«УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой энергетики _Ю.В. Мясоедов _2012 г. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ для специальности 140106.65 – Энергообеспечение предприятий Составитель: ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Амурский государственный университет»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой энергетики

_Ю.В. Мясоедов «_»2012 г.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЙ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

для специальности 140106.65 – «Энергообеспечение предприятий»

Составитель: А.Н. Кудряшов, канд. техн. наук, доцент Благовещенск 2012 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Амурский государственный университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе В.В. Проказин «» _ 20_г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Технологические энергосистемы предприятий по специальности: 140106.65 – Энергообеспечение предприятий Квалификация выпускника - инженер Курс 5 Семестр Лекции Экзамен – 9 семестр 42 (час.) Практические занятия 14 (час.) Самостоятельная работа 53 (час.) Общая трудоемкость дисциплины 109 (час.) Составитель А.Н. Козлов, доцент, канд. тех. наук Факультет энергетический Кафедра энергетики Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста 140100 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры энергетики «_29_»июня 2012г., протокол № Заведующий кафедрой_ Ю.В. Мясоедов Рабочая программа одобрена на заседании учебно-методического совета по направлению подготовки 140100 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА «_29_»июня 2012г., протокол № Председатель Ю.В. Мясоедов Рабочая программа переутверждена на заседании кафедры от _протокол № _ «_»_ 20г., протокол № _ Заведующий кафедрой_

СОГЛАСОВАНО СОГЛАСОВАНО

Начальник учебно-методического Председатель учебно-методического _

СОГЛАСОВАНО СОГЛАСОВАНО

Заведующий выпускающей кафедрой Директор научной библиотеки _ Ю.В. Мясоедов _Л.А. Проказина

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель дисциплины - изучить общие принципы, структуру и функционирование систем производства и распределения технологических энергоносителей предприятий; овладеть знаниями и навыками расчета и выбора основного и вспомогательного оборудования систем производства и распределения технологических энергоносителей предприятий; способствовать расширению кругозора, проявлению самостоятельности при выполнении расчетов и технико-экономического обоснования принятых технических решений.

Основные задачи дисциплины – приобретение студентами знаний об основных элементах систем производства и распределения технологических энергоносителей (станции и установки по производству сжатого воздуха, холода, продуктов разделения воздуха; системы водо- и топливоснабжения); приобретение навыков пользования методическими нормативными материалами, технической и технологической документацией, современными информационными средствами и технологиями, а также навыков подбора и расчета стандартного основного и вспомогательного оборудования, расчета потребности в технологических энергоносителях, тепловых и материальных балансов установок и элементов систем производства и распределения технологических энергоносителей.

Базовыми для данной дисциплины являются курсы «Теоретические основы теплотехники», «Гидрогазодинамика», «Прикладная механика», «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях».

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО:

Дисциплина «Технологические энергосистемы предприятий» является для специальности 140106.65 специальной дисциплиной и предусмотрена Государственным образовательным стандартом в разделе СД под шифром СД.Ф.4.

Изложение содержания дисциплины базируется на математической и общей электро- и теплотехнической подготовке и знаниях, полученных при изучении дисциплин:

«Теоретические основы теплотехники. Термодинамика»: основные законы и термодинамические процессы идеальных и реальных газов; I, II законы термодинамики; таблицы, h,sи p,v- диаграммы водяного пара; истечение и процесс дросселирования газов и паров; циклы паротурбинных установок.

«Тепломассообменое оборудование предприятий»: способы передачи теплоты: теплопроводность, конвективный теплообмен, теплообмен при изменении агрегатного состояния, теплообмен излучением, теплопередача; теплообменные аппараты, виды и порядок теплового расчета.

«Гидрогазодинамика»: физические свойства жидкостей, режимы движения жидкости, потери напора, особенности двухкомпонентных и двухфазных течений.

«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях».

В свою очередь знания и умения, полученные в курсе, являются необходимыми для выполнения дипломных проектов и работ.

2.1 Содержание дисциплины СД.Ф.4 «Технологические энергосистемы предприятий» согласно ГОС ВПО:

системы производства и распределения энергоносителей на промышленных предприятиях; характеристика энергоносителей; масштабы их производства и потребления; методика определения потребности в энергоносителях; система воздухоснабжения: назначение, схема;

классификация потребителей сжатого воздуха; определение расчетной нагрузки для проектирования компрессорной станции (КС); выбор типа и количества компрессоров КС; расчет технологических схем КС; система технического водоснабжения: назначение, классификация, схемы; состав оборудования; методика определения потребности в воде на технологические и противопожарные нужды предприятия; требования к качеству и параметрам технической воды; прямоточные, оборотные и бессточные системы технического водоснабжения;

расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования системы газоснабжения: назначение, схемы, классификация; состав оборудования; газовый баланс предприятия; определение расчетной потребности в газе; природные, искусственные и отходящие горючие газы;

проблемы очистки, аккумулирование, использование избыточного давления; системы обеспечения искусственными горючими газами: области использования; способы получения;

технико-экономические показатели; проблемы защиты окружающей среды; системы холодоснабжения: назначение, схемы, классификация; методика определения потребности в холоде;

технологические схемы холодильных станций их выбор и расчет; системы обеспечения предприятий продуктами разделения воздуха: назначение, схемы, классификация; характеристика потребителей технического и технологического кислорода, азота, аргона и других продуктов разделения; графики и режимы потребления; методы расчета технологических схем станций разделения и их оборудования.

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

- назначение, принцип действия и основные конструкции оборудования систем производства и распределения технологических энергоносителей предприятий;

- схемы станций и установок производства и распределения технологических энергоносителей предприятий;

- физические и физико-химические процессы, протекающие в аппаратах и установках;

- способы совершенствования и анализа схем производства технологических энергоносителей.

- пользоваться методическими нормативными материалами, технической и справочной литературой, современными техническими средствами и информационными технологиями;

- рассчитывать потребность в технологических энергоносителях, тепловые и материальные балансы установок и элементов систем производства и распределения технологических энергоносителей предприятий;

- анализировать схемы производства и распределения технологических энергоносителей предприятий;

- определять эффективность работы оборудования;

- применять методы рационального (энергосберегающего) энергопотребления с учетом требований надежности и экологической безопасности оборудования.

- проведения расчетов по типовым методикам и проектирования отдельных деталей и узлов с использованием стандартных средств автоматизации проектирования;

- организации рабочих мест, их технического оснащения, размещения технологического оборудования в соответствии с технологией производства;

- соблюдения норм техники безопасности и производственной санитарии, пожарной безопасности и охраны труда;

- проведения предварительного технико-экономического обоснования проектных решений по стандартным методикам.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЙ»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 109 часов.

характеристика энергоносителей 1.2 Системы топливоснабжения. Твердое топливо 1.3 Системы топливоснабжения. Жидкое топливо 1.4 Системы топливоснабжения. Газообразное топливо 1.5 Техника безопасности в топливном хозяйстве 2.2 Системы технического водоснабжения 3.1 Характеристика потребиОтчеты по вытелей сжатого воздуха детандеров 1.1 Способы получения холоОтчеты по выда и классификация холополнению пракдильных установок 1.2 Выбор и расчет компрессора 1.2 Свойства газовых смесей и характеристика методов их разделения

5. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1 «Энергоносители и системы топливоснабжения»

Тема 1. Виды, классификация и характеристика энергоносителей. Системы производства и распределения энергоносителей на промышленных предприятиях. Характеристика энергоносителей. Масштабы их производства и потребления. Методика определения потребности в энергоносителях. Графики нагрузок по энергоносителям.

Тема 2. Системы топливоснабжения. Твердое топливо. Направления, масштабы и перспективы использования органического топлива. Топливно-энергетический баланс предприятия. Стоимость топлива. Твердое топливо. Потребители твердого топлива; их требования к марке и качеству топлива; определение часовой и суточной потребности в топливе. Способы доставки твердого топлива. Методы организации и механизации разгрузки топлива. Необходимое оборудование; его конструкции; режимы работы. Хранение и сортировка топлива.

Способы подачи топлива потребителям, их аппаратурное и конструктивное оформление.

Тема 3. Системы топливоснабжения. Жидкое топливо. Потребители мазута. Характеристика мазута. Особенности работы на мазуте. Определение потребности в мазуте. Мазутное хозяйство. Установки для разгрузки мазутных цистерн и танкеров. Подогреватели мазута.

Мазутохранилища.

Тема 4. Системы топливоснабжения. Газообразное топливо. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования системы газоснабжения: назначение, схемы, классификация. Состав оборудования. Газовый баланс предприятия. Определение расчетной потребности в газе. Характеристика природных, искусственных и отходящих горючих газов, используемых в качестве технологического сырья и энергоносителя. Производство и транспорт газа. Проблемы очистки, аккумулирование, использование избыточного давления. Системы обеспечения искусственными горючими газами: области использования. Способы получения; технико-экономические показатели. Промысловый и магистральный газопроводы. Газораспределительная станция и газораспределительные пункты. Определение расчетной потребности в газе; графики определения и методы покрытия пиков нагрузки. Общие принципы и порядок расчета разветвленных газопроводов; гидравлический расчет газовых сетей.

Тема 5. Техника безопасности в топливном хозяйстве. Токсичность и взрываемость, утечка горючих газов; испытание газовых сетей на прочность и герметичность. Охрана труда при эксплуатации и ремонтных работах. Защита газопроводов от коррозии. Проблемы защиты окружающей среды. Мероприятия по защите окружающей среды в системах топливоснабжения.

Раздел 2 «Системы технического водоснабжения»

Тема 6. Требования к качеству и параметрам технической воды. Характеристика потребителей технической воды и основные направления ее использования. Требования к качеству и параметрам технической воды. Связь технического водоснабжения промпредприятий с экологическими и социальными проблемами в масштабах региона, города, республики. Методика определения потребности в воде на технологические, противопожарные, хозяйственные и питьевые нужды предприятия.

Тема 7. Системы технического водоснабжения. Назначение, классификация, схемы, состав оборудования. Прямоточные системы технического водоснабжения. Оборотные и бессточные системы водоснабжения как средство снижения энергозатрат на водопотребление и уменьшение загрязнения окружающей среды. Определение расчетных расходов и давлений для проектирования основных установок и сооружений в прямоточных и оборотных системах водоснабжения. Особенности системы водоснабжения ТЭС.

Раздел 3 «Системы воздухоснабжения»

Тема 8. Характеристика потребителей сжатого воздуха. Состав и свойства атмосферного и сжатого воздуха. Система воздухоснабжения: назначение, схема. Классификация потребителей сжатого воздуха на предприятиях различных отраслей промышленности. Требования к качеству (содержание влаги, пыли, температура) и надежности подачи технологического и силового воздуха. Осушка и очистка воздуха. Определение расчетной нагрузки для проектирования компрессорной станции (КС). Методы определения нагрузок на компрессорную станцию.

