ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẤP KHÍ NÉN CHO CƠ SỞ ĐÓNG TÀU PHÀ RỪNG

ĐỒ ÁN CẤP KHÍ NÉNTHUYẾT MINH+BẢN VẼ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẤP KHÍ NÉN CHO CƠ SỞ ĐÓNG TÀU PHÀ RỪNGBản vẽ chi tiết trạm phân phối khí nén cho phân xưởng đóng tàu,tính toán lưu lượng khí,tính toán chọn đường ống,thiết bị cấp khí nén...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

KHOA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : HOÀNG THỊ HIỀN

SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN VĂN TUẤN

MSSV : 883057

LỚP : 57HK

Hà Nội ,2015

ĐỒ ÁN CẤP KHÍ NÉNTHIẾT KẾ CẤP KHÍ NÉN CHO CƠ SỞ ĐÓNG TÀU PHÀ RỪNG

ĐỀ SỐ 3

PH N I NHU C U DÙNG KHÍ VÀ L U L Ầ Ầ Ư ƯỢ NG TÍNH TOÁN

1.1 Nhu c u dùng khí cho các phân x ầ ưở ng

Thống kê số họng khí sử dụng và lưu lượng một họng:

Bảng 1.1 Nhu cầu dung khí cho ác phân xưởng.

ST

Số họng

Lưu lượng 1 họng

q max (m 3 /h)

Lưu lượng cực đại (m 3 /h)

1.2 Nhu c u dùng khí tính toán cho t ng phân x ầ ừ ưở ng

- Chọn thời gian thực hiện cấp khí của một họng là 20(s)/lần Một họng thực hiện cấp

40 lần/h

Vậy hệ số thời gian 1 họng cấp là:

1 8

1 2 3 4

PX M? 6 5 6

7

8

Hình 1.1 Sơ đồ mạng lưới giữa các phân xưởng 1.4 L u l ư ượ ng tính toán cho các đo n ng nhánh, xác đ nh l u l ạ ố ị ư ượ ng cho

các đo n ng trên ng tuy n chính ạ ố ố ế

- Lưu lượng cực đại của 1 họng là:

- Lưu lượng trung bình của 1 nhánh hay 1 phân xưởng là:

- lưu lượng cực đại của một

họng, (m3/h), q0 - lưu lượng trung bình, n - số họng, 2

- Lưu lượng tính toán cực đại của phân xưởng:

Được xác định như tổng lớn nhất của lưu lượng tính toán cực đại của một trong các

nhóm điểm dùng cộng với lưu lượng trung bình của tất cả các nhóm còn lại

- 0

Q

Lưu lượng tính toán cực đại của phân xưởng

Được xác định bằng tổng lớn nhất của lưu lượng tính toán cực đại của một trong cácphân xưởng cộng với lưu lượng trung bình của tất cả các phân xưởng còn lại

Dựa trên sơ đồ cấp khí ta lập được bảng sau: (Coi một nhánh như một phân xưởng).

Bảng 1.2 Tính toán lưu lượng khí nén.

Lưu lượng

số sử dụng theo thời gian

K 1

Lưu lượng trung bình (m 3 /h)

Hệ số lưu lượn

g cực đại đồng thời (K 2 )

Lưu lượng tính toán

q TT

(m 3 /h)

Lưu lượn g tính toán toàn phân xưởn

g Q tt

(m 3 /h ) 1

họn g

15.8

4 0,58 41.76

1.5 L u l ư ượ ng tính toán c a c s đóng tàu Phà R ng ủ ơ ở ừ

* Lưu lượng tính toán cực đại của cơ sở đóng tàu Phà Rừng

76,2+46,2+47,52+39,6+46,2+47,52+46,2+47,52= 397 (m3/h)

* Lưu lượng trung bình của cơ sở đóng tàu Phà Rừng

46,2+52,8+47,52+39,6+46,2+47,52+46,2+47,52= 373,56 (m3/h)

