Компрессорная станция

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 

1. Описательная часть 

1.1 Применение сжатого  воздуха в процессе производства  алюминия 

1.2 Описание технологического  процесса производства сжатого  воздуха 

1.2.1 Виды компрессоров 

1.2.2 Описание технологической  схемы компрессорной установки 

1.3 Надежность электроснабжения 

1.4 Выбор напряжения  электродвигателей компрессоров  и вспомогательного оборудования 

1.5 Схема электроснабжения 

1.6 Назначение возбудителя 

1.7 Устройство и  работа возбудителя 

2. Расчетная часть 

2.1 Расчет мощности  и выбор электродвигателя привода  компрессора 

2.2 Выбор вспомогательного  оборудования компрессора 

2.3 Расчет электрических  нагрузок 

2.4 Выбор трансформатора  ЦТП 

2.5 Расчет токов  короткого замыкания 

2.6 Выбор высоковольтного  выключателя 

2.7 Выбор разъединителей 

2.8 Выбор трансформаторов  тока 

2.9 Выбор трансформаторов  напряжения 

2.10 Выбор токоведущих  шин 

2.11 Расчет релейной  защиты 

2.12 Выбор кабелей 

2.13 Выбор возбудителя 

2.14 Оперативный ток 

2.15 Контроль и  измерения 

2.16 Защита двигателя.  Система УКАС 

2.17 Расчет заземления 

2.18 Защитное зануление 

2.19 Расчет освещения 

3. Экономическая  часть 

3.1 Задачи и организационная  структура энергетического хозяйства  завода 

3.2 Системы, способы  и прогрессивные методы ремонта  энергооборудования 

3.3 Система ТОиР энергетического оборудования 

3.4 Цеховая служба  электрика 

3.5 Планирование ремонтных  работ энергооборудования 

3.6 Планирование потребного  количества энергетического персонала 

3.7 Планирование заработной  платы 

3.8 Смета затрат  на капитальный ремонт синхронного  трехфазного двигателя 

3.9 Сетевое планирование 

3.10 Технико-экономические  показатели проекта 

3.11 Расчет стоимости  электроэнергии 

3.12 Повышение эффективности  производства сжатого воздуха  и работы воздухоснабжения филиала 

4. Охрана труда 

4.1 Организация ремонтов, профилактических испытаний электрооборудования  10 кВ 

4.2 Мероприятия, обеспечивающие  безопасность работ в электроустановках 

4.2.1 Организационные  мероприятия 

4.2.2 Технические мероприятия 

4.2.3 Меры безопасности  при работе с электродвигателями 

4.3 Пожарная безопасность 

4.4 Экологичность проекта 

Заключение 

Библиографический список 

Доклад 

Дополнительное пояснение 

 Введение 

Уральский алюминиевый  завод (УАЗ) относится к наиболее крупным и энергоёмким предприятиям цветной металлургии. Его основные виды продукции - глинозём, алюминий, кремний  и галлий - широко известны в России и за рубежом. История создания завода занимает особенное место в становлении  и развитии алюминиевой промышленности страны. 

5 сентября 1939 г. считается  датой начала работы УАЗ, так  как в этот день были отлиты  первые слитки алюминия. 

Время для мирного  развития завода было очень коротким. Началась великая отечественная  война, и УАЗ оказался единственным в стране предприятием, производящим алюминий. Поэтому необходимо было многократно увеличить выпуск алюминия и сплавов, резко сократить сроки  создания новых мощностей. Уже в 1941 г. электротермический цех начал  производить кристаллический кремний, в 1942 г. был пущен второй глинозёмный  цех, а в 1943 г. - второй электролизный. 

За годы войны  УАЗ увеличил выпуск глинозёма в 5,5 раза, алюминия - в 5,4 раза. За этот героический  и благородный труд 23 февраля 1945 г. УАЗ был награждён орденом  Ленина. 

Развитие завода продолжалось и в послевоенный период. Расширялся цех кальцинации, производительность каждой печи была увеличена в 3 раза. За 1946 - 1980 гг. выпуск глинозёма вырос  в 5,9 раза, алюминия - в 1,6 раза, кремния - в ,1 раза. 

Филиал "УАЗ РУСАЛ" - потребитель большого количества сжатого воздуха, который используется при производстве глинозема и  алюминия, а также вспомогательными цехами. Выработка сжатого воздуха  осуществляется на заводе двумя компрессорными станциями - №1 и №2 (КС1 и КС2), работающими на общую систему воздухоснабжения. 