Тема 9. Выбор компрессоров и детандеров. Типы компрессорных станций; типовые принципиальные и технологические схемы вспомогательного оборудования. Классификация компрессоров; область применения компрессоров статического (объемного) и динамического сжатия. Теоретический и действительный рабочий процесс поршневого компрессора. Показатели работы поршневых и центробежных компрессоров. Выбор типа и количества компрессоров КС. Расчет технологических схем КС. Регулирование производительности. Работа компрессора на присоединенную сеть. Сети сжатого воздуха. Правила техники безопасности и эксплуатации компрессорных станций.

Раздел 4 «Системы холодоснабжения»

Тема 10. Способы получения холода и классификация холодильных установок. Применение искусственного холода в промышленности. Системы холодоснабжения: назначение, схемы, классификация. Способы получения холода и классификация холодильных установок. Методика определения потребности в холоде. Холодильные агенты и хладоносители.

Действительный цикл паровой компрессионной холодильной установки. Сложные циклы: 2х ступенчатое сжатие с двойным регулированием полным и неполным промежуточным охлаждением; 2-х ступенчатое сжатие (промежуточный сосуд); 3-х ступенчатый и каскадный циклы.

Тема 11. Выбор и расчет компрессора. Технологические схемы холодильных станций их выбор и расчет. Классификация компрессоров холодильных установок. Понятие эксергии.

Тепловой и эксергетический баланс холодильных станций и установок. Абсорбционная и пароэжекторная холодильные установки, принцип действия, тепловой баланс. Оценка возможностей утилизации ВЭР для получения холода. Выбор и тепловой расчет теплообменных аппаратов холодильных установок. Технико-экономические показатели систем производства холода. Перспективы совершенствования систем холодоснабжения.

Раздел 5 «Системы обеспечения предприятий продуктами разделения воздуха»

Тема 12 Характеристика промышленных потребителей. Назначение, схема, классификация систем обеспечения предприятий продуктами разделения воздуха. Характеристика промышленных потребителей технического и технологического кислорода, азота, аргона и других продуктов разделения воздуха. Графики и режимы потребления. Идеальные процессы ожижения и замораживания газов. Дифференциальный эффект дросселирования (дроссельэффект Джоуля-Томпсона).

Тема 13. Свойства газовых смесей и характеристика методов их разделения. Квазициклы ожижения воздуха Линде, Гейландта, Капицы. Методы расчета технологических схем станций разделения и их оборудования. Выбор компрессоров и детандеров. Свойства газовых смесей и характеристика методов их разделения, характеристика продуктов разделения воздуха. Низкотемпературная ректификация, принципиальные схемы ректификационных колонн. Техническая характеристика воздухоразделительных установок, особенности расчета регенеративных и рекуперативных теплообменников, низкотемпературная тепловая изоляция.

5.2 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ На практических занятиях закрепляются теоретические знания студентов, полученные на лекциях.

В рамках часов отведенных эти занятия, могут быть выполнены следующие практические работы:

1. Определение показателей работы компрессоров (решение задач).

2. Тепловой расчет промежуточного холодильника компрессора.

3. Методика расчета парокомпрессионной холодильной установки.

4. Эксергетический баланс холодильных установок.

5. Выбор и расчет компрессора.

6. Графический способ определения температурного напора.

7. Расчет квазициклов Линде, Клода, Гейландта, Капицы.

6. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ

Самостоятельная работа предусматривает подготовку студентов к лекционным и практическим занятиям.

№ раздела (темы) дисциплины системы топливоснабжения»

ского водоснабжения»

снабжения»

снабжения»

ния предприятий продуктами разделения воздуха»

7. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Наилучшей гарантией глубокого и прочного усвоения дисциплины «Технологические энергосистемы предприятий» является заинтересованность студентов в приобретении знаний. Поэтому для поддержания интереса студентов к материалу дисциплины необходимо использовать различные образовательные технологии и задействовать все атрибуты процесса научного познания.

При преподавании дисциплины «Технологические энергосистемы предприятий» используется технология блочного обучения.

При чтении лекций по данной дисциплине используется такой неимитационный метод активного обучения, как «Проблемная лекция». Перед изучением раздела обозначается проблема, на решение которой будет направлен весь последующий материал раздела.

При выполнении практических работ используется прием интерактивного обучения «Кейс-метод»: задание студентам для подготовки к выполнению практической работы имитирует реальное событие; с преподавателем обсуждаются цели работы и ход ее выполнения;

при защите работы - обсуждение и анализ полученных результатов; обсуждение теоретических положений, справедливость которых была установлена в процессе выполнения практической работы.

8. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

В процессе изучения дисциплины «Технологические энергосистемы предприятий»

предусмотрены следующие виды промежуточного контроля знаний студентов:

Входной контроль по дисциплине – тестирование.

К промежуточным формам контроля знаний относятся выполнение и защита отчетов по практическим занятиям и рефератов.

8.1. Подготовка рефератов по темам на самостоятельное изучение:

Проблемы защиты окружающей среды в системах топливоснабжения.

Снижение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения.

Обработка воды в системах производственного водоснабжения.

Производство и потребление сжатого воздуха на промышленных предприятиях.

8.2 Вопросы к экзамену.

Системы производства и распределения энергоносителей на промышленных предприятиях.

Характеристика энергоносителей. Масштабы их производства и потребления.

Методика определения потребности в энергоносителях.

Система воздухоснабжения: назначение, схема.

Классификация потребителей сжатого воздуха на предприятиях различных отраслей промышленности.

Определение расчетной нагрузки для проектирования компрессорной станции Выбор типа и количества компрессоров КС.

Расчет технологических схем КС.

Теоретический и действительный рабочие процессы поршневого компрессора.

Критерии выбора компрессора и детандера.

Типовая схема компрессорной станции с компрессорами объемного сжатия.

Типовая схема компрессорной станции с компрессорами динамического сжатия.

Работа компрессора на присоединенную сеть.

Характеристика компрессора и сети.

Способы регулирования производительности компрессоров объемного сжатия.

Способы регулирования производительности компрессоров динамического сжатия.

Т-S диаграмма воздуха. Адиабатический, изотермический и политропный процессы сжатия и их практическое осуществление.

Принцип действия аппаратов очистки и осушки воздуха.

Система технического водоснабжения: назначение, классификация, схемы.

Состав оборудования; методика определения потребности в воде на технологические и противопожарные нужды предприятия.

Требования к качеству и параметрам технической воды. Прямоточные, оборотные и бессточные системы технического водоснабжения.

Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования системы газоснабжения: назначение, схемы, классификация.

24. Состав оборудования. Газовый баланс предприятия. Определение расчетной потребности в газе.

25. Природные, искусственные и отходящие горючие газы.

26. Проблемы очистки, аккумулирование, использование избыточного давления.

27. Системы обеспечения искусственными горючими газами: области использования.

28. Способы получения. Технико-экономические показатели. Проблемы защиты окружающей среды;

29. Системы холодоснабжения: назначение, схемы, классификация.

30. Методика определения потребности в холоде.

31. Технологические схемы холодильных станций их выбор и расчет. Требования, предъявляемые к холодильным агентам и хладоносителям.

32. Теоретический цикл парокомпрессионной холодильной установки в Т-S и Р-Н диаграммах.

33. Действительный цикл парокомпрессионной холодильной установки в Т-S и Р-Н диаграммах.

34. Схемы и циклы в Т-S диаграмме 2-х ступенчатых холодильных установок с неполным и полным промежуточным охлаждением, с теплообменником.

35. Схемы и Т-S диаграмма 3-х ступенчатого и каскадного циклов.

36. Схема и принцип действия абсорбционной холодильной установки.

37. Схема и принцип действия пароэжекторной холодильной установки.

38. Энергетическое сравнение парокомпрессионной и абсорбционной холодильных установок.

39. Методика расчета парокомпрессионной холодильной установки.

40. Методика расчета абсорбционной холодильной установки.

41. Понятия эксергия, коэффициент работоспособности теплоты.

42. Физический смысл и определение коэффициентов трансформации теплоты, холодильного и теплового.

43. Тепловой баланс парокомпрессионной холодильной установки.

44. Тепловой баланс абсорбционной холодильной установки.

45. Т-S и Р-Н диаграммы холодильных агентов.

46. Идеальные процессы ожижения и замораживания газов.

47. Дроссель-эффект Джоуля-Томпсона.

48. Схемы и квазициклы ожижения воздуха высокого давления.

49. Схемы и квазициклы ожижения воздуха среднего давления.

50. Схемы и квазициклы ожижения воздуха низкого давления.

51. Использование в квазициклах ожижения детандеров.

52. Факторы, способствующие повышению доли ожиженного воздуха и КПД квазициклов.

53. Свойства газовых смесей и характеристика методов их разделения.

54. Низкотемпературная ректификация.

55. Одно- и двухкратная ректификация.

56. Принцип действия ректификационной колонны.

57. Особенности расчета рекуперативных теплообменников воздухоразделительных установок.

58. Графическое определение температурного напора.

59. Конструкции регенеративных теплообменников воздухоразделительных установок.

60. Конструкции рекуперативных теплообменников воздухоразделительных установок.

61. Системы обеспечения предприятий продуктами разделения воздуха: назначение, схемы, классификация.

62. Характеристика продуктов разделения воздуха.

63. Характеристика потребителей технического и технологического кислорода, азота, аргона и других продуктов разделения. Графики и режимы потребления.

64. Методы расчета технологических схем станций разделения и их оборудования.

65. Низкотемпературная тепловая изоляция.

66. Расчет низкотемпературной изоляции.

67. Выбор и расчет компрессоров холодильных установок.

68. Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в холодильных

9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЙ»

а) основная литература:

1. Теплогенерирующие установки [Текст] : учеб. / Г. Н. Делягин [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : БАСТЕТ, 2009, 2010. - 624 с.

2. Тихомиров, Константин Васильевич. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция [Текст] : учеб. / К. В. Тихомиров, Э. С. Сергеенко. - 5-е изд., репр. - М. : БАСТЕТ, 2009. - 480 с. : рис., табл. - Библиогр. : с. 472.

3. Карелин, Владимир Яковлевич. Насосы и насосные станции [Текст] : учеб. / В. Я.

Карелин, А. В. Минаев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : БАСТЕТ, 2010. - 447 с.

б) дополнительная литература:

Теплотехника [Текст] : учеб.: рек. Мин. обр. РФ / под ред. В.Н. Луканина. - 5-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2006. - 671 с.

Черняк, Виктор Захарович. Жилищно-коммунальное хозяйство: развитие, управление, экономика [Текст] : учеб. пособие: рек. УМО / В. З. Черняк. - М. : КноРус, 2007.

- 392 с.

