книги из ГПНТБ / Хордас, Г. С. Техническое кондиционирование воздуха и инертных газов на судах

строителя на изготовление и монтаж трубо­ проводов и монтаж оборудования системы; на основе данных [84] можно принимать

р,с = 2 ,3 -^ -2 ,5 ;

G(- — масса i-ro оборудования (скрубберы, холо­ дильные машины, адсорберы, абсорберы, десорберы, нагнетатели, насосы, газовые ком­ прессоры и др.), входящего в состав рассма­ триваемой системы, кг;

чивающего выработку электроэнергии и грею­ щего пара и 1 кг массы автономного привода механизмов системы, руб/кг; в данном слу­

строителя на монтаж обеспечивающего обо­ рудования, р0 = 0,1 -^0,2 [72];

gl, go, go — удельные характеристики массы оборудова­ ния, обеспечивающего выработку электро­ энергии, кг/кВт, греющего пара, кг/кг в 1 ч, и массы автономных приводов механизмов системы, кг/кВт;

IV®, N f — установочные мощности электроприводов, электрических подогревателей газов, авто­ номных приводов механизмов системы, кВт;

Gn ■— расход греющего пара на подогрев раствора, газов, воздуха, а также для работы теплоис­ пользующих холодильных машин, кг/г;

kf — коэффициенты загрузки электрических подо­ гревателей газов, механизмов с электропри­ водами, автономными приводами;

Спок — удельные затраты на выполнение 1 м2 защит­ ных покрытий корпусных конструкций, руб/м2;

FnoK — площадь, защищаемая покрытиями, м2.

Подсчет годовых эксплуатационных затрат Сэк необходимо вести с учетом расходов на электроэнергию, пар, топливо для автономной генерации газов и для работы автономных приводов механизмов системы, содержание обслуживающего персонала, амортизационные отчисления, материалы, ремонт системы, замену корпусных кон­ струкций в связи с коррозионными разрушениями и содержание судна на стоянке в период разгрузки.

185

l KOp

Здесь:

величина предположительно будет доведена до 0 ,0 1 ;

186

Ярем — коэффициент, учитывающий годовые затраты иа текущий ремонт обеспечивающего оборудования,

а°е„ = 0,011 [29];

скор — удельные затраты на замену корпусных конструк­ ций, руб/т;

GKop — масса корпусных конструкций, подлежащих замене из-за коррозионных разрушений, т;

ткор — время между заменой корпусных конструкций, годы;

Рис. 90. Зависимость расходов по содержанию танкера на стоянке с учетом работы грузовых насосов от дедвейта.

При определении значений т], т?, тн можно руководствоваться следующим: во время разгрузки работают главные нагнетатели; при мойке грузовых цистерн работают вспомогательные нагнета­ тели; при плавании в грузу или балласте время работы одного из нагнетателей’составляет около 15 мин в сутки [84]; одновременно с нагнетателями работают главные насосы забортной воды, насосы растворов, фреоновые и газовые (выпускных и топочных газов) компрессоры, вентиляторы десорбции, подогреватели раствора LiCl, воздуха десорбции и газов; вспомогательный насос гидравлического уплотнения работает независимо от работы нагнетателей.

Время между заменами корпусных конструкций ткор зависит от скорости коррозии и первоначальной толщины материала (см. табл. 12). В свою очередь, скорость коррозии, как показали испы­ тания, в основном зависит от средней концентрации кислорода в газовой среде, заполняющей грузовые помещения за период годо­ вой эксплуатации (см. рис. 26). Можно ожидать, что при подаче в грузовые помещения осушенных инертных газов скорость корро­ зии упадет до величин, не имеющих практического значения. По­ этому при сравнительной оценке вариантов систем по изменяющейся составляющей приведенных затрат П для систем с дополнительной осушкой газов, особенно для супертанкеров, затраты на выполнение

187

защитных покрытий корпусных конструкций и на их замену можно не учитывать.

Уменьшение времени стоянки под разгрузкой тет, связанное с соз­ данием избыточного давления в грузовых цистернах, становится особенно ощутимым при возрастании упругости паров нефти и нефте­ продуктов (см. рис. 27). Расходы по содержанию судна на стоянке в основном зависят от дедвейта (рис. 90) [7].