II TÍNH TOÁN TH Y L C M NG L Ủ Ự Ạ ƯỚ I KHÍ NÉN BÊN NGOÀI PHÂN X ƯỞ NG

2.1 Xác đ nh l u l ị ư ượ ng tính toán cho các đo n ng trên tuy n ng chính ạ ố ế ố

- Để xác định đường kính từng đoạn ống của các mạng lưới giữa các phân xưởng và

mạng lưới bên trong phân xưởng, trước tiên phải xác định lưu lượng khí nén trên từng

đoạn ống riêng biệt của mạng lưới

- Lưu lượng khí nén có tính đến tổn thất trên đoạn ống (25%) được nhận như tổng lớn

nhất của lưu lượng tính toán cực đại của một trong các phân xưởng cộng với lưu lượng

trung bình của các phân xưởng còn lại

- Đối với từng đoạn ống lưu lượng tính toán được nhân như tổng lưu lượng lớn nhất của

các phân xưởng với lưu lượng trung bình các phân xưởng còn lại có tính đến tổn thất trên

đoạn Trường hợp phân xưởng có nhiều nhánh thì lưu lượng tính toán bằng tổng lưu

lượng lớn nhất của một nhánh với lưu lượng trung bình các nhánh còn lại Các đoạn ống

được kí hiệu trên bản vẽ Kết quả tính toán được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 2.1 Lưu lượng tính toán cho các đoạn ống trên tuyến ống chính

+ Phương pháp đồ thị.

+ Phương pháp giải tích

Tính toán đường ống dẫn khí nén bằng giải tích là quá phức tạp, còn lập bảng tính với 4

biến số độc lập là không thể được Do đó để thuận tiện cho quá trình tính toán ta áp dụng

phương pháp đồ thị

2.2 V n t c các đo n ng ậ ố ạ ố

* Vận tốc cho phép:

- Đối với đường ống giữa các phân xưởng: không vượt quá 25m/s;

- Đối với đường ống bên trong phân xưởng: không vượt quá 8 ÷ 12 m/s;

Tính toán thủy lực được tiến hành nhờ các đồ thị (phụ lục 2 – 5)_Trang 56 sách Trạm khí

nén và mạng lưới khí nén – HOÀNG THỊ HIỀN.

- Đường kính đoạn ống được xác định đồng thời với vận tốc khí và phụ thuộc vào lưu

lượng, áp suất và vận tốc (đồ thị phụ lục 3 và 4)_Trang 57 sách Trạm khí nén và mạng

lưới khí nén - HOÀNG THỊ HIỀN.

- Tổn thất áp suất tổng cộng từ máy nén đến phân xưởng xa nhất (mạng lưới giữa các

phân xưởng) không vượt quá 10% áp suất công tác (làm việc) của trạm khí nén

- Đường kính ống được xác định theo công thức:

trong đó: D - đường kính tính toán của đoạn ống, (m) Q - lưu lượng tính toán của đoạn

ống, (m3/h) V - vận tốc cho phép chảy trong ống (m/s)

2.3.1 T n th t áp su t ma sát ổ ấ ấ

- Từ các đại lượng Q (lưu lượng khí nén), P (áp suất khí nén), D (đường kính chọn theo

tiêu chuẩn) ta đi xác định lại vận tốc thực của đoạn ống

- Theo (đồ thị_phục lục 2_Trang 56 sách Trạm khí nén và mạng lưới khí nén – HOÀNG

THỊ HIỀN): với P (áp suất khí nén) và v (vận tốc thực) ta đi xác định dòng khí nén nằm

trong miền ống nào (Miền ống nhám và miền chuyển tiếp)

- Nếu thuộc miền ống nhám thì ta dựa vào (đồ thị_phục lục 4_Trang 58 Trạm khí nén và

trên 1m dài ống

- Nếu thuộc miền chuyển tiếp thì ta dựa vào (đồ thị_phục lục 3_Trang 57 Trạm khí nén

trên 1m dài ống

- Dựa vào công thức: ms

ΔP = R × l

; (kg/m2)trong đó: l - chiều dài ống; (m) R - tổn thất áp suất riêng trên 1 m dài ống

