Теплоэнергетические системы и энергетические балансы промышленных предприятий

1.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
БАЛАНСЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Доцент кафедры ТСУ и ТД
к.т.н. Нечитайлов Василий Васильевич

2.

Тема 2. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
2.1. Классификация потребителей тепла и систем
теплоснабжения. Классификация потребителей тепла.
Классификация систем теплоснабжения. Выбор систем
теплоснабжения.
2.2. Системы теплоснабжения.
2.3. Системы пароснабжения. Схемы сбора и возврата
промышленного конденсата. Отвод конденсата из
пароприемников и трубопроводов.
Конденсатоотводчики. Схемы установки
конденсатоотводчиков.
2.4. Системы сбора и возврата конденсата.
2.4.1. Системы сбора конденсата открытого типа.

3.

2.4.2. Системы сбора и возврата конденсата закрытого
типа.
2.4.3. Пароконденсатный баланс производственного
участка.
2.5. Системы хладоснабжения.
2.6. Системы водоснабжения и водоподготовки.
2.7. Системы оборотного водоснабжения.
2.8. Системы воздухоснабжения.
2.9. Системы кондиционирования воздуха.
2.10. Системы газоснабжения.
2.11. Общие и отличительные принципы построения
подсистем.
2.12. Принципы приема, распределения и использования
ресурса в различных системах.

4.

Литература
а) основная учебная литература
1. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Теплоэнергетические системы и
энергобалансы промышленных предприятий. Учебное пособие для
ВУЗов. М.: Издательство МЭИ, 2002.
б) дополнительная учебная литература
2. Сазанов Б.В., Ситас В.И. Теплоэнергетические системы
промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1990.
3.
Клименко
В.Л.,
Костерин
Ю.В.
Энергоресурсы
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Л.:
Химия, 1985.
4

5.

2.1. Классификация потребителей тепла и систем
теплоснабжения. Классификация потребителей тепла.
Тепловое потребление - это использование тепловой
энергии для разнообразных коммунально-бытовых и
производственных целей (отопление, вентиляция,
кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные,
технологические теплоиспользующие установки и т.д.).
При проектировании и эксплуатации СТС учитываются:
- вид теплоносителя (вода или пар);
- параметры теплоносителя (температура и давление);
- максимальный часовой расход тепла;
- изменение потребления тепла в течение суток (суточный
график); - годовой расход тепла;
- изменение потребления тепла в течение года (годовой
график); - характер использования теплоносителя у
5
потребителей (непосредственный забор или отбор тепла).

6.

Потребители тепла разделяются на две группы:
1. Сезонные потребители тепла:
- отопление;
- вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах);
- кондиционирование воздуха (получение воздуха
определенного качества: чистота, температура и
влажность).
2. Круглогодовые потребители тепла:
- технологические потребители тепла;
- горячее водоснабжение коммунально-бытовых
потребителей.
Требования к СТС:
Теплоснабжение должно быть: надежным, экономичным
и качественно удовлетворять всех потребителей тепла.
6

7.

Классификация СТС
Снабжение теплом потребителей состоит из трех
взаимосвязанных циклов:
- сообщение тепла теплоносителю;
- транспорт теплоносителя;
- использование теплового потенциала теплоносителя.
СТС состоит из трех звеньев:
- источник тепла;
- трубопроводы;
- системы теплопотребления с нагревательными
приборами.
7

8.

СТС классифицируются по следующим
основным признакам:
1. По мощности (характеризуются дальностью передачи
тепла и числом потребителей):
- местные (три основных звена объединены и находятся в
одном помещении);
- централизованные (от одного источника тепла подается
тепло для множественных помещений или зданий).
2. По виду источника тепла:
- районное теплоснабжение (источником тепла служит
районная котельная);
- теплофикация (источником тепла служит ТЭЦ).
3. По виду теплоносителя:
- водяные системы теплоснабжения;
- паровые системы теплоснабжения.
8

9.

Водяные СТС подразделяются:
1. По числу теплопроводов, передающих воду в одном
направлении: однотрубные; двухтрубные; многотрубные.
2. По способу присоединения систем горячего
водоснабжения: закрытые системы; открытые системы.
3. По схеме присоединений систем отопления и
вентиляции к тепловым сетям:
- зависимые (вода из тепловых сетей непосредственно
поступает в нагревательные приборы систем отопления и
вентиляции);
- независимые (вода из тепловой сети доходит только до
абонентских вводов местных систем).
Паровые системы теплоснабжения: с возвратом и без
возврата конденсата. Технологические потребители пара
присоединяются непосредственно или с применением
9
компрессора (в зависимости от потребителя).

10.

Выбор систем теплоснабжения
СТС выбирается в зависимости от:
- характера теплового потребления;
- вида источника теплоснабжения.
Водяные СТС выбираются:
- если тепловые потребители представляют собой
системы
отопления,
вентиляции
и
горячего
водоснабжения.
Паровые системы теплоснабжения применяются:
- на промышленных площадках при превалирующей
технологической тепловой нагрузке повышенного
потенциала и малых нагрузках отопления и
вентиляции.
10

11.

2.2. Системы теплоснабжения
Источники тепловой энергии, обеспечивающие ПП паром
и горячей водой разделяются на две группы:
1. Внешние источники теплоты - заводские и районные
ТЭЦ и котельные.
2. Внутренние источники теплоты - технологические
агрегаты,
в
которых
образуются
вторичные
энергоресурсы. При необходимости ВЭР преобразуются в
пар или горячую воду в специальных утилизационных
установках.
11

12.

Потребители пара промышленных параметров при
наличии собственных источников тепловой энергии,
(в т.ч. утилизационных установок), на территории ПП
организовывают
объединенную
систему
пароснабжения, к которой подключаются несколько
источников теплоты (внутренних и внешних). Это
сглаживает
неравномерность
поступления
теплоносителей от утилизационных установок,
режим работы которых непосредственно зависит от
режима работы основного технологического агрегата
- источника ВЭР.
12

13.

