Проектирование пневмолиний

Пневмолиния – специализированная магистраль, предназначенная для подачи к потребителям сжатого воздуха. При организации магистраль важным вопросом становится проектирование пневмолиний, а также предварительная подготовка к их монтажу на отдельно взятом предприятии. Только серьезный подход к разработке и установке позволит сократить до минимума потери энергии, которые могут быть вызваны неправильной организацией системы по транспортировке и подаче сжатого воздуха. Специалисты нашей компании уже многие годы успешно занимаются расчетами, проектированием и монтажом пневмолиний различного уровня сложности.

При централизованном снабжении сжатым воздухом необходима установка системы трубопроводов, для снабжения сжатым воздухом отдельных потребителей. Функционирование трубопроводной сети обеспечивает сжатым воздухом потребителей

в достаточном количестве,

необходимого давления,

необходимого качества,

с наименьшими возможными потерями давления,

безопасно

и дёшево.

Конструкция трубопроводной сети

Рекомендуется, чтобы трубопроводная сеть сжатого воздуха была разделена на отдельные участки (см. рис. 28).

Трубопроводная сеть сжатого воздуха начинается от компрессорной станции с напорной линии, которая соединяет компрессор с осушителем, ресивером сжатого воздуха и фильтрами. Перепад давления в напорной линии не должен превышать 0,04 бар, без учёта фильтров, арматуры и т.д.

Рис. 28: Схема трубопроводной сети сжатого воздуха.

1. Кольцевая линия;

2. напорная линия;

3. ответвление;

4. слив конденсата;

5. присоединённые потребители

Распределительная линия соединяется с напорной линией, снабжение потребителей сжатым воздухом осуществляется по ответвлённой/кольцевой линии.

Ответвлённые линии начинаются от распределительной линии, проходят через помещения/цеха и заканчиваются в определённом месте. Их преимуществом является то, что они требуют меньшего количества труб, чем кольцевые линии, только исходя из расстояния до потребителя. С другой стороны, отдельные участки кольцевых линий, которые образуют распределительное кольцо, могут блокироваться, при гарантированном снабжении сжатым воздухом других участков. Для кольцевой линии требуются трубы с небольшим условным проходом.

Перепад давления в распределительной линии не должен превышать 0,03 бар. На случай образования конденсата трубопровод должен иметь максимальный наклон к нижней точке 5º для сбора и удаления конденсата – это равно понижению уровня на 9 мм на каждый метр длины трубы.

Трубопровод может быть смонтирован на стене при помощи кронштейнов для крепления труб или подвешен под потолком при использовании резьбовых тяг или хомутов. Для проведения ремонта или демонтажа на отдельные участки рекомендуется, чтобы было предусмотрено достаточное количество запорной арматуры, для того чтобы изолировать участки трубопровода от всей системы.

Соедините ответвлённые линии трубопроводов с распределительной линией; это обеспечит непосредственное снабжение потребителей. Арматура и соединительные принадлежности, используемые для этой цели (см. стр. 32).

Перепад давления в соединительных линиях не должен превышать 0,03 бар. Для того чтобы в соединительных линиях не образовывался конденсат, рекомендуется, чтобы все врезки имели S-образную форму (см. рис).

Хотя этого не требуется в том случае, когда по трубопроводам транспортируется уже осушенный воздух, трубопроводы всё равно должны устанавливаться таким образом из соображении безопасности.

В промышленности часто используют трубы размер DN 25 (равный 1 дюйму) или больший, так как использование этих труб даёт выигрыш в стоимости и простоту монтажа, благодаря их маленьким размерам. Следовательно, для потребителей с расходом сжатого воздуха до 1800 л/мин, номинальная длина трубопроводов должна составлять до 10 м, чтобы перепад давлений не превышал установленных значений.

Таблица 4 приводит соотношения между перепадом давления и объёмным расходом для труб диаметром 25 мм и номинальной длины 10 м.

Табл.4:Соотношения между перепадом давления и объёмным расходом.

Перепад давления происходит вследствие:

слишком малого условного прохода трубопровода

препятствий для движения потока в трубопроводе

шероховатости стенок трубопровода

утечек.

При использовании старых или вновь возводимых сетей следует учитывать, что потери давления при транспортировке сжатого воздуха напрямую зависят от диаметров трубопроводов, местных гидравлических сопротивлений, утечек сжатого воздуха, а также многих других факторов. Именно поэтому, на компрессорной станции требуется поддерживать более высокое давление, чтобы обеспечить необходимое рабочее давление у потребителя. Совсем избавиться от потерь данного типа невозможно, но их можно максимально минимизировать.

Поток может быть ламинарным (равномерным, идеальным) или турбулентным (с различными и динамично меняющимися векторами движения). В реальности, в системах сжатого воздуха всегда существуют только турбулентные потоки.

Основными, интересными с нашей точки зрения, особенностями ламинарного потока является низкий перепад давления (положительный эффект) и низкий теплообмен газа и стенок трубопровода (в разных случаях может иметь как негативный, так и позитивный эффект).

Особенностями турбулентного потока является высокое падение давления и высокая же способность к теплообмену.

Утечки в распределительной линии или в местах соединений с потребителем приводят к большим потерям. Негерметичность в таких местах как патрубки вызывает утечки воздуха с большими скоростями. Сам поток выходящего таким образом воздуха не представляет непосредственной опасности и не требует обычно срочных мер по устранению, как например, в случае утечки в водопроводе.

Увеличение необходимого объёмного расхода, вызванного утечками, существенно повышает энергетические затраты на производство сжатого воздуха. Таблица 5 даёт наглядное представление о масштабах энергетических затрат, вызванных утечками.

