Компрессор среднего давления для металлообработки с вертикальным ресивером объемом 800 л

Идентификатор проекта: AR-040 | Применение: Металлообработка | Концепция компрессора: Компрессор-усилитель среднего давления

Статус контента: пример инженерного проекта для планирования веб-сайта. Он не содержит информации о выполненном заказе конкретного заказчика и не подтверждает его статус. Все значения параметров сосуда являются предварительными инженерными эталонными значениями. Для окончательного изготовления требуется подтверждение условий эксплуатации, соответствие юрисдикции, утвержденные чертежи и официальные расчеты сосудов под давлением.

Обзор проекта

В данном случае описывается предприятие по металлообработке, которому требуется подача сжатого воздуха под высоким давлением для специальных производственных процессов. Типичные пользователи включают в себя средства для плазменной резки под высоким давлением, очистку сжатым воздухом под высоким давлением, приводы специальных инструментов, а также обычные системы подачи сжатого воздуха низкого давления, используемые на предприятии. Компрессор забирает подаваемый воздух из существующей сети подачи сухого сжатого воздуха общего назначения. Цель ресивера высокого давления состоит не просто в увеличении номинального объема хранения. Она заключается в создании контролируемой пневматической емкости между подачей воздуха от компрессора и потребностью предприятия в воздухе под высоким давлением, чтобы кратковременные перепады расхода не проявлялись немедленно в виде возмущения давления в коллекторе потребителя воздуха под высоким давлением. В рассматриваемом цехе ведется серийное производство под высоким давлением с резкими скачками расхода при одновременной работе нескольких процессов под высоким давлением. Ввиду такого режима работы выбор ресивера должен быть согласован с производительностью бустерного компрессора, заданными значениями давления, качеством подаваемого воздуха, обработкой воздуха под высоким давлением, сопротивлением трубопроводов и минимальным давлением, допустимым для оборудования для металлообработки под высоким давлением. В данном случае выбранная концепция бустерного компрессора обеспечивает производительность приблизительно 3,0 м³/мин при давлении 14,0 бар (изб.), а ресивер обеспечивает номинальный объем хранения 800 л в вертикальном положении.

Целью проектирования является стабильная работа системы высокого давления, а не максимальный размер резервуара. Для защиты режущего оборудования, пескоструйных сопел и технологического инструмента от загрязнения в цехе необходим сухой, чистый сжатый воздух. Слишком маленький ресивер может привести к быстрому изменению давления и чрезмерной активности системы управления компрессором-усилителем; ресивер, значительно превышающий необходимый размер, может занимать ценное пространство и замедлять реакцию системы во время заполнения. Таким образом, в данном случае необходимо сбалансировать полезный объем хранения под высоким давлением, поведение системы управления компрессором-усилителем и ограничения при установке. Кроме того, ресивер рассматривается как сосуд высокого давления, требующий формального проектирования в соответствии с нормами, отслеживаемости материалов, защищенных сопел, надежного дренажа и правильно подобранных предохранительных устройств высокого давления. Указанные размеры и толщина стенки сосуда являются предварительными эталонными значениями для планирования проекта. Они демонстрируют, как производитель сосудов высокого давления может скоординировать механическую часть под заданную нагрузку компрессора-усилителя, но не заменяют окончательный расчет, требуемый действующими нормами для сосудов высокого давления.

Область применения и потребность в воздухе

В цехе металлообработки используется сжатый воздух среднего давления с повышенным давлением для плазменной резки под высоким давлением, очистки сжатым воздухом высокого давления и привода специального инструмента, в то время как другие задачи на предприятии выполняются с помощью существующей системы сжатого воздуха низкого давления. Потребители воздуха высокого давления не используют его с идеально постоянной скоростью. В инженерной оценке предполагается средняя потребность в воздухе высокого давления около 2,1 м³/мин, режим малой нагрузки около 0,9 м³/мин и короткие суммарные пики высокого давления, приближающиеся к 3,4 м³/мин. Эти значения намеренно выражены в виде диапазона потребления, а не в виде единого номинального значения, поскольку производительность приемника определяется разностью между мгновенной потребностью в воздухе высокого давления и мгновенной производительностью компрессора-усилителя. Когда пиковое значение превышает производительность компрессора-усилителя, запасенный воздух высокого давления на короткий период дополняет работу компрессора. При снижении спроса ресивер принимает избыточную подачу бустерного давления и замедляет повышение давления, которое в противном случае потребовало бы быстрой реакции системы управления бустер-компрессором.