Крупные ПП от внешних источников получают в
перегретый пар. От ТЭЦ и крупных центральных
котельных поступает пар, перегретый на 50-100 0С для
покрытия тепловых потерь при транспорте теплоносителя.
Степень перегрева пара в зимний период повышается, т.к.
возрастают потери теплоты из-за понижения температуры
наружного воздуха. Для обеспечения тепловых нагрузок
преимущественно используется насыщенный пар
среднего и низкого давления. Перегретый пар среднего и
высокого давления используется в силовых процессах.
Если для ведения технологических процессов требуется
пар температурой 400-600 0С, то у потребителя
устанавливаются центральные пароперегреватели. За счет
сжигания природного топлива в них достигается
необходимая температура пара, полученного от внешних
13
источников.

14.

В целях упорядочения пароснабжения ПП и
снижения потерь пара, связанных с несоответствием
режимов работы потребителей и источников
тепловой энергии, необходимо оптимизировать
потребление пара. Нарушение расчетных графиков
прихода и расхода теплоты по расходу и параметрам
приводит к отклонению режимов работы источников
пароснабжения от оптимальных, необходимости
резервирования мощности, возрастанию затрат на
сооружение аккумулирующих установок, перерасходу
топлива, материальных и денежных средств. На ПП
отсутствует
информационная
база
по
пароконденсатным балансам паропотребляющих
установок, что не позволяет провести достоверный
анализ эффективности энергопотребления объектов
14
и характерных режимов их эксплуатации.

15.

Системы технологического пароснабжения ПП
классифицируются по:
- виду основного источника пароснабжения: ТЭЦ,
центральные или местные котельные;
- объему потребления пара: малое - до 6 кг/с; среднее 620 кг/с; большое - более 20 кг/с;
- состоянию пара: перегретый, насыщенный, совместное
использование перегретого и насыщенного пара;
- давлению пара на входе в распределительную
паровую сеть ПП: низкое - менее 0,3 МПа; среднее - от
0,3 до 0,9 МПа; повышенное - от 0,9 до 1,5 МПа и
высокое - более 1,5 МПа;
- сложности
паровой
сети:
протяженность,
разветвленность и пр.;
15

16.

- структуре теплопотребления: с преобладанием
технологических или санитарно-технических нагрузок;
- организации систем сбора и возврата конденсата:
закрытого и открытого типов;
- характеру графика теплопотребления в течение
рассматриваемого периода (суток, сезона, года): резко
выраженный, равномерный.
16

17.

Доля отопительно-вентиляционной нагрузки в
общей присоединенной тепловой нагрузке ПП
зависит
от
профиля
ПП.
Отопительновентиляционные нагрузки крупных нефтехимических
предприятий составляют 5-7%, на химических
предприятиях - 20-30% общего потребления теплоты.
Горячая вода на покрытие этих нужд обычно
поступает от центральных внешних и заводских
источников теплоты.
Отопление производственных помещений часто
совмещается с системой приточной вентиляции.
Температура воздуха, поступающего в помещения в
отопительный период, повышается от -40 ... + 10 до
25–40°С.Отопление административных помещений
организуется по той же схеме, что и объектов
17
коммунально-бытового сектора.

18.

Сантехнические нагрузки ПП составляют 2-10% в
структуре общего теплопотребления. Присоединение
местных потребителей горячей воды к тепловым
сетям
осуществляют
по
смешанной
или
последовательной схеме, на практике устанавливают
пароводяные теплообменники. Это объясняется
несоответствием режимов теплофикационных и
сантехнических
нагрузок.
В
летний
период
(отопительно-вентиляционные нагрузки отсутствуют)
содержание протяженной сильноразветвленной сети
только
на
нужды
горячего
водоснабжения
оказывается
экономически
невыгодным.
Температура воды, требуемой технологическими
потребителями, оказывается несколько завышенной
по отношению к расчетным для открытых или
18
закрытых систем ГВС.

19.

2.3. Системы пароснабжения. Схемы сбора и
возврата промышленного конденсата
Абонентские установки для возврата конденсата
состоят из:
- конденсатоотводчиков
–
для
автоматич.
бесшумного
удаления
конденсатата
с
одновременным запиранием пара;
- сборников конденсата;
- конденсатных насосов;
- трубопроводов.
Допустимая
норма
растворенного
кислорода
в
перекачиваемом конденсате, при которой не
происходит коррозии стальных конденсатопроводов,
составляет 0,1 мг/л. Особенно активно происходит
цикл коррозии при наличии в конденсате, кроме
19
кислорода, еще и углекислоты.

20.

Коррозия
увеличивает
гидравлическое
сопротивление трубопроводов вследствие роста
шероховатости стенок и уменьшения поперечного
сечения
трубопроводов.
Продукты
коррозии,
образующиеся
на
внутренней
поверхности
конденсатопроводов,
смываются
и
уносятся
конденсатом, что приводит в результате к
затруднениям
в
эксплуатации
котельного
оборудования.
В конденсатных системах наблюдается язвенная
(возникает при отсутствии движения конденсата) и
равномерная коррозия. Для ее предупреждения
необходимо непрерывно откачивать конденсат.
20

21.

Кислородная
коррозия
конденсатопроводов
устраняется
применением
закрытых
конденсатосборных установок, в которых конденсат
находится под избыточным (выше атмосферного)
давлением паровой подушки и не имеет контакта с
атмосферным воздухом.
При эксплуатации открытых систем температуру
возвращаемого
конденсата
необходимо
поддерживать на уровне 95-100 С. Чем выше
температура конденсата, тем ниже в нем
растворенного кислорода и тем долговечнее
система.
21

22.