Потребителями сжатого  воздуха являются: в глиноземном  цехе - технологические установки, в  которых осуществляется перемешивание  растворов и пульпы, пневмотранспорт  растворов и пульпы, пневмомашины и пневмоустройства; в электролизном цехе - электролизёры, где производится выплавка металла, пневмотранспорт глинозема, газоочистные установки и пневмомашины; в цехе тепло-водоснабжения - система промывки механических фильтров на участке химводо-очистки; в железнодорожном цехе - система обдува стрелок. Во всех перечисленных цехах, а также в электроцехе, электротермическом, литейно-механическом и других цехах применяется пневмоинструмент. 

1. ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 

1.1 ПРИМЕНЕНИЕ СЖАТОГО  ВОЗДУХА В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА  АЛЮМИНИЯ 

Предприятия цветной  металлургии, каким является УАЗ, потребляет для различных технологических  нужд большое количество сжатого  воздуха, получаемого посредством  компрессоров. 

На УАЗе сжатый воздух применяется на участке декомпозиции для перемешивания пульпы и ее транспортировки из одного декомпазера в другой с помощью воздушных аэролифтов. Перемешивание пульпы необходимо для поддержания затравки во взвешенном состоянии и для выравнивания концентрации растворов. 

Декомпазер представляет собой стальной бак с коническим дном, диаметром около 8 м, высотой 28 м, емкостью 1000 - 1150 м3. 

Перемешивание осуществляется воздушным подъемником (аэролифтом), который состоит из двух труб, вставленных  одна в другую. По внутренней трубе, с верху подается сжатый воздух, который, выходя из нее, содержит воздушно-жидкостную смесь. Благодаря малому удельному весу, эта смесь поднимается по внешней трубе и выходит через верхний открытый конец. Этот процесс протекает непрерывно и в декампозере поддерживается равномерная концентрация пульпы в растворе и взвешенное состояние затравки. 

Так же сжатый воздух применяется в цехе кальцинации  при получении из гидроокиси алюминия глинозема. Промытая гидроокись подается в тарельчатый питатель, где смешивается  с пылью-возвратом, которая подается в питатель сжатым воздухом по трубам. Затем эта смесь по наклонной  течке поступает в загрузочную  головку печи, где она прокаливается. Выходящий из печи глинозем попадает в холодильник, где охлаждается, после чего камерным насосом транспортируется в бункер готовой продукции. 

Заключительное количество глинозема улетучивается из печи вместе с горячими газами, в виде пыли, поэтому для его улавливания  установлены мультициклоны и  электрофильтры. Из холодильника глинозем, через загрузочную воронку подается в резервуар двухкамерного насоса. После заполнения резервуара глинозем выдувается сжатым воздухом в транспортный трубопровод, одновременно сжатый воздух подается в неполную часть резервуара, где имеется специальное пневматическое устройство (сопло) служащее для разрежения воздуха, выходящего из резервуара. 

Далее глинозем отправляется в электролизный цех, где поступает  в герметично-закрытые бункеры (силосы). Отработанный воздух выходит в атмосферу, через рукавный фильтр, который улавливает пыль. В цехе электролиза сжатый воздух применяется для автоматической подачи глинозема в электролизную  ванну и для пневматического  инструмента. 

1.2 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СЖАТОГО  ВОЗДУХА 

1.2.1 Виды компрессоров 

Компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов. В этих машинах  подведенная механическая энергия  преобразуется в энергию потока газа. 

По принципу действия компрессоры делятся на два класса: динамические и объемные. 

В динамических компрессорах энергия сообщается потоку газа за счет того, что рабочие органы компрессора  оказывают силовое воздействие  на газ, находящийся в его проточной  части. 

В промышленности используют динамические компрессоры лопастного типа, в которых рабочим органом  является колесо с лопастями. Эти  лопасти при вращении колеса оказывают  силовое воздействие на газ. 

По направлению  движения потока газа относительно оси  вращения рабочего колеса лопастные  компрессоры делятся на центробежные и осевые. Если одно рабочее колесо (одна ступень) в лопастных компрессорах не может создать требуемое давление сжатия газа, то используют последовательно несколько ступеней сжатия -- многоступенчатые компрессоры, которые применяют в пневмосистемах с рабочим давлением газа до 1 МПа и выше. 