Назмеев, Юрий Гаязович. Теплообменные аппараты ТЭС [Текст] : учеб. пособие: рек. Мин. обр. РФ / Ю. Г. Назмеев, В. М. Лавыгин. - 3-е изд., стер. - М. : Изд-во Моск.

энергет. ин-та, 2005. - 260 с.

Немцев, Зенон Филимонович. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение [Текст] : учеб. пособие: доп. Мин. высш. и сред. спец. обр. СССР / З. Ф. Немцев, Г. В.

Арсеньев. - М. : Энергоиздат, 1982. - 400 с.

Очистка питьевой и технической воды: примеры и расчеты [Текст] : учеб. пособие / В. Ф. Кожинов. - 4-е изд., репр. - М. : БАСТЕТ, 2008. - 304 с.

Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок [Текст] : обязательны для всех потребителей электроэнергии независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности / М-во энергетики РФ. - Введ. с 1 октября 2003 г. - М. : НЦ ЭНАС, 2004. - 206 с.

Черняк В.З. Жилищно-коммунальное хозяйство: развитие, управление, экономика : электрон. учеб. / В. З. Черняк. - М. : КноРус, 2009. - 1эл. опт. диск (CD-ROM).

Цуранов, Олег Алексеевич. Холодильная техника и технология [Текст] : учеб.:

рек. УМО / О. А. Цуранов, А. Г. Крысин. - СПб. : Питер, 2004. - 447 с.

в) периодические издания:

«Промышленная энергетика».

5. «Электротехника».

8. «Electrical Power and Energy Systems».

9. «IEEE Transactions. Power systems».

«Вестник Московского энергетического института».

«Известия вузов. Электромеханика».

«Вестник Амурского государственного университета».

20. «Теплоэнергетика»

21. «Энергосбережение»

г) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

№ Наименование ресурса Краткая характеристика 1 http://www.iqlib.ru/

10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЙ»

п/п бораторий, ауд.

Лаборатория Гид- процессов в газах рогазодинамики 2 205(6) Лаборатория теп- оборудования лотехники Пристройка к вы- рудование соковольтной лаборатории

2. КРАТКИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

1. СИСТЕМЫ ТОПЛИВОСНАБЖЕНИЯ

Все энергетические процессы на промышленных предприятиях могут быть разделены на силовые, тепловые, электрохимические и электрофизические, освещение и передача информации (табл. 1.1).

Силовые – процессы, на которые расходуется механическая энергия, необходимая для привода стационарных и мобильных рабочих машин (привод насосов, компрессоров, вентиляторов, транспортного оборудования и др.).

Тепловые – процессы, расходующие теплоту различных потенциалов. Условно разделяются на высоко-, средне- и низкотемпературные и криогенные.

Высокотемпературные процессы осуществляются при температурах выше 773К (500С): процессы производства стали, ферросплавов, стекла, цемента;

выплавка чугуна, никеля; термообработка; нагрев под прокатку, ковку, штамповку; плавление металлов и др.

Среднетемпературные процессы осуществляются при температурах от до 773К (150–500С): процессы сушки, дистилляции, выпаривания, нагрева, мойки.

Низкотемпературные процессы проходят при температурах от 423 до 120К (150–(-150)С): отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и др.

Процессы, проходящие при температурах ниже 120К, относятся к криогенным (разделение воздуха, сжижение и замораживание газов и др.).

Электрохимические и электрофизические процессы осуществляются при использовании электрической энергии. К ним относятся электролиз для получения алюминия, магния и др., фотохимические реакции, ионизирующие излучения и т.п.

Большинство энергетических процессов на промышленных предприятиях может быть осуществлено за счет различных энергоносителей. Возможные в различных процессах энергоносители и примерная структура энергоносителя приведена в табл. 1.1 из [9].

В перспективе ожидается некоторое повышение доли силовых процессов при снижении доли высокотемпературных, что определяется быстрым развитием транспорта (особенно трубопроводного и воздушного), орошения, мобильных сельскохозяйственных механизмов, механизации вспомогательных технологических процессов. В структуре энергоносителей ожидается повышение роли электроэнергии и теплоты при снижении количества топлива, непосредственно используемого в технологических процессах.

Энергетические ресурсы могут использоваться в качестве источника энергии в энергетических установках и процессах – энергетическое использование, в качестве сырья и материалов – неэнергетическое использование, а также одновременно в качестве сырья и источника энергии или для производства нескольких видов энергии – комплексоне использование.

Рассмотрим энергетическое и комплексное использование энергетических ресурсов.

Структура энергопотребления промышленности отличается от структуры по стране в целом, а внутри промышленности – по отраслям и предприятиям (объединениям). В металлургии и промышленности строительных материалов около половины энергопотребления покрывается непосредственным использованием топлива.

В химической промышленности преобладает использование пара и горячей воды (около 50%), затем следует непосредственное использование топлива (около 36%). В легкой и пищевой отраслях промышленности ведущие энергоносители пар и горячая вода, использование которых составляет 44–57% общего энергопотребления.

Выбор экономически целесообразного вида энергоносителей и их рациональной структуры зависит от условий конкретного производства и устанавливается специальными технико-экономическими расчетами.

Потребность промышленных предприятий в энергоносителей устанавливается отраслевыми нормами [10], которые являются средневзвешенными нормами предприятий, ведомств, объединений, отраслей.

Направление, масштабы и перспективы использования органического топлива. Суммарное потребление органического топлива определяется потребностями отраслей народного хозяйства и коммунально-бытовых потребителей. Основные компоненты общего энергопотребления (Р): электропотребление (Е), теплопотребление (Q) и топливопотребление (В, т у.т). Все компоненты Е, Q и В определяют количество органического и ядерного топливопотребления (в суммарном Р возобновляемые и нетрадиционные источники энергии составляют незначительную часть).

В настоящее время темпы роста электропотребления опережают тепло- и топливопотребления, что объясняется ростом электроемкости основных фондов промышленности.

Усложнение промышленного производства постоянно меняет структуру энергопотребления в отдельных отраслях и в целом в промышленности, но практически всегда соблюдается условие:

Изменение суммарного мирового энергопотребления может быть представлено графически на рис.1.1 и в табл.1.2. К 2010 г. оно достигнет 20-30 млрд.

т у.т.

Рис. 1.1. Изменение суммарного мирового энергопотребления высокотемпературные средне- и низкотемпературные Электрохимические и Освещение и передача Вид топлива Наблюдается тенденция роста доли потребления твердого топлива в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) большинства стран, в том числе в России.

В будущем общая потребность в топливно-энегетических ресурсах (ТЭР) будет обеспечиваться не только за счет первичного (органического) топлива, но и за счет рационализации топливно-энегетичсекого баланса (ТЭБ), то есть энергосбережения путем увеличения коэффициента полезного использования топлива (использование ВЭР, совершенствование тепловых и технологических схем, процессов потребления энергии и др.).

Топливно-энергетический баланс промышленного предприятия в качестве неотъемлемых составляющих включает балансы по твердому, жидкому, газообразному топливам и вторичным энергоресурсам устанавливает взаимосвязь между их и поступлением.

В основе топливно-энергетического баланса лежит материальный баланс, составленный на основе удельных норм потребления энергоресурсов (ТЭР) на реализацию технологий промышленного предприятия.

Для количественной оценки взаимосвязи между потреблением отдельных энергоносителей и обобщения частных материальных и тепловых балансов внутри предприятия успешно применяют математические методы, в частности, метод матричной модели топливно-энергетического баланса. В соответствии с этим методом для каждого энергоносителя составляются уравнения, которые сводят в систему:

где Хi – объем потребляемого энергоносителя (т условного топлива: природный, доменный, коксовый газы, мазут, твердое топливо, электроэнергия); аij – норма расхода i-го энергоносителя на производство j -го вида продукции (на jю технологию); хi – объем производства j-й технологии; уi – энергия, отпускаемая сторонним предприятиям в j-ой технологии; i – количество энергоносителей, используемых на промышленном предприятии.

Система (1.1) представляет матричную модель топливно-энергетического баланса. Для определения полных затрат энергии решают систему относительно Xi, при условии, что для каждой технологии возможно использование разных энергоносителей (газ, мазут разных марок, электроэнергия и т.д.). Решение системы (1.1) позволяет найти оптимальный вариант топливно-энергетического баланса.

Топливно-энергетический баланс промышленного предприятия подразделяют на фактический, плановый и перспективный. Фактический баланс составляют по результатам работы предприятия (он может быть избыточным и дефицитным). Составление фактического баланса дает основание судить об обеспеченности ТЭР промышленного предприятия. При избыточном балансе ТЭР направляются буферным потребителям (на пример, ТЭЦ или районая, котельным) либо соседним заводам. При составлении избыточного баланса учитываются неизбежные потери ТЭР (например, для доменного газа – 5%, коксового – 1,2 и природного – 0,5 %).

Плановый и перспективный балансы составляются на предстоящий промежуток времени или с учетом перспективы развития предприятия.

Дефицитный баланс покрывается за счет перевода оборудования на более калорийное топливо, совершенствования теплотехнологий, подключения к сети соседних заводов и более широкого использования ВЭР.

Топливно-энергетический баланс состоит из приходной и расходной частей. В приходной учитываются все источники топливоснабжения промпредприятия (в том числе и ВЭР); в расходной – потребность агрегатов всех цехов завода.

1.1. Топливное хозяйство промышленных предприятий Топливное хозяйство и системы топливоподачи выполняют определенные задачи, являющиеся частью общего технологического процесса предприятия:

взвешивание поступающего топлива, разгрузка, хранение и доставка к технологическим агрегатам и установкам.

Топливным хозяйством называют систему устройств и механизмов, предназначенных для приема, хранения, перемещения и первичной обработки топлива перед использованием. Система, состав и условия работы топливного хозяйство определяются видом, свойствами, использованием и способом доставки топлива.

Твердое топливо. К твердым топливам относятся угли и продукты их переработки, горючие сланцы и торф. Их свойства и характеристики приведены в [6].

Для правильного выбора параметров оборудования топливно-транспортного хозяйства, обеспечения его надежной и эффективной работы необходимо знать следующие свойства твердого топлива:

гранулометрический (фракционный) состав топлива – характеризует крупность кусков топлива, которая определяется рассевкой проб на стандартных ситах (грохотах) с размером ячеек 150, 100, 50, 25, 13, 6, 3 и 0,5 мм. По предельным размерам кусков (мм) твердые топлива подразделяются на классы крупности (сорт): плитный (П, 100-300); крупный (К, 50-100); орех (О, 25-50); мелкий (М, 13-25); семечко (С, 6-13); штыб (Ш, 0-6); семечко со штыбом (СШ, 0-13);

мелкий и семечко со штыбом (МСШ, 0-25) и рядовой (Р: 0-200 при подземной добычи, 0-300 – при открытых разработках).