Отвод конденсата из пароприемников и
трубопроводов
Нагревание той или иной среды паром возможно
двумя путями:
- непосредственным контактом (смешением) пара с
нагреваемой
средой
(пар
отдает
часть
содержащегося в нем тепла, и происходит его полная
конденсация,
конденсат
остается
вместе
с
нагреваемым веществом).
- пропусканием
пара
через
поверхностные
нагреватели (тепло пара передается нагреваемой
среде
через
разделяющую
стенку,
а
пар,
соприкасаясь с более холодной стенкой и остывая,
конденсируется).
22

23.

При накоплении конденсата в нагревательных
элементах конденсат отдает часть своего тепла
через
стенку
нагревательного
элемента
нагреваемому веществу, и температура конденсата
становится ниже температуры насыщенного пара,
что приводит к переохлаждению конденсата.
Заполнение конденсатом части нагревательных
элементов теплоиспользующей установки уменьшает
активную поверхность нагрева и ведет к снижению
производительности установки.
Нельзя допускать переохлаждение конденсата,
необходимо
отводить
его
при
температуре
насыщения. Отвод из теплоиспользующих установок
и нагревательных приборов без пропуска вместе с
ним
пара
достигается
при
помощи
23
конденсатоотводчиков.

24.

Нарушение
нормальной
работы
конденсатоотводчиков может привести к большим
потерям тепла или чрезмерному скоплению
конденсата в нагревательной камере, в результате
чего может произойти нарушение работы аппарата и
в некоторых случаях гидравлические удары.
При повышенной конденсации пара в трубопроводе
патрубки для отвода конденсата устанавливаются
более часто. Паропроводы, во избежание большой
конденсации, изолируются, то есть покрываются
материалом, плохо проводящим тепло.
24

25.

Конденсатоотводчики
Конденсатоотводчики
применяются
для
автоматического бесшумного удаления конденсата с
одновременным запиранием пара.
Потери
пара
при
неудачной
конструкции
конденсатоотводчиков и неправильной эксплуатации
составляют 25% количества потребляемого пара.
По принципу действия конденсатоотводчики делятся:
- с гидравлическим затвором (сифоны);
- с гидравлическим сопротивлением (подпорные
шайбы);
- с механическим затвором (поплавковые).
25

26.

Недостатками гидравлических затворов являются:
- пропуск несконденсировавшегося пара;
- выброс конденсата при повышении давления пара в
теплообменном аппарате;
- большая высота.
Отводчики конденсата с механическим затвором
разделяются по принципу действия на:
- поплавковые, основанные на разности удельных весов
конденсата и пара (могут быть с открытым или закрытым
поплавком);
- термостатические, основанные на расширении тел от
нагревания (применяют для отвода охлажденного
конденсата);
- мембранные (состоят из двух полостей разделенных
между собой металлической мембраной и соединенных
26
каналом).

27.

Схемы установки конденсатоотводчиков
Рациональные
схемы
конденсатоотводчиков
позволяют выбрать стандартное оборудование,
упрощают изготовление и монтаж, снижают потери
пара.
При выборе схемы необходимо учитывать, что
парозапорные вентили на обводах и при отводчиках,
и обратные клапаны при них с течением времени
изнашиваются и становятся источником потери пара,
поэтому их применяют только в необходимых
случаях.
Трубопровод, отводящий конденсат, прокладывается
с уклоном в сторону отводчика. После отводчика
дренажный трубопровод может прокладываться с
подъемом, не более 50-75% высоты водяного столба,
27
соответствующего давлению в паропроводе.

28.

Конденсатоотводчики
должны
обеспечивать
автоматичность работы при отводе конденсата и
выпуске
воздуха,
непрерывность
работы
и
безотказность действия.
Конденсатоотводчики должны быть доступны для
контроля и очистки от загрязнений без снятия с
трубопровода.
28

29.

2.4. Системы сбора и возврата конденсата
Основные факторы, влияющие на экономические
показатели возвращения конденсата источнику
пароснабжения:
- объем образующегося конденсата;
- давление и температура возвращаемого конденсата;
- степень загрязнения конденсата маслом и другими
примесями;
- требования к качеству питательной воды источника
пароснабжения;
- протяженность и сложность систем возврата конденсата
от потребителя до источника пароснабжения;
- соотношение цен потребляемого топлива, тепловой и
электрической энергии;
- число часов работы потребителей пара в течение года.
29

30.

Уменьшение доли возвращенного конденсата и снижение
его температуры приводят к росту расхода теплоты на
технологические
нужды
химводоочистки,
нагрев
питательной воды, процессы деаэрации и продувку
паровых
котлов.
Возрастают
капитальные
и
эксплуатационные
затраты
на
пароконденсатное
хозяйство и содержание оборудования завышенной
производительности.
Технико-экономические
показатели
эффективности
эксплуатации СТС ПП зависят от организации систем сбора
и возврата парового конденсата (особенно для ПП,
имеющих собственные источники теплоты (ТЭЦ или
котельные), т.к. каждый процент невозврата конденсата
приводит к возрастанию тепловых затрат на собственные
нужды в 2-3 кратном размере. Соответственно снижается
30
тепловой КПД ЭУ.

31.

Разновидности систем сбора конденсата:
1. По условиям эксплуатации баков-конденсатосборников:
- открытого типа: бак сообщается с атмосферой (давление
в нем – атмосферное);
- закрытого типа: бак и все элементы системы
изолированы от сообщения с окружающей средой и
находятся под небольшим избыточным давлением
0,005-0,02 МПа.
2. По способу организации системы сбора конденсата
открытого и закрытого типов подразделяются на:
- самоотечные: транспорт конденсата производится за
счет разности высот расположения источника
конденсата и конденсатосборника;
31

32.

- напорные системы: работают за счет перепада
давлений, поддерживаемого в конденсатопроводе и
создаваемого
перекачивающими
конденсатными
насосами, включаемыми в схему.
- смешанные системы: объединяют несколько участков
(одни из них работают по открытой схеме, другие - по
закрытой).
32

33.

