CC BY
96
УДК 621.65
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА
Д.А. Шнайдер, П.Н. Дивнич, Т.А. Барбасова
Изложены основные результаты расчета режимов струйного парового компрессора, предназначенного для повышения параметров низкопотенциального отработанного пара с целью его эффективной утилизации. Описана автоматизированная система регулирования режимов компрессорной установки.
Ключевые слова: автоматизация, компрессорная установка.
Паровой компрессор является струйным аппаратом, в котором осуществляется процесс инжекции, заключающийся в передаче кинетической энергии одного потока пара (с высокими параметрами) другому потоку пара (с низкими параметрами) путем непосредственного контакта (смешения потоков).
Повышение давления инжектируемого потока без непосредственных затрат механической энергии является основным, принципиальным качеством струйных аппаратов. Благодаря этому качеству использование струйных аппаратов во многих отраслях техники позволяет получать более простые и надежные технические решения по сравнению с применением механических нагнетателей.
Простота схем включения струйных аппаратов в различные установки наряду с исключительной простотой конструкции и несложности изготовления позволяет их использование в различных производствах, в том числе на участке энергокорпуса ПСЦ ОАО «ММК».
1. Анализ вариантов установки
пароструйного компрессора для подачи пара в деаэраторы энергокорпуса
Конструктивная схема пароструйного компрессора представлена на рис. 1.
Расчет режимов работы пароструйного компрессора для подачи пара в деаэраторы энергокорпуса проведен по методике [1-3] для входных параметров рабочего пара: давление пара
6-12,5 кгс/см2, расход 20-30 т/ч, температура 204 °С и входных параметров инжектируемого пара: давление пара 2-2,5 кгс/см2, расход
20-30 т/ч, температура 170 °С. Результаты расчетов вариантов установки пароструйного компрессора для 8 режимов работы приведены в табл. 1.
Рабочим режимом работы пароструйного компрессора, исходя из условий эксплуатации,
Шнайдер Дмитрий Александрович - к.т.н., доцент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; вИпау-der@ait.susu.ac.ru.
Дивнич Петр Николаевич - аспирант кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; Divnich@mmk.ru.
Барбасова Татьяна Александровна - к.т.н., доцент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; ЬагЬа-sow@mail.ru.
выбран второй режим (см. табл. 1). Соответствующие результаты расчета геометрических параметров аппарата и параметров потока на выходе компрессора приведены на рис. 2-5.
В целях проверки практической возможности использования пароструйного компрессора для подачи низкопотенциального пара с промотборов турбин на деаэраторы энергокорпуса с давлением пара на выходе компрессора 4-4,7 кгс/см2 проведен производственный эксперимент, в ходе которого давление пара, подаваемого на систему деаэрации энергокорпуса, было снижено с 6 до 4 кгс/см2. Расход воды через деаэраторы во время эксперимента изменялся в зависимости от режимов работы технологического оборудования в диапазоне от 100 до 400 т/ч.
Эксперимент показал, что указанного давления достаточно для нормальной работы деаэраторов при различных режимах работы технологического оборудования, что подтверждает возможность и целесообразность внедрения пароструйного компрессора для подачи избытков низкопотенциального пара с промотборов турбин на деаэраторы энергокорпуса. Результаты проведенного эксперимента приведены в табл. 2.
Однако для поддержания выбранного рабочего режима работы пароструйного компрессора необходимо осуществлять автоматическое регулирование параметров пара. С этой целью была разработана автоматизированная система управления пароструйным компрессором.
Система автоматического регулирования режимами пароструйного компрессора включает в себя: пароструйный компрессор; регулирующий клапан с электромеханическим исполнительным механизмом У1, расположенный на подводящем паропроводе рабочего пара; датчики температуры пара ТЕ 1-ТЕЗ на входах и выходе компрессора; датчики давления пара РЕ1-РЕЗ на входах и выходе компрессора; датчики расхода ОЕ1-ОЕ2 на трубопроводах инжектируемого и смешанного пара.