2.3.2 Tính tổn thất áp suất cục bộ

- Tổn thất áp suất cục bộ trong đường ống dẫn khí nén xác định theo độ dài tương đương

(phục lục 6_Trang 60 sách Trạm khí nén và mạng lưới khí nén – HOÀNG THỊ HIỀN) kí

hiệu độ dài tương đương là: ltđ (m)

- Dựa vào công thức: cb td

ΔP = R× l

; (kg/m2)

2.3.3 Tính tổn thất áp suất tổng cộng

- Tổn thất áp suất chung (tổng cộng) của đường ống dẫn khí nén bằng tổn thất riêng (trên

1 m dài ống) nhân với độ dài quy ước của đoạn :

2.3.4 Tính toán thủy lực

2.3.4.1 Xác định đường kính đoạn ống bên ngoài phân xưởng

Bảng 2.2 Đường kính các đoạn ống bên ngoài phân xưởng

- Vận tốc thực hầu hết nằm trong khoảng vận tốc hợp lí (8÷15) m/s, nên đường kính ống

đã chọn là có thể chấp nhận được Nếu giảm đường kính ống để đảm bảo yếu tố kinh tế

thì vận tốc trong ống tăng nên và như thế thì gây phá hoại đường ống

- Chọn tuyến ống chính là truyến dài nhất và có tổn thất áp suất lớn nhất (tuyến bất lợi

nhất) Dựa vào mặt bằng cấp khí nén cho cơ sở đóng tàu ta xác định được tuyến ống

chính của mạng lưới là tuyến: PX GIA CÔNG →K1→K2→ K3 →K4 →K5 →K6 →Trạm

khí nén.

- Áp suất tại điểm dùng là: P=7 (atm)

- Do yêu cầu chọn máy nén thì áp suất cuối cùng của khí ra khỏi máy nén được phép cao

hơn áp suất tại điểm dùng không quá 3÷4 (atm).Vậy ta chọn 1,6 atm để đảm bảo yếu tố

kinh tế Suy ra áp suất tại đoạn cuối của đường ống chính tức là đoạn PX Sơ Chế tôn

→K3 có áp suất là: 7 + 1,5 = 8,5 (atm) Và vì tổn thất áp suất tổng cộng từ máy nén đến

phân xưởng xa nhất không vượt quá 10% áp suất công tác của máy nên áp suất máy nén

sơ bộ chọn được 8,5 × 1,1 =9.35

(atm)

2.3.4.2 Tính toán tổn thất áp suất cho tuyến ống chính

a Xác định chiều dài tương đương của các đoạn ống chính

- Dựa vào phục lục 6_Trang 60 sách trạm khí nén và mạng lưới khí nén_HOÀNG THỊ

HIỀN và các phụ tùng bố trí trên các đoạn ống của tuyến ống chính ta có bảng thống kê

độ dài tương đương như sau:

Bảng 2.3: Độ dài tương đương các đoạn ống bên ngoài phân xưởng.

STT Đoạn ống

Đườngkínhđoạnống D(mm)

Độ dài tương đương td

l (m) Số phụ tùng trên đoạn ống

td

l

∑(m)

Ngoặt cong(90°) R= 4d

Chạc3

Van(khóa)songsong

Ngoặt cong(90°) R= 4d

Chạc3

Van(khóa)song song

b Tính tổn thất áp suất tổng cộng trên đường ống chính.

- Dựa vào phương pháp tính toán đã nêu, chú ý áp suất trên đoạn ống lấy theo áp suất vừa

tính toán được P = 9,35 atm Từ đó ta có bảng tính toán tổn thất áp suất tổng trên đường

v thực

(m/s)

P (atm)

Miềnchuyểnđộng rối

R(kg/m2

) trên1m dàiống

l(m)

ltd

(m)

∆P(kg/m2)