2.4.1. Системы сбора конденсата открытого типа
Системы открытого типа допускается сооружать на
предприятиях с небольшим объемом возвращаемого
конденсата: от 4-6 т/ч до 10 т/ч, при условии, что источник
теплоты расположен на расстоянии до 500 м.
Достоинства систем открытого типа:
- небольшие капитальные затраты на сооружение;
простые
конструкции
основных
элементов
оборудования;
- надежная эксплуатация системы и невысокие затраты на
поддержание ее в работоспособном состоянии
33

34.

Недостатки систем открытого типа:
- повышенная доля безвозвратных потерь конденсата изза испарения воды с поверхности зеркала в бакахконденсатосборниках;
- коррозионный
износ
оборудования
и
конденсатопроводов из-за поглощения конденсатом
кислорода
(аэрации)
при
непосредственном
соприкосновении с воздухом.
В конденсатосборниках атмосферного типа в целях
предотвращения интенсивной аэрации температура
конденсата должна быть выше 95°С.
34

35.

При самотечной схеме конденсат возвращается в
сборный бак, уровень размещения которого ниже
отметки установки конденсатоотводчиков на выходе
из паропотребляющих элементов.
Схема
применяется
для
внутрицеховых
пароконденсатных систем с невысокой нагрузкой.
35

36.

В напорных безнасосных системах транспорт конденсата в
сборный бак производится за счет разности давлений.
Конденсат на выходе из оборудования обладает
небольшим избыточным давлением относительно
атмосферного,
поддерживаемого
в
баке.
Конденсатосборник
располагается выше уровня
конденсатоотводчиков (конденсат отводится из бака к
36
парогенерирующим установкам самотеком).

37.

При значительном удалении источника теплоснабжения
для преодоления гидравлического сопротивления
конденсатопровода устанавливаются перекачивающие
насосы.
37

38.

В схемах открытого типа следует добиваться
максимально возможного снижения выпара и
пара вторичного вскипания в конденсате. Это
достигается:
- охлаждением конденсата в теплообменниках
(необходимо осуществлять в пароиспользующих
аппаратах);
- применением сепараторов-расширителей для
удаления пара вторичного вскипания и выпара из
конденсата;
доохлаждением
конденсата
путем
подмешивания к нему мягкой воды. Обычно
объем добавочной воды в 1,5 раза превышает
объем отводимого конденсата.
38

39.

2.4.2. Системы сбора и возврата конденсата закрытого
типа
39

40.

1. Системы сбора и возврата конденсата закрытого типа
сооружаются на крупных ПП и позволяют снизить потери
промышленного пара и конденсата.
2. Температура конденсата - не нормируется (для
улучшения условий работы перекачивающих насосов его
не рекомендуется охлаждать ниже 90°С);
в целях максимального использования теплоты
конденсата допускается глубокое охлаждение - до 80°С.
3.
В
конденсатосборниках
не
рекомендуется
поддерживать давление более 0,1-0,12 Мпа (ухудшаются
условия
эксплуатации
теплоиспользующего
оборудования, конденсатоотводчиков и трубопроводов).
Избыточное давление поддерживается подводом пара из
паропровода или за счет вскипания конденсата,
подводимого в верхнюю часть бака-конденсатосборника.
40

41.

4. Системы закрытого типа позволяют снизить потери
промышленного пара и конденсата.
5. При эксплуатации систем закрытого типа применяются
специальные
контрольно-измерительные
и
предохранительные устройства.
41

42.

2.4.3. Пароконденсатный баланс производств-го участка
Основные
составляющие
тепловых
потерь
с
невозвращенным конденсатом:
- с невозвращенным чистым конденсатом Qk, кВт;
- с пролетным паром Qпр, кВт;
- с паром вторичного вскипания Qв.в., кВт.
Суммарное
количество
конденсата,
кг/с,
не
возвращенного источнику теплоснабжения, составит:
∑G=Gк+Gпр+Gв.в.
(2.1)
где Gк - количество чистого конденсата, кг/с; Gв.в. потери конденсата с паром вторичного вскипания, кг/с
(из-за падения давления в транспортирующих системах, 415 % массы образующего конденсата Gк; Gпр - потери
конденсата с пролетным паром для ПП составляют:
Gпр = (0,1-0,15)Dп,
(2.2)
42
где Dп – кол-во подв. пара к установке, кг/с.

43.

При частичном невозвращении конденсата количество
пролетного пара, %, содержащегося в нем, составит:
Δпр = (10-15) Gк/Dп
(2.3)
Суммарные потери тепла, кВт, связанные с не
возвращением конденсата источнику:
(2.4)
Q Q Q Q G h G h G h
к
пр
в.в.
к к
пр пр
в.в. в.в.
где: hк - энтальпия чистого конденсата, определенная при
температуре, поддерживаемой в конденсатосборнике,
после выделения из него пара пролетного и вторичного
вскипания, кДж/кг; hпр - энтальпия пролетного пара,
определенная по давлению пара, поступающего на
паропотребляющий аппарат, кДж/кг; hв.в. - энтальпия
пара вторичного вскипания, определенная по давлению,
поддерживаемому в конденсатосборнике, кДж/кг.
43

44.

Тепловые потери с невозвращенным конденсатом по
отношению к количеству теплоты, подведенной в
паропотребляющий аппарат,%: Δк=(∑Q/(Dп*hп))*100
(2.5)
где hп – энтальпия пара, поступившего из паровой сети,
кДж/кг
Потери, связанные с увеличением объемов продувочной
воды, %:
Δв.пр=((αhв.пр)/hп))*(Gк/Dп)
(2.6)
где hв.пр – энтальпия продувочного конденсата,
соответствующая температуре воды на выходе из
аппарата, использующего теплоту продувки, кДж/кг;
α – объем продувочной воды котла, приходящийся на
каждый процент невозвращенного конденсата, %;
в котлах, вырабатывающих пар давлением до 6 МПа,
α = 0,08-0,2 %; давлением 6-12 МПа α = 0,12-0,5 %.
44

45.