Последствием низкой стабильности давления высокого давления в данном применении является практическая проблема: колебания давления могут приводить к непостоянным результатам плазменной резки, неравномерной эффективности пескоструйной очистки и ненадежной работе инструментов высокого давления, что приводит к браку продукции. По этой причине ресивер высокого давления располагается там, где его объем может фактически влиять на датчик давления высокого давления и пользователей металлообрабатывающих предприятий, нуждающихся в поддержке. Большой резервуар высокого давления, подключенный через слишком узкий ответвление высокого давления, может вести себя как маленький резервуар, поскольку воздух высокого давления не может достаточно быстро поступать в него или выходить из него. Поэтому в проекте объем ресивера связан с размером ответвления высокого давления, запорными клапанами, обратными клапанами, падением давления в осушителе высокого давления и расположением датчика управления компрессором-усилителем. При проведении аудита на реальном объекте предпочтительнее было бы проводить посекундную регистрацию давления и расхода в контуре высокого давления. В тех случаях, когда эти данные недоступны, циклы производства под высоким давлением, количество оборудования и время пиковых событий представляют собой наиболее подходящую основу для определения необходимых параметров хранилища под высоким давлением.

Требования заказчика и инженерные данные

Типичное требование заказчика заключается в поддержании полезного высокого давления в коллекторе производства приблизительно 13,4 бар (изб.), обеспечивая при этом достаточное давление на входе для покрытия потерь при обработке и распределении под высоким давлением. Поэтому давление на выходе бустерного компрессора установлено на уровне 14,0 бар (изб.), не потому что более высокое давление автоматически желательно, а потому что система высокого давления должна обеспечивать требуемое давление у наиболее требовательного потребителя после учета фильтров высокого давления, осушителя, клапанов и трубопроводов. Бустерная установка питается от существующей системы сухого сжатого воздуха низкого давления; качество подаваемого воздуха должно быть гарантировано во избежание загрязнения контура высокого давления. Ожидаемая рабочая среда — цеха металлообработки, где присутствует металлическая пыль, шлифовальные отходы, сварочные пары и периодические брызги смазочно-охлаждающих жидкостей. Ресивер высокого давления рассчитан на диапазон температур окружающей среды от -10 до +45 °C. Механический блок также должен иметь доступ для обслуживания дренажного отверстия, предохранительного клапана высокого давления, манометра и точек изоляции, а также предусматривать возможности подъема и установки на фундамент, совместимые с весом сосуда около 460 кг.

Перед окончательным проектированием заказчик или системный интегратор обычно предоставляют технические характеристики компрессора-усилителя, параметры FAD при выбранном давлении наддува, диапазон рабочего давления, максимальную температуру на выходе, последовательность обработки воздуха под высоким давлением, требуемую точку росы под высоким давлением, размеры труб высокого давления, предпочтительное направление патрубков, доступную площадь пола, ограничения по подъему и требования регулирующих норм в отношении сосудов высокого давления. Эти данные более полезны, чем простой запрос на «резервуар высокого давления объемом 800 л», поскольку они определяют, как сосуд высокого давления должен работать внутри всей системы компрессора-усилителя. Затем в рамках заказа на изготовление эти функциональные требования преобразуются в чертеж общего расположения, схему патрубков, конструкцию опор, спецификацию материалов и план проверки. Этот инженерный анализ особенно важен, когда ресивер высокого давления должен заменить существующий сосуд без необходимости внесения существенных изменений в трубопроводы высокого давления или фундамент.

Выбор компрессора

Выбранная концепция компрессора представляет собой бустерный компрессор среднего давления, питаемый от существующей системы подачи сухого сжатого воздуха низкого давления, предназначенный для обеспечения повышенного давления в специальных процессах металлообработки. Типичный комплект рассчитан на производительность около 3,0 м³/мин при номинальной мощности привода около 34 кВт при 14,0 бар (изб.). Принцип управления основан на регулировании давления с помощью реле или ступенчатого регулирования производительности. Такая схема подходит, поскольку в данном случае речь идет о серийном производстве под высоким давлением с резкими скачками расхода при одновременной работе нескольких процессов высокого давления. Размер бустерного компрессора определяется в первую очередь для обеспечения постоянного высокого давления в процессе обработки, а ресивер высокого давления используется для компенсации кратковременных отклонений и обеспечения стабильности управления бустерным компрессором. Такое разделение функций позволяет избежать распространенной ошибки, когда мощность бустерного компрессора завышается лишь для удовлетворения пикового значения, длящегося всего несколько секунд.

Ключевое преимущество этой концепции компрессора заключается в том, что она добавляет возможность работы со средним давлением без перенастройки основной станции сжатого воздуха низкого давления. Ресивер высокого давления поддерживает это поведение, замедляя изменения давления в точке управления бустером. В случае бустерных машин с фиксированной скоростью или ступенчатой конфигурацией полезное хранение высокого давления может увеличить интервалы нагрузки и разгрузки и уменьшить резкие циклы работы бустера. В многобустерных установках ресивер может предотвратить ненужный запуск второго бустерного блока из-за короткого импульса высокого давления. Окончательная логика управления по-прежнему принадлежит компрессорно-бустерной установке и системному контроллеру; ресивер высокого давления не заменяет правильную логику последовательности работы бустеров. Его роль заключается в создании пневматического буфера высокого давления, который дает системе управления бустером время для принятия стабильных решений.