Табл. 5: Энергетические затраты, вызванные утечками при 8000 часах эксплуатации/год и 1,5 руб/КВт.

Объём утечек в системе сжатого воздуха может быть легко измерен по падению давления в ресивере сжатого воздуха. При этом может быть зафиксировано время, за которое давление снижается, например, на 1 бар. Во время проведения замера ресивер не должен снабжаться сжатым воздухом.

Допуская, что сжатый воздух вытекает изотермически, объём утечек в системе сжатого воздуха может быть приблизительно вычислен по следующей формуле:

где

Vутеч =" Объём утечек в л/мин

Vресив =" Объём ресивера сжатого воздуха в л

Рнач =" Начальное давление в ресивере в барах

Ркон =" Конечное давление в ресивере в барах

t =" Замеренное время в минутах

Пример:

Vресив =" 1000 л

Рнач =" 8 бар

Ркон =" 7 бар

t =" 2 мин

Размеры трубопроводов

В процессе конструирования новой системы сжатого воздуха размеры трубопроводов имеют первостепенное значение.

Для определения соответствующих размеров должны быть точно установлены следующие параметры:

план расположения отдельных потребителей

число потребителей

тип потребителей

расход сжатого воздуха, потребляемый различными потребителями.

2.11. Определение расхода сжатого воздуха

Время работы

Большинство агрегатов и устройств, потребляющих сжатый воздух, не работают непрерывно. Следовательно, важно определить время работы в качестве необходимой информации для определения общего расхода. Время работы выражается в виде коэффициента или в виде процентного отношения.

В Таблице 6 в Приложении Главы 2 приводятся примеры времени работы некоторых потребителей сжатого воздуха.

Пример:

Установленный агрегат работает 45 минут в час. Время работы составляет

Синхронизирующий коэффициент

Синхронизирующий коэффициент – это эмпирическая величина. Он основан на том, что не все потребители, из тех, что используют для своей работы сжатый воздух, работают одновременно. Если установленный агрегат, описанный в предыдущем примере, имеет время работы 75%, то другие независимо работающие агрегаты, не всегда имеют такое же время работы.

Таблица 5 в Приложении Главы 2 показывает, какие синхронизирующие коэффициенты могут быть использованы на практике для определённого числа потребителей сжатого воздуха.

Пример:

Пять установленных агрегатов работают параллельно. Принимая в рассмотрение время работы 75%, каждый агрегат должен потреблять сжатый воздух в объёме 200 л/мин под давлением 6 бар. Если все агрегаты работают одновременно, необходимый объём сжатого воздуха должен составлять 5 × 200 л/мин =" 1000 л/мин. Впрочем, так как синхронизирующий коэффициент для пяти агрегатов работающих параллельно равен "0,83, фактическое количество необходимого сжатого воздуха составляет 830 л/мин.

Коэффициент износа

Коэффициент износа суммируется из потерь вызванных износом, утечками и неправильной эксплуатацией потребителей сжатого воздуха. Потери вследствие износа должны составлять минимум 5% от общего объёма потребления сжатого воздуха устройством.

Диаметр трубопровода

Диаметры трубопроводов определяются при помощи расчётного графика (см. рис. 29) или вычисляются при помощи приблизительной формулы:

где

d =" внутренний диаметр трубы в мм

=" общий объёмный расход в м3/ч

L =" номинальная длина трубопровода в м

ΔР =" перепад давления в барах

=" рабочее давление в барах

Пример 1:

Определить внутренний диаметр трубопровода по формуле для следующих параметров:

L =" 300 м

ΔР =" 0,1 бар

=" 8 бар

Определение внутреннего диаметра трубопровода при помощи расчётного графика (пример 2):

На рисунке 29 показан расчётный график, при помощи которого может быть определён внутренний диаметр трубопровода.

Использование расчётного графика:

• Отметим длину трубы на линии А, а объёмный расход на линии В.
• Соединим точки прямой линией и продолжим ее до оси 1.
• Отметим давление в системе на линии Е, а допустимое снижение давления на линии G.
• Соединим точки прямой линией. Эта линия пересечёт линию F.
• Диаметр трубы соответствует точке пересечения линии D с прямой, соединяющей точки на линиях C и F (ось 1 и ось 2).

При использовании данных из примера 1 по графику получаем значение 90 мм.

Рис. 29: Расчётный график для определения диаметра трубопровода и перепада давления

Определение внутреннего диаметра трубопровода при помощи расчётного графика (пример 3):

Расчётный график изображённый на рисунке 29 непонятен для вас или работать с ним слишком трудно? Тогда смотрите рисунок 30. Эта монограмма позволяет определять только самые важные параметры и, соответственно, является более простым в использовании.

Использование монограммы:

Проведём линию от левого столбца в соответствии с необходимым расходом воздуха.

Определим длину трубопровода, отметив соответствующий столбец.

На пересечении линии и столбца в области между ломаными линиями находится соответствующее значение диаметра.

Пример:

- Расход воздуха =" 1000 л/мин

- Длина трубопровода =" 100 м

- Необходимый диаметр трубопровода =" 1"

Дополнительная арматура:

Вся установленная арматура (клапаны, тройники, колена и т.д.) является дополнительным сопротивлением для потока, что должно учитываться при расчёте. Длины, которые должны прибавляться к длине трубопровода, приводятся в таблице.

Пример: Отсечной клапан диаметра G 3/4 имеет значение длины 4,00; теоретически, трубопровод должен быть удлинён на 4 м, что нужно учесть для расчета потери давления.

Перепад давления составляет 0,1 бар при давлении в сети 8 бар

Длина трубопровода (м)

Расход воздуха

(л/мин атмосферн. воздуха)

Рис. 30: Расчётный график для определения диаметра трубопровода и перепада давления