При организации возврата конденсата на ТЭЦ
паровой конденсат требует очистки. Для этого он
охлаждается до 70 °С в специальных системах,
хладоносителем в которых является оборотная вода.
Температура
конденсата,
образующегося
в
технологических аппаратах, близка к температуре
насыщения греющего пара (130-160 °С), поэтому
объемы сбрасываемой теплоты в этих системах
значительные.
Основная причина невозвращения конденсата на
ПП - высокая степень его загрязнения. После очистки
от углеводородов, масел и др. примесей конденсат,
охлажденный до 40°С, сливается в канализацию.
Теплота,
содержащаяся
в
конденсате,
не
используется, и ПП несет доп. потери (рост нагрузки
45
систем оборотного водоснабжения).

46.

Возможно использование теплоты, содержащейся
в конденсате, при помощи:
- промежуточных теплоносителей;
- замкнутых испарительно-конденсаторных систем
(термосифонов);
- совмещения
процессов
теплопередачи
и
повышения параметров утилизируемой теплоты в
теплонасосных установках.
46

47.

Количество теплоты, кВт, которое может быть
сэкономлено с паром вторичного вскипания:
h2
Bв.в. - доля пара вторичного вскипания, образующегося
при снижении давления от р1 до р2
В в.в. = (h1 – h2)/r2
где h1 – энтальпия конденсата высокого давления,
кДж/кг; h2 – энтальпия конденсата после бачкасепаратора, кДж/кг; r2 - удельная теплота
парообразования при давлении р2,кДж/кг. Низкое
давление пара вторичного вскипания (р<0,3 МПа)
ограничивает его использование. Повысить его
давление можно при помощи струйного компрессора,
47
устанавливаемого на конденсатосборник

48.

Для повышения эффективности работы
пароконденсатных систем на ПП необходимо:
1. Изменить технологический процесс и режим
работы оборудования в целях снижения доли
паровой нагрузки ПП.
2. Снизить долю конденсата или полностью
отказаться от его использования в производственных
процессах. Загрязнение конденсата происходит в
теплообменниках контактного типа - скрубберах,
пленочных смешивающих теплообменниках. В этом
случае необходима очистка конденсата, после чего
становится возможным его использование в котлахутилизаторах, требования к качеству питательной
воды которых менее жесткие, по сравнению с
топливоиспользующими энергетическими установка48
ми.

49.

3. Для питания собственных котлов-утилизаторов
использовать не конденсат высокого качества, а
химически
обессоленную
воду
собственного
производства.
4.
Улучшить
условия
эксплуатации
пароконденсатных систем ПП, т.е. правильно
организовать системы транспорта и распределения
пара между потребителями, сбора и возврата
конденсата: дренаж паропроводов, правильный
выбор конденсатоотводчиков, устанавливаемых на
выходе из каждого паропотребляющего аппарата,
устранение утечек пара, очистку конденсата и т.п.
Для крупных ПП в среднем невозвращение
конденсата составляет 2/3 общего расхода пара;
50% конденсата из-за сильного загрязнения
49
углеводородами сливается в канализацию.

50.

2.5. Системы хладоснабжения (СХС)
Теплообменные процессы, проводимые при
температурах ниже температуры окружающей среды,
получили распространение как в теплотехнологии
ПП, так и в системах производства энергоносителей.
К крупным потребителям холода на ПП относятся:
- централизованные источники воздухоснабжения компрессорные станции;
- системы кондиционирования производственных и
административных помещений.
50

51.

В теплотехнических системах холод используется:
- для охлаждения, конденсации и сжижения рабочих
сред;
- разделения, извлечения и очистки углеводородных
продуктов;
- получения особо чистых веществ;
- осаждения солей и кристаллизации;
- отвода теплоты экзотермических реакций и
низкотемпературного термостатирования;
- депарафинизации в производствах моторных
масел и т.п.
На крупных ПП организуются централизованные
системы, источником которых являются холодильные
станции,
вырабатывающие
холод
нескольких
параметров.
Холодопроизводительность
таких
51
станций может достигать 35 МВт.

52.

Требования к СХС:
- непрерывное и бесперебойное обеспечение
потребителей холодом требуемых параметров;
объединение
холодильного
цикла
с
технологическими процессами;
- выбор хладагентов в заданных диапазонах рабочих
температур, поддерживающих высокий уровень
энергетической эффективности источника холода, а
также
безопасность
для
конструкционных
материалов, из которых изготавливаются элементы
оборудования;
- устойчивость технологической системы источника
холода к небольшим случайным или длительным
(сезонным) отклонениям рабочих параметров,
связанным с изменением режима работы одного или
52
нескольких потребителей;

53.

- максимально возможное использование ВЭР
технологических процессов с горячей водой,
имеющей температуру выше 90 °С, газами
температурой до 240 °С и водяным паром низких
параметров в утилизационных абсорбционных
холодильных установках (ХУ);
организация
эффективного
процесса
конденсации хладагента в конденсаторах ХУ, в
том числе и в аппаратах воздушного охлаждения
(АВО), за счет подачи наружного воздуха;
- высокая степень автоматизации холодильных
систем и высокий уровень их техникоэкономических показателей.
53

54.

ХУ для выработки холода одного параметра
размещаются в цехе, где сосредоточены их
потребители.
Холодильная
станция
(ХС)
располагается в отдельном здании и предназначена
для обеспечения холодом одного или нескольких
параметров ряда потребителей на ПП.
Взаимосвязь ХС с потребителями холода
(технологическими цехами) обеспечивается системой
трубопроводов
посредством
циркуляции
промежуточного хладоносителя.
По принципу организации СХС разделяются:
- с непосредственным испарением хладагента в
технологических аппаратах;
- с промежуточным хладоносителем;
- смешанного типа.
54

55.