При маркировке углей класс крупности проставляют после условного обозначения марки, цифрами в скобках указывают нижний и верхний пределы крупности;

плотности: действительная (истинная), кажущаяся (объемная) и насыпная.

Действительная плотность (г/см3) – это отношение массы образца топлива (m) к объему (VT) входящих в него твердых составляющих, то есть без пор.

Кажущаяся (г/см3) – это отношение массы (m) образца к объему кусков и частиц топлива (Vобщ), включающему объем пор и трещин в них.

Насыпная (г/см3 или т/м3) – масса частиц, отнесенная к единице занятого ими объема, включающего не только объем пор, но и объем промежутков между частицами в слое. Она определяется как отношение массы топлива, свободно насыпанного в мерный сосуд, к объему этого сосуда;

сыпучесть – подвижность частиц топлива относительно друг друга и прилегающих поверхностей оборудования под действием силы тяжести. Одного всеобъемлющего показателя сыпучести не существует, используют несколько, в том числе: насыпная плотность, угол естественного откоса, фракционный состав, коэффициент внутреннего и внешнего трения, начальное напряжение сдвига;

влажность – гигроскопическая (в пределах гигроскопической влажности сыпучесть топлива – практически постоянна), и внешняя: с ее появлением сыпучесть ухудшается.

Граница влажности, при которой начинается налипание топлива на топливно-транспортное оборудование и застревание его по тракту топливоподачи в условиях эксплуатации – критическая влажность налипания.

Значение влажности, при которой топливо теряет сыпучие свойства, – влага сыпучести угля.

Внешняя влага так же влияет на способность топлива смерзаться при отрицательных температурах. Минимальная влажность при которой наблюдается его смерзание – влажность смерзания (в 3-3,5 раза выше гигроскопической и близка к влажности налипания);

механическую прочность – характеризуется лабораторным относительным коэффициентом размолоспособности (kло) – отношение расхода энергии на измельчение (Ээт) эталонного угля (близок к донецкому углю марки АШ) в воздушно-сухом состоянии от определенной крупности до заданной тонины помола к расходу энергии (Эи) на измельчение испытываемого угля в стандартной лабораторной шаровой барабанной мельнице, загруженной фарфоровыми шарами;

абразивность – способность движущихся частиц топлива механически изнашивать поверхности технологического оборудования, с которыми они соприкасаются. Абразивность тем выше, чем больше в угле содержание твердых минералов. Для снижения абразивного износа детали оборудования изготовляют из легированной стали, а пересыпные устройства покрывают износостойкими материалами;

склонность к окислению и самовозгоранию. Окисление топлива происходит при невысоких температурах в условиях хранения на складе (особенно в присутствии влаги). Выделяющаяся при этом теплота (без обеспечения условий отвода) способствует самонагреванию топлива, и при достижении температуры воспламенения начинается самовозгорание.

В наибольшей степени окислению подвержены торф, бурые угли, горючие сланцы, каменные угли марок Д и Г. Чтобы не допустить снижения качества топлива и его самовозгорания при открытом хранении принимают специальные меры защиты: ухудшают условия тепло- и массообмена в штабеле, то есть укладку штабеля производят слоями в 1-1,5 м с уплотнением каждого слоя катками. В случае длительного хранения их обмазывают глинистым или известковым раствором, что позволяет ослабить нагрев поверхности штабеля солнечными лучами; обрабатывают растворами солей Са(НСО3)2, (NH4)CO3, NH4CL и газообразным аммиаком, который подается внутрь штабеля (вещества эти называют ингибиторами). Предельные сроки хранения топлива в штабеле от 6 до 24 месяцев;

взрывоопасность – важная характеристика с точки зрения обеспечения безопасной эксплуатации тракта топливоподачи. Взрывоопасна пыль всех топлив с выходом летучих (Vг) 20% и выше. Нижний концентрационный предел взрываемости пыли с размером частиц менее 70 мкм составляет 0,05-0,15 (бурые угли) и 0,1-0,25 кг/м3 (каменные).

теплофизические свойства [6] существенно зависят от состава топлива и условий подвода и отвода теплоты и необходимы при рассмотрении процессов его смерзания, размораживания (см. рис.1.2 из [1]) и подсушки.

Доставка твердого топлива осуществляется железнодорожным (основной вид транспорта) в полувагонах, водным, автомобильным или конвейерным транспортом.

Каждое предприятие оборудуется топливным (расходным) складом с 30- дневным запасом топлива. Если дальность перевозки превышает 500-600 км, то запас должен быть не менее чем на 1,5 месяца. Топливный склад должен быть устроен так *, [1,3-5,7], чтобы потери массы топлива и снижение его качества были минимальными.

Площадь склада (F, м2) для твердого топлива определяется по формуле где Вгод – годовой расход данного топлива, т/год; n = 1,2-2,5 – кратность запаса; ko = 1,1-1,7 – коэффициент, зависящий от угла естественного откоса; kp = 1,5- 1,65 – коэффициент, учитывающий разрывы между штабелями для проезда и обслуживания; H – расчетная высота штабеля, м; н – плотность топлива в насыпи, т/м3.

Рис. 1.2. Схема конвективного размораживающего устройства: 1 – калорифер; 2 – вентилятор; 3 – электродвигатель; 4 – рециркуляционный короб;

5 – патрубок рециркуляции; 6 – короб подачи горячего воздуха; 7 – нагнетательный короб; 8 – нагнетательный патрубок Выбор емкости расходного склада зависит от наличия базисного (основного) склада, предназначенного для длительного хранения топлива на случай перебоев в снабжении, вследствие стихийных бедствий или других причин.

Схема склада угля промпредприятия показана на рис.1.3. Организация и схемы складирования твердого топлива показаны в *, [1,5-8].

Топливное хозяйство должно соответствовать нормам технологического проектирования, согласно которым, в зависимости от расхода топлива, они оборудуются приемно-разгрузочными устройствами с вагоноопрокидывателями (более 150 т/ч), причем – одним вагоноопрокидывателем (до 600 т/ч) двумя (при расходе топлива более 600 т/ч); при расходе топлива менее 150 т/ч применяют безъемкостные приемно-разгрузочные устройства.

Поступающие вагоны с топливом взвешиваются на железнодорожных весах и направляются в разгрузочные устройства. Разгрузочными устройствами являются выгоноопрокидыватели, конвейеры, многоковшовые перегружатели.

Подготовка твердого топлива заключается в дроблении твердых кусков до оптимального размера, в отсеве мелочи, в сортировке и составлении при необходимости топливных смесей. Подготовка топлива включает в себя и его просушку.

Предельные сроки хранения углей в зависимости от склонности к окислению и самовозгоранию составляют от 48 месяцев (бурые угли: рядовые, обогащенные, в брикетах; каменные: типа Д – рядовые, ДС – Печерского и Кузнецкого бассейнов) до 12-36 месяцев (каменные угли типа Г, Т, СС, К, КЖР и другие бассейнов: Донецкий, Кузнецкий, Экибастузский, Печорский, Кизяковский, Нерюнгринский; антрацит, полуантрациты и каменные угли типа АРШ, А, и другие бассейнов: Донецкий, Кузнецкий, Печорский, Черемховский (Д)).

Рис. 1.3. Склад угля промпредприятия: 1 – вагоноопрокидыватель, 2, 3, 4 – система ленточных конвейеров, 5 – основные штабели, 6 – буферные (расходные) штабели, 7 – подземные конвейеры для подачи угля со склада Жидкое топливо. Основной вид жидкого топлива на промышленных предприятиях – сернистые мазуты. Мазут представляет собой смесь тяжелых остатков прямой перегонки и крекинга (разложения нефтяных продуктов при температуре 450-550С) и является сложной коллоидной системой, способной образовываться в области температуры застывания псевдокристалическую структуру с пониженной текучестью.

По сравнению с нефтью мазут характеризуется повышенной вязкостью и плотностью, содержит значительное количество асфальто-смолистых веществ и большее, чем исходные нефти, количество серы и ванадия.

Элементарный состав и свойства мазута приведены в [6]. В зависимости от значения условной вязкости (УВ), отношения времени истечения 200мл мазута при заданной температуре ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20С, мазуты подразделяются на марки. Марка мазута характеризует максимальное значение УВ при температуре 50С.

Вязкостью мазута определяются способы и длительность наливных и сливных операций, условия транспортировки и эффективность работы форсунок. В процессе хранения мазута вязкость увеличивается. При понижении температуры ниже 75С вязкость его резко повышается. Температура, при которой он застывает настолько, что при наклоне пробирки с мазутом по углом 45С уровень его остается неподвижным в течение 1 мин., принимают за температуру застывания мазута.

Плотность мазута указывают при температуре 20С.

Температура вспышки и температура воспламенения мазута характеризуют пожарную опасность при его хранении.

Температура вспышки – наинизшая температура (60-240С), при котророй нагретый мазут выделяет такое количество паров, что их смесь с воздухом при атмосферном давлении вспыхивает при поднесении к ней пламени. При этом мазут еще не загорается.

Температура воспламенения – температура мазута, при которой при поднесении пламени к нему за вспышкой загорается сам мазут (500-600С) и горит в течение не менее 5с.

Вязкость мазута и содержание в нем примесей (механических, золы и воды) снижают его потребительские качества (осаждаются механические примеси при транспортировке, подогреве и хранении; снижается теплота сгорания при наличии воды) и усложняет эксплуатацию мазутного хозяйства. Для стабилизации мазута и облегчения очистки поверхностей нагрева топливоиспользующих агрегатов (например, котлов) применяют различные жидкие присадки. Для снижения содержания водных эмульсий в мазуте применяют активные стабилизаторы (асфальтены и смолы).

Мазут доставляется в основном по железной дороге в цистернах грузоподъемностью 50,60 и 90 т. Трубопроводный транспорт используется на предприятиях, расположенных вблизи нефтеперерабатывающих заводов. Для разгрузки железнодорожных цистерн сооружается специально оборудованное приемно-сливное устройство. Мазут из цистерн сливается в межрельсовые каналы, по которым он самотеком направляется в приемную емкость. Мазут марок М и М100 предварительно разогревают соответственно до температуры 60 и 80оС.

Мазут марки М200 транспортируется только по трубопроводам непосредственно с нефтеперерабатывающего завода и разогрев его острым паром не допускается.

Разогрев мазута в цистернах без паровой рубашки производится открытым паром (рис.1.4). Для этого предусматривается эстакада по всей длине фронта разгрузки с площадями обслуживания парового разогревательного устройства. Дополнительно предусматривается контрольный разогрев мазута в сливных каналах путем подачи в них горячего мазута, а сливные каналы оборудуются трубчатыми подогревателями.

Приемные и хранилищные емкости также оборудуются паровыми змеевиками для местного разогрева мазута до 60-80оС. В системе мазутного хозяйства используется пар давлением 0,6-1,2 МПа. Давление пара в мазутных подогревателях должно быть выше давления мазута.