Структурная схема АСУ пароструйного компрессора представлена на рис. 6. Как видно из рис. 6 сигналы с датчиков давления, температуры и расхода пара передаются в микропроцессорный
Автоматизированная компрессорная установка
Таблица 1
Результаты расчетов режимов работы пароструйного компрессора
№ Параметры режима Давление на выходе, кгс/см2 Диаметр камеры смешения, м Длина камеры смешения, м Расстояние сопла от камеры смешения, м Длинна диффузора, м Критич. диаметр рабочего сопла, м Выходной диаметр сопла, м
1 Л,™ = 2 кгс/см2 Рраб = 6 КГС/СМ2 Ораб = 20 т/ч Ои„ж = 20 т/ч 3,21 0,206 1,238 1,567 1,819 0,085 0,333
2 Лшж = 2 кгс/см2 Рраб = 12,5 кгс/см2 С„„ж = 20 т/ч боаб = 20 т/ч 4,05 0,152 0,914 1,535 2,086 0,061 0,321
3 Лшж = 2,5 кгс/см2 Рраб = 6 кгс/см2 = 20 т/ч 3,80 0,210 1,260 1,567 1,741 0,085 0,329
4 Ршж = 2,5 кгс/см2 Рраб = 12,5 кгс/см2 Си„ж = 20 т/ч Gn.fi = 20 т/ч 4,79 0,145 0,872 1,481 2,128 0,061 0,310
5 Рин* = 2 кгс/см2 Рраб = 6 кгс/см2 С„„ж = 30 т/ч Єпаб = 30 т/ч 3,21 0,219 1,516 1,722 1,490 0,104 0,369
6 Ртж = 2 кгс/см'' Рраб = 12,5 кгс/см2 С««ж = 30 т/ч С„а6 = 30 т/ч 4,05 0,187 1,120 1,690 1,880 0,075 0,355
7 Ринж = 2,5 кгс/см2 Рраб = 6 КГС/СМ2 Ораб = 30 Т/Ч Синж = 30 т/ч 3,80 0,257 1,543 1,696 1,457 0,104 0,364
8 Ринж = 2,5 кгс/см2 Рраб = 12,5 кгс/см2 Синж = 30 т/ч Оп!1Й = 30 т/ч 4,79 0,178 1,067 1,632 1,933 0,075 0,343
Таблица 2
Результаты экспериментального исследования режимов подачи пара на деаэраторы энергокорпуса
№ опыта Время Давление пара перед системой деаэрации, кгс/см2 Расход пара на деаэраторы, т/ч Температура питательной воды, °С
1 09:30 6,0 39,0 100
2 09:40 5,2 34,0 100
3 09:50 4,8 37,5 100
4 10:00 4,0 42,0 100
5 15:10 4,0 32,0 102
контроллер, который обеспечивает выполнение функций автоматического регулирования давления пара, сигнализации выхода параметров за установленные допустимые пределы, передачи текущих данных по параметрам пара и приема команд управления с рабочей станции диспетчера.
Установка пароструйного компрессора с автоматизированной системой управления, осуществляющего смешение низкопотенциального пара с промотборов турбин давлением 2,0-2,7 кгс/см2 с высокопотенциальным паром давлением 12,5-16,0 кгс/см2, дает возможность получить на выходе компрессора пар давлением около
4,0-4,7 кгс/см2, который может быть использован для подачи на деаэраторы.
Схема включения пароструйного компрессора в технологическую схему пароснабжения представлена на рис. 7. Как видно из схемы на рис. 7 паровой компрессор включен параллельно существующей автоматической редукционной установке 1, настроенной на поддержание давления пара на выходе равным 4 кгс/см (РУ 16/4). При нормальном режиме работы давление пара на выходе компрессора превышает 4 кгс/см2, в результате чего РУ 1 закрыто. Расход пара с промотборов турбин идет через компрессор на деаэраторы.
Д.А. Шнайдер, П.Н. Дивнич, Т.А. Барбасова
Рабочий режим компрессора обеспечивается регулирующим клапаном 3 по сигналу с датчиков давления рабочего и смешанного пара (см. рис. 6). Если, в случае недостаточной подачи рабочего пара, давление на выходе компрессора становится меньше 4 кгс/см2, то РУ 1, автоматически открывается обеспечивая требуемое давление и расход пара на деаэраторах 4 кгс/см2 за счет использования высокопотенциального пара (существующий режим). При этом, однако, снижается полезная подача пара на выработку электроэнергии.