Рабочие параметры компрессорной системы

Основные параметры системы: производительность по давлению на выходе 3,0 м³/мин, установленная мощность компрессора-усилителя приблизительно 34 кВт и давление на выходе усилителя 14,0 бар (изб.). Планируемое полезное давление в коллекторе высокого давления составляет около 13,4 бар (изб.), оставляя примерно 0,6 бар на потери при обработке и распределении под высоким давлением в базовых условиях. Средняя расчетная потребность в высоком давлении составляет 2,1 м³/мин, что составляет около 70 % от номинальной производительности компрессора-усилителя по давлению на выходе, оставляя примерно 30 % номинальной мощности между средней потребностью в высоком давлении и номинальной мощностью усилителя. Этот запас не является автоматически резервной мощностью для будущего расширения системы высокого давления; он также покрывает нормальную изменчивость производства под высоким давлением, потери на продувку при обработке под высоким давлением (где это применимо) и неопределенность в первоначальной оценке потребности в высоком давлении.

Выбранный осушитель высокого давления с продувкой воздухом и фильтрующая система должны быть рассчитаны на фактические условия высокого давления на входе и пиковый расход высокого давления. Падение давления в системе обработки под высоким давлением следует проверять как при чистых элементах, так и при максимально допустимом перепаде давления, поскольку ресивер высокого давления не может компенсировать хронически недостаточный размер фильтра или осушителя высокого давления. Контрольно-измерительные приборы должны включать измерение давления на выходе из бустера, давления в ресивере высокого давления и давления в коллекторе высокого давления на выходе, чтобы персонал, занимающийся вводом в эксплуатацию, мог отличить проблему хранения под высоким давлением от проблемы трубопроводов высокого давления или ограничений обработки. В тех случаях, когда процесс обработки под высоким давлением чувствителен к влажности, точку росы следует измерять на выходе из осушителя высокого давления, а не определять по температуре в компрессорной. Эти детали позволяют представить ситуацию как полную систему сжатого воздуха с бустером, а не только как описание оборудования, расположенного в резервуаре высокого давления.

Философия управления и формирования структуры спроса

Профиль потребности в высоком давлении характеризуется серийным производством с резкими скачками расхода при одновременной работе нескольких процессов высокого давления. Во время быстрого увеличения нагрузки высокого давления контроллер бустерного компрессора фиксирует начало падения давления и запрашивает увеличение мощности бустера. Ресивер высокого давления покрывает часть временного дефицита высокого давления, в то время как бустерная машина ускоряет или нагружает другую ступень. Во время быстрого снижения нагрузки высокого давления процесс обращается вспять: избыточная подача бустерного компрессора поступает в ресивер высокого давления, и скорость повышения давления снижается. Величина этого преимущества зависит от полезного диапазона высокого давления. Полный геометрический объем в 800 л не является «доступным воздухом» при атмосферных условиях; только масса высокого давления, высвобождаемая между верхним и нижним полезными уровнями высокого давления, может поддерживать процесс обработки металла.

Таким образом, философия эталонного управления связывает расчет размеров ресивера высокого давления с фактическими заданными значениями высокого давления. Если предприятие сужает диапазон высокого давления без изменения объема хранилища высокого давления, то время полезного буфера высокого давления сокращается. Если же оно повышает верхний предел высокого давления просто для увеличения объема хранилища, то потребление энергии и потребность в сосудах высокого давления могут возрасти. Более эффективный подход заключается в определении истинного минимального давления высокого давления для оборудования, используемого в производстве, минимизации предотвратимых потерь в системе распределения высокого давления, а затем в расчете размеров хранилища высокого давления с учетом допустимого колебания высокого давления. В этом случае сосуд высокого давления объемом 0,8 м³ действует как буфер системы высокого давления, а не как аварийный резервуар сжатого воздуха высокого давления. Любой критически важный для безопасности пневматический резерв высокого давления — например, клапан, который должен совершить безопасный ход после выхода из строя компрессора-усилителя, — будет рассчитываться отдельно и может потребовать защищенного специализированного ресивера высокого давления с обратными клапанами и собственным диапазоном высокого давления.

Выбор емкости ресивера воздуха

Рекомендуемая емкость ресивера высокого давления составляет 800 л. Такой выбор оправдан для бустерного компрессора, обеспечивающего производительность 3,0 м³/мин, но это не является фиксированным правилом «литров на киловатт». Объем ресивера высокого давления зависит от типа управления бустерным компрессором, допустимой частоты циклов работы бустера, продолжительности пиковых событий высокого давления, верхнего и нижнего давлений высокого давления, а также от того, является ли хранилище высокого давления централизованным или расположено вблизи потребителя с высоким спросом на газ. В данном случае резервуар предназначен для сглаживания основной системы высокого давления и поглощения кратковременных пиков высокого давления, описанных выше. Если в ходе последующего анализа данных полевых исследований будет установлено, что основная часть возмущений высокого давления вызвана одной удаленной установкой для добычи нефти и газа под высоким давлением, то установка меньшего по размеру приемника высокого давления вблизи этой установки может оказаться более эффективной, чем увеличение централизованного хранилища высокого давления.