При использовании жидкого топлива в качестве основного подача его производится по двум магистралям пропускной способностью каждой 75% максимальной нагрузки.

При использовании мазута в качестве резервного, аварийного или растопочного – по одиночным трубопроводам. Изменение температуры мазута по трассе от подогревателей до потребителей не должно превышать 1,0-1,5С на каждые 100м.

Рис. 1.4. Устройство для контактного разогрева и слива мазута из цистерн:

1 – железнодорожная цистерна, 2, 3 – сливной прибор, 4 – межрельсовый сливной желоб, 5 – трубчатые подогреватели, 6 – крышки желоба, 7 – паровой шланг, 8 – паропровод, 9 – поворотная колонка для присоединения шланга контрольного подогревателя, 10 – эстакада, 11 – перекидной мостик Для подачи мазута к форсунка технологических агрегатов и установок служит мазутонасосная, в которой организуется непрерывная его циркуляция (насосы и подогреватели) для поддержания необходимой температуры мазута в мазутохранилище. В местах отбора мазута в резервуарах устанавливают змеевиковые подогреватели.

Холодное хранение мазута в резервуарах разрешается при его температуре не ниже 10С. При этом за двое суток до ввода его в эксплуатацию должен производиться разогрев мазута.

Прокладка мазутопроводов надземная в одном канале с паропроводами обогрева.

Резервуары основного мазутного хранилища выполняются наземными железобетонными или металлическими, емкостью до 10 и 20 тыс. м3.

Запас мазута: при доставке по железной дороге – на 15 суток, при доставке по трубопроводу – на 2-3 суток.

Схемы мазутного хозяйства приведены в, [1,4,5,7].

Газообразное топливо. Газовое хозяйство промышленный предприятий несложно, относительно дешево по капитальным затратам и наиболее надежно в эксплуатации. Для газоснабжения применяются природные (естественные) и искусственные горючие газы. Характеристика и свойства газов приведены в [6].

Подача газов на предприятие может осуществляться от магистрального распределительного газопровода, от внешней газораспределительной станции (ГРС).

Обычно предприятия подключаются к распределительным газопроводам с избыточным давлением газа в них до 0,6 МПа. Присоединение к газопроводам с большим давлением должно быть специально обосновано. От подземного магистрального газопровода отвод газа производится подземной линией.

Если, кроме основного вида топлива (природный газ), предприятие располагает резервным топливом (обычно мазут), то отвод газа – однолинейный. Если резервного топлива нет, то должны быть два независимых отвода газа (схеме двойного или кольцевого газопровода с пропускной способностью каждой нитки, равной 75% максимального расхода газа).

Давление газа, поступающего на предприятие, снижается в газораспределительном (газорегуляторном) пункте (ГРП) путем редуцирования до требуемой величины. От ГРП снабжаются потребители (цеха) предприятия. ГРП автоматизированы и оборудованы средствами защиты.

В газовом хозяйстве промышленных предприятий, имеющих потребителей газа с разными давлениями, принимаются схемы с двухступенчатым регулированием на ГРП и в ГРУ – у потребителей, требующих дополнительного снижения давления газа. Схема газового хозяйства металлургического завода с полным циклом приведена на рис.1.5, для других промышленных предприятий – в *, [1,4,5,7].

Рис. 1.5. Схема газового хозяйства металлургического завода с полным циклом:

1 – доменные печи, 2 – газоочистка доменного газа, 3 – коксовые печи, 4 – газоочистка коксового газа, 5 – кауперы, 6 – мартеновские печи, 7 – газосмесительные станции, 8 – нагревательные колодцы прокатного цеха, 9 – методические нагревательные печи, 10 – паровые котлы ТЭЦ, 11 – воздуходувки, 12 – установки полукоксования, 13 – газогенераторные станции, 14 – туннельные обжиговые печи Картавская В.М., Максюта Р.В. Системы производства и распределения энергоносителей промпредприятий. Методические указания по выполнению лабораторных работ. – Иркутск: ИПИ, 1992. – 30 с.

1.2. Системы газоснабжения Широкое преимущество использования газообразного топлива как энергоносителя объясняется его низкой стоимостью по сравнению со стоимостью шахтной открытой добычей угля, более дешевой доставкой и тем, что при его использовании в качестве топлива улучшаются качество продукции, технология производства, условия труда, уменьшаются выбросы загрязняющих веществ и повышается КПД и производительность установок.

Так при переводе мартеновских печей на природный газ (вместо мазута) увеличивается выплавка стали на 10%, снижается расход топлива.

При переводе вращающихся печей на газ расход топлива в цементном производстве снижается на 3-5 %, для нагревательных печей заготовительного производства машиностроительных заводов – на 5-15%.

Наряду с природным газом исключительно важна роль искусственных горючих газов в доменном и коксовом производствах металлургических заводов.

На рис. 1.6 представлена классификация газообразного топлива природного и искусственного происхождения.

Рис. 1.6. Классификация газообразных топлив, использующихся в качестве технологического сырья и энергоносителя По запасам природного газа Россия занимает первое место в мире, разведано около 800 газовых и газонефтяных месторождений. Основные запасы газа в Уренгойском, Заполярном, Медвежьем, Ямбургском месторождениях.

В составе природного газа: до 98 % метана (СН4); оксид углерод (СО), водород (Н2), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12), этилен (С2Н4), бензол (С6Н6) и др.

Природный газ трех видов: чисто газовых месторождений, газоконденсатных и нефтяных (попутный нефтяной газ). Первые – практически сухие газы (содержание жидкости менее 10 г/м3), во вторых – присутствует конденсатная фракция (бензиновая) высокомолекулярных углеводородов, поэтому при добыче этот газ подвергают очистке от бензиновой фракции.

Нефтяной газ – побочный продукт, получаемый из нефтяных скважин при добыче нефти, он растворен в нефти или находится в свободном состоянии над ее поверхностью. В его состав – углеводороды метанового ряда СnH2n+2.

Газы сухой перегонки (см. табл.1.3):

коксовый (нагрев топлива без доступа окислителя до 900-1000оС), в составе кокс, коксовый газ: Н2 ~ 58%, СН4 = 23%, О2+N2 = 17%, СО = 7%, СО2 = 2%, теплота сгорания Q с = 16,55 МДж/м3 (из донецкого угля); из сланцев – в состан ве газ суммарное содержание Н2+СН4 ~ 62%;

полукоксовый (нагрев до 500-600оС), в составе кокс, полукоксовый газ:

СН4=28-60%, N2 = 1,5-14%, СО2 = 8-11%, Н2S = 0,4-1,5%, СО = 7-11%, Н2 = 7-11%;

теплота сгорания Q с = 15-23 МДж/м3.

При газификации (процесс нагрева при частичном сжигании) в зависимости от состава дутья образуются: воздушный (N2 = 51 %, Н2 = 13 %, СО = 25 %, СО2 = 6 %, О2 = 0,2 %, Н2О = 4,2 %); водяной (до 50 % – Н2, до 40 % – СО); паровоздушный, смешанный, парокислородный и генераторный газы (см.

табл.1.3).

В процессах деструктивного разложения жидкого топлива образуются газы в количистве: жидкофазный процесс – выход 40-60 м3/т сырья, парофазный (крекинг) – выход 200-250 м3/т сырья, пиролиз – выход 450-600 м3/т сырья. Эти газы в отличие от нефтяного содержат большее количество непредельных углеводородов олефинового ряда и являются исходным сырьем для промышленных реакций органического синтеза.

Состав и основные свойства горючих газов приведены в [6].

Характеристика искусственных горючих газов Коксовый газ температуре t = 900- СО = 7 %,О2 = 8 %, N2 = 8 %, дутья: воздух, пар, пасостав в зависимости от соотСмешанный: коксо- ровоздушная смесь.

доменный, природнокг/м коксоввый (а так же генераторный фикации пропан С3Н изопентан С6Н Н-пентан С5Н12 tн=+36,2 С Токсичность и взрываемость газов. Токсичные газы содержатся как в исходном объеме горючих газов, так и в продуктах сгорания. Это оксид углерода (СО), сероводород (Н2S), сероуглерод (CS2), аммиак (NH3), цианистый водород (HCN) и продукты горения – оксиды серы (SO2) и азота (NOx) этилен, метилмеркаптан и др.

Оксид углерода СО присутствует в искусственных и природных газах.

Имеет слабый запах чеснока и плотность ниже плотности воздуха, замещает кислород (О2) крови в молекулах оксигемоглобина и его соединений с образованием молекулы карбоксигемоглобина, – наступает кислородное голодание.

Первая помощь – вдыхание кислорода, покой.

Сероводород Н2S – в горючих газах, плотность больше плотности воздуха;

имеет запах тухлых яиц; вызывает паралич дыхательных органов. Помощь – та же.

Сероуглерод CS2 – в горючих газах сухой перегонки серосодержащих топлив, имеет запах редьки; плотность больше плотности воздуха; действует наркотически; парализуя деятельность коры головного мозга. Помощь – та же, искусственное дыхание.

Аммиак NH3 – в неочищенном коксовом газе, имеет запах нашатырного спирта; действует на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз, вызывая приступы удушающего кашля, слезотечение, головную боль, расстройство дыхания и кровообращения. Первая помощь – эвакуация на свежий воздух, вдыхание паров уксусной кислоты и 10 % раствора метанола в хлороформе.

Цианистый водород HCN сопутствует высокотемпературной газификации каменных углей, образуется при взаимодействии NH3 с раскаленным коксом; имеет запах неприятного дыхания; вызывает потерю сознания и паралич дыхания.

В табл. 1.4 представлены ПДК токсичных газов.

Токсичные газы рабочей зоны, Максимально Среднесуточная При их однонаправленном воздействии суммируются отношения концентраций газов к их ПДК:

Если выражение (1.2) > 1, то необходимы режимные мероприятия и очистка газов, отводимых в атмосферу.

Горючие газы в смеси с воздухом в определенной пропорции образуют взрывоопасные смеси. Смеси с минимальным и максимальным содержанием горючего газа в воздухе (об. %), способные взрываться в контакте с огнем, характеризуются нижним и верхним пределами взрываемости (см. табл.1.5).

Горючий компонент Для многокомпонентного горючего газа, образующего взрывоопасную смесь с воздухом, предел взрываемости определяется по формулам:

где ri – объемные доли горючих компонентов.

При возрастании температуры и давления и при наличии в смеси пыли и водяных паров пределы взрываемости расширяются. При наличии в газах N пределы взрываемости сужаются.

Наибольшую опасность взрыва представляют газы, или их смеси, у которых большой диапазон взрываемости. К ним относятся Н2, СО, Н2S.

