Jak oszacować zużycie energii przez sprężarkę N2

Moc sprężarki azotu można oszacować na podstawie termodynamiki, ale wynik jest miarodajny tylko wtedy, gdy założenia dotyczące przepływu i sprawności są jasne. Typowe obliczenia pierwszego przejścia traktują azot jako gaz doskonały i szacują izentropową pracę sprężania na podstawie ciśnienia bezwzględnego na wlocie, rzeczywistego przepływu objętościowego na wlocie, współczynnika ciepła właściwego i stosunku ciśnień. Jedna z form to W = [k/(k-1)] × P1 × Q1 × [(P2/P1)^((k-1)/k) – 1] / eta, ze spójnymi jednostkami SI. Tutaj eta jest zakładaną całkowitą sprawnością sprężania dla wybranego poziomu oszacowania. Równanie pokazuje, dlaczego wysoki współczynnik sprężania zwiększa pracę i dlaczego chłodzenie międzystopniowe może zmniejszyć pracę sprężania wielostopniowego. Nie zastępuje ono prognozy wydajności dostawcy sprężarki. Rzeczywista moc zależy od sprawności objętościowej, strat mechanicznych, strat zaworowych, chłodzenia, nieszczelności, sprawności silnika i trybu sterowania. Użyj wzoru do selekcji alternatyw i testowania czułości; wykorzystaj dane dostawcy do wyboru silnika i gwarancji umownych.

Zmienne obliczania mocy

moc izentropowa

Termodynamiczna ocena mocy niezbędnej do odwracalnego sprężania adiabatycznego przed dodaniem rzeczywistych strat maszyny.

współczynnik ciepła właściwego

Stosunek k = cp/cv dla gazu w odpowiednich warunkach; do ostatecznych obliczeń inżynieryjnych należy użyć odpowiednich danych dotyczących właściwości azotu.

ciśnienie wlotowe

Bezwzględne ciśnienie ssania sprężarki stosowane w równaniu mocy termodynamicznej.

przepływ objętościowy wlotowy

Rzeczywista objętość gazu wchodząca do sprężarki w jednostce czasu przy podanym ciśnieniu ssania i temperaturze.

stosunek ciśnień

Bezwzględne ciśnienie tłoczenia podzielone przez bezwzględne ciśnienie ssania.

ogólna wydajność

Jasno zdefiniowany współczynnik sprawności służący do przeliczania idealnej mocy gazu na realistyczną ocenę wydajności sprężarki.

1. Przekształć przepływ w rzeczywisty stan wlotowy

Jeśli instalacja zapewnia przepływ znormalizowany, należy go przeliczyć na rzeczywistą objętość ssania przed użyciem równania, które zakłada Q1 w warunkach wlotowych. Alternatywnie, należy obliczyć przepływ masowy, stosując zależność termodynamiczną dla masy. Nie należy wprowadzać bezpośrednio Nm3/h, tak jakby to były rzeczywiste m3/h przy ciśnieniu ssania kilku barów. Należy zapisać temperaturę ssania, ponieważ wpływa ona na gęstość i właściwości gazu użyte w obliczeniach. W przypadku urządzenia wspomagającego dodatnie ciśnienie wlotowe może znacząco zmienić zarówno rzeczywistą objętość, jak i stosunek ciśnień w porównaniu z urządzeniem z zasysaniem atmosferycznym.

2. Używaj ciśnienia bezwzględnego i spójnych jednostek

P1 i P2 muszą być bezwzględne. W obliczeniach w układzie SI, ciśnienie w paskalach pomnożone przez przepływ objętościowy w metrach sześciennych na sekundę daje waty w podstawowym wyrażeniu ciśnienie-przepływ. Przelicz godziny na sekundy, jeśli przepływ zaczyna się w m3/h. Zachowaj linię jednostek obok wzoru, aby błąd przeliczania barów na paskale lub godzin na sekundy nie mógł ukryć się w arkuszu kalkulacyjnym. Jeśli wynik wydaje się nieprawdopodobnie mały lub duży, sprawdź jednostki przed zmianą założenia dotyczącego sprawności. Dyscyplina wymiarowa to najszybsza kontrola jakości szacowania mocy.