Для инженерной оценки группа должна рассчитать полезную массу хранимого воздуха высокого давления между нормальным верхним давлением высокого давления и минимально допустимым технологическим давлением высокого давления, а затем сравнить это количество воздуха высокого давления с дефицитом между пиковой потребностью в воздухе высокого давления и подачей воздуха от бустерного компрессора в течение всего периода работы. Расчет также должен учитывать, что бустерный компрессор продолжает подавать воздух высокого давления во время разрядки ресивера высокого давления. Таким образом, выбор объема 800 л является скоординированной отправной точкой, а не изолированным выбором из каталога. Он обеспечивает достаточный объем воздуха высокого давления для демонстрации стабильного поведения бустерного управления, оставаясь при этом совместимым с имеющимися габаритами и выбранной вертикальной геометрией. Если в будущем производственная нагрузка значительно возрастет, первоначальный ресивер высокого давления может оставаться полезным в качестве базового хранилища воздуха высокого давления, в то время как дополнительное распределенное хранилище воздуха высокого давления или мощность бустерного компрессора будут добавлены за счет запланированных ответвлений высокого давления.

Ориентация, размеры и расположение приемника

Для изготовления был выбран вертикальный ресивер высокого давления с номинальным диаметром 700 мм и общей высотой около 2320 мм. Ориентация отражает скорее интеграцию в конструкцию объекта, чем только производительность по давлению высокого давления. Вертикальные сосуды обычно экономят площадь пола и упрощают дренаж в низинах, но требуют достаточного зазора над головой, устойчивости фундамента и доступа к верхним патрубкам высокого давления. Горизонтальные сосуды уменьшают общую высоту и могут размещаться под трубопроводными эстакадами или антресолями, но занимают большую длину пола и требуют опорных стоек в двух местах. В любом случае, ориентация патрубков высокого давления проверяется с учетом фактической компоновки бустер-компрессора, осушителя высокого давления, коллектора высокого давления и проходов для технического обслуживания до утверждения чертежа.

Расчетный вес пустого сосуда составляет около 460 кг, поэтому точки подъема и фундаменты должны быть спроектированы с учетом реального центра тяжести и любых прикрепленных к нему клапанов высокого давления или трубопроводов. Геометрия при транспортировке также имеет значение. Сосуд высокого давления, подходящий для установки, может потребовать съемных приборов, защищенных патрубков высокого давления или специальных транспортных опор для перемещения через контейнер, маршрут грузовика или дверной проем установки. Поэтому в процессе изготовления на заказ координируются диаметр, расстояние между опорами, подъемные проушины, смотровые отверстия и выступание патрубков, а не оптимизируется только внутренний объем высокого давления. Такая интеграционная работа может сократить объем сварочных работ высокого давления на месте и позволяет заказчику спланировать бетонные площадки, анкерные болты и места крепления трубопроводов высокого давления до прибытия сосуда высокого давления.

Стратегия в отношении материалов и коррозии

В качестве эталонного материала для резервуара высокого давления используется углеродистая сталь SA-516 Gr.70. Выбор материала зависит от условий эксплуатации под высоким давлением, а не просто от названия области применения. Углеродистая сталь широко подходит для общего применения в системах сжатого воздуха высокого давления, если контролируется образование конденсата, правильно указаны допуски на коррозию и покрытие, а также имеется возможность опорожнения ресивера высокого давления. Нержавеющая сталь может быть оправдана в случаях, когда эксплуатация во влажных условиях под высоким давлением, промывка, требования к чистоте оборудования или риск коррозии делают углеродистую сталь менее привлекательной. В данном случае ресивер высокого давления предназначен для сухого сжатого воздуха под давлением. Перед закупкой листового металла и фитингов проектная группа все равно должна подтвердить точные технические характеристики материала, требования к испытаниям на ударную вязкость (если таковые имеются), допустимые напряжения, допуски на коррозию и совместимость с действующими нормами для сосудов высокого давления.

Риск внутренней коррозии меняется в зависимости от положения ресивера высокого давления. Влажный ресивер высокого давления, расположенный сразу после компрессора-усилителя, контактирует с теплым насыщенным воздухом высокого давления и обычно собирает больше конденсата, в то время как сухой ресивер высокого давления после правильно работающего осушителя высокого давления контактирует со значительно меньшим количеством жидкой воды. Внешняя среда также имеет значение, поскольку на площадке расположены цеха металлообработки с металлической пылью, стружкой, сварочными дымами и случайными брызгами от смазочно-охлаждающих жидкостей. Поэтому для сосудов высокого давления из углеродистой стали необходима система покрытия, соответствующая условиям эксплуатации и подготовке поверхности. Для сосудов из нержавеющей стали необходимы контролируемые методы изготовления, предотвращающие загрязнение углеродистой стали, и в зависимости от спецификации может потребоваться травление или пассивация. Эти решения являются частью проектирования и обеспечения качества изготовления сосудов высокого давления; их следует принимать до изготовления, а не рассматривать как косметическую отделку после завершения изготовления резервуара высокого давления.