Для обнаружения утечки природных газов их подвергают одоризации на промысле или газораспределительной станции путем ввода веществ с сильным запахом. Для этого используют этилмеркаптан (С2Н5SH), содержащий 51,5 % летучей серы (tкип=34,7 оС), получаемой при переработке сернистой нефти (0,016 кг на 1000м3 газа).

Обнаружение утечек производится также: с помощью газоанализаторов;

поджиганием газа, вытекающего из скважин, пробуренных над газопроводом (при подземной прокладке через каждые 2-3 м трассы) в зоне повреждения.

Испытания газовых сетей на прочность и герметичность.

Все газопроводы после их сооружения, до испытаний на прочность и герметичность, подвергаются очистке путем их промывки водой и продувки воздухом: подземных – после укладки и засыпки; наземных – после прокладки и обваловывания; надземных – после укладки и крепления на опорах, подключения агрегатов и аппаратов.

Испытания на прочность и герметичность проводятся после полной готовности участка или всего трубопровода гидравлическим или пневматическим способом при рабочем давлении (Рраб) в течение 12 ч (на герметичность) и 24ч (на прочность). При этом допускается снижение давления на 1 % в течение 12ч (пневматический способ испытания на прочность).

Поиск утечек во внутрицеховых и обвязочных газопроводах производится путем нанесения мыльной эмульсии на резьбовые и сварные соединения узлов приборов и оборудования, выходов труб из цеховых перекрытий и стен.

Защита газопроводов от коррозии. Все стальные подземные газопроводы защищают от химической и электрической коррозии, которые зависят от коррозийности грунтов. Применяют пассивную и активную защиту газопроводов от коррозии.

Пассивная – покрытие противокоррозийной изоляцией (битум, битуморезиновые и пластмассовые покрытия) на заводе-изготовителе.

Активная – отвод блуждающих электрических токов и организованный возврат их к электрическим сетям и установкам постоянного тока (заземление, электрическое соединение с рельсом электротранспорта и др.). Работа защитных установок контролируется службами Горгаза.

Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации и ремонтных работах газового хозяйства промпредприятий. Все помещения, где прокладывают газопроводы и установлено газоиспользующее оборудование (печи, реакторы и др.) относят к газоопасным и взрывоопасным. Они оборудуются непрерывно действующей приточно-вытяжной (принудительной) вентиляцией и должны иметь два входа в разных концах цеха, должны быть не доступны тем, кто не участвует в эксплуатации и ремонте газового хозяйства и оборудования технологических линий.

По степени взрывоопасности относятся ко 2-ой категории (А и Б):

А – компрессорное оборудование смесительно-повысительных станций коксового и природного газов; ГРС и ГРП природного газа, склады и газораздаточные сооружения сжиженных газов и др;

Б – ГСПС горючих газов, неоговоренных в категории А, газоочистки доменного и конверторного газов.

Персонал должен быть специально обучен. Сварочные работы выполняются на газопроводах под давлением 6,8-13,6 кПа, как исключение – при давлении 27,2 кПа. Работы в камерах печей и другого газоиспользующего технологического оборудования проводятся после останова его, отключения всех газопроводов заглушками и при непрерывной вентиляции рабочих камер, в которых производятся работы. В качестве освещения используют переносные лампы (с предохранительным сетчатым каркасом) под напряжением 12 В (электрический кабель осветительного прибора помещают в резиновый шланг.

Добыча природного газа и дальнее газоснабжение. Глубина залегания газовых пластов достигает 3000 м и более. Природный газ добывается из скважин, глубина залегания которых определяется глубиной залегания газовых пластов, и транспортируется по газопроводам. На рис.1.7 приведена принципиальная схема добычи, транспорта и распределения природного газа.

Рис. 1.7. Принципиальная схема добычи, транспорта и распределения природного газа: 1 – скважина; 2 – первичный пылеотделитель от механических примесей; 3 – сепаратор для улавливания взвешенной влаги; 4 – измерение расхода газа; 5 – коллектор для сбора газа из различных скважин; 6 – очистка и осушка газа; 7 – магистральный газопровод; 8 – компрессорная станция; 9 – газораспределительная станция; 10,11 – регуляторы 1 и 2-ой ступеней; 12 – одоризатор; 13 – газгольдеры; 14 – газораспределительный трубопровод; 15 – ГРП Давление газового пласта составляет 7,0-40,0 МПа. При среднем давлении 17,0-18,0 МПа газ выходит из скважины за счет пластового давления и выносит с собой большое количество частиц твердой породы и воды. На выходе из скважин газ направляется на очистку и подсушку, которые осуществляются здесь же на месте добычи.

Для очистки от твердых веществ используют механические способы очистки (центробежные сепараторы). При наличии в газе H2S и СО2 его очищают от них.

Необходимость подсушки газа вызвана тем, что при взаимодействии воды с углеводородами образуются кристаллогидраты (СН4·7Н2О, С3Н8·18Н2О), которые забивают газопроводы, уменьшая их сечение. Осушка производится в процессах абсорбции (поглощение влаги (паров) жидкостью) и адсорбции (поглощение влаги твердыми веществами). Освобождают газ и от мелких углеводородных жидкостей и бензина.

Снабжение природным газом промышленных предприятий. Промышленные предприятия снабжаются газом из магистральных газопроводов от подземных природных месторождений, подземных хранилищ и газгольдеров – емкостей, в которых хранится сжиженный газ.

Газоснабжение предприятий осуществляется по газопроводам высокого давления (от 0,3-1,2 МПа), среднего давления (0,05-0,13 МПа) и низкого (до 0,05 МПа).

Крупные заводы с большим расходом газа (200-500 тыс. м3/ч), например, металлургические, имеют разветвленные газовые сети.

Газ поступает по распределительным газопроводом в центральный ГРП, а от него межцеховыми газопроводами – к цеховым регулировочным пунктам.

Внутрицеховые и цеховые газопроводы распределяют газ по отдельным агрегатам, разводка газа к отдельным горелкам осуществляется обвязочными газопроводами.

При расположении цехов на большом расстоянии друг от друга ГРП располагаются в цехах, по возможности вблизи агрегатов с большим потреблением газа, что стабилизирует давление перед горелками.

При компактном расположении цехов устанавливается один центральный ГРП или несколько цеховых ГРП в одном помещении. Могут устанавливаться открытые ГРП, вне помещений, при этом они снабжаются сетчатыми ограждениями, приборы же устанавливаются в закрытых шкафах.

Межцеховые газопроводы изготовляются из бесшовных труб малоуглеродистой стали, укладываются с уклоном 0,003 для перемещения образующегося конденсата и сбора его в сборниках. Газопроводы снабжаются компенсаторами для компенсации температурных удлинений труб.

Схема межцеховых газопроводов показана на рис.1.8.

Схема газопроводов на агрегате показана на рис.1.9.

Перед пуском агрегата необходимы продувка трубопровода (10) через свечу (12);, продувка ответвлений к агрегату [через (3), (4) и (7)];

взятие проб газа через штуцер (15) на анализ;

продувка топочного пространства;

ввод зажженного запальника в топку до включения (1) и (2).

Рис.1.8. Схема межцеховых газопроводов: 1 – ввод газопровода на территорию завода; 2 – межцеховой газопровод высокого давления; 3 – отключающее устройство с электроприводом; 4 – центральный ГРП; 5 – межцеховой газопровод среднего давления; 6 – сборник конденсата; 7 – отключающее устройство в колодце; 8 – газопровод к цеху; 9 – отключающее устройство с компенсатором; – шкафная редукционная установка; 11 – цеховой ГРП среднего давления; 12 – цеховой ГРП низкого давления; 13 – штуцер для взятия пробы газа; 14 – задвижка на вводе газопровода в цехе; 15 – отключающее устройство в колодце;

16 – продувочный газопровод и свеча в атмосферу (свеча отводит газ при продувке его в атмосферу); 17 – линзовый компенсатор Рис.1.9. Схема газопроводов на агрегате: 1 – отключающее устройство; 2 – контрольное отключающее устройство; 3 – главное отключающее устройство; 4 – кран для продувки; 5 – кран для запальника; 6 – газовая горелка; 7 – кран на трубопроводе безопасности; 8 – штуцер для взятия пробы; 9 – манометр; 10 – цеховой газопровод; 11 – кран для продувки; 12 – продувочный газопровод; – трубопровод безопасности; 14 – кран манометра; 15 – кран для взятия пробы Образование газовоздушных смесей в полостях печей, газоходов может быть причиной сильных взрывов. Пределы взрываемости смеси (об.%) газов с воздухом при температуре 20С и давлении 0,1 МПа следующие:

Простейшая схема ГРП приведена на рис.1.10.

Рис. 1.10. Простейшая схема ГРП: 1 – кран; 2 – газовый фильтр; 3 – предохранительный запорный клапан; 4 – регулятор давления; 5 – гидравлический предохранитель; 6 – обводной газопровод; 7 – фильтр-ревизия; 8 – газовый счетчик; 9 – обводной газопровод; 10 – угольник с пробкой; 11 – манометр регистрирующий; 12 – манометр показывающий; 13 – импульсный трубопровод конечного давления; 14 – импульсный трубопровод начального давления; 15 – продувочный трубопровод; 16 – штуцер с пробкой; 17 – сбросная трубка от регулятора; 18 – термометр; 19 – продувочный трубопровод; 20 – перемычка с краном для настройки регулятора; 21 – перемычка с краном; 22 – кран на приемном штуцере гидравлического предохранителя; 23 – штуцер для взятия пробы; 24 – вентиль; 25 – задвижка Подземные хранилища. Потребление газа в течение суток неравномерно, поэтому возникает необходимость в «консервации» газа, иногда в больших количествах. Осуществляется это путем хранения его в пустотах под землей (порах песчаных пластов, защищенных сверху непроницаемым глинистым покрытием, нефтяных выработках).

Газ из магистральных газопроводов мощными компрессорами под давлением 12,5 МПа нагнетается в пласт. Такие хранилища (подземные «кладовые») существуют под Москвой (Калужское и Щелковское), в районе СанктПетербурга (Колпинское и Гатчинское), под Киевом – Ольшевское. Большое развитие подземное хранение получило в США, где емкость подземных хранилищ сотавляет около 60 млрд. м3.

Сжиженный газ. Применяется там, где это целесообразно и где нет газопроводов. Перевозят сжиженные газы в цистернах (35-60 м3) железнодорожным транспортом и в автомобильных цистернах. Большие количества могут транспортироваться по трубопроводам малого диаметра. Хранится в стальных горизонтальных газгольдерах, цилиндрической и шаровой формы объемом 25-1000м3. У потребителей сжиженный газ вновь переводится в газовую фазу, при этом объем его увеличивается приблизительно в 300 раз.

Расчет заводского газопровода. Общие принципы и порядок расчета разветвленных газопроводов (конструкторский расчет – определение диаметров труб участков газопровода, поверочный – определение давления газа за РД).

