Типовые решения для пищевой промышленности


Для обеспечения предприятия пищевой промышленности необходим сжатый воздух с классом чистоты 1.2.1. (по DIN ISO 8573-1). Требуемое количество воздуха – 4000 л/мин, необходимое рабочее давление 6,5 бар, режим работы оборудования – круглосуточный.
Требуется подобрать оборудование для компрессорной станции.

Порядок выбора оборудования может быть следующим:
1. Выбор максимального рабочего давления.
Основное правило при выборе максимального рабочего давления компрессора простое – оно должно быть выше, чем давление, необходимое потребителям. Кроме того, следует учесть определенные потери давления, которые возникают при движении воздуха в трубопроводе и через оборудование для подготовки воздуха: при прохождении через осушитель потери составляют 0,2 бар, а при прохождении каждого их микрофильтров - 0,1…0,15 бар, причем по мере загрязнения фильтрующего элемента эта величина будет увеличиваться.
Таким образом, выбор максимального рабочего давления компрессора должен происходить следующим образом: к величине необходимого рабочего давления нужно прибавить значения падения давления при прохождении оборудования для осушки-очистки воздуха, а также учесть падение давления при прохождении воздуха через магистральный трубопровод.
В нашем примере, общее падение давления на оборудовании для подготовки воздуха составит – 4 х 0,15 + 0,2 = 0,8 бар. Учесть же падение давления в трубопроводе гораздо сложнее. Если предполагается использование уже существующего трубопровода, это можно сделать, врезав в систему на различных участках манометры. Если же предполагается монтаж новой пневмосистемы, можно, например, воспользоваться номограммами или таблицами, приведенными в справочной литературе – зная предполагаемую длину трубопровода и расход воздуха, по номограмме довольно легко определить интересующую нас величину. Как правило, эти номограммы составлены уже с учетом падения давления для прямолинейного участка трубопровода (обычно это от 0,1 до 0,5 бар на 100 м трубы). Но, как известно, потери давления при движении воздуха в трубе зависят не только от длины трубы (путевые потери), но и от количества установленных фитингов, запорной арматуры и т.д. (местные потери). Более точный метод оценки предполагает учет потерь от каждого «местного сопротивления» методом эквивалентной длины трубы. Иными словами, существуют зависимости, показывающие, сколько метров необходимо дополнительно добавить к длине прямолинейного участка трубопровода при установке фитинга, крана и т.п. В этом случае расчет проводится следующим образом – по длине и расходу воздуха выбирается из таблицы первоначальный диаметр основной трубы, потом подсчитываются все фитинги, запорная арматура, и при помощи таблицы перевода определяется, на сколько необходимо увеличить длину основного трубопровода.
Но в любом случае, при правильно организованной системе общее падение давления в трубе не должно превышать 5-7% от максимального рабочего давления компрессора.
Поэтому в данном примере следует остановиться на компрессоре с максимальным рабочим давлением 10 бар. Добавив к величине необходимого рабочего давления (6,5 бар) величины падения давления на оборудовании для подготовки воздуха и падения давления в пневмосистеме (5% от 10 бар), получим, что компрессор должен обеспечивать в системе давление не менее 7,8 бар. А этот показатель выбранный компрессор обязательно обеспечит – ведь его давление включения составляет 8 бар.

2. Обеспечение необходимого качества воздуха.
Обеспечить требуемое качество воздуха 1.2.1. (по DIN ISO 8573-1) позволит следующий комплект оборудования для осушки-очистки (см. первую часть данной статьи):
фильтр FQ - фильтр FP - адсорбционный осушитель с холодной регенерацией с температурой точки росы -40С - фильтр FD - фильтр FC.



3. Определение необходимого расхода воздуха.
Хотелось бы сделать предварительное замечание.
Особенностью компрессорной станции с адсорбционным осушителем является необходимость учета того, что часть сжатого воздуха, поступающего на вход осушителя, используется на регенерацию адсорбента, то есть не доходит до конечного потребителя сжатого воздуха.
В данной компрессорной станции будем использовать винтовой компрессор, имеющий ряд существенных преимуществ по сравнению с поршневым. Выбор винтового компрессора для важен еще и потому, что температура сжатого воздуха на выходе из него всего на 7 градусов превышает температуру окружающей среды. Как мы увидим далее, чем ниже температура на входе адсорбционного осушителя, тем меньше требуется производительность самого осушителя. Адсорбционный осушитель – это достаточно дорогое оборудование, сравнимое по цене с компрессором, и чем выше его производительность, тем выше цена.
Выбор адсорбционного осушителя, так же как и осушителя рефрижераторного типа, осуществляется с учетом поправочных коэффициентов.
Таблица 1.
Давл.бар4,04,55,05,56,06,57,07,58,08,59,09,510
Коэф.0,600,700,750,800,850,901,001,051,101,151,201,301,35

k1 - поправочный коэффициент в зависимости от рабочего давления
Таблица 2.
Темп.воздуха20253035404550
Коэф.1,201,151,101,000,850,750,60