Координация форсунок и трубопроводов

Предварительное входное соединение имеет фланцевое соединение DN20 PN40, а выходное — фланцевое соединение DN25 PN40. Эти размеры выбираются исходя из эталонного расхода компрессора-усилителя и высокого давления, чтобы скорость газа и падение давления на стороне высокого давления оставались приемлемыми. Они не выбираются только исходя из объема ресивера высокого давления. При 14,0 бар (изб.) фактический объемный расход внутри трубы высокого давления значительно ниже заявленного FAD при атмосферных эталонных условиях, поэтому расчет размеров соединений высокого давления должен основываться на расходе высокого давления в сжатом состоянии, допустимой скорости, потерях в фитингах и длине окружающего трубопровода высокого давления. Для системы высокого давления увеличение номинального размера на один пункт может существенно уменьшить падение давления на стороне высокого давления и улучшить скорость реакции объема хранимого газа высокого давления на переходный процесс.

При проектировании форсунок необходимо также учитывать расположение высоконапорных элементов в полевых условиях. Осевые линии входа и выхода согласуются с выходным патрубком бустерного компрессора, установкой обработки под высоким давлением и основным коллектором высокого давления, чтобы минимизировать количество ненужных отводов и нагрузку на высоконапорные соединения в полевых условиях. Предварительное соединение предохранительного клапана высокого давления имеет фланцевое соединение DN20 PN40; окончательная пропускная способность клапана высокого давления и выбор диаметра отверстия должны определяться в соответствии с применимыми правилами расчета размеров предохранительных клапанов высокого давления и максимально допустимым притоком высокого давления. Сливное отверстие имеет резьбовое соединение DN15 для автоматического или ручного слива, а манометр использует соединение g1/2 bsp(f). Запорные клапаны высокого давления должны обеспечивать возможность технического обслуживания без образования опасного незащищенного объема высокого давления. При использовании обратного клапана высокого давления необходимо понимать его влияние на загрузку и разгрузку ресивера высокого давления, чтобы резервуар высокого давления оставался подключенным к зоне высокого давления, которую он призван стабилизировать.

Очистка воздуха и отвод конденсата

Ресивер высокого давления может быть установлен до или после осушителя с продувкой воздухом высокого давления, и это местоположение меняет его режим работы. Влажный ресивер высокого давления, расположенный перед осушителем высокого давления, может обеспечить время охлаждения, снизить скорость потока и собрать основной объем конденсата до того, как воздух попадет в оборудование для обработки под высоким давлением. Это может уменьшить кратковременные колебания потока на входе в осушитель высокого давления, но сосуд высокого давления испытывает наибольшую влагонагрузку и, следовательно, нуждается в надежном автоматическом дренаже. Сухой ресивер высокого давления, расположенный после оборудования для обработки под высоким давлением, хранит кондиционированный воздух высокого давления и может обеспечивать потребности чувствительных к воздействию высоких температур устройств для металлообработки, не заставляя осушитель высокого давления следовать за каждым коротким пиком высокого давления. В некоторых установках используются как влажные, так и сухие хранилища высокого давления, когда критически важны как стабильность давления, так и качество воздуха высокого давления.

В данном случае дренаж со стороны высокого давления рассматривается как функциональный элемент конструкции. Засоренный или недостаточно мощный дренаж высокого давления снижает эффективность хранения под высоким давлением по мере накопления воды и увеличивает риск коррозии в углеродистой стали, работающей под высоким давлением. Соединение с нижней точкой высокого давления должно оставаться доступным после установки сосуда, а дренаж должен отводить конденсат в соответствующую систему отвода, а не непосредственно на пол. Если ресивер высокого давления находится на открытом воздухе или в холодном регионе, дренажные линии должны быть защищены от замерзания. В тех случаях, когда требуется подача безмасляного воздуха высокого давления, сам ресивер высокого давления должен быть очищен и защищен, чтобы остатки производственных процессов не нарушали стратегию обработки под высоким давлением.

Основы безопасности и проектирования сосудов под давлением

Рабочее давление для применения в условиях высокого давления составляет 14,0 бар (изб.), однако для формального проектирования сосуда высокого давления требуются отдельные расчетные давление и расчетная температура, включающие применимый рабочий запас и правила норм для работы при высоком давлении. Номинальная толщина оболочки, указанная для данного случая, составляет 10 мм. Это значение является лишь предварительной инженерной справкой. Окончательная требуемая толщина должна быть рассчитана с использованием выбранного материала, допустимого напряжения, эффективности сварного соединения, внутреннего диаметра, расчетного давления, припуска на коррозию и любых минимальных значений, специфичных для норм для работы при высоком давлении. Перед тем как чертеж станет производственным документом, необходимо также учитывать утонение формованной головки, усиление патрубка, внешние нагрузки, условия вакуума (если применимо), циклические нагрузки при работе под высоким давлением и транспортные нагрузки.