Исходные данные: вид и сорт горючего газа; параметры на стороне высокого давления ГРП; ситуационный план с размещением объектов газоснабжения (цехов); характеристика объектов газоснабжения (давление и расходы горючего газа), сменность работы отдельных технологий и др.

Задачи расчета:

1. Выбор давления в межцеховом газопроводе, размещение ГРП и способы прокладки сети, трассировка газопровода.

2. Оценка диаметров каждого из расчетных участков, исходя из расчетного (максимально возможного) объема газа, проходящего через каждый участок, и допустимых по экономическим соображениям значений потерь давления, то есть гидравлический расчет каждого участка газопровода.

При поверочном расчете – определяют расчетные потери давления по участкам и их сумма сравнивается с принятыми в проекте допустимыми потерями.

3. Оценка давления газа на вводе в наиболее отдаленный от регулятора давления (РД) цех, на основании которой делается вывод о возможности устойчивой работы отдельных огнетехнических установок.

Этот порядок расчета пригоден для межцеховых тупиковых газопроводов и замкнутой кольцевой сети.

Расчет замкнутой кольцевой сети отличается тем, что кроме определения диаметров участков требуется добиться равномерной работы сети при заданных расходах газа и перепадах давления:

1. Принимают допустимый перепад давления от ГРП до наиболее отдаленных точек.

2. Намечается направление потоков и предварительно принимаются диаметры участков.

3. Рассчитываются суммарные потери давления в полукольцах по приведенным ниже формулам гидравлического расчета.

4. Расчетные данные сравнивают с принятыми и при отличии их более, чем на 10 % задача решается методом последовательных приближений.

Принимают:

1. Допустимые потери давления, исходя из экономичной и устойчивой работы потребителей газа (Р=const на вводе в каждый цех и в обвязочном газопроводе, несмотря на колебания газопотребления в отдельных цехах).

2. Ступень низкого давления: минимальное давление перед горелками для природных газов – 2кПа, искусственных – 1,3 кПа, сжиженных – 3 кПа. Исходя из этого, суммарные дополнительные потери на трассе межцехового газопровода до РД будут равны (0,4-0,5)2 кПа.

3. Ступень среднего давления: суммарные дополнительные потери от РД до наиболее удаленного ввода – (0,1-0.15)30 кПа, где 30 кПа – номинальное давление в обвязочном газопроводе.

4. Соблюдение дополнительных потерь давлений возможно при обеспечении оптимальных скоростей газа. Низкое давление: природный газ – 15-30 м/с, коксовый газ – 18-20 м/с, доменный газ – 14-16 м/с; среднее и высокое давление – 30-100 м/с. Соотношение Р1/Р2 ~ 1,7-2 (давления газа до и после РД).

Определение потерь давления в газопроводах. Потери давления оцениваются применительно к конкретному участку заводского газопровода, в котором сохраняется постоянный расход газа Vi = const.

Принимают, что поток – изотермическая, квазистационарная идеальная система.

При Р 1,2 МПа, Т = const, Т/То = 1 линейные падения давления (на трение) определяются по формуле где Ро=10 Па (н. у.), о – расход газа, м /с.

При более высоких давлениях в газопроводе свойства газов отличаются от идеальных и в уравнение (1.3) вводится коэффициент сжимаемости z = 0,3в зависимости от Pпр и Тпр) (см. рис.1.11).

Для смеси газов:

где ri – объемная доля i-го компонента смеси.

Коэффициент гидравлического трения:

=64/Re при Re 2000 – ламинарный режим;

= 0,00253 Re при 4000 Re 2000 – переходный режим;

где k сталь = 0,1 10 3 м – коэффициент шероховатости для стали.

Для газопроводов низкого давления выражение (1.3) имеет вид Рис.1.11. Зависимость значений z от Тпр и Рпр Удельные потери давления на линейном участке газопроводов низкого давления Потери давления на преодоление местных сопротивлений где l э = i – эквивалентная длина прямого участка, м.

Суммарные потери давления на i-том участке Р = Р л + Р м составят где l прив = li + l э i – приведенная длина участка. Следовательно, Значение lэ принимают по табл. 1.9 [4] (среднее и высокое давление газопроводов) и табл. 1.10-1.12 [4] (низкое давление), значения A = (P12 P2 ) / l – по номограммам рис. 1.15-1.17 [4]; i – по табл. 1.8; Pкр, Ткр – по табл. 1.7 [4].

Гидравлический расчет газовых сетей. Цель – определение оптимальных диаметров труб всех расчетных участков и вычисление потерь давления в них.

При ориентировочном расчете – участки сети рассматривают как независимо работающие линии.

Для сети, подлежащей расчету, должны быть известны: конфигурация, длины участков от отбора горючего газа в узлах (действительные, фиктивные), расчетные расходы на этих участках.

При наличии одного ГРП и отсутствии нефиксированных отборов подача газов от ГРП равна сумме фиксированных отборов Расходы газа на участках из первого закона Кирхгофа (узловых уравнений):

где i, k – номера узлов.

Для кольцевых сетей, кроме условия (1.4) должно выполняться условие второго закона Кирхгофа: равенство нулю алгебраической суммы потерь давления в каждом из колец где I, II – первое и второе кольца.

Расчетные годовые расходы газа V состоят из:

производственных Vпр = V прi, коммунально-бытовых Vк/б, на отопление VПТЭС, тогда V прi распределяется равномерно в соответствии с Vпрi годовой нагрузки каждого производственного потребителя (цеха).

Расчет межцеховых газопроводов ведется по максимальным и минимальным часовым нагрузкам (м3/ч):

ятия), k макс = 1/2700 (машиностроительные предприятия) – коэффициент часового максимума.

Отопление: Максимальная часовая нагрузка для самых холодных суток января где Vмес.от = Vот 19,2/100 м3/мес, Твн = 18 оС, Тнр – максимальная расчетная температура наружного воздуха наиболее холодного месяца (климатологические таблицы), n – число календарных дней января, Тнср – средняя температура наружного воздуха в январе.

Минимальная часовая нагрузка Коммунально-бытовые нужды (к.б.):

Vк/б приходится на декабрь (часовой):

где Vк/б.мес = Vк/б 11,9/100 м3/мес, a = 0,18 – коэффициент, устанавливающий долю максимального суточного расхода газа на коммунально-бытовые нужды в пределах недели, b = 0,109 – коэффициент, устанавливающий долю максимального суточного расхода газа на коммунально-бытовые нужды в пределах суток, n – число дней в декабре.

Vк/б приходится на август:

где Vк/б.мес = Vк/б 4,7/100 м3/мес, a' = 0,129, b' = 0,001.

Таким образом:

Так же определяют нагрузку каждого цеха и часовые расходы на каждом участке, нагрузка на участки до ГРП принимается равной VдоГРП = 1,25V макс.

Пример расчета газопровода. Произвести расчет газопровода (рис.1.12) из [4], обеспечивающего природным газом ряд категорий объектов газоснабжения (промплощадка, коммунально-бытовые потребители, районная отопительная котельная и жилой массив). Газ от магистрального газопровода поступает к ГРС среднего давления и затем в развернутый тупиковый газопровод среднего давления, предназначенный для транзита газа к жилому массиву и покрытия коммунально-бытовой и промышленной нагрузок. Подача газа к жилому массиву и далее в кольцевой газопровод выполнена от ГРП низкого давления.

На рис.1.13 приведена схема кольцевого газопровода: А – промплощадка;

Б – к/б нагрузка; В – районная котельная, жилой массив (ГРП); l1,2…l4-7 – газопровод среднего давления; l8,9… – кольцевой газопровод.

Газ имеет теплоту сгорания Q с = 35,58 МДж/м3, плотность = 0,78 кг/м3.

Рис. 1.12. Схема газопровода Расчетно-часовые расходы и давления газов – табл.1.6, расчет газопровода среднего давления – табл.1.7.

Расчетно-часовые расходы и давления газа потребителей Объект Расчетно-часовой рас- Необходимое давление Расчетный Расчетно- Д, Длина, м Начальное Значения Конечное Значения A ср = (Pн Pк ) 10 2 /1,1lф – см. табл. 1.7, где l ф – фактическая длина газопровода от источника газоснабжения до дальнего потребителя, км; l ф = 0,65 км, Рн = 0,4 МПа, Рк = 0,38 МПа.

Значение Аср составит A ср = (0,4 н 0,38к ) 10 2 /1,1 0,65 = 2,2, тогда Pкi = Pн 0,011Ailф.

При Аср=2,2; =5100м /ч (вычисления Аi опускаем):

участок 1-2 Pкi = 0,4 н 0,011 1,8 0,25 = 0,394 при Д=200, Аi=1,8;

участок 2-4 Pкi = 0,394н 0,011 2 0,3 = 0,385 при Д=150 мм, Аi=2,0;

участок 2-3 Pкi = 0,394н 0,011 2 0,3 = 0,385 при Д=125 мм, Аi=2,0;

участок 4-5 Pкi = 0,385н 0,011 4 0,3 = 0,367 при Д=100 мм, Аi=0,011;

участок 4-6 Pкi = 0,385н 0,011 0,011 0,2 = 0,384 при Д=100 мм, Аi=0,011;

участок 4-7 Pкi = 0,385н 0,011 4 0,1 = 0,379 при Д=100 мм, Аi=4,0.

При каждом искомом определении Д по рис.1.23 из [4] необходимо помнить, что =const на всех участках.

Так как, Ркi > необходимого у потребителя (см.табл. 1.6 и 1.7), то расчет считается законченным при полученных диаметрах трубопроводов (Д).

Расчет кольцевого газопровода (см.рис.1.13).

Общий расход газа р=1400 м3/ч.

Удельный расход газа составляет уд= p/lр для участков 8-9, 9-12 lр=lф, для всех остальных – lр=lф [2];

расчет потерь давления ведем по формуле (P12 P2 ) / l = 2(P1 P2 )l, так как низкое давление.

участок Значения: l = 2150 м; уд = 1400/2150=0,659 м /(ч·м); расходы газов: попутный п= удlр; эквивалентный экв=0,55 п.

Определяем транзитные т и расчетные р расходы газа. Вычисления ведем от нулевых точек навстречу выбранным направлениям движения газа.

Участки 10-11, 11-12, 12-13, 13-14 – транзитные расходы газа равны 0, на других участках:

т8-9=1400 м3/ч;

т9-10= п10-11=198 м3/ч;

т9-12= п11-12+ п12-13=165+132=297 м3/ч;

т9-14= п13-14=198 м3/ч;

Значения рi= тi+0,55 п= тi + эквi, тогда р11-12= экв11-12=90 м3/ч;

р12-13= экв12-13=73 м3/ч;

р13-14= экв13-14=109 м3/ч;

р10-11= экв10-11=109 м3/ч;

р9-14= т9-14+ экв9-14=132+73=205 м3/ч;

р9-10= т9-10+ экв9-10=165+90=255 м3/ч;

р9-12= т9-12+ экв9-12=935+217=612 м3/ч.