Рис. 1.2.1.1 Схема одной  ступени центробежногокомпрессора 

На рис. 1 представлена схема одной ступени центробежного  компрессора. Газ поступает на лопатки  рабочего колеса 2, которое вместе с  валом 1 вращается в корпусе 3. Приобретя  энергию на рабочем колесе, газ  поступает сначала в диффузор 4, где кинетическая энергия превращается в потенциальную, а затем в  обратный направляющий аппарат 5, где  потенциальная энергия снова  переходит в кинетическую. Рабочее колесо и обратный направляющий аппарат разделены диафрагмой 6. 

В многоступенчатом центробежном компрессоре ступени  соединяются последовательно. Число  ступеней определяется требуемым давлением  газа на выходе компрессора с учетом того, что в обычных конструкциях в одной ступени давление повышается в 1,2…1,5 раза. 

Примером простейшего  одноступенчатого осевого компрессора  может служить обычный бытовой  вентилятор, у которого на роторе расположены  лопасти (лопатки), сообщающие воздуху  осевое движение. 

В промышленности осевой компрессор -- это сложная многоступенчатая лопастная машина, состоящая из ротора с закрепленными на нем рядами профилированных лопаток, каждый ряд которых представляет собой рабочее колесо одной ступени, и статора с закрепленными на нем рядами таких же лопаток, образующих направляющие аппараты ступеней. 

Рис. 1.2.1.2 Конструктивная схема осевого компрессора (ВА - входной  направляющий аппарат; РК - рабочее  колесо; НА - направляющий аппарат; СА - спрямляющий аппарат) 

Конструктивная схема  многоступенчатого осевого компрессора  представлена на рис. 2. Газ поступает  в компрессор через входной конфузор либо прямо на лопатки рабочего колеса первой ступени, либо через лопатки входного направляющего аппарата ВА, создающего предварительную закрутку потока газа, что улучшает рабочие характеристики компрессора. За входным направляющим аппаратом располагаются ступени компрессора. Каждая ступень - совокупность рабочего колеса РК и следующего за ним направляющего аппарата НА. Цель направляющего аппарата -- придать потоку газа, выходящему из рабочего колеса, направление движения, необходимое для поступления в следующую ступень. 

Пройдя п ступеней компрессора, поток газа выходит закрученным и с большой скоростью. Для раскрутки потока и снижения eгo скорости перед выходным диффузором устанавливают спрямляющий аппарат СА. 

Работа объемных компрессоров, как и объемных насосов, основана на принципе вытеснения газа из рабочих камер за счет движения вытеснителей. 

Если вытеснители  совершают только поступательное движение, то такие компрессоры называют возвратно-поступательными (или поршневыми). 

Использование в  поршневом компрессоре одной  рабочей камеры приводит к существенной пульсации подачи газа. Поэтому в  промышленных компрессорах используют несколько рабочих камер (цилиндров), которые располагаются в ряд  или радиально. Такие компрессоры  называются многоцилиндровыми. 

Компрессоры, в которых  вытеснители совершают вращательное или вращательно-поступательное движение, называются роторными (рис. 3). 

Рис. 1.2.1.3 Роторный компрессор (1 - ротор; 2 - корпус; 3 - пластина) 

Сравнивая рассмотренные  типы компрессоров можно отметить, что лопастные компрессоры отличаются быстродействием, малой металлоемкостью, плавностью подачи, надежностью, долговечностью, и, что немаловажно, газ на выходе из такого компрессора практически  свободен от паров масла. Однако каждая из ступеней может обеспечивать на выходе невысокое давление. Поршневые  компрессоры могут создавать  высокое давление газа, однако, у  них большая металлоемкость, неравномерность  подачи, ограниченное быстродействие. Роторные компрессоры по сравнению  с поршневыми имеют меньшую металлоемкость, большую равномерность подачи и большее быстродействие. Поскольку смазка трущихся поверхностей в объемных компрессорах происходит непосредственно в рабочих камерах, то сжатый газ на выходе из компрессора содержит большое количество паров масла. 

В настоящее время  на УАЗе для удовлетворения потребностей цехов в сжатом воздухе применяются динамические многоступенчатые центробежные компрессоры типа ЦТК 275/9. 

