6250 с номинальной производительностью на входе 6250 л/мин.

Для исходных условий его максимальная производительность составит: 
Q max = 6250 х 1,10 х 0,8 = 5500 л/мин.

С учетом того, что на регенерацию адсорбента идет 14,4% от номинальной производительности (6250 х 14,4% = 900 л/мин), получим, что осушитель гарантированно обеспечит требуемое качество осушки следующего количества воздуха:

Q вых = 5500 – 900 = 4600 л/мин, что вполне удовлетворяет нашим требованиям.

А вот если бы мы выбрали модель, исходя из условия, что производительность осушителя «просто» больше минимально допустимого значения 4673 л/мин, и остановились на ближайшей модели, имеющей большую производительность – HDA 5000 с номинальной производительностью 5000 л/мин, - то допустили бы довольно грубую ошибку. 

Действительно, для исходных условий его максимальная производительность составит: 
Q max = 5000 х 1,10 х 0,8 = 4400 л/мин.

С учетом того, что на регенерацию адсорбента идет 14,4% от номинальной производительности (5000 х 14,4% = 720 л/мин), получим, что осушитель гарантированно обеспечит требуемое качество осушки следующего количества воздуха:
4400 – 720 = 3680 л/мин, а это значительно меньше требуемой величины 4000 л/мин.

Безусловно, при установке осушителя HDA 5000 оборудование работало бы, но без гарантии того, что на выходе из осушителя температура точки росы будет соответствовать требуемой -40С. 

Небольшое замечание: количество воздуха, идущего на регенерацию адсорбента у разных моделей осушителей различно. Например, у осушителей, обеспечивающих температуру точки росы -70ОС, оно составляет порядка 30% от номинальной производительности. 

И только после выбора адсорбционного осушителя можно приступать к выбору винтового компрессора, объема ресивера и фильтров.

В нашем случае, производительность винтового компрессора должна составлять не менее:
Q ВК = 5500 / 0,95 = 5789 л/мин, где 0,95 – КПД винтового блока. 

С учетом небольшого «запаса по производительности» определим, что для нашего случая оптимальное решение - винтовой компрессор AIRBLOK 60 c максимальным давлением 10 бар и производительностью 6190 л/мин. 

Далее, если не оговариваются особые условия работы, определим, что в соответствии с универсальным правилом объем ресивера должен составлять 30% от объемной производительности компрессора. Т.е. для компрессора с производительностью 6190 л/мин необходим ресивер объемом 2000 л. Поскольку установка одного ресивера с таким объемом потребует регистрации сосуда в органах Госгортехнадзора, можно воспользоваться четырьмя ресиверами РВ500.11.00 объемом 500 л каждый.

И в заключении выбираем фильтры. Выбор фильтров производится также с помощью таблицы поправочных коэффициентов. 

Таблица 3.

 Давл.бар 10  11  12  13  14  15  16 
 Коэф. 0,38  0,50  0,65  0,75  0,88  1,00  1,13  1,25  1,38  1,50  1,63  1,75  1,88  2,00  2,13  2,25 

Поправочный коэффициент в зависимости от давления

В нашем случае, при реальной производительности компрессора 6190 х 0,95 = 5880 л/мин и минимальном рабочем давлении 8 бар производительность фильтра должна составлять не менее – 5880 / 1,13 = 5203 л/мин.

Выбираем фильтры FQ 5600, FP 5600, FD 5600 и FC 5600.

Таким образом, окончательный комплект оборудования компрессорной станции для обеспечения сжатым воздухом рассматриваемого пищевого предприятия будет выглядеть следующим образом: винтовой компрессор AIRBLOK 60 – четыре ресивера РВ500.11.00 - фильтр предварительной очистки FQ 5600 – фильтр тонкой очистки FP 5600 – адсорбционный осушитель HDA 6250 - микрофильтр FD 5600 - фильтр на основе активированного угля FC 5600.

Возврат к списку