Технологические энергоносители предприятий

 
 
 
 
 
 
А. М. ПАРАМОНОВ 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

УДК 658.26 
ББК 31.76 
П18 
 
 
Рецензенты: 
д. т. н., профессор В. М. Лебедев; 
д. т. н., профессор В. Р. Ведрученко 
 
 
 
 
 
 
 
Парамонов, А. М. 
П18  
Технологические энергоносители предприятий : учебное пособие / 
А. М. Парамонов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 116 с. : 
ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1796-9 
 
Рассматриваются основные положения и теоретические вопросы по системам 
воздухоснабжения, газоснабжения, мазутоснабжения, производственного водоснабжения промышленных предприятий. Даны принципы выбора основного и вспомогательного оборудования. Приведены пути и способы экономии энергетических ресурсов при 
производстве и распределении сжатого воздуха. Изложены вопросы по обеспечению 
промышленных предприятий продуктами разделения воздуха.  
Для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения направлений 
подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 13.03.02 «Электроэнергетика 
и электротехника», 13.03.03 «Энергетическое машиностроение».  
 
УДК 658.26 
ББК 31.76 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1796-9 
” Парамонов А. М., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ  ................................................................................................................. 5 
I. Системы воздухоснабжения промышленных предприятий 
......................... 6 
1. Оборудование систем производства сжатого воздуха  ....................................... 6 
1.1. Общая характеристика систем воздухоснабжения  
.......................................... 6 
1.2. Принципиальная технологическая схема воздушной  
компрессорной станции  
............................................................................................. 7 
1.3. Классификация компрессоров  ........................................................................... 8 
1.4. Компоновка воздушных компрессорных станций  
......................................... 12 
2. Нагрузки на воздушную компрессорную станцию  .......................................... 14 
2.1. Нагрузка на компрессорную станцию  
............................................................. 14 
2.2. Определение нагрузки на компрессорную станцию  ..................................... 15 
2.3. Расчет производительности компрессорной станции  ................................... 18 
2.4. Графики нагрузок на компрессорную станцию  ............................................. 20 
3. Расчет и выбор оборудования воздушной компрессорной станции  
............... 21 
3.1. Выбор воздушных компрессоров  .................................................................... 21 
3.2. Расчет и выбор воздушных фильтров  ............................................................. 23 
3.3. Расчет и выбор концевых воздухоохладителей  ............................................. 29 
3.4. Расчет и выбор влагомаслоотделителей  ......................................................... 35 
3.5. Расчет и выбор воздухосборников  .................................................................. 38 
4. Системы распределения сжатого воздуха  ......................................................... 39 
4.1. Общие сведения  
................................................................................................. 39 
4.2. Воздухораспределительные сети  
..................................................................... 43 
4.3. Расчет воздухопроводов сжатого воздуха  ...................................................... 44 
4.4. Прокладка воздухораспределительных сетей  ................................................ 46 
5. Энергосбережение в системах производства и распределения 
сжатого воздуха  ........................................................................................................ 47 
5.1. Влияние начальных и конечных параметров воздуха  
на производительность и экономичность работы компрессорных станций  
...... 47 
5.2. Регулирование производительности воздушных компрессоров  
и давления сжатого воздуха  .................................................................................... 50 
5.3. Нормирование удельного расхода электрической энергии  
на выработку сжатого воздуха  ................................................................................ 51 
Контрольные вопросы 
............................................................................................... 52 
II. Системы газоснабжения промышленных предприятий 
............................ 55 
1. Газообразное топливо. Характеристики газообразного топлива,  
его классификация  
.................................................................................................... 55 
2. Производство и транспорт природного газа  ..................................................... 56 
3. Газораспределительная станция  ......................................................................... 57 
4. Надежность газоснабжения предприятия  
.......................................................... 59 
5. Газорегулирующие пункты  ................................................................................. 61 
6. Смесительно-повысительные газовые станции  ................................................ 63 
7. Расчет газопровода промышленного предприятия  
........................................... 64 
3 