3. Efektywność to założenie, które należy oznaczyć

Termin „sprawność” może oznaczać różne rzeczy w różnych źródłach – sprawność izentropowa, sprawność politropowa, sprawność mechaniczna lub szacunki łączone. Należy dokładnie określić, czego się używa. Nie należy wybierać korzystnej sprawności z niepowiązanej sprężarki i przedstawiać uzyskanej mocy jako gwarantowanej. Na wczesnym etapie projektowania należy obliczyć zakres, stosując konserwatywne i optymistyczne założenia. Po otrzymaniu propozycji od dostawcy, należy zastąpić założoną wartość przewidywaną przez dostawcę mocą wału i silnika dla rzeczywistej maszyny. Pierwotne obliczenia pozostają użyteczne jako niezależna kontrola racjonalności.

Po potwierdzeniu stanu pola należy dokonać przeglądu miejsca obliczanie mocy sprężarki azotu Zasób, który pozwala dopasować wymagania do realistycznej rodziny sprężarek. Weryfikacja krzyżowa jest tutaj powiązana z oszacowaniem zużycia energii przez sprężarkę n₂.

4. Kompresja wieloetapowa zmienia obliczenia

W przypadku wielu etapów, obliczaj pracę etap po etapie, używając ciśnienia i temperatury na wlocie każdego etapu, zamiast stosować równanie jednoetapowe dla całego współczynnika. Chłodzenie międzystopniowe obniża temperaturę na wejściu do następnego etapu i może zmniejszyć całkowitą pracę. Spadek ciśnienia w chłodnicach i separatorach zwiększa pracę, ponieważ kolejny etap musi odzyskać utracone ciśnienie. Obliczenie idealnie równego współczynnika i idealnie chłodzonego międzystopniowo układu jest użytecznym porównaniem dolnej granicy, ale rzeczywiste układy mają nieidealne podziały ciśnienia i skończone temperatury na wejściu do chłodnicy. Zapytaj o warunki na etapie, jeśli moc ma znaczenie komercyjne.

5. Moc silnika nie jest taka sama jak moc sprężania gazu

Gaz procesowy pobiera tylko część mocy elektrycznej pobieranej przez zaciski silnika. Tarcie mechaniczne, urządzenia pomocnicze, straty w silniku, wentylatory, pompy i układy sterowania zwiększają obciążenie elektryczne obiektu. Z drugiej strony, producent może podać moc na wale, podczas gdy inżynier elektryk potrzebuje mocy wejściowej silnika lub prądu przy pełnym obciążeniu. Należy wyjaśnić granice każdej wartości w zakładce oferty. Do oszacowania kosztów energii należy użyć zmierzonej lub przewidywanej przez dostawcę mocy wejściowej przy przewidywanym obciążeniu roboczym i uwzględnić moc chłodzenia pomocniczego, jeśli jest ona dostarczana oddzielnie.

6. Praca przy częściowym obciążeniu może mieć decydujący wpływ na roczne zużycie energii

Sprężarka dostosowana do szczytowego zapotrzebowania może pracować przez większość roku przy częściowym obciążeniu. Roczny model energetyczny powinien odzwierciedlać sposób, w jaki maszyna kontroluje wydajność: zmienna prędkość, odciążenie, recykling, start-stop lub sekwencjonowanie wielu jednostek. Zawór recyklingowy może utrzymać mechaniczną stabilność sprężarki, zużywając jednocześnie znaczną ilość energii do przemieszczania gazu, którego proces nie potrzebuje. Maszyna o zmiennej prędkości może zmniejszyć przepustowość, ale tylko w zatwierdzonym zakresie prędkości. Należy zbudować prosty profil obciążenia i czasu trwania i pomnożyć oczekiwaną moc wejściową w każdym stanie przez roczną liczbę godzin. Jest to bardziej przydatne niż porównywanie tylko kW przy pełnym obciążeniu.