1.2.2 Описание технологической  схемы компрессорной установки 

Технологическая установка (компрессор) предназначена для сжатия атмосферного воздуха до требуемого давления для промышленных целей. 

Воздух засасывается компрессором из атмосферы через  всасывающий воздухопровод. Проходя  через стационарный воздушный фильтр, воздух очищается от механических примесей (пыль, сор и прочее). Далее он попадает в буферную ёмкость всасывания, которая  предназначена для сглаживания  работы фильтра. 

Компрессор сжимает  воздух и подаёт его в нагнетательный воздухопровод. В процессе сжатия, после 2-го и 4-го рабочих колёс воздух выводится  из корпуса компрессора, охлаждается  в промежуточных воздухоохладителях и вновь поступает в корпус компрессора. 

Промежуточное охлаждение обеспечивает увеличение производительности, К.П.Д. компрессора и снижение потребляемой им мощности. 

Перед передачей  в магистраль сжатый воздух остужают до требуемой температуры в концевом холодильнике. Далее он через односторонний  клапан поступает в ресивер, который  служит для накопления сжатого воздуха, откуда сжатый воздух подаётся в магистраль к потребителю. Импульс по давлению преобразуется первичным прибором системы автоматики и вводится в  её щиты. 

Повышающий редуктор передаёт мощность от турбодвигателя к компрессору. 

Масляная система  обеспечивает смазку подшипников компрессора, редуктора и турбодвигателя; зубчатого  зацепления редуктора, соединительных зубчатых муфт, а также охлаждение их. 

Система автоматики осуществляет поддержании заданного давления нагнетания воздуха, защиту компрессора от помпажа, защиту изделия от возможных ненормальных и аварийных условий и режимов. 

Кроме того, при работе в автоматическом режиме, система  осуществляет операции пуска и остановки  изделия по заданной программе. При  работе в автоматическом режиме, система  осуществляет только необходимые блокировки, исключая ошибки эксплуатирующего персонала  при пуске. 

Каждое рабочее  колесо состоит из диска с лопатками, которые выфрезерованны из тела диска, и из покрышки. Диск и покрышки соединены заклёпками. 

Каждое рабочее  колесо сбалансировано статически, а  ротор подвергается дифференциальной (в процессе его сборки) и финишной динамической балансировке. 

Воздухопроводы промежуточные  предназначены для подвода к  промежуточным воздухоохладителям горячего воздуха от компрессора, отбираемого  после 2-го и 4-го рабочих колёс, и  подвода от промежуточных воздухоохладителей, к компрессору охлаждённого воздуха  на вход 3-го и 5-го рабочих колёс. 

Компрессор имеет 2 ступени промежуточного охлаждения: 

Первая ступень - унифицированный промежуточный  воздухоохладитель с размещёнными в нём двумя унифицированными трубными пучками. 

Вторая ступень - унифицированный промежуточный  воздухоохладитель с одним унифицированным  трубным пучком. 

Воздухоохладитель концевой предназначен для охлаждения воздуха после выхода из компрессора. Дроссельная заслонка является регулирующим органом в системе регулирования  давления компрессора. Дроссельная  заслонка имеет кольцевой корпус, внутри которого расположена заслонка, смонтированная на 2-х полуосях и  зафиксированная на них конусными  болтами. Дроссельная заслонка устанавливается  на высасывающем трубопроводе компрессора. В исходном положении (при пуске  компрессора) дроссельная заслонка должна быть открыта на 20°, что необходимо для уменьшения пусковых нагрузок на турбодвигатель. 

Клапан выпускной  двухседельный используется в качестве регулирующего элемента в системе противопомпажной защиты. 

Выпускной клапан устанавливается  до обратного клапана на отходящем  от основного нагнетательного трубопровода патрубке и служит для сброса воздуха  в атмосферу, когда режим компрессора  подходит к границе неустойчивой работы. Клапан обратный является самодействующим  предохранительным устройством  для предотвращения обратного потока воздуха по нагнетательному трубопроводу в проточную часть компрессора  при внезапной его остановке. Обратный клапан является запорной арматурой, а поэтому за обратным клапаном на нагнетательном трубопроводе задвижка. 