K2 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры воздуха на входе в осушитель
Например, рассмотрим «критичный» режим работы оборудования (в жаркий летний день) и предположим, что температура воздуха в помещении компрессорной составляет +30 С. В этом случае, температура воздуха на выходе из компрессора (на входе в осушитель) будет составлять +37 оС (округлим до +40С), а минимальное давление 8 бар. Какую выбрать модель осушителя, чтобы обеспечить эффективную осушку 4000 л/мин?
Небольшое замечание: фактически, для рассмотренной схемы температура сжатого воздуха на входе в осушитель может быть и ниже +37 оС, т.к. после компрессора установлен ресивер, где за счет расширения воздуха произойдет его охлаждение. Но, в принципе, вполне допустима ситуация и с температурой +40 С (например, при несвоевременном обслуживании воздушно-масляного радиатора или в случае, когда ресивер устанавливается после фильтра FC при неравномерном потреблении воздуха). Поэтому примем для рассмотрения температуру +40 С.
При номинальных рабочих условиях (при давлении 7 бар и температуре сжатого воздуха на входе в осушитель +35 С) требуемый поток на входе в осушитель должен составлять 4000 л/мин плюс некоторое количество воздуха, идущее на регенерацию адсорбента. Для адсорбционного осушителя с температурой точки росы -40 С на регенерацию адсорбента расходуется 14,4% воздуха от его номинальной производительности (производительности на входе). Учитывая, что в этом случае 4000 л/мин составляют 85,6% от количества воздуха на входе в осушитель, получим, что номинальная производительность адсорбционного осушителя должна быть не менее - 4000 / 85,6% = 4673 л/мин.

Произведем проверку такого осушителя на соответствие реальным условиям. При этом реальная производительность осушителя определится так:
Q реал = 4673 / 1,10 / 0,8 = 5310 л/мин.
В этом случае необходимо рассмотреть осушитель - HDA 6250 с номинальной производительностью на входе 6250 л/мин.
Для исходных условий его максимальная производительность составит:
Q max = 6250 х 1,10 х 0,8 = 5500 л/мин.
С учетом того, что на регенерацию адсорбента идет 14,4% от номинальной производительности (6250 х 14,4% = 900 л/мин), получим, что осушитель гарантированно обеспечит требуемое качество осушки следующего количества воздуха:
Q вых = 5500 – 900 = 4600 л/мин, что вполне удовлетворяет нашим требованиям.
А вот если бы мы выбрали модель, исходя из условия, что производительность осушителя «просто» больше минимально допустимого значения 4673 л/мин, и остановились на ближайшей модели, имеющей большую производительность – HDA 5000 с номинальной производительностью 5000 л/мин, - то допустили бы довольно грубую ошибку.
Действительно, для исходных условий его максимальная производительность составит:
Q max = 5000 х 1,10 х 0,8 = 4400 л/мин.
С учетом того, что на регенерацию адсорбента идет 14,4% от номинальной производительности (5000 х 14,4% = 720 л/мин), получим, что осушитель гарантированно обеспечит требуемое качество осушки следующего количества воздуха:
4400 – 720 = 3680 л/мин, а это значительно меньше требуемой величины 4000 л/мин.
Безусловно, при установке осушителя HDA 5000 оборудование работало бы, но без гарантии того, что на выходе из осушителя температура точки росы будет соответствовать требуемой -40С.
Небольшое замечание: количество воздуха, идущего на регенерацию адсорбента у разных моделей осушителей различно. Например, у осушителей, обеспечивающих температуру точки росы -70ОС, оно составляет порядка 30% от номинальной производительности.
И только после выбора адсорбционного осушителя можно приступать к выбору винтового компрессора, объема ресивера и фильтров.
В нашем случае, производительность винтового компрессора должна составлять не менее:
Q ВК = 5500 / 0,95 = 5789 л/мин, где 0,95 – КПД винтового блока.
С учетом небольшого «запаса по производительности» определим, что для нашего случая оптимальное решение - винтовой компрессор AIRBLOK 60 c максимальным давлением 10 бар и производительностью 6190 л/мин.
Далее, если не оговариваются особые условия работы, определим, что в соответствии с универсальным правилом объем ресивера должен составлять 30% от объемной производительности компрессора. Т.е. для компрессора с производительностью 6190 л/мин необходим ресивер объемом 2000 л. Поскольку установка одного ресивера с таким объемом потребует регистрации сосуда в органах Госгортехнадзора, можно воспользоваться четырьмя ресиверами РВ500.11.00 объемом 500 л каждый.
И в заключении выбираем фильтры. Выбор фильтров производится также с помощью таблицы поправочных коэффициентов.
Таблица 3.
Давл.бар12345678910111213141516
Коэф.0,380,500,650,750,881,001,131,251,381,501,631,751,882,002,132,25

Поправочный коэффициент в зависимости от давления
В нашем случае, при реальной производительности компрессора 6190 х 0,95 = 5880 л/мин и минимальном рабочем давлении 8 бар производительность фильтра должна составлять не менее – 5880 / 1,13 = 5203 л/мин.
Выбираем фильтры FQ 5600, FP 5600, FD 5600 и FC 5600.

Таким образом, окончательный комплект оборудования компрессорной станции для обеспечения сжатым воздухом рассматриваемого пищевого предприятия будет выглядеть следующим образом: винтовой компрессор AIRBLOK 60 – четыре ресивера РВ500.11.00 - фильтр предварительной очистки FQ 5600 – фильтр тонкой очистки FP 5600 – адсорбционный осушитель HDA 6250 - микрофильтр FD 5600 - фильтр на основе активированного угля FC 5600.