Audyt szacowania mocy

Arkusz weryfikacji projektu

Zamknij pętlę „Przelicz przepływ procesowy na rzeczywistą objętość wlotową lub użyj formuły przepływu masowego”, dokumentując przyczynę, reakcję i akceptację. Zacznij od „zdefiniowania podstaw termodynamicznych”, zidentyfikuj oczekiwane zachowanie mocy izentropowej i wybierz drugą obserwację dotyczącą ciśnienia wlotowego, która może niezależnie potwierdzić ten sam wniosek. Przeprowadź kontrolę bez pomijania zabezpieczeń ani przekraczania zatwierdzonego zakresu roboczego. Jeśli oba sygnały się nie zgadzają, zbadaj dokładność przyrządu, stan zaworu, spadek ciśnienia, zanieczyszczenie, nieszczelność lub logikę sterowania, zanim zdecydujesz, który element wymaga naprawy. Niezależne potwierdzenie jest cenne, gdy wyłączenie lub wymiana byłyby kosztowne.

Aby uzyskać powiązany test porównawczy sprzętu, zapoznaj się z witryną sprężarka gazu azotowego opcje podczas sprawdzania założeń operacyjnych w tej sekcji. Weryfikacja krzyżowa jest tutaj powiązana z oszacowaniem zużycia energii przez sprężarkę n₂.

Przekształć punkt kontroli „oblicz moc idealną” w zarejestrowany krok akceptacji. Określ, gdzie obserwuje się współczynnik ciepła właściwego, stan roboczy w tym momencie oraz jakie warunki przed lub za urządzeniem mogą zmienić przepływ objętościowy na wlocie. Zapisz instrument, rysunek, kartę katalogową lub dane z oględzin fizycznych użyte do ustalenia podstawy. Następnie wykonaj czynność „Użyj bezwzględnych ciśnień ssania i tłoczenia” w powtarzalnych warunkach. Jeśli wynik jest sprzeczny z oczekiwanym zachowaniem, wstrzymaj się z kolejną decyzją projektową lub konserwacyjną do czasu wyjaśnienia rozbieżności. Daje to innemu inżynierowi wystarczający kontekst do powtórzenia kontroli bez polegania na pamięci lub nieudokumentowanym założeniu.

Użyj ciśnienia wlotowego jako punktu kontrolnego w terenie, powiązanego z zasadą „Zapisz założenia dotyczące współczynnika ciepła właściwego i sprawności obok równania”. Zapisz miejsce pomiaru lub kontroli, stan gazu, obciążenie sprężarki, odpowiednie położenia zaworów oraz dokument definiujący akceptację. Jednocześnie sprawdź krzyżowo współczynnik ciśnień, aby nie pomylić lokalnego objawu z problemem całego systemu. Koncepcja „zastosowania sprawności” jest kompletna tylko wtedy, gdy obserwacja prowadzi do jasnej decyzji: zaakceptować, poprawić lub przekazać do oceny dostawcy. Powtórz kontrolę po każdej korekcie i zachowaj wartości przed i po w dokumentacji uruchomienia lub konserwacji.

Zweryfikuj „rozważ chłodzenie międzystopniowe”, tworząc jeden kontrolowany stan, w którym przepływ objętościowy na wlocie i ogólna sprawność mogą być interpretowane łącznie. Ustabilizuj system, zanotuj ciśnienie, temperaturę, przepływ lub stan maszyny, w zależności od potrzeb, i użyj skalibrowanych przyrządów lub przeprowadź bezpośrednią inspekcję w wyznaczonych miejscach. Przeprowadź „Oblicz etapy oddzielnie, gdy chłodzenie międzystopniowe jest ważne” i zapisz zarówno oczekiwaną, jak i obserwowaną odpowiedź. Jeśli wymagany jest limit specyficzny dla danego modelu, uzyskaj go z dokumentacji wybranej sprężarki, zbiornika, rurociągu, generatora lub procesu, zamiast wpisywać wartość ogólną. Zapis powinien wskazywać, dlaczego ostateczna decyzja jest technicznie uzasadniona.

