Комплексная система термостатирования на основе воздушной холодильной машины

 

Комплексная система термостатирования состоит из ВСОТР и ТСОТР. ВСОТР предназначена для получения и поддержания заданного температурно-влажностного режима в отсеках носители после его установки на стартовую установку и до пуска. ТСОТР предназначена для термостатирования углеводородного горючего в наземных ёмкостях.

Источником холода для всех потребителей являются блоки подготовки воздуха (БПВ), в которых выполняется холодильный цикл с турбокомпрессором (ТК) и турбодетандером (ТД). Воздух является единственным теплоносителем для термостатирования отсеков носителя и горючего, что значительно сокращает комплекс оборудования, его эксплуатацию и делает его экологически безопасным.

Вода из системы оборотного водоснабжения используется только для охлаждения воздуха после сжатия в ступенях компрессора.

Осушка воздуха до температуры точки росы t_p = - 10° С выполняется конденсационным способом, а до t_p = - 30° С -конденсационно-адсорбционным способом. Очистка воздуха от механических примесей - до 20 мкм.

Термостатирование отсеков носителя может выполняться в режимах ВСОТР-10 и ВСОТР-30, а горючего - в режимах ТСОТР-0 (охлаждение) и ТСОТР-Н (нагрев).

Параметры воздуха, поступающего на термостатирование отсеков носителя:

расходы в зависимости от номера потока 2800... 10000 м³/ч;

допуск на снижение расхода........................... 5%;

суммарный расход................................ 22800 м³/ч;

интервал температур воздуха на входе в отсеки 283...343 К:

допуски на отклонения температуры от

номинала (диапазон регулирования) ±2° С и ±5° С;

давление на входе в отсеки............. 0,0245 МПа;

время непрерывной работы в режимах ВСОТР:

ВСОТР-10............................................. до 270 ч;

ВСОТР-30............................................. до 24 ч;

время с начала запуска системы до подачи

воздуха потребителю с заданной температурой 26 мин.

Во время 26 мин. входит в основном время выхода компрессора на рабочий режим и время захолаживания длинных воздуховодов.

В процессе работы возможны переходы с одного режима на другой: с ВСОТР -10 на ВСОТР -30 и наоборот, с ТСОТР-0 на ВСОТР-30, и т.д.

Оборудование станции подготовки воздуха, называемой модулем, включает:

турбокомпрессор;

турбодетандер;

блок подготовки воздуха;

узел термостатирования горючего.

Со стартовой установкой модуль соединён двумя трассовыми воздуховодами и узлом распределения воздуха (УРВ). В УРВ воздух делится на потоки с определёнными расходами, подогревается до заданных температур и очищается в сетчатых фильтрах от механических примесей до 20 мкм.

Турбокомпрессор предназначен для сжатия атмосферного воздуха до 7...8 атм. последовательно в шести ступенях. Для предотвращения от чрезмерного нагрева при сжатии воздух после второй, четвёртой и шестой ступеней охлаждается в водяных теплообменниках. За ними установлены влагоотделители для отбора конденсата и частичной осушки воздуха. Вода для охлаждения воздуха поступает из контура водоснабжения, где охлаждается в градирне. Максимальная температура воды на входе в блок осушки воздуха +28°С.

Воздух поступает в рабочее колесо (рис. 3.30) I ступени из приосевой зоны и под действием лопаток отбрасывается к периферии. За счёт высокой скорости вращения колеса скорость течения в межлопаточных каналах возрастает и соответственно увеличивается его кинетическая энергия. Попадая в лопаточный диффузор 2, поток тормозится и его кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию давления. Этот процесс повторяется в каждой ступени. Мощность привода компрессора - 1600 кВт.

По сравнению с поршневыми компрессорами турбокомпрессоры обладают рядом преимуществ:

при одной и той же холодопроизводительности турбокомпрессоры компактнее поршневых, требуется меньше производственных площадей, сокращается объём строительных сооружений и время ввода в эксплуатацию;

более надёжны и долговечны из-за отсутствии знакопеременных нагрузок и трущихся поверхностей.

Недостатки турбокомпрессоров: при уменьшении расхода до 0,7...0,8 от расчётного значении возникает помпаж;

потребляемая мощность почти вдвое выше, чем у поршневых ПКХМ.

