Охлаждение газа и влияние его влажности на работу компрессора
Охлаждение газа и влияние его влажности на работу компрессора
Как было отмечено раньше, охлаждение газа в компрессорах способствует уменьшению затрачиваемой работы и снижению конечной температуры газа, что в конечном итоге позволяет уменьшить частоту вращения машины или ее габариты. На рис. 8.8 в координатах Pv и TS представлены процессы сжатия с промежуточным охлаждением. Заштрихованные площадки — есть экономия, полученная от охлаждения.
Применение охлаждения требует специальных охлаждающих устройств, усложняющих и повышающих стоимость установки. При прохождении газа через охлаждающие устройства часть его энергии будет тратиться на преодоление гидравлических сопротивлений.
Следует также иметь в виду, что в некоторых случаях снижение температуры может отрицательно повлиять на технологию производства, где используется сжатый газ, например, в целом ряде химических производств недопустимо снижение температуры ниже определенного значения, чтобы не произошло конденсации компонентов. Нежелательно снижение температуры в конце сжатия и в компрессорных машинах газотурбинных установок, работающих без регенерации. Исходя из всего вышеизложенного, решение вопроса о применении охлаждения будет зависеть от конкретных условий после тщательного технико-экономического исследования. Рассмотрим существующие способы охлаждения.
Внутреннее охлаждение. Такой вид охлаждения применяется в многоступенчатых машинах. Охлаждение большей частью осуществляется водой, циркулирующей в зарубашечных полостях компрессора. В этом случае корпус машины состоит из отдельных секций с полостями, в которых циркулирует охлаждающая жидкость. На рис. 8.9 показан компрессор с внутренним охлаждением. Положительным свойством внутреннего охлаждения является то, что температура газа ни в какой части машины не может оказаться ниже той, при которой из газа может выделиться влага. Этот факт особенно важен при сжатии агрессивных газов. Иными словами, внутреннее охлаждение предупреждает возникновение коррозии материалов компрессора. Однако этот способ охлаждения приводит к увеличению габаритов машины (из-за развитых поверхностей охлаждения) и связан с большими трудностями демонтажа машины при очистке полостей от накипеобразо-ваний.
Внешнее охлаждение. В этом случае охлаждение газа осуществляется в специальных теплообменниках трубчатого типа. Теплообменники могут располагаться либо за каждой ступенью, как это показано на рис. 8.10, либо между корпусами машины в каждом из которых находятся несколько ступеней компрессора. Конструктивно теплообменники оформляться могут по-разному. Расчет последних производится с помощью известных формул теплопередачи. Обычно охлаждающая жидкость течет по трубкам, а газ омывает поверхность трубок.
Большое значение для эффективности работы теплообменника имеет профиль его трубок и конструктивное их оформление. Последние исследования в НИИХИММАШЕ, НЗЛ показали, что наиболее эффективными являются оребренные трубки каплевидного сечения.
Недостатком внешнего охлаждения является то, что газ по выходе из охладителя может иметь температуру близкую к температуре воды, а это не гарантирует от выпадения влаги из газа со всеми отрицательными последствиями.
<
Предварительное охлаждение и охлаждение с помощью инжекции. В некоторых случаях уменьшения работы сжатия можно достигнуть за счет охлаждения газа перед входом в компрессор, для чего необходим холодный источник. Экономический эффект этого способа будет в том случае, если холодный источник не потребует значительных затрат. Эффективность от предварительного охлаждения будет тем большей, чем выше температура газа перед компрессором.
Суть инжекционного охлаждения состоит в впрыскивании охлаждающей жидкости в проточную часть компрессора. Впрыснутая жидкость испаряется и охлаждает сжимаемый газ. Если в качестве охлаждающей жидкости вводится вода, то ее количество должно быть таким, чтобы в сжимаемой среде не образовывалось коррозийных растворов. Во всех случаях вводимая жидкость не должна нарушить структуру потока, то есть не должна повлиять на его аэродинамику, а также мощность, затрачиваемая на сжатие образовавшихся паров из охлаждающейся жидкости не должна превышать экономию, полученную за счет впрыскивания. Практика показала, что данный вид охлаждения дает ощутимый эффект для средних степеней повышения давления 8 = = 2,5—3. Было установлено, что при впрыскивании 1 % по массе воды в сжимаемый воздух позволило понизить его температуру на 25 °C.
В некоторых случаях, в зависимости от назначения компрессора, прибегают к охлаждению газа на выходе из компрессора (концевое охлаждение), для чего газ пропускают через специальный холодильник. Такой вид охлаждения на рабочие параметры, компрессорной машины влияния не оказывает.
Расчет и практика показали, что охлаждение дает экономический эффект в том случае, если степень повышения давления.
С целью уменьшения потерь, упрощения, а следовательно, удешевления установки, обычно число промежуточных охладителей принимают не более 3.
Экономия от охлаждения заметно зависит от отношения темпе-пературы газа после охлаждения и температуре его до охлаждения степени повышения давления е, показателя адиабаты х и относительных потерь давления. Охлаждение выгодно применять при больших степенях повышения давления и не очень малых показателях х. Например, при е = 8 и х = 1,4 двухкратное охлаждение приводит к снижению мощности, эквивалентному увеличению внутреннего к. п. д. с 83,5 % до 100
Изменение влажности газа приводит к изменению величины газовой постоянной В, а следовательно, к изменению потребной мощности привода. Повышение влажности увеличивает значение 7?, следовательно, уменьшает степень повышения давлений при заданном напоре или при неизменной е потребует более высокого напора и к. п. д.
Повышение влажности приводит к уменьшению плотности газа, значит для получения заданного давления потребуется большая работа. Одновременно с этим увеличение относительной влажности приводит к увеличению парциального давления паров и уменьшению парциального давления сухого газа и его плотности на всасывании, а следовательно, уменьшению массы сухого газа. Помимо ухудшения основных характеристик машины повышенная влажность может вызвать повреждение машины, что особо опасно для компрессоров высокого давления.
В процессе эксплуатации компрессорной машины может возникнуть ситуация, когда ей придется сжимать газ с плотностью значительно отличающейся от расчетной. Увеличение плотности приводит к увеличению 8, а следовательно, к уменьшению объемной подачи, что может вызвать помпаж даже на расчетном режиме.