Przed zamknięciem zlecenia roboczego należy upewnić się, że „Rozróżnij moc na gazie, moc na wale, moc wejściową silnika i moc pomocniczą” można powiązać z dowodami. W przypadku stosunku ciśnień należy zapisać punkt odniesienia oraz jednostkę lub stan fizyczny; w przypadku mocy izentropowej należy zapisać punkt porównawczy, który potwierdza spójność działania systemu. Należy powiązać obie obserwacje z „oddzielną mocą na wale i mocą elektryczną” oraz z rzeczywistym obciążeniem lub trybem pracy. Wartość bez lokalizacji i stanu jest trudna do ponownego wykorzystania w przyszłości. W przypadku wykrycia niezgodności, należy skorygować ograniczenie, stan sterowania, stan podzespołu lub założenie projektowe, które ją spowodowało, a następnie powtórzyć tę samą obserwację, aby naprawa została udowodniona, a nie uznana za domniemaną.

Potraktuj „weryfikację z danymi dostawcy” jako mały eksperyment rozruchowy. Zdefiniuj stan początkowy, obserwuj ogólną sprawność, zmień tylko zmienną wymaganą do zatwierdzonego testu i obserwuj reakcję współczynnika ciepła właściwego. Działanie „Oszacuj roczne zużycie energii na podstawie oczekiwanego profilu obciążenia i czasu trwania” powinno pozostawić zapis stanu początkowego, interwencji, stanu końcowego oraz wszelkich alarmów lub reakcji sterowania. Jest to przydatne, gdy kilka komponentów może powodować ten sam objaw. Zmieniając jeden czynnik na raz i utrzymując sprężarkę w zatwierdzonym zakresie, zespół może oddzielić przyczynę od zbiegu okoliczności i uniknąć wymiany sprzętu, który nie był odpowiedzialny.

Użyj witryny sprężarka azotu do separacji powietrza zasobu jako drugiej kontroli podczas przekładania tego wymagania na specyfikację sprężarki. Weryfikacja krzyżowa jest tutaj powiązana z oszacowaniem zużycia energii przez sprężarkę n₂.

Granica bezpieczeństwa i weryfikacji

Obliczeń mocy nigdy nie należy wykorzystywać do pomijania parametrów silnika, zabezpieczeń elektrycznych ani parametrów mechanicznych zatwierdzonych konstrukcji sprężarki. Rozrusznik silnika, kable i urządzenia zabezpieczające należy dobrać na podstawie danych elektrycznych dostawcy i obowiązujących norm elektrycznych. Wysoka moc oznacza również znaczną utratę ciepła; należy sprawdzić system chłodzenia i wentylację pomieszczenia, zamiast zakładać, że cała energia elektryczna przepływa przez gaz wylotowy.

Przepływ pracy obliczania mocy

1. Przelicz przepływ procesowy na rzeczywistą objętość wlotową lub użyj formuły przepływu masowego.
2. Użyj bezwzględnych wartości ciśnienia ssania i tłoczenia.
3. Obok równania zapisz założenia dotyczące ciepła właściwego i sprawności.
4. Jeżeli istotne jest chłodzenie międzystopniowe, etapy należy obliczać osobno.
5. Rozróżnij moc gazu, moc wału, moc wejściową silnika i moc pomocniczą.
6. Oszacowanie rocznego zużycia energii na podstawie oczekiwanego profilu obciążenia i czasu trwania.

Pytania dotyczące szacowania mocy

Zasada szacowania mocy

Oszacuj moc sprężarki N2 na podstawie przejrzystych danych termodynamicznych: rzeczywistych warunków gazu wlotowego, stosunku ciśnień bezwzględnych, właściwości azotu i deklarowanej sprawności. Następnie odróżnij idealną moc gazu od zużycia wału, silnika i podzespołów pomocniczych. Wykorzystaj oszacowanie do kontroli poprawności działania i kontroli poprawności działania, a w ostatecznym projekcie elektrycznym opierając się na wynikach dostawcy.