 

 

Рис. 3.30. Ступень центробежного компрессора: 1-рабочее колесо; 2-лопаточный диффузор; 3-обратный направляющий аппарат; 4-лабиринтное углубление

 

В турбодетандере воздух поступает в подводящий канал-улитку 1 (рис. 3.31), предназначенный для равномерного подвода воздуха к направляющему аппарату 2, лопатки которого могут поворачиваться. В нём воздух ускоряется, давление падает с 7 атм. до 3,5...4,0 атм. без совершения внешней работы и на вход в рабочее колесо 3 воздух поступает с большей скоростью, заставляя колесо вращаться со скоростью до 12000 об/мин. и совершать внешнюю работу. На это затрачивается внутренняя энергия газа и его температура снижается. Нагрузка передаётся на тормозной генератор.

 

Рис. 3.31. Схема турбодетандера: 1-подводящий канал; 2-направляющий аппарат; 3-рабочее колесо

 

Поворачивая лопатки направляющего аппарата, можно изменить угол атаки относительно вектора потока воздуха. Это позволяет регулировать давление и температуру воздуха на выходе из детандера. Холодопроизводительность ТД при максимальном расходе воздуха составляет приблизительно 300 кВт. При работе в режимах ВСОТР температура воздуха на выходе из ТД t_д = - 8°С, а при работе в режиме ТСОТР-0 t_д = - 60°С...-70° С.

Блок подготовки воздуха

Основными элементами БПВ являются: теплообменники T0I, ТОII, ТОII и ТОV витые типа «воздух-воздух», влагоотделители ВДI и ВДII, адсорбер, фильтр 8 детандерного воздуха, электронагреватель 17, запорные вентили с пневмоприводом (обозначены буквой «В») и регулирующие вентили с электроприводом (обозначенные буквой «Р») - рис.3.32.

 

Рис. 3.32. Принципиальная схема термостатирования на основе ВХМ: 1-фильтр; 2-турбокомпрессор; 3-ТО I; 4-влагоотделитель ТО I; 5-TO II; 6-влагоотделитель ТО II; 7-адсорбер; 8-фильтр; 9-турбодетандер; 10-ТОIII 11-TOV; 12, 13, 17-электронагреватели; 16-TOIV

 

Теплообменные аппараты (рис. 3.33) отличаются сравнительно небольшими габаритами, компактностью и высоким коэффициентами теплопередачи. Например, в ТОП на сердечник уложено 648 трубок 12x1 из нержавеющей стали в 52 слоя через прокладки 2 мм. Концы трубок заделаны в трубные решётки. Коэффициент теплопередачи между прямым и обратным потокам воздуха достигает 90 Вт/м²К, а величина недорекуперации не превышает 3...5° С.

Теплообменник TOIV также витой типа «жидкость-воздух» предназначен для охлаждения и нагрева горючего при работе БПВ режимах ТСОТР. Размещается в узле термостатирования жидкости в 100 м от БПВ.

 

 

Рис. 3.33. Витой теплообменник: 1-трубная решетка

 

Влагоотделитель (рис. 3.34) задерживает конденсат капельной влаги путём сепарации при изменении направления потока воздуха.

 

 

Рис. 3.34. Влагоотделитель: 1 - корпус; 2 - влагоотборник: 3 - сливная пробка

Адсорбер (рис. 3.35) служит для осушки воздуха до температуры точки росы t_p = - 30°С при работе СТ в режимах ВСОТР-30 и ТСОТР-0. Осушка осуществляется гранулированным цеолитом типа СаА непрерывно до 24 ч. Затем увлажненный цеолит должен осушаться (восстанавливаться) путём прогрева сухим воздухом, подаваемым в обратном направлении - снизу вверх. Нагрев воздуха на регенерацию производится в электронагревателе 17 до 350...400°С. После восстановления цеолит охлаждается холодным потоком воздуха из ВОН.

 

Рис. 3.35. Адсорбер: 1 - корпус; 2 - адсорбент (цеолит); 3 — сетчатая перегородка

 

Сетчатый фильтр (рис. 3.36) предназначен для защиты турбодетандера от твёрдых частиц цеолита.

Рис. 3.36. Фильтр: 1 - корпус; 2 - сетка фильтрующего элемента

 

Для термостатирования отсеков носителя одновременно работают две станции подготовки воздуха. Воздух подаётся к носителю по двум воздуховодам длиной 500 м, диаметром 400 мм, выполненных из листов нержавеющей стали толщиной 2 мм и теплоизолированных стекловатой толщиной 100 мм (D_из=0,6 м). Один из воздуховодов называется «холодным», а другой - «тёплым». Температура воздуха на входе в «холодный» воздуховод (точка 13) должна быть не выше +9°С, а в «тёплый» воздуховод (точка 12) - не более +16°С. Давление на входе в воздуховоды 0,28 МПа (2,8 кг/см² - абс.) - такое же, как и на выходе из ТД (точка 9) при работе в режимах ВСОТР.