Рис 1.2.2.1 Технологическая  схема компрессорной установки (1 - кабель питания обмотки возбуждения; 2 - кабель питания обмотки статора; 3 - синхронный электродвигатель; 4 -редуктор; 5 - турбокомпрессор; 6 -воздухофильтр; 7 - дроссельная заслонка; 8, 9 - промежуточные  холодильники; 10 - выпускной клапан; 11 - обратный клапан; 12 - задвижка нагнетания; 13 - ресивер; 14 - магистральный трубопровод; 15 - манометр) 

1.3 НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 

Под надежностью  электроснабжения понимают бесперебойное  и качественное электрическое питание  потребителей, поэтому системам электроснабжения промышленных предприятий предъявляют  следующие требования [4]: 

- схемы должны  быть просты, надежны, удобны для  эксплуатации, пригодны для ремонта  и должны обладать достаточной  оперативной гибкостью; 

- конструктивное  исполнение и компоновка подстанции  должны быть достаточно дешевыми  и безопасными в эксплуатации. При проектировании подстанций  промышленных предприятий (ГПП,  ПГВ) преимущественным является  бесшинное исполнение РУ и открытое размещение оборудования; 

- схемы подстанции  и сетей должны обеспечивать  вывод в ремонт электрооборудования  без ущерба для потребителей, то есть с минимальными перерывами  электроснабжения или без них.  Для этого источники питания  должны быть изолированными, а  сети должны иметь достаточную  пропускную способность; 

- качество монтажа  и технического обслуживания  всех элементов системы электроснабжения (СЭС) должны быть на высоком  уровне для обеспечения надежной  работы СЭС; 

- СЭС должна иметь  способность обеспечивать электроснабжение  потребителя без срывов планов  производства и без аварий  в электрической и технологической  части. 

СЭС выполняют, что  бы в условиях послеаварийного режима, после соответствующего переключения они обеспечивали питание, с учетом использования всех дополнительных источников и возможности резервирования (перемычек, связей на вторичном напряжении, аварийных источников питания и  так далее). При разработке объемов  резервирования (мощности источников, конструкции и сечения сетей, противоаварийная автоматика) обязательно  учитывается применение технологического резерва. 

В СЭС практически  не допускается применение "холодного  резерва", то есть все ее элементы постоянно находятся в работе, под напряжением и в нормальном режиме сохраняют способность быть резервными после аварии, то есть сразу  включиться в работу. 

При рассмотрении вопросов резервирования обязательно учитывают  требования экономичности СЭС: 

- максимальное приближение  источника питания к потребителю,  обеспечивающее минимум сетевых  звеньев; 

- экономичность цветных  металлов; 

- оптимальный выбор  мощности электрооборудования и  снижение первоначальных затрат. 

Для уменьшения потерь электрической энергии применяют  более высокие напряжения. Кроме  перечисленных требований схема  СЭС должна обладать гибкостью, дающей возможность дальнейшего расширения без существенного переустройства основных вариантов электрических  цепей на период строительства и  эксплуатации. 

Для повышения экономичности  СЭС при определении объемов  резервирования нельзя допускать завышение  количества оборудования, сечения проводов и кабелей, номинальных токов  коммутационных аппаратов и так  далее. При этом не рассматривается  возможность совпадения аварий со временем ППР электрооборудования, так как  она считается маловероятной  и на этот период можно ввести ограничение  по мощности, то есть отключить неответственных  потребителей. 

Категории надежности электроприемников 

Перерыв в электроснабжении предприятий вызывает полную или  частичную остановку производства и, как следствие, материальные убытки. 

Перерыв в электроснабжении может быть вызван авариями или повреждениями  в энергосистеме, питающей предприятие, или повреждениями в энергосистеме  самого предприятия. Он может сопровождаться полным или частичным прекращением питания потребителей. Ущерб от перерыва электроснабжения является наиболее эффективным  при определении требуемой степени  надёжности электроприёмников. 

Для того чтобы приносился минимальный материальный ущерб  из-за прекращения электроснабжения предприятия, всем потребителям на этом предприятии присваиваются категории  надежности. Категории электроприёмников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта. 

Требование технологии оказывает решающее значение при  выборе категории надёжности, а также  технологической части проекта. 

В отношении обеспечения  надёжности электроснабжения электроприёмники разделяются на следующие три категории по ПУЭ [1]: 

1 Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. 

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. 

2 Электроприемники II категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. 

3 Электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий. 

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. 

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого, взаимно резервирующего источника питания. 

В качестве третьего независимого источника питания  для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.