Рис.
2.9.
Взаимосвязь
холодильных
установок
холодильной станции и потребителей холода в системе с
55
непосредственным испарением

56.

При использовании схемы с непосредственным
испарением для выработки холода расходуется
меньше энергии, т. к. температура испарения здесь
выше,
чем
в
схеме
с
промежуточным
хладоносителем.
Следовательно, в компрессоре требуются меньшие
степень повышения давления и удельная работа
сжатия.
56

57.

Рис. 2.10. Взаимосвязь холодильных установок
холодильной станции и потребителей холода в
системе с промежуточным хладоносителем.
57

58.

В качестве рабочих сред для транспорта холода в
системах с промежуточным хладоносителем (рис.
2.10) используются вода, растворы солей (CaCl2,
NaCl и др.), этиленгликоль и прочие, выбираемые по
температурному уровню холода.
Циркуляция хладоносителя может осуществляться
по схемам закрытого типа и открытого типа с
разрывом струи.
58

59.

Смешанная схема хладоснабжения используется,
если одна часть технологических аппаратов
охлаждается по схеме испарительного охлаждения, а
другая - по схеме с промежуточным хладоносителем.
Связь
источника
холода
и
потребителей
организуется комбинированием систем.
59

60.

2.6. Системы водоснабжения и водоподготовки
Система технического водоснабжения - комплекс
сооружений,
оборудования
и
трубопроводов,
обеспечивающий
забор
природной
воды
из
источника, ее очистку, охлаждение; специальную
очистку, транспортировку и подачу потребителям, и
сооружения,
оборудования
и
установки,
необходимые для приема отработавшей воды и
подготовки ее для повторного использования.
Схемы водоснабжения по принципу организации
различают:
- прямоточные;
- с последовательным использованием воды;
- оборотные;
- каскадные бессточные.
60

61.

От 70% до 85% технической воды используется на
ПП как хладоноситель, охлаждающий различную
продукцию в теплообменниках или защищающий
элементы установок от нагрева. Эта вода в цикле
нагревается, но не загрязняется.
От 5% до 12% технической воды используется в
качестве среды, отмывающей продукцию или сырье
от примесей, или в качестве транспортирующей
среды. Эта вода в цикле использования загрязняется
примесями материалов и сырья и нагревается, если
материалы, с которыми она контактирует, имеют
высокую температуру.
От 10% до 20% технической воды теряется за
счет испарения (при грануляции жидких шлаков и т.
п.) или входит в состав произведенной продукции
61
(пар, сахар, хлеб и т. д.)

62.

В зависимости от изменения качества воды в цикле
ее использования схемы оборотного водоснабжения
подразделяются на:
- чистые
циклы
для
воды,
которая
при
использовании только нагревается;
- грязные
циклы
для
воды,
которая
при
использовании только загрязняется.
62

63.

Очистку от механических примесей природных и
сточных
вод
осуществляют
в
специальных
сооружениях для осветления воды.
В системах технического водоснабжения в качестве 1
ступени осветления используются горизонтальные и
радиальные
отстойники,
гидроциклоны,
крупнозернистые фильтры, очищающие воду от
частиц определенной крупности. При очистки воды от
мелкодисперсной взвеси используются в качестве 2
ступени осветители и фильтры.
Горизонтальные отстойники - железобетонные
прямоугольные бассейны воды. Для выравнивания
потоков в бассейнах через 5-6 м - вертикальные
продольные перегородки. Удаление осадка гидравлическое
или
механическое.
Глубина
63
горизонтального отстойника 1,5 - 3 м.

64.

Радиальные отстойники - круглые бассейны. Вода
через водораспределительный полый дырчатый
цилиндр 4 - 8 м, размещенный в центре, поступает в
бассейн и движется к его периферии и сливается в
щели.
64

65.

2.7. Системы оборотного водоснабжения
Системы оборотного водоснабжения
разделяют на:
- локальные (каждый потребитель охлажденной
воды
связан
с
индивидуальным
водоохлаждающим устройством);
- централизованные (обратная вода собирается
от всех потребителей в единый коллектор и
направляется
в
одну
или
несколько
водоохлаждающих установок);
- групповые (занимают промежуточное положение
между
локальными
и
централизованными
системами).
65

66.

Рис. Централизованная система оборотного водоснабжения:
П1-П6 – потребители охлажденной воды; Г – вентиляторная
градирня; ПК – подающий коллектор; ОК – коллектор обратной
воды; ПН, ОН – насосы подающей и обратной линий 66

67.

Недостатки централизованной системы
оборотного водоснабжения (ЦСОВС):
1. При организации ЦСОВС создается сложная
разветвленная
система
водоводов,
функционирование
которой
обеспечивается
установкой высокопроизводительных насосов с
электродвигателями высокого напряжения и большой
установленной
мощности.
Значительные
гидравлические
потери,
связанные
с
необходимостью транспорта воды на значительные
расстояния
и
распределения
ее
между
многочисленными потребителями.
2. Производительность ЦСОВС в реальных условиях
не регулируется, т.е. при отключении или
подключении ряда потребителей объем воды,
67
циркулирующей в системе, не изменяется.

68.

3. Температура в подающем и обратном коллекторах
для всех потребителей одинакова, поскольку учесть
эксплуатационные и режимные характеристики
обслуживаемых объектов невозможно.
4. При остановке градирни для планового ремонта
или возникновении аварийной ситуации всех
потребителей
необходимо
переводить
на
водопроводную воду или полностью отключать от
ЦСОВС.
5. Высокая вероятность загрязнения оборотной воды
продуктами производства. Замена всей оборотной
воды требует больших экономических затрат, а в
ряде случаев - неосуществима.
6. Для обслуживания ЦСОВС с насосной станцией
нужно содержать специальный штат.
68

69.