Определяем средние удельные потери давления в кольцах I и II по формуле здесь допустимое Н (падение давления) составляет 1200 Па;

lф – фактическая длина участков от источника (т.8) до нулевых точек (т. и т.13), тогда:

в I-ом полукольце:

lфI =50+500+600=1150 м и Нср1=1200/11501 Па.

Во II-ом полукольце:

lфII =50+400+600=1050 м и Нср2=1200/10501,1 Па.

По Нср1 и Нср2 и при р определяем Д и уточняем потери давления на участках.

Участок 10-11: р=109 м3/ч, Нср=1 Па (рис. 1.24, стр. 48 [4]):

Д10-11=125 мм, Н10-11=0,45 Па;

участок 9-10: Д9-10=150 мм, Н9-10=0,45 Па;

участок 9-14: Д9-14=125 мм, Н9-14=1,0 Па;

суммарное падение давления НI=150+225+270=645 Па и НII=150+400+600=1150 Па.

Полученные значения НI и НII в пределах допустимого (см. выше Н = 1200 Па).

Контрольные вопросы 1. Составляющие топливно-энергетического баланса предприятия.

2. Основные требования к хранению твердого топлива на складах.

3. Требования потребителей к качеству топлива.

4. Теплофизическая характеристика твердого и жидкого топлив.

5. Характеристика, назначение и принцип действия вагоноопрокидывателя, ленточных конвейеров.

6. Характеристика, назначение и принцип действия дробилок в приемном устройстве и на тракте топливоподачи.

7. Свойства мазута, определяющие его марку, особенности подготовки, хранения и транспортировка потребителю.

8. Технологическая схема и назначение оборудования мазутного хозяйства.

9. Характеристика газового хозяйства.

10. Производство и транспорт газообразного топлива.

11. Классификация газообразных топлив, использующихся в качестве технологического сырья и энергоносителя.

12. Состав и свойства естественных газов.

13. Состав и свойства искусственных газов, их способы получения.

14. Принципиальная схема добычи, распределения природного газа.

15. Назначение газораспределительной станции и газораспределительного пункта.

16. Общие принципы и порядок гидравлического расчета разветвленных газопроводов.

17. Определение потерь давления в газопроводах.

18. Основные мероприятия по защите окружающей среды в системах топливоснабжения.

19. Особенности доставки, хранения, подготовки и распределения потребителям твердого, жидкого и газообразного топлив.

20. Определение расчетной потребности в топливе.

Библиографический список 1. Гаврилов Е.И. Топливно-транспортное хозяйство и золошлакоудаление на ТЭС: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергатомиздат, 1987. – 168 с.

2. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. – М.:

Омега – Л, 2004. – 214 с.

3. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок в вопросах и ответах: Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний / В.В.

Красник. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005. – 160 с.

4. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий / Под ред. А.А.Несенчука. – М.: Высш. школа, 1989. – 279 с.

5. Соловьев Ю.П. Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. – М.: Энергия, 1978. – 192 с.

6. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). – СПб: НПО ЦКТИ, 1998.

– 256 с.

7. Чилаев Г.А. Механизация топливоподачи и золоудаления промышленных котельных. – М.-Л.: Машгиз, 1962. –140 с.

8. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.

9. Экономика, организация и планирование теплосилового хозяйства промышленного предприятия / Под ред. А.Н. Златопольского и С.Л. Прузнера. – М.: Энергия, 1995. – 320 с.

10. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях [Электронный ресурс]: Учеб. пособие для студентов теплоэнергетических специальностей очной и заочной форм обучения / В.М. Картавская. – Иркутск: Библиотека ИрГТУ. – 1 электр.опт.диск CD-ROM.

2. СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

При разработке схем промышленного водоснабжения следует обратить особое внимание на комплексное использование воды предприятиями, расположенными в крупных промышленных регионах.

При таком подходе появляется возможность объединения предприятий (отдельных производств) по водоснабжению и использованию одним предприятием воды, непригодной для использования другим, а также возможность объединения стоков, требующих одинаковых методов очистки [1,2]. Это приведет к экономии воды природных источников водоснабжения, сохраняя их как источники воды высокого качества. Пополнение же источников (сброс) должно производиться лишь водой, прошедшей «рекламацию» на очистных сооружениях промышленных предприятий (табл. 2.1).

Расход воды в промышленности исключительно велик и зависит от технологического процесса (табл. 2.2).

Различают следующие основные виды технологической (технической) воды в системах водоснабжения по происхождению [2]:

реакционные воды – результат химических реакций с образованием воды;

воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах, – свободная или связанная вода, содержащаяся во многих видах сырья (в нефти, угле и др.);

маточные водные растворы – образуются в результате процессов получения или переработки продуктов в водных растворах и средах;

водные растворы и абсорбционные жидкости – образуются при использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента.

По назначению различают:

охлаждающие воды – используются в технологиях для охлаждения аппаратов и продуктов;

воды для транспорта исходного сырья и продуктов его переработки в системах гидротранспорта (удаление золы и др.) и промывочные воды.

Перечисленное разграничение в значительной степени диктуется условиями очистки технологических стоков, поступающих в дальнейшем в систему технического водоснабжения предприятия для повторного использования, так как сокращение расхода воды имеет важное народнохозяйственное значение.

Для иллюстрации сказанного выше приведем распределение водопотребления крупным потребителем технической воды – черной металлургией, где ежегодный ее расход составляет более 36 млрд. м3 (в том числе из внешних источников – 5,3 млрд. м3), что составляет 15% общего промышленного потребления воды Россией. При этом на охлаждение оборудования расходуется 50 %, очистку газов и воздуха – 25, обработку и отделку металла – 12, гидротранспорт – и прочие нужды – 1 % потребляемой воды. Эти цифра к 2020 году могут значительно увеличиться, принимая во внимание, что водопотребление в промышленности в связи с ростом объема производства имеет тенденцию к увеличению (до 3 % в год).

ПДК некоторых вредных ингредиентов в водоемах санитарно-бытового водоснабжения [6] Ингредиент Лимитирующий по- ПДК, Ингредиент Лимитирую- ПДК, трехвалентный Органолептический Ртуть в неорганических соединениях тепродукты сернистая Удельный расход воды на производство промышленной продукции 2.1. Определение потребности в воде на технологические, хозяйственнопитьевые и пожарные нужды Согласно существующей классификации по видам потребителей заводские системы водоснабжения подразделяются на три группы: хозяйственнопитьевые, производственные (технологические) и противопожарные.

Нормы проектирования систем водоснабжения [1,2] предусматривают забор воды для технических целей в размере 5-10 % суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, из чего следует, что потери воды в системах технического водоснабжения из городской системы восполняются в основном за счет источников, специально предусмотренных для этих целей (аварийные скважины, паводковые воды, накапливаемые в водохранилищах, и т. п.).

Основным фактором, определяющим режим работы всех элементов водоснабжения, является режим расходования воды системами водоснабжения (хозяйственно-питьевая, производственная и противопожарная).

Для потребителей составление режима расходования воды не представляет затруднений, так как при проектировании режимы водопотребления технологиями предприятия (завода) задаются регламентами (нормами) технологических процессов и отдельных производств. При этом определяются наибольшие часовые расходы (Vi макс ) технологий, цехов ( V iмакс ), а также минимальные Vi мин и. Из расходов воды цехами складывается представление о значениях V iмакс и V iмин общезаводского потребления технической воды предприятием.

Существенное влияние на график суточного потребления технической воды оказывает сменность работы технологий. К примеру, кузнечные технологии машиностроительных заводов, как правило, характеризующиеся трехсменной работой, в основном потребляют техническую воду в первые две смены. Ночная (третья) смена подготовки производства отвечает минимальному потреблению воды. Характер технологического процесса также определяет равномерность потребления воды в течение суток. В связи с этим в отдельные группы выделены потребители с постоянными и периодически изменяющимися водозаборами (рис. 2.1).

Рис. 2.1. График водопотребления отдельными цеховыми технологиями График, приведенный на этом рисунке, позволяет найти значения Vi макс и Vi мин часовых расходов в течение суток, а также общее потребление воды каждой технологией: с постоянным в течение суток водозабором – линия 1, с периодическими провалами нагрузки – 2, с неравномерным в течение суток водозабором – 3.

Вода также служит одним из основных средств борьбы с пожарами на промышленных предприятиях. Ее подача на нужды пожаротушения возлагается на производственный водопровод.

Принцип нормирования воды на пожаротушение регламентируется [1,5].

При этом получаемый часовой расход прибавляют к Vi макс и Vi мин (см. рис.

2.1). Расход воды на пожаротушение на промышленном предприятии может быть определен по табл. 2.3 и 2.4.

Нормы расхода воды на пожаротушение при ширине зданий менее 60 м Степень Категория Расход воды на пожаротушение при объеме зданий тыс.м3 (на один пожар), м3/с огнестойкости производства Нормы расхода воды на пожаротушение при ширине здания более 60 м Степень Расход воды на пожаротушение при объеме зданий огнестойкости производст- тыс.м3 (на один пожар), м3/с Расчетные среднесуточные расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды по предприятию определяют по табл. 2.5.

Нормы на хозяйственно-питьевое водоснабжение Степень благоустройства работающих на промышленном Здания, оборудованные внутренним водопроводом, кана- 0,125...0, лизацией и душевыми (без ванн) То же, но с ванными комнатами и местными водо- 0,160...0, нагревателями То же, с централизованным горячим водоснабжением 0,230...0, При проектировании системы хозяйственно-питьевого водопровода нужно помнить, что она выполняется раздельно от водопроводов потребителей других групп.

2.2. Характеристика потребителей технической воды и их требования к параметрам и надежности водоснабжения Вода используется в производстве для самых разнообразных целей: охлаждения, промывки, замочки, парообразования, гидротранспорта и др. Требования к количеству и качеству воды для производственных целей определяются характером технологии, причем одной из специфических особенностей производственного водоснабжения является зависимость в ряде случаев объема потребляемой воды от ее качества (температуры, солевого состава и т. п.).

Поэтому исключительно важное значение для многих отраслей промышленности имеет соблюдение требований относительно допустимого содержания в используемой воде разных примесей. Случается, что потребители предъявляют к качеству воды столь высокие требования, что им не может удовлетворить ни один природный источник водоснабжения (химические технологии, технологии генерации энергетического пара и др.). Отдельные производства предъявляют особые требования к свободным напорам на вводах, что обусловлено типом используемого в технологии оборудования, высотой производственных зданий и др.

Большое значение имеет обеспечение достаточной надежности систем производственного водоснабжения. Ряд предприятий не допускает не только перерыва, но даже незначительного снижения подачи воды в связи с изменением давления или производительности.