И сжатия газов

Для перемещения и сжатия газов предназначены специальные компрессорные машины. Отношение конечного давления р₂, созда­ваемого компрессорной машиной, к начальному давлению р₁ при котором происходит всасывание газа, называется степенью сжатия. В зависимости от степени сжатия различают следующие типы компрессорных машин:

вентиляторы (p₂/p₁<l,l) для перемещения больших количеств газа;

газодувки (l,l<p₂/p₁<3,0) для перемещения газов при относительно высоком сопротивлении газопроводящей сети;

компрессоры (p₂/p₁>3,0) для создания высоких давлений;

вакуум-насосы для отсасывания газов при давлении ниже атмосферного.

По принципу действия компрессорные машины бывают поршневые, ротационные, центробежные и осевые. В поршневых и ротационных компрессорах сжатие газа происходит за счет уменьшения объема, в котором заключен газ. В центробежных и осевых компрессорах сжатие газа происходит под действием инерционных сил, возникающих при вращении рабочего колеса.

В промышленности наибольшее применение получили поршневые компрессоры с электроприводом и поршневые газомоторные компрессоры. На компрессорных станциях магистральных газопроводов, как правило, используют центробежные нагнетатели большой производительности, которые представляют собой одноступенчатые компрессорные машины с осевым подводом газа к консольно расположенному рабочему колесу.

Сжатие газа в любом компрессоре сопровождается повышением его давления и температуры, нагревом узлов и деталей машины, вибрацией компрессорного агрегата. Поэтому предусматриваются меры защиты, исключающие прорыв газов и выход их в помещение компрессорной, повышение давления сверх установленного уровня, перегрев машины, разложение смазочного масла и другие нежелательные явления.

Температуру газа после адиабатического сжатия в компрессоре оценивают по формуле

, (11.4)

где Т₂ — температура газа после сжатия; Т₁ — температура газа до сжатия; р₁ и р₂ — давление газа до и после сжатия; k — показатель адиабаты.

Сжатие газов до высоких давлений осуществляется в многоступенчатых компрессорах, причем процесс расчленяется на несколько ступеней. После каждой ступени применяют охлаждение газа в про межуточных холодильниках (кожухотрубчатых теплообменниках). Подбор таких холодильников осуществляют исходя из требуемой поверхности теплообмена, которую определяют по формуле

, (11.5)

где F — поверхность теплообмена холодильника; Q — количество тепла, отбираемого от газа в единицу времени; К—коэффициент теплопередачи; Δt_ср — средняя логарифмическая разность температур.

Пожарная опасность компрессоров зависит прежде всего от свойств сжимаемых газов. Сжиматься могут горючие газы, смеси горючих газов с инертными газами, воздухом и кислородом, а также чистый воздух.

При сжатии горючих газов опасные концентрации внутри компрессора могут возникнуть в том случае, если во внутренний объем проник воздух или другой окислитель. Это может произойти, когда образуются неплотности во всасывающей линии и давление ниже атмосферного. Поэтому предусматриваются мероприятия, исключающие нарушение, герметичности всасывающих линий; поддерживают подпор газа во всасывающих линиях дожимных компрессоров; контролируют и регулируют состав сжимаемого газа с примесью окислителя.

Пожарная опасность компрессоров, сжимающих горючие газы, обусловлена возможностью выхода газа наружу в случае появления повреждений и неисправностей. Поэтому предусматривается комплекс мероприятий, предупреждающих образование взрыво­опасных концентраций: надежная герметизация рабочих полостей компрессора и трубопроводов; устройство местных отсосов от уплотнений; установка предохранительных клапанов; устройство общеобменной вентиляции; оборудование автоматических систем об­наружения горючих газов в воздухе компрессорной станции.

Источниками зажигания могут быть искрящие контакты открытых электродвигателей. Поэтому искрящие части двигателя либо весь он заключается в кожух, в который подают воздух под избыточным давлением. Система подачи воздуха блокируется с пусковой системой электродвигателя: его запуск осуществляется только после включения подачи воздуха на обдув.

Газовые двигатели (газомоторы) представляют собой двигатели внутреннего сгорания и имеют систему подачи газообразного топлива, смазки, охлаждения, выпуска продуктов сгорания. Пожарная опасность систем смазки и охлаждения газомоторов аналогична пожарной опасности компрессоров.

Система выпуска продуктов сгорания имеет газовыпускной коллектор из сварных труб с водяным охлаждением и неохлаждаемые патрубки, имеющие высокую температуру. Они защищаются тепловой изоляцией из асбеста. Выхлопная труба имеет глушитель с предохранительным клапаном на случай взрыва. Сброс выхлопных газов от газомотора и горючих газов от предохранительных клапанов компрессоров следует устраивать так, чтобы не произошло воспламенения. Предусматривается достаточная вентиляция картера газового двигателя.

Взрывопожарная опасность воздушных компрессоров весьма велика: внутри машин может образоваться горючая среда, так как там есть и окислитель (воздух) и горючее (смазочное масло). Основная причина взрывов воздушных компрессоров связана с самовозгоранием нагаромасляных отложений, которые образуются в результате испарения, последующей конденсации и оседания в коммуникациях масел, применяемых для смазки цилиндров и механизмов движения. Процесс накопления нагаромасляных отложений ускоряется в случаях применения склонных к нагарообразованию масел, забора загрязненного воздуха, недостаточного охлаждения сжатого воздуха, наличия застойных зон в нагнетательных коммуникациях, несвоевременной очистки коммуникаций от отложений.

Взрывоопасность масел, применяемых в воздушных компрессорах, определяется температурой их вспышки и, главным образом, склонностью к нагарообразованию. Нужно, чтобы разница между температурой вспышки смазочного масла и предельно допустимой температурой сжатого воздуха (160° С) была не менее 75° С. Образовавшийся нагар постепенно окисляется, его температура повышается, происходит дополнительное выделение паров и продуктов разложения. Образуется очаг самовозгорания. Поэтому предусматривается улавливание масла, испаряющегося в цилиндрах и увлекаемого сжатым воздухом, специальных маслоотделителях. Маслоотделитель должен устанавливаться на линии сжатого воздуха, не ближе того места, где температура воздуха достигает температуры конденсации паров масла. Это место можно приближенно определить по формуле

, (11.6)

где L — длина трубопровода от компрессора до маслоотделителя; G — количество проходящего воздуха; с_р — удельная теплоемкость воздуха; t_cp — температура воздуха при выходе из компрессора; t_K— температура конденсации паров масла; d — диаметр трубопро­вода; Δtср — средняя логарифмическая разность температур, между воздухом в трубопроводе и окружающей средой; Kcр — средний коэффициент теплопередачи.

Величина L значительно сокращается в случае применения холодильников.

Не рекомендуется допускать устройство глухих отводов и заглушённых штуцеров, где могут скопиться масляные отложения. Рекомендуется не реже одного раза в шесть месяцев производить очистку воздухопроводов раствором каустической соды с последующей тщательной промывкой водой.

Важное значение имеют мероприятия по защите компрессоров от вибраций: устройство надежных фундаментов, отделенных от фундаментов и других конструкций здания. Здание компрессорной станции должно выполняться из несгораемых материалов и иметь легкосбрасываемые конструкции в виде открывающихся наружу окон, дверей, панелей перекрытия. В зданиях компрессорных станций допускается установка расходных баков для масла общим объемом не более трехсуточного запаса, а для сбора отработанного картерного масла — подземных резервуаров, емкость которых не должна превышать суммарной емкости картеров наибольшего компрессора и его двигателя.