8. Определение потерь давления в газопроводах .................................................. 65 
9. Техника безопасности в газовом хозяйстве промышленных  
предприятий  .............................................................................................................. 67 
10. Методы определения расчетной потребности в горючем газе 
....................... 69 
11. Защита газопроводов от коррозии  
.................................................................... 70 
Контрольные вопросы  
.............................................................................................. 72 
III. Системы мазутоснабжения промышленных предприятий ..................... 74 
1. Использование мазута на тепловых электрических станциях  
и в котельных ............................................................................................................. 74 
2. Мазутное хозяйство предприятия ....................................................................... 75 
3. Подготовка мазута к сжиганию  .......................................................................... 77 
Контрольные вопросы 
............................................................................................... 79 
IV. Системы производственного водоснабжения ............................................. 80 
1. Водные ресурсы страны и их использование  
.................................................... 80 
2. Водопотребление. Основные категории водопотребления  ............................. 81 
3. Методы определения расчетной потребности в воде на нужды 
технологии  
................................................................................................................. 82 
4. Система водоснабжения. Классификация систем  
водоснабжения  
.......................................................................................................... 85 
5. Схемы и особенности систем водоснабжения промышленных  
предприятий  .............................................................................................................. 87 
6. Основные требования, предъявляемые к водопроводным сетям. 
Виды водопроводных сетей  .................................................................................... 90 
7. Гидравлический расчет водопроводных сетей. Выбор насосов  
...................... 91 
8. Требования, предъявляемые к технической воде объектами  
водоснабжения  
.......................................................................................................... 94 
9. Элементы систем производственного водоснабжения  .................................... 94 
10. Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения  
.................... 96 
Контрольные вопросы 
............................................................................................. 101 
V. Производство кислорода и азота  
.................................................................. 103 
1. Роль кислорода в интенсификации технологических процессов  
промышленного производства  
.............................................................................. 103 
2. Методы ожижения воздуха для получения кислорода и азота  ..................... 104 
3. Промышленное получение кислорода и азота при давлении p < pкр  
............ 106 
4. Техника безопасности в кислородном хозяйстве  ........................................... 109 
Контрольные вопросы 
............................................................................................. 110 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ  .....................................................................................................  111 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК  
................................................................... 112 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Основной задачей специалиста в его производственной деятельности является проведение на промышленных предприятиях страны политики максимального энергосбережения. Энергосбережение обеспечивается изучением 
оборудования и технологий производства энергоносителей и их распределения на предприятии. 
К энергоносителям относятся вещества, обладающие определенным количеством энергии, которая может быть полезно использована потребителями 
(топливо, сжатый воздух, тепловая энергия пара и горячей воды и др.). 
 Расширенное производство промышленной продукции на базе передовой 
теплотехнологии требует вовлечения в технологический цикл целого ряда 
энергоносителей, обеспечивающих температурный уровень процесса и оптимальные условия, которые создают предпосылки получения качественной 
продукции. 
Задачей специалистов энергетических служб предприятий является рациональное использование топливно-энергетических ресурсов. Это обусловлено энергетической политикой государства и изменениями в структуре топливного баланса страны, вовлечением различными производственными теплотехнологиями вторичных энергетических ресурсов. Эффективное использование топлива и других энергоносителей имеет большое значение, так как в значительной степени влияет на долю энергетической составляющей в себестоимости выпускаемой промышленным предприятием продукции.  
В учебном пособии рассмотрены также вопросы снабжения производственных технологий водой и сжатым воздухом. Задача повышения эффективности производства сжатого воздуха и рационального его распределения между различными потребителями предприятия в настоящее время является актуальной. 
Учебное пособие состоит из пяти разделов, в которых рассмотрены вопросы, относящиеся к производству энергоносителей промышленного предприятия и их распределению между отдельными потребителями. 
Материал книги построен таким образом, что позволяет осуществить самостоятельное изучение курса.  
5 

I. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ 
ПРЕДПРИЯТИЙ 
 
1. Оборудование систем производства сжатого воздуха 
 
1.1. Общая характеристика систем воздухоснабжения  
 
Производственные процессы предприятий обеспечиваются различными 
энергоносителями (топливо, электрическая энергия, пар, вода, продукты разделения воздуха и др.). Требования производственных технологий, существующая система энергоснабжения предприятий, экономические соображения обуславливают выбор рациональных энергоносителей. На современных промышленных предприятиях большое применение получил сжатый воздух. Его использование способствовало интенсификации производственных процессов и 
их механизации, внедрению различных систем контроля и автоматизации.  
Сжатый воздух обладает отличительными от других энергоносителей 
свойствами: способностью к быстрому изменению объема, безвредностью, пожаробезопасностью и взрывобезопасностью, большой скоростью передачи давления, прозрачностью, доступностью и широким распространением в природе. 
Но сжатый воздух на современных промышленных предприятиях имеет большую стоимость, так как на его производство расходуется большое количество 
энергии. Так, на некоторых предприятиях расход электрической энергии на 
производство сжатого воздуха составляет до 30 % от общего ее расхода на 
предприятии. 
На предприятиях для надежной и эффективной работы технологий и производственного оборудования (пневмоприемников) сооружаются системы воздухоснабжения. Системы воздухоснабжения предприятия состоит из двух подсистем: компрессорные станции (система производства сжатого воздуха) и система распределения сжатого воздуха. На компрессорных станциях устанавливается оборудование, обеспечивающее эффективную выработку сжатого воздуха: воздушные компрессоры, устройства для обеспечения их надежной работы 
и качества воздуха: воздушные фильтры, воздухоохладители, водомаслоотделители, воздухосборники, внутристанционные сети различных трубопроводов, 
устройства и оборудование электрического и масляного хозяйства, насосы локальной системы оборотного водоснабжения и другое оборудование. Системы 
распределения сжатого воздуха включают в себя межцеховые и внутрицеховые 
воздухораспределительные сети, воздухосборники, распределительно-пони- 
жающие устройства у потребителей сжатого воздуха (пневмоприемников). Сооружение этих систем требует больших финансовых затрат на здания и оборудование. 
 Повышение экономичности работы вышеуказанных систем обеспечивается уменьшением расхода энергоносителей при производстве сжатого воздуха, 
увеличением степени использования компрессоров, снижением потерь сжатого 
воздуха при его выработке и доставке пневмоприемникам, экономичным расходованием воздуха пневмоприемниками и другими мероприятиями. 
6 

Воздушные компрессоры имеют основные характеристики: производительность (подача) и степень повышения давления сжатого воздуха. Производительность компрессора V определяется по выражению: 
т
V
V
O
 
, 
(1.1) 
где Ȝ – коэффициент подачи. Он учитывает уменьшение производительности 
реального компрессора по сравнению с идеальным компрессором;  
Vт – теоретическая производительность компрессора. 
Коэффициент подачи Ȝ определяется: 
н
w
t
p
v
K
K
K
K
K
O
˜
˜
˜
˜
 
, 
(1.2) 
где Șv – коэффициент, показывающий уменьшение производительности компрессора вследствие наличия вредного пространства (с ростом конечного давления p2 Șv снижается);  
Șp – коэффициент, показывающий уменьшение производительности компрессора по причине уменьшения давления воздуха во всасывающем патрубке компрессора; 
Șt – коэффициент, показывающий уменьшение производительности компрессора по причине повышения температуры воздуха, поступающего в компрессор; 
Șw – коэффициент, показывающий уменьшение производительности компрессора по причине увеличения влажности воздуха; 
Șн – коэффициент, показывающий изменение производительности компрессора 
из-за наличия потерь воздуха. 
Степень повышения давления сжатого воздуха İ определяется как отношение давления на выходе из компрессора p2 к давлению в его всасывающем патрубке p1:  
2
p
p
 
H
. 
(1.3) 
1
  
1.2. Принципиальная технологическая схема  
воздушной компрессорной станции 
 
Воздушная компрессорная станция состоит из основного и вспомогательного оборудования (рис. 1.1).  
К основному оборудованию относятся компрессоры и приводные машины, к которым, в свою очередь – электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, газо- и паротурбинные установки.  
Вспомогательное оборудование предназначено для повышения эффективности работы компрессорной станции, снижения стоимости производства сжатого воздуха, для обеспечения надежной и длительной работы основного оборудования, увеличения срока службы компрессоров, для подачи пневмоприемникам 
сжатого воздуха заданного давления, требуемой температуры и качества.  
7 

 
 