Ресивер высокого давления должен быть защищен от избыточного давления правильно подобранным предохранительным устройством высокого давления, и предохранительный путь не должен быть перекрыт во время работы. Соединение предохранительного клапана высокого давления, указанное в таблице параметров, относится только к патрубку сосуда; оно не является расчетом пропускной способности предохранительного клапана высокого давления. Манометры должны быть читаемыми из нормального рабочего положения и выбраны с соответствующим диапазоном высокого давления. Производитель должен применять испытания под высоким давлением, неразрушающий контроль, документацию и маркировку, требуемые регулирующим органом по вопросам высокого давления. Для международных поставок требования к кодам и регистрации высокого давления могут различаться в зависимости от страны назначения, поэтому технический и коммерческий анализ должен установить их до закупки материалов. Такой подход предотвращает ситуацию, когда описание на веб-сайте подразумевает сертификацию сосуда высокого давления, которая не была определена для реального заказа.

Объем работ по индивидуальному заказу

Для специализированного производителя ресиверов высокого давления разработка начинается еще до начала резки стали. Инженерный персонал анализирует расход компрессора-усилителя, рабочее давление высокого давления, диапазон регулирования, роль ресивера высокого давления, предпочтительную ориентацию, высоту патрубков, стандарты номинального давления соединения, стратегию слива, схему опор и ограничения при монтаже. Затем разрабатывается общая компоновка, исходя из номинального объема высокого давления 800 л, диаметра 700 мм и вертикальной конфигурации. Цель состоит не в том, чтобы сделать каждый сосуд высокого давления уникальным ради самого себя; цель состоит в изменении только тех характеристик, которые улучшают посадку, надежность, соответствие нормам высокого давления или эффективность монтажа. Это может включать ориентацию патрубка, стандарт класса давления фланца, место слива, размеры опор, точки подъема, покрытие и соединения приборов.

Этот типовой проект также демонстрирует, почему координация с производителями, дистрибьюторами и системными интеграторами бустерных компрессоров имеет большое значение. Эти партнеры часто знают интерфейс высоконапорного блока и высоконапорную трубопроводную систему на площадке еще до начала окончательного проектирования сосуда высокого давления. Благодаря обмену чертежами размеров и списками высоконапорных трубопроводов на ранних этапах, ресивер высокого давления может прибыть с соединениями, которые соответствуют бустерной установке, вместо того чтобы использовать адаптеры высокого давления на месте установки. В проектах по замене существующих высоконапорных фундаментных конструкций и координаты патрубков могут быть учтены там, где это позволяют нормы и проектные ограничения для систем высокого давления. Для новых систем чертеж сосуда высокого давления может быть выпущен достаточно рано, чтобы строительные и проектные группы могли планировать работу с учетом реальных габаритов оборудования. Эта инженерная поддержка является важной частью индивидуального производства высоконапорных конструкций, поскольку она снижает неопределенность за пределами цеха по изготовлению сосудов высокого давления.

Изготовление, сварка и контроль качества.

Производство начинается с контролируемой идентификации и отслеживания материалов. Пластины, днища, трубы и фланцы проверяются на соответствие утвержденной спецификации материалов и установленному стандарту для сосудов высокого давления. Формованные компоненты проверяются на соответствие размерам и минимальной толщине перед сборкой. Сварка выполняется с использованием квалифицированных процедур и квалифицированным персоналом, соответствующим материалу и стандарту высокого давления. Подготовка соединения, подгонка и последовательность сварки контролируются для обеспечения соосности и уменьшения деформаций, особенно вокруг патрубков и опор, где из-за некачественной обработки могут возникать локальные напряжения.

Требования к контролю зависят от требований стандарта для работы под высоким давлением, материала, толщины и условий эксплуатации. Они могут включать визуальный осмотр, контроль размеров, рентгенографию, ультразвуковой контроль, магнитопорошковый или капиллярный контроль в соответствии с проектной документацией и планом качества. Не следует копировать единые протоколы неразрушающего контроля для всех международных проектов, связанных с работой под высоким давлением, без проверки применимых правил. После утверждения необходимых проверок сосуд под высоким давлением проходит испытание под высоким давлением, определенное стандартом, и окончательную проверку размеров. Обработка поверхности, покраска, пассивация или другая отделка выполняются в соответствии с утвержденной спецификацией. Документация по поставке должна соответствовать фактически изготовленному сосуду под высоким давлением, включая записи о материалах и отчеты о проверке, а не типовые сертификаты соответствия.

Монтаж и ввод в эксплуатацию

Перед установкой бригада на объекте проверяет паспортную табличку или техническое описание сосуда высокого давления, план подъема, фундамент, места крепления анкеров и опоры для трубопроводов высокого давления. Ресивер высокого давления не должен использоваться для отвода незапланированных нагрузок от трубопроводов высокого давления; подключенные трубопроводы высокого давления должны иметь независимую опору и достаточную гибкость, чтобы избежать передачи термических деформаций или смещения в патрубки высокого давления. Вертикальная компоновка должна обеспечивать доступ к сливному отверстию в самой низкой точке, манометру, предохранительному устройству высокого давления и запорным клапанам. Выходной патрубок предохранительного клапана высокого давления должен быть проложен или защищен в соответствии с требованиями объекта. Любые транспортировочные распорки или защитные колпачки снимаются только тогда, когда сосуд высокого давления готов к окончательному подключению к системе высокого давления.