1 PX GIA

Ốngnhám 0.08 45 1.92 3.75

176.3 80 10 9,35

Ốngnhám 0.08 35 8.34 3.47

286.3 100 11 9,35

Ốngnhám 0.06 3 10.5 0.81

396.4 110 12 9,35

Ốngnhám 0.09 35 10 6.3

510.7 110 15 9,35

Ốngnhám 0.1 75 12.8 13.2

620.7 110 16 9,35

Ốngnhám 0.16 70 10 12.8

5 6 – TRạm

Khí Nén 667 799.7 130 17 9,35

Ốngnhám 0,19 35 15.1 9.5

III TÍNH TOÁN TH Y L C M NG L Ủ Ự Ạ ƯỚ I KHÍ NÉN BÊN TRONG PHÂN

X ƯỞ NG GIA CÔNG

3.1 Xác đ nh l u l ị ư ượ ng tính toán c a các đo n ng trong phân x ủ ạ ố ưở ng Gia

Công

- Tại các đầu nối đường ống nhánh vào phân xưởng lắp các phụ tùng sau:

+ Van khóa: cắt nguồn cung cấp khí (khi cần sửa chữa, thay thế…)

Áp kế: đo áp suất khí vào

+ Lưu lượng kế: áp kế vi sai đo áp suất động, tĩnh, áp suất toàn phần kế đo lưu lượng:

+ Van giảm áp: khi phân xưởng yêu cầu áp suất khí thấp hơn so với áp suất của mạng

lưới ngoài phân xưởng

- Đường ống có d ≥ 50 mm thì nối ống bằng phương pháp hàn, d ≤ 50 mm nối ống bằng

phụ tùng nối ống (bích, ren)

- Phân xưởng Gia Công với số họng : 35 họng, lưu lượng mỗi họng là 6 [m3/h] được cấp

từ trạm khí nén của nhà máy Bên trong phân xưởng ta chia làm 3 nhánh được phân bố

lần lượt là 12, 12, 10 họng Đường ống trong nhà được lắp nổi theo kết cấu nhà xưởng

dọc theo dàn cột

- Cao độ của đường ống là 6(m), tủ cấp khí có cao độ 1,2 (m)

- Do phân xưởng có 2 nhánh giống nhau (7.1, 7.2)và nhánh 7.3 nên ta chỉ cần tính toán

cho 2 nhánh, nhánh còn lại sẽ lấy theo nhánh tính toán Chọn nhánh tính toán là nhánh

7.1 và 7.2

- Nhánh tính toán bao gồm nhiều đoạn ống, mỗi đoạn ống nối trực tiếp với tủ cấp khí có

chứa một họng khí với lưu lượng cực đại qo= 6 (m3/h)

A,Tính cho nhánh 7.1

- Lưu lượng tính trung bình đoạn ống: QTB = qo×n×K1= 6×1×0,22= 1,32 (m3/h)

Với K1= 0,22 và n =1 tra biểu đồ hình 3.1 ta được K2 = 0,78 nên:

- Lưu lượng tính toán cực đại đoạn ống: Qtt= q0×n×K2= 6×1×0,78=4,68 (m3/h)

- Lưu lượng tính toán của các đoạn ống trong phân xưởng tính bằng tổng lưu lượng max

của 1 họng cộng với lưu lượng trung bình của các họng còn lại

5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000

75000 C

Q19,2-D30 L5

Q12,6-D25 Q6-D20

L10.4

Q6-D20 L5

Q19,2-D30 L5

Q12,6-D25 Q6-D20

L10.4

Q6-D20 L5,4 Q7,32-D25 L5,4

Q8,64-D25 L5,4

Q9,96-D25 L5,4 Q11,28-D25 L5,4

Q12,6-D25 L5,4

Q13,92-D30 L5,4

Q15,24-D30 L5,4

Q16,56-D30 L5,4 Q17,88-D30 L4,4 Q6-D20

L10.4

Q35,76-D40 L13,5

3 3

3 4

5 5

5 5

NHÁNH 7.2

NHÁNH 7.3

H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10

H11

G11 G10 G9 G8 G7 G6 G5 G4 G3 G2 G1

N0 N1

N2

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10

T11

T12 T13

T14 T15 T16

T17 T18

T19 T20 T21

Bảng 3.1 Lưu lượng tính toán của đoạn ống 7.3 và 7.2 bên trong phân xưởng Gia Công