Рис. 1.1. Принципиальная схема компрессорной станции:  
1 – воздухозаборник; 2 – воздушный фильтр; 3 – компрессор; 4 – промежуточный  
воздухоохладитель; 5 – концевой воздухоохладитель; 6 – водомаслоотделитель;  
7 – обратный клапан; 8 – воздухосборник; 
 9 – магистральный нагнетательный воздухопровод 
 
Вспомогательным оборудованием являются: устройства для обеспечения 
требуемого качества всасываемого в компрессор воздуха (воздушные фильтры); для охлаждения нагнетаемого воздуха (воздухоохладители); для удаления 
из сжатого воздуха масла и воды (влагомаслодоотделители, осушительные установки); для наполнения воздуха в баллоны (наполнительные рампы); воздухосборники для выравнивания давления воздуха в пневмосети (ресиверы), воздухохранительные емкости (баллоны), буферные емкости.  
Воздух поступает в компрессор из атмосферы через воздушный фильтр 
по всасывающему трубопроводу. Приводом компрессора является электрический двигатель. Если их валы имеют одинаковую частоту вращения, то они соединяются между собой через муфту. В случае, когда число оборотов вала компрессора и вала электродвигателя отличаются друг от друга, то они соединяются между собой через редуктор. В ряде случаев вал компрессора приводится в 
действие посредством ременной передачи. 
Для повышения надежности и эффективности работы компрессора, обеспечения необходимого качества сжатого воздуха он охлаждается в промежуточном и концевом воздухоохладителях. 
 
1.3. Классификация компрессоров 
 
Компрессором называют машину, предназначенную для сжатия и создания условий для транспортирования газов к пневмоприемникам. 
В промышленности используются компрессоры различных конструкций 
и видов. Они классифицируются по основным признакам. 
8 

По принципу действия: различают объемные и лопастные компрессоры  
(рис. 1.2). 
В объемном компрессоре процесс сжатия газа осуществляется в рабочих 
камерах, изменяющих свой объем циклично, то есть когда они периодически 
сообщаются с входным и выходным патрубками компрессора. Объемные компрессоры подразделяются на поршневые и роторные (по конструкции рабочих 
органов и принципу изменения объема рабочих камер). 
Поршневые компрессоры в свою очередь разделяются на одностороннего 
или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, с применением масляной смазки и без применении смазки. 
 
 
 
Рис. 1.2. Классификация компрессорных машин:  
1 – ротационно-пластинчатые; 2 – жидкостно-кольцевые; 3 – винтовые однороторные;  
4 – винтовые двухроторные; 5 – типа Рутс; 6 – бескрейцкопфные; 7 – крейцкопфные; 
 8 – мембранные 
 
В поршневых компрессорах повышение давления газа достигается в результате возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре компрессора. 
К роторным компрессорам относятся: винтовые, ротационно-пластин- 
чатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин 
(рис. 1.3). 
В свободно-поршневом компрессоре передача движения от двигателя к 
сжимаемому элементу осуществляется без механизма передачи движения.  
В мембранном компрессоре уменьшение объема газа осуществляется перемещением сжимающего элемента – ротора, совершающего вращательное или качательное движение. 
 
9 

 
 
Рис. 1.3. Винтовой компрессор:  
1 – всасывающий патрубок; 2 – ведомый ротор;  
3 – ведущий ротор; 4 – подшипник качения ведущего ротора; 5 – упорный подшипник;  
6 – шестерни, синхронизирующие движение винтов; 7 – уплотнения вала;  
8 – цилиндр и нагнетательный патрубок 
 
В лопастном компрессоре повышение давления газа достигается в результате динамического воздействия его потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. В лопастных компрессорах нет изменения (пульсации) давления сжимаемого газа. Они разделяются на центробежные (радиальные), (диагональные), осевые, диагональные (радиально-осевые) (рис. 1.4). 
В центробежном компрессоре поток движется в основном от центра к периферии. В осевом компрессоре поток газа движется вдоль оси ротора. 
По назначению: компрессоры классифицируются: по отрасли производства, в которой они применяются (химические, энергетические, общего назначения и т. д.); по виду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, 
азотный, гелиевый и т. д.); по целевому назначению (пускового воздуха, тормозные и т. д.). 
 
 
      а                           б                             в  
 
Рис. 1.4. Схемы лопастных компрессоров:         
а – центробежный; б – диагональный; в – осевой 
10