На крупных ПП из-за большого расхода
охлаждающей
воды
в
системах
оборотного
водоснабжения в качестве водоохлаждающего
устройства используются градирни башенного и
вентиляторного типов производительностью более
1000 м3/ч. При эксплуатации систем оборотного
водоснабжения с водоохладителями такого типа
возникают
потери
воды,
зависящие
от
технологических условий их функционирования.
69

70.

Объем подпиточной воды Qп, м3/с, определяется из
материального баланса системы:
QП=Qун+QТ+Qпр+Qисп
(2.9)
где Qун – потери воды с капельным уносом в
градирнях
(0,3-0,5%
суммарного
объема
циркулирующей воды), м3/с;
QT – потери воды в технологических процессах (1%
общего объема), м3/с;
Qпр – продувка воды в системе (8-10% суммарного
объема), м3/с;
Qисп – потери воды, испарившейся в градирне (23% объема циркулирующей воды), м3/с.
70

71.

Рис. Водоохладитель эжекционного типа с выносным
сепаратором:
1 – зона контакта; 2 – зона сепарации; 3 – форсунка;
71
4 – закручивающие лопатки

72.

Методы повышения эффективности работы ЦСОВС:
1. Интенсификация процессов охлаждения воды в
градирнях (установке устройств вторичного дробления
капель воды за счет роста поверхности контакта с
воздухом эффективность охлаждения возрастает на 1040%). К методам интенсификации водоохлаждающих
устройств относятся:
- оптимизация систем орошения насадки градирен с
учетом аэродинамических условий контакта;
- увеличение производительности градирни при
сохранении температурного перепада;
- организация подачи дополнительного объема воздуха в
приосевую область градирни.
2. Переход от ЦСОВС к групповому и индивидуальному
водоохлаждению на базе эффективных и компактных
72
устройств, в т.ч. эжекционного типа.

73.

3. Интенсификация теплообменного оборудования,
обеспечивающего отвод теплоты от технологического
продукта. В настоящее время в системах охлаждения и
конденсации ПП применяются в основном поверхностные
теплообменники кожухотрубного, змеевикового и
погружного типов.
4. Снижение нагрузки водоохлаждающих устройств за
счет утилизации ВЭР охлаждаемых продуктов и
конструкционных элементов (замкнутые утилизац.
системы).
5. При низких температурах наружного воздуха в целях
экономии ЭР и уменьшения вредного воздействия на
окружающую среду следует переходить на воздушное
охлаждение. В этот период испарение влаги
сосредоточивается в приземной области, вызывая
73
обмерзание сооружений.

74.

2.8. Системы воздухоснабжения (СВС)
СВС предназначены для централизованного снабжения
сжатым воздухом (СВ) требуемых параметров в
соответствии с расходом и графиком.
СВС включает: компрессорные и воздуходувные станции,
трубопроводный и баллонный транспорт для подачи
сжатого воздуха к потребителям, воздухосборные
устройства - ресиверы и распределители ПП.
СВ на ПП используется по двум основным направлениям:
технологическому и силовому (для привода различных
машин и механизмов).
Компрессорные станции включают: устройства забора
воздуха, очистки от пыли, компрессоры, приводные
двигатели,
теплообменники
охлаждения,
вспомогательное оборудование (для осушки, очистки,
74
изменения давления, аккумуляции воздуха).

75.

Задачи при проектировании (реконструкции) СВС:
- разработка технологической схемы и выбор
оборудования, обеспечивающего ТЭХ СВС, надежность и
бесперебойность ее работы;
- выработка энергоносителя необходимого качества по
влагосодержанию,
чистоте,
теплофизическим
и
расходным параметрам (применяются методы осушки с
оборудованием: осушители, фильтры, теплообменники);
- выдача СВ в соответствии с графиком потребления
энергоносителя регулированием режимных параметров
компрессора и установкой аккумуляторов;
- использование ВЭР компрессорной станции для собств.
потребления и энергоснабжения смежных систем;
- организация экономичных и надежных систем
коммуникаций для минимальных затрат энергии при
75
транспорте энергоносителя до потребителей.

76.

Требования к качеству воздуха у потребителей:
для
силового
пневмооборудования
и
инструментов: требуется воздух давлением 0,6-0,9
МПа с конечным влагосодержанием 0,4-0,6 г/кг, что
соответствует температуре точки росы 4-6 °С;
для
технологических
потребителей
и
пневматических
систем
автоматического
регулирования: требуется воздух давлением 0,3-1,3
МПа с конечным влагосодержанием 0,01-0,04 г/кг, что
соответствует температуре точки росы -40 ... -50 0С.
76

77.

Рис. Схема воздухоснабжения ПП:
К – воздушный турбокомпрессор; 1-7 – потребители
сжатого воздуха
77

78.

78

79.

79

80.

2.9. Системы кондиционирования воздуха (СКВ)
СКВ предназначены для обеспечения и автоматического
поддержания в закрытых помещениях параметров
воздушной среды: температуры, влажности, давления,
чистоты, скорости движения воздуха, газового и ионного
состава. В производственных помещениях производятся
очистка (фильтрация), подогрев, охлаждение, осушка и
увлажнение воздуха.
Комплекс
технических
средств,
осуществляющих
обработку воздуха, транспорт и распределение в
помещениях,
включая
источники
теплои
хладоснабжения,
средства
автоматического
регулирования
и
контроля,
составляет
систему
кондиционирования воздуха (СКВ). Устройство, в котором
производятся обработка и очистка воздуха, называется
80
установкой кондиционирования воздуха (УКВ).

81.

Капитальные затраты на СКВ в крупных ПП - до 20 %
стоимости здания.
Эксплуатационные затраты на СКВ в доле себестоимости
продукции - до 7%.
Классификация СКВ проводится по пяти признакам:
- назначению;
- характеру связи с обслуживаемым помещением;
- способу обеспечения холодом;
- схеме обработки воздуха в УКВ;
- напору, развиваемому вентилятором.
По назначению СКВ подразделяются на:
- комфортные;
- технологические;
- технологически комфортные.
81

82.