STT Đoạn ống

Lưu lượng tính toán cực đại

Qtt= q0×n×K2 [m3/h] Lưu lượng trung

3.2 Tính toán th y l c m ng l ủ ự ạ ướ i bên trong phân x ưở ng GIA CÔNG

3.2.1 Ch n đ ọ ườ ng kính ng ố

- Chọn đường ống theo lưu lượng và vận tốc cho phép Vận tốc hợp lý là đối với đường

ống trong phân xưởng v = 4 ÷ 8 (m/s), không vượt quá 12 (m/s)

- Đường kính được xác định bằng công thức:

V

Q D

41000

(mm)

trong đó : D - đường kính, (mm) Q - lưu lượng khí nén, (m3/h) V - vận tốc khí trong

ống, (m/s)

Bảng 3.2 Xác định đường kính các đoạn ống bên trong phân xưởng Gia Công

STT Đoạn ống Lưu lượng tính toáncực đại (m3/h)

vchọn

(m/s)

D( mm)

Dchọn

(mm)

vthực

(m/s)Nhánh 7.3

- Vận tốc thực nằm trong miền vận tốc hợp lí đối với đường kính trong và ngoài phân

xưởng, nên đường kính các đoạn ống vừa chọn xem là hợp lí Nếu ta giảm đường kính

các đoạn ống xuống thì vận tốc sẽ tăng lên và gây ra phá hoại đường ống

- Dựa vào mặt bằng cấp khí bên trong phân xưởng ống ta xác định được tuyến ống bất lợi

nhất (tuyến ống dài nhất và có tổn thất áp suất lớn nhất) là tuyến:

H12→ T11→ T10→ T9→ T8→ T7→ T6→ T5→ T4→ T3→T2→T1→N2→N1

* Ta tiến hành tính toán thủy lực cho tuyến bất lợi nhất bên trong phân xưởng ống

3.2.2 Tính t n th t áp su t ma sát ổ ấ ấ

Ta dùng phương pháp tra đồ thị với các đồ thị sau :

- Từ vận tốc và áp suất khí nén Dựa vào biểu đồ phụ lục 2 ta xác định được miền chuyển

động rối của khí nén (độ nhám K = 0,1mm)

- Sau khi đã xác định được miền chuyển động rối của khí nén ( miền chuyển tiếp hay

miền ống nhám) Dựa vào biểu đồ phụ lục 3 và 4 tương ứng với các miền chuyển động

rối của khí nén đã xác định được ở trên, kết hợp lưu lượng, vận tốc và đường kính đoạn

ống ta xác định được tổn thất áp suất riêng R trên 1 m chiều dài đoạn ống

- Khi đã xác định được tổn thất áp suất riêng R thì tổn thất áp suất trên cả đoạn ống được

xác định:

l R

P ms = ×

∆

, (với l – chiều dài đoạn ống).

3.2.3 Tính t n th t áp su t c c b ổ ấ ấ ụ ộ

- Tổn thất áp suất cục bộ trong đường ống dẫn khí nén xác định theo độ dài tương đương

(phục lục 6_Trang 60 sách Trạm khí nén và mạng lưới khí nén – HOÀNG THỊ HIỀN) kí

hiệu độ dài tương đương là: ltđ (m)

cb td

ΔP = R× l

; (kg/m2)

R: là tổn thất áp suất riêng R trên 1 m chiều dài đoạn ống, (kg/m 2 m)

- Áp suất làm việc của các tuyến ống trong phân xưởng là P = 7 (atm).

3.2.4 Tính toán t n th t áp su t cho tuy n ng chính ổ ấ ấ ế ố

a Xác định chiều dài tương đương của các đoạn ống chính

- Dựa vào phục lục 6_Trang 60 sách trạm khí nén và mạng lưới khí nén_HOÀNG THỊ

HIỀN và các phụ tùng bố trí trên các đoạn ống của tuyến ống chính ta có bảng thống kê

độ dài tương đương như sau:

Bảng 3.3.Xác định chiều dài tương đương các đoạn ống trong phân xưởng Gia Công

STT Đoạn ống

Đườngkính đoạnống D(mm)

Độ dài tương đương

td

l

(m) Số phụ tùng trên đoạn ống

tdl

∑

(m)

Ngoặt cong(90°) R= 4d Chạc 3

Van(khóa)songsong

Ngoặt cong(90°) R= 4d

Chạc3

Van(khóa)song song

b Tính tổn thất áp suất tổng cộng trên tuyến ống chính.