При определении величины Сгр учитывают влияние на уменьше­ ние грузоподъемности: массы элементов системы, в том числе трубо­ проводов; массы обеспечивающего оборудования; запаса топлива,

тх — суммарное ходовое время, час/год;

gl, g'l — удельный расход топлива для выработки электро­ энергии, кг/(кВт-ч), и пара, кг/кг.

Полученные значения изменяющейся составляющей П для каж­ дого рассматриваемого варианта систем сравниваются между собой, на основе чего определяется оптимальный вариант с Пт1п.

Технико-экономическое обоснование типа систем и состава обо­ рудования по минимуму изменяющейся составляющей приведенных затрат П целесообразно производить на двух стадиях проектиро­ вания: 1) перед разработкой схем систем и проработкой располо­ жения оборудования; 2 ) после выполнения тепловлажностных и гидравлических расчетов. На первой стадии обоснование носит характер прогноза и подкрепляется анализом данных прототипов. На второй стадии уточняется ряд параметров работы оборудования: конечные температуры и влагосодержание обработанного воздуха, давление нагнетателей и др. Не исключено, что в процессе выполнения технико-экономического обоснования на второй стадии потребуется повторное проведение тепловлажностных и гидравлических расчетов.

В заключение следует отметить, что оценка оптимальности системы по минимуму приведенных затрат (изменяющейся составляющей их) является важным этапом для принятия технического решения, не исключающего, однако, учета ряда дополнительных факторов (мас­ согабаритных характеристик, возможности размещения на судне, патентной чистоты и др.).

188

§ 16. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ

Тепловлажностные расчеты систем технического кондициониро­ вания воздуха и инертных газов, связанные с изменением состояния парогазовой смеси, удобно производить с помощью диаграммы Id. Одной из основных задач тепловлажностного расчета в данном слу­ чае является определение параметров процесса осушения воздуха и инертных газов.

Построение в диаграмме Id процессов осушения и охлаждения воздуха в поверхностном охладителе с помощью холодильной ма­ шины достаточно подробно рассмотрено в работах [38, 41, 55, 61, 77].

Что же касается систем инертных газов, то при расчетах процес­ сов осушения выпускных и топочных газов в практике проектно­ конструкторских организаций в настоящее время используют диаг­ раммы Id влажного воздуха, построенные на основе уравнения

выпускных и топочных газов практически не отличается от удельной теплоемкости сухого воздуха. Вместе с тем не учитывается тот факт, что в большей степени от состава газов зависит влагосодержание d.

построенных в диаграмме Id влажных газов и в диаграмме Id влаж­ ного воздуха (рис. 91), показывает, что использование при расчетах

1 Здесь и далее в § 16 по аналогии с другими изданиями при расчетах процес­ сов с помощью диаграммы Id, построенной в системе СИ, температура принимается в °С, а не в К.

189

последней приводит к существенным ошибкам. Так, при расчете охлаждения и осушения газов с помощью холодильных машин ошибка в определении холодопроизводительности может достиг­ нуть 4,7 кДж/кг, что для супертанкера дедвейтом около 200 000 т при расходе газов около 30 000 кг/ч приведет к завышению холодо­ производительности на 40 кВт (около 35 000 ккал/ч). Достаточно

Рис. 91. Сравнение процессов охлаждения и осушения газов в диаграммах Id влажных газов и влажного воздуха.

высокая погрешность будет наблюдаться при определении темпера­ туры точки росы осушенных газов, количества удаляемой воды и др. Поэтому при расчетах судовых систем осушенных инертных га­ зов и особенно при выборе способа осушения для конкретного судна следует использовать специально построенные диаграммы Id, в част­ ности представленную в приложении I.

Как показано в гл. II и III и § 15 настоящей главы, в ряде слу­ чаев целесообразно применение в системах технического кондицио­ нирования воздуха и инертных газов осушения газовых смесей с помощью твердых сорбентов (адсорбции).