В ходе ввода в эксплуатацию проверяется положение клапана, функция слива, диапазон измерений, герметичность со стороны высокого давления и правильность работы системы управления бустер-компрессором. В сети подачи воздуха высокого давления давление постепенно повышается, при этом наблюдаются давления в ресивере и коллекторе высокого давления. Полезной проверкой приемки является сравнение реакции давления высокого давления во время известных событий, связанных с металлообработкой под высоким давлением, до и после ввода в эксплуатацию ресивера высокого давления. Если давление в коллекторе высокого давления продолжает быстро падать, группа должна исследовать ограничения в ответвлениях высокого давления, настройки регулятора давления, перепад давления в осушителе или фильтре высокого давления и задержки управления бустер-компрессором, а не предполагать, что резервуар высокого давления имеет недостаточный размер. Конечная цель — стабильная интегрированная система повышения давления. Приёмник высокого давления работает успешно только тогда, когда хранящийся в нём объём высокого давления может свободно перемещаться к потребителям и датчикам управления, которые от него зависят.

Энергетика, надежность и техническое обслуживание

На эффективность использования энергии сжатого воздуха в бустерном контуре влияют как уровень высокого давления, так и стабильность управления. Работа при более высоком давлении, чем требуется для процесса, увеличивает нагрузку на бустер-компрессор и может повысить потребность в искусственном высоком давлении у нерегулируемых потребителей. Ресивер высокого давления поддерживает управление энергией, позволяя бустер-компрессорной системе работать в пределах практичного диапазона высокого давления, а не реагировать на ежесекундные колебания высокого давления. Для бустер-компрессоров среднего давления это помогает выбранному методу управления бустером оставаться стабильным и уменьшает ненужные переключения бустер-компрессор. Сам по себе ресивер высокого давления не обеспечивает экономию энергии; экономия достигается при совместном проектировании системы хранения высокого давления, системы управления давлением и последовательности работы бустер-компрессоров.

Планирование надежности включает периодическую проверку сосуда высокого давления, предохранительного клапана высокого давления, манометра, сливных и запорных клапанов в соответствии с требованиями регулирующих органов и программой технического обслуживания установки. Автоматические сливные клапаны должны быть проверены на работоспособность, поскольку скрытый отказ сливного клапана может постепенно заполнить сосуд высокого давления конденсатом и снизить эффективность хранения под высоким давлением. Проверяется состояние покрытий на наличие повреждений, а поверхности из нержавеющей стали защищаются от загрязнений или агрессивных чистящих средств, несовместимых с данной маркой стали. Динамика давления высокого давления может регистрироваться с течением времени для выявления увеличения перепада давления в фильтре высокого давления или изменений в потребности установки в системах высокого давления. Эти методы технического обслуживания сохраняют рабочие характеристики ресивера высокого давления и предоставляют данные для принятия решений о будущем расширении систем высокого давления.

Планирование расширения и оценка стоимости проекта

Расчет параметров системы производится исходя из текущего спроса на высокое давление плюс практический запас прочности, а не исходя из предположения о неограниченном росте высокого давления в будущем. Завышение размеров каждого компрессора-усилителя и ресивера высокого давления увеличивает капитальные затраты, занимаемую площадь и иногда приводит к неэффективной работе усилителя в режиме без нагрузки, в то время как занижение размеров может привести к нестабильному давлению высокого давления и чрезмерному циклическому включению/выключению усилителя. Поэтому предпочтительнее модульный подход. Схема трубопроводов высокого давления позволяет зарезервировать ответвление для будущего хранилища высокого давления, основной коллектор высокого давления можно проверить на ожидаемый расход высокого давления на следующей ступени, а управление несколькими усилителями можно выбрать с учетом расширения системы высокого давления. Существующий ресивер высокого давления объемом 800 л может оставаться частью конечной системы высокого давления даже в случае последующей установки дополнительного компрессора-усилителя или местного ресивера высокого давления.

Для заказчика ценность производителя ресиверов высокого давления, изготавливаемых на заказ, заключается в возможности преобразовать требования к сжатому воздуху высокого давления бустерной системы в сосуд высокого давления, соответствующий реальному бустерному агрегату. Это включает в себя соответствие рабочему давлению высокого давления 14,0 бар (изб.), расходу компрессора бустера 3,0 м³/мин, объему хранилища высокого давления 800 л, углеродистой стали SA-516 Gr.70, стандартам патрубков высокого давления и вертикальным габаритам площадки. Производитель также должен учитывать ограничения предварительных данных, представленных на веб-сайте. Окончательная конструкция сосуда высокого давления требует подтверждения условий процесса высокого давления, применимого стандарта по работе с высоким давлением, формальных расчетов и утвержденных чертежей. Четко обозначив эти границы и одновременно объяснив логику проектирования систем высокого давления, данный пример демонстрирует профессиональную поддержку производителей бустерных компрессоров, дистрибьюторов, EPC-подрядчиков, системных интеграторов и конечных пользователей, не представляя при этом иллюстративную конфигурацию высокого давления как незадокументированный выполненный заказ клиента.