Bảng 3.4 Tính toán tổn thất áp suất tổng cộng trên tuyến ống chính.

STT Đoạn

ống

Qtt

(m3/h)

Qtt

(kg/h)

D (mm)

v thực

(m/s)

P (atm)

Miềnchuyểnđộng rối

R(kg/m2)trên 1mdài ống

l (m) ltd (m)

∆P(kg/m2

IV CH N THI T B & PH TÙNG C A TR M KHÍ NÉN Ọ Ế Ị Ụ Ủ Ạ

4.1 Ch n máy nén ọ

4.1.1 Máy nén và c s ch n l a máy nén ơ ở ọ ự

- Máy nén khí dùng để nén và ép – đẩy không khí.

- Nguyên tắc chung để tính chọn máy nén: Chọn kiểu, số hiệu, số lượng và năng suất

máy nén lắp đặt trong gian máy của trạm khí nén được thực hiện trên cơ sở hai thông số:

Tải trọng tính toán trung bình và cực đại lâu dài của trạm khí nén

Áp suất khí nén yêu cầu tại các điểm dùng

- Ngoài ra, khi chọn máy nén cần nghiên cứu phương pháp cấp khí nén đến các điểmdùng và có các khái niệm về kiểu và số hiệu máy nén được xuất xưởng và lưu thông trênthị trường

- Khi chọn máy nén theo áp suất cần chú ý sao cho áp suất cuối cùng của khí khi ra máy

xuống thấp là không kinh tế

- Các máy nén có cùng năng suất nhưng máy nén nào có áp suất nén cuối cùng thấp hơn

sẽ có công suất động cơ thấp hơn Về vấn đề này khi chọn máy nén cần cố gắng sao cho

- Phương pháp cấp khí nén đến điểm dùng: cũng ảnh hưởng đến chọn máy nén.

- Thông số chính của một máy nén:

Áp suất môi trường nén, (atm; bar; kg/cm2)

Năng suất máy nén, (m3/ph; m3/h)

Công suất động cơ dẫn động máy nén, (kW; hay mã lực)

- Số máy nén: chọn lựa cho trạm khí nén cấp khí liên tục có số lượng máy (N) thì:

2 N 6 8 ≤ ≤ ÷

- Dẫn động máy nén: dẫn động phổ biến nhất là động cơ điện riêng lẻ, truyền cho máy

nén lực quay trực tiếp qua khớp đàn hồi(cùng trục với trục khuỷu của máy nén) hay quatruyền động bằng đai hay đai hình thang

Ưu điểm dẫn động bằng điện:

Đảm bảo làm việc an toàn (chắc chắn), vận hành gọn và đơn giản.

Giá thành thấp, khối lượng nhỏ

Dẫn động bằng điện so với bằng hơi nước tiết kiệm 15 ÷ 25%

4.1.2 Tính toán ch n l a máy nén ọ ự

Áp suất sử dụng là:7 atm

Lưu lượng (tính toán cho tuyến bất lợi nhất từ trạm khí nén tới phân xưởng xa nhất):

Qtt = 799.7 (m3/h) = 13,33(m3/ph)

Áp suất sơ bộ chọn lựa ở trạm khí nén là: 10 atm ≈ 10 bar

- Do trạm khí nén thiết kế là trạm cấp khí liên tục nên đi chọn 1 cụm gồm 2 máy nén lắpsong song với nhau để khi 1 máy hỏng hay gặp sự cố thì có máy thứ 2 làm việc Khi chọnmáy nén ta nên chọn lưu lượng máy nén dự trữ thêm (25÷50) %

→ Lưu lượng của một máy nén cần chọn là:

3 tt