Проектно-конструкторские организации обычно используют до­ вольно громоздкие аналитические методы расчета процессов осуше­ ния газовых смесей (воздуха, инертных газов) и их регенерации.

190

И здесь удобнее вести расчеты с помощью диаграммы Id, построенной для области высоких температур с учетом физических свойств вы­ пускных и топочных газов.

Для использования в практических расчетах в приложении II приводится диаграмма Id влажного воздуха и выпускных и топоч­ ных газов, перестроенная автором в системе СИ для области темпе­

сорбента сопровождается выделением теплоты испарения и теплоты смачивания. Полная теплота адсорбции составляет около 2930 кДж/кг адсорбируемой воды, из которых около 420 кДж/кг воды составляет теплота смачивания.

Часть теплоты адсорбции расходуется на нагревание адсорбента

иконструкций адсорбера.

Вформуле (17) <7К и qCM— соответственно удельное количество теплоты, расходуемое на нагрев адсорбента и конструкций, и удель­

ная теплота смачивания; qK qCM 420 кДж/кг адсорбируемой воды.

Разделив выражение (17) на (18) после соответствующих преоб­ разований, получим характеристику процесса осушения е0 для диаграмм, построенных в системе единиц СИ (с сеткой температур

В свою очередь, величина ТА может быть определена на основе равенства

СГ

191

Чтобы определить характеристику процесса изменения состояния воздуха или инертных газов при регенерации ими сорбента ер, также составим баланс по теплу и влаге:

сс— удельная теплоемкость сорбента, кДж/(кг-°С); для сили­ кагеля, наиболее подходящего для судовых условий сорбента, сс = 0,8374-0,921 кДж/(кг-°С) [14, 74];

Гд — средняя температура сорбента после регенерации (десорб­

192

Экспериментальные исследования изменения температуры ис­ пользуемого в качестве адсорбента силикагеля в различных слоях при регенерации его, в частности, горячим воздухом были проведены А. А. Шмыковым и Б. В. Малышевым [74]. На рис. 92 показано изменение температуры в различных слоях силикагеля в процессе регенерации его горячим воздухом.

Воздух имел температуру 250° С и проходил сверху вниз. По­ вышение температуры сверху у входа воздуха в адсорбер происхо­

в данном слое надо считать показаталем насыщения силикагеля водой. По мере использования нижних слоев вступали в работу следующие верхние слои силикагеля.

После достижения максимума температура каждого слоя начи­ нала снижаться, но до определенного значения, одинакового для всего объема силикагеля и в данномслучае равного 22° С. Снижение температуры происходило за счет охлаждения использованного сили­ кагеля протекающим влажным воздухом.

Аналогичные температурные кривые процесса адсорбции воды при использовании в качестве твердого сорбента алюмогеля (см.

После семичасовой работы адсорбера в выходящем воздухе появились следы влаги. В это время температура верхнего слоя алюмогеля достигла максимального значения, равного приблизительно 100° С, т. е. алюмогель полностью насытился влагой. Как считает А. А. Шмыков и др., полученные при этом значения температуры слоев сорбента указывают на желательность охлаждения адсорбента в период адсорбции.

Таким образом, при охлаждении сорбента в процессе осушения водой, циркулирующей по змеевикам, можно принимать 7д = 35° С, а при отсутствии охлаждения Тд = 80-ь-100° С.

Удельная масса сухого твердого сорбента

где а — обводненность сорбента в конце периода его эффективной работы, %;

а0 — остаточная обводненность сорбента после его регенера­ ции, %.

В процессе поглощения воды из воздуха или инертных газов объем силикагеля или другого сорбента, находящегося в аппарате, используется неполностью. При непрерывном потоке газов через адсорбер период адсорбции следует считать закончившимся с появ­ лением влажных газов на выходе из аппарата.

Это наблюдается ранее, чем достигается полное насыщение всего объема адсорбента. При потоке газов первые слои непрерывно омы­ ваются влажными газами в течение всего периода работы адсорбера и полностью насыщаются водой. По мере насыщения первых слоев начинают все активнее работать последующие слои. Газы, частично подсушенные, поступая в последующие слои, оставляют там меньшее

194