Обзор оперативных сценариев

Рассмотрим кратковременный пик высокого давления в производстве, когда потребность возрастает с приблизительно среднего значения 2,1 м³/мин до 3,4 м³/мин. Компрессор-усилитель может обеспечить около 3,0 м³/мин при номинальном режиме работы, поэтому разница между пиковой потребностью в высоком давлении и текущей производительностью компрессора-усилителя временно компенсируется за счет накопленного воздуха высокого давления, пока система управления усилителем реагирует. Давление в ресивере высокого давления начинает падать, но цель состоит в том, чтобы поддерживать давление в коллекторе высокого давления выше минимального уровня, необходимого для процесса высокотемпературной обработки металла. Как только компрессор-усилитель достигает заданной мощности или запускается дополнительная машина-усилитель, дефицит высокого давления устраняется, и ресивер высокого давления может пополниться. Это нормальная динамическая функция хранилища высокого давления; если пик высокого давления кратковременный и запланированный, это не указывает на недостаточную мощность компрессора-усилителя.

Теперь рассмотрим противоположную ситуацию: несколько потребителей, работающих под высоким давлением, одновременно останавливаются. Подача давления от бустер-компрессора на короткое время превышает требуемое высокое давление, и ресивер высокого давления принимает эту разницу. Давление высокого давления повышается медленнее, давая контроллеру бустера время для разгрузки или отключения бустерной установки. Слишком малый ресивер высокого давления допустит быстрое колебание давления и более частые переходы управления бустер-компрессором. Слишком большой ресивер высокого давления может замедлить восстановление системы высокого давления и занимать лишнее пространство. Выбор ресивера объемом 800 л предназначен для обеспечения сбалансированного отклика на эталонную схему потребления высокого давления. Данные полевых измерений высокого давления позволят уточнить этот баланс, показав реальную продолжительность и частоту как подъемов, так и спадов потребления высокого давления.

Обзор падения давления

Ресивер высокого давления не может корректировать систему распределения высокого давления, в которой постоянно происходит чрезмерная потеря давления. При расходе воды в бустере FAD 3,0 м³/мин основной трубопровод высокого давления и критически важные ответвления высокого давления следует проверять при фактическом давлении в трубопроводе высокого давления, а не путем сравнения номинального диаметра трубы с мощностью двигателя бустер-компрессора. Длинные участки высокого давления, многочисленные отводы, частично открытые клапаны, засоренные фильтры высокого давления и быстроразъемные соединения высокого давления недостаточного размера могут частично истощить имеющийся запас давления высокого давления. При проектировании бюджет давления высокого давления распределяется между нагнетательным давлением бустер-компрессора, оборудованием для обработки под высоким давлением, основным коллектором высокого давления и регулированием давления в точке потребления. Выбранный ресивер высокого давления затем работает в рамках этого бюджета. Если давление у удаленного потребителя, использующего оборудование высокого давления, низкое даже при стабильном спросе на высокое давление, увеличение объема приемника высокого давления лишь отсрочит появление симптомов; первопричиной, скорее всего, является постоянная потеря давления на стороне высокого давления.

Кратковременное падение давления — это совсем другое дело. Кратковременный пик высокого давления может на мгновение привести к тому, что расход превысит возможности контроллера бустерного компрессора или сети трубопроводов высокого давления. В такой ситуации хранилище высокого давления, расположенное с правильной стороны ограничивающего компонента высокого давления, может быть весьма эффективным. Например, сухой ресивер высокого давления, расположенный после осушителя высокого давления, может защитить потребителей от кратковременного импульса высокого давления, который в противном случае перегрузил бы систему обработки под высоким давлением, а локальный ресивер высокого давления рядом с удаленным оборудованием высокого давления может уменьшить влияние длинного ответвления трубопровода высокого давления. Таким образом, в данном случае инженерный анализ рассматривает расположение резервуара высокого давления и сопротивление трубопровода высокого давления как часть одной и той же проблемы. Это делает объем в 800 л полезным в эксплуатации, а не просто впечатляющим показателем в спецификации высокого давления.

Технические параметры ресивера сжатого воздуха

Примечание для инженеров: указанные выше 15 значений согласованы с эталонной системой бустер-компрессор и предназначены для демонстрации того, как можно выбрать нестандартный ресивер высокого давления с учетом расхода, давления, характеристик управления, монтажного пространства и качества воздуха. Номинальная толщина корпуса, вес, размеры патрубков и тип соединения предохранительного клапана являются лишь предварительными значениями. Окончательный проект должен соответствовать расчетному давлению и температуре, спецификации материалов, допуску на коррозию, эффективности соединения, толщине головки, усилению патрубка, опорам, внешним нагрузкам, испытательному давлению, пропускной способности предохранительного клапана и всем требованиям законодательства к сосудам высокого давления, действующим в данной юрисдикции, до начала изготовления.