Рис. 1. Схема пароструйного компрессора: А - рабочее сопло;
В - конфузор;
С - камера смешения;
О - диффузор
I
А
Рис. 2. Зависимость давления пара на выходе компрессора от коэффициента инжекции
Коэффициент инжекции Рис. 4. Зависимость длины камеры смешения от коэффициента инжекции
Коэффициент инжекции Рис. 3. Зависимость диаметра камеры смешения от коэффициента инжекции
Коэффициент инжекции
Рис. 5. Зависимость расстояния среза сопла от камеры смешения от коэффициента инжекции
Для защиты паровых турбин от повышенного давления в промотборе, связанного с изменением режимов работы парового компрессора в результате аварийных либо плановых остановов технологического оборудования энергокорпуса, предусмотрен предохранительный клапан 2.
Избыток пара с промотборов может также быть использован в сетевых бойлерах для нагрева теплофикационной воды.
Заключение
Паровой компрессор позволяет повысить давление инжектируемого потока низкопотенциального пара без непосредственных затрат механической энергии путем непосредственного смешения с паром более высоких параметров. Благодаря этому качеству паровой компрессор может быть использован для утилизации отработанного пара в различных отраслях промышленности, в том числе в металлургическом производстве.
В этой связи проведен расчет и анализ режимов работы парового компрессора, предназначенного для подачи пара в деаэраторы энергокорпуса паросилового цеха ОАО «ММК».
При этом для выявления диапазона допустимого снижения давления пара, подаваемого в систему деаэрации, был проведен производственный
Автоматизированная
Пароструйный компрессор
Рис. 6. Структурная схема АСУ пароструйного компрессора
К технологическим потребителям
Рабочий пар,
12.5—16 кгс/см2
РУ 16/4 1
Инжектируемый пар с \ промотборов турбин, 2—2,7 кгс/см*
-СХ}-
ПЫхз-
Пар 4-4,7 кгс/см?.
Пар на деаэраторы
На сетевые бойлера
Рис. 7. Структурная схема включения пароструйного компрессора
эксперимент, который показал, что давления пара 4кгс/см2 достаточно для нормальной деаэрации при изменении расхода питательной воды в широком диапазоне (от 100 до 400 т/ч).
В результате получено максимальное расчетное давление пара на выходе компрессора 4,79 к?с/см2 при коэффициенте инжекции и = 1, давлении рабочего пара 12,5 кгс/см2 и инжектируемого пара
2.5 кгс/см2. При снижении давления инжектируемого пара до минимального значения 2,0 кгс/см2 расчетное давление на выходе компрессора составляет
4.05 кгс/см2, что выше допустимого порога давления на деаэрацию, выявленного в ходе эксперимента.
Для подержания заданного рабочего состояния пароструйного компрессора при различных режимах работы технологического оборудования энергокорпуса необходимо производить автоматизированное регулирование работы аппарата, путем изменения подачи рабочего пара. С этой целью разработана микропроцессорная системы автоматического регулирования режимов пароструйного компрессора. Регулируемым параметром является давление рабочего пара на входе компрессора. Дополнительным регулируемым параметром, накладывающим ограничения на контур регулирования давления рабочего пара, является давление пара на выходе компрессора,
поддержание которого в допустимом диапазоне необходимо по условиям технологии.
Практическое использование разработанной автоматизированной компрессорной установки позволит утилизировать низкопотенциальный пар с промотборов турбин путем его использования в системе деаэрации энергокорпуса и тем самым повысить эффективность существующей системы пароснабжения потребителей промплощадки ОАО «ММК».
Литература
1. Соколов, Е. Я. Струйные аппараты / Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер. - М.: Энергоатомиз-дат, 1989.-352 с.
2. Александров, А. А. Таблицы теплофизиче-ских свойств воды и водяного пара: справочник. Рекомендован Государственной службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 / А. А. Александров, Б. А. Григорьев. - М.: Изд-во МЭИ, 1999. -168 с.
3. Зингер, Н. М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем / Н. М. Зингер. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -250 с.
Поступила в редакцию 12 мая 2008 г.