Технологические СКВ создают наиболее благоприятную
воздушную среду для технологического процесса без
учета воздействия ее на организм человека.
Комфортные СКВ обеспечивают наиболее благоприятные
условия для труда и отдыха.
Технологически комфортные СКВ создают параметры
воздушной среды для проведения технологического
процесса и комфортные для персонала.
По
режиму
работы
СКВ
подразделяются
на:
круглогодичные и сезонные (летом - охлаждение и осушка
воздуха; зимой – подогрев и увлажнение).
По характеру связи с обслуживающими помещениями
различают: центральные, местные и центрально-местные
СКВ.
По схеме обработки воздуха: прямоточные; с
82
рециркуляцией.

83.

По организации СКВ холодом разделяются на:
Неавтономные
СКВ:
снабжаются
холодом
от
централизованных холодильных станций.
Автономные СКВ: используют встроенные в УКВ источники
холода - местные ХУ.
Испарительные СКВ: используют эффект охлаждения
воздуха за счет испарения воды.
По давлению СКВ могут быть: низкого (1000Па), среднего
(от 1000 до 3000 Па) и высокого (более 3000Па) давлений.
Выбор схемы СКВ зависит от:
- типа обслуживаемого помещения;
- удаленности помещений друг от друга;
- наличия
значительных
тепловых
внутренних
выделений
(особенно
интенсивных
в
энергонасыщенных цехах);
83
- утечек вредных веществ.

84.

Рис. Принципиальная схема центрального кондиционера:
1 – воздухозаборник; 2 – приемная камера; 3 – фильтр; 4 –
смесительная камера; 5 – воздухонагреватель первой ступени; 6 –
оросительная камера; 7 – вентилятор; 8 – воздухонагреватель
второй ступени; 9 – кондиционируемое помещение; 10 – вытяжной
84
вентилятор; 11 – водяной насос

85.

2.10. Системы газоснабжения (СГС)
СГС предназначена для обеспечения потребителей
горючими газами (ГГ) в рамках ПП.
СГС
ПП
комплекс
сооружений,
установок,
трубопроводов, регулирующих, смесительных и др.
устройств для:
1. приема природного газа в газовую сеть из
магистрального
газопровода
и
поддержание
необходимых параметров газа в сетях ПП, распределения
и подачи потребителям;
2. приема в автономную систему газопроводов ПП
искусственных горючих газов, образовавшихся в
технологических циклах, их очистку, приведение
полученных параметров к необходимым потребителю,
смешения с др. гор. газами, транспортировки,
85
распределения потребителям;

86.

3. производства искусственных горючих газов на
газогенераторных станциях (ГГС) ПП, их очистку,
повышение давления и подачу через автономную систему
газопроводов к потребителям.
СГС ПП должна обеспечивать:
- бесперебойную подачу газа к потребителям;
- безопасные условия эксплуатации;
- возможность отключения отдельных элементов для
производства ремонтов и для перевода потребителя на
использование резервного топлива.
86

87.

Структура СГС выбирается в зависимости от группы:
1 группа: предприятия, только потребляющие ГГ;
2 группа: предприятия, которые сами вырабатывают ГГ, но
его количество не покрывает собственные нужды;
3 группа: предприятия, полностью обеспечивающие свои
потребности ГГ собственной выработки;
4 группа: предприятия, у которых выработка
искусственных ГГ превышает собственные нужды.
Одноступенчатая схема - когда всем потребителям
необходим газ с избыт. давл. ниже 0,005 МПа.
Двухступенчатая схема - когда в городской сети поддерж.
ср. давл. (0,005-0,3 МПа) или выс. (0,3-1,2МПа) избыт.
давл., а цехам необходим газ низ. и ср. давл.
Трехступенчатая схема - получение газа от городской сети
высокого давления с обеспечением потребителей газом
87
высокого, среднего и низкого давления.

88.

2.11. Общие и отличительные принципы построения
оптимальных ТЭС ПП
При построении оптимальной ТЭС ПП комплексно
рассматривают следующие факторы:
1. неизбежную неоднозначность исходной информации,
крайне нежелательно ограничиваться только расчетами
по различным средним значениям влияющих факторов
(годовым, сезонным, суточным и часовым);
2. реальные графики потребления различных ЭР
технологическими агрегатами и производствами, и
реальные графики выхода ВЭР, вплоть до часовых, с
учетом режимных характеристик и условий работы
технологических агрегатов;
3. нештатные ситуации, когда, от 10-20 мин. до неск. часов
источники ВЭР прекращают их выдачу; перерывы в
88
потреблении ВЭР крупными потребителями;

89.

4. возможную многовариантность в выборе
направления и способов использования различных
ВЭР, и их параметров;
5. влияние возможных в будущем изменений
технологических циклов на размеры выхода ВЭР;
6. возможную погрешность в расчетах;
7. условность и временность различных цен,
искажающих народнохозяйственную эффективность
того или иного мероприятия;
8. обеспеченность бесперебойного снабжения
основных
потребителей
энергоресурсами
требующихся видов и параметров;
9. минимальное потребление на единицу готовой
продукции топлива и электроэнергии;
89

90.

10. степень и эффективность использования ВЭР, в
частности низкопотенциальных;
11. минимум или отсутствие потерь ЭР из-за
различных дисбалансов и наиболее эффективное
использование имеющихся ЭР;
12. минимум капитальных затрат на ТЭС ПП;
13. минимальное загрязнение окружающей среды;
14. минимум приведенных затрат.
Оптимальное, научно обоснованное построение ТЭС
ПП имеет большое значение для энергетических,
экономических и экологических показателей работы
предприятий.
90