Области и особенности применения

Поршневые и винтовые компрессоры

На первый взгляд, расстановка сил на российском рынке промышленных компрессоров проста: традиционные поршневые компрессоры уступают место более экономичным винтовым компрессорам, пользующимся славой универсальных средств сжатия воздуха. Во всяком случае, так обстоят дела на предприятиях, нуждающихся в компрессорах, которые обеспечивают давление от 0,5 до 1,5 МПа и производительность в диапазоне от 1 до 100 м3/мин. И вместе с тем производители поршневых компрессоров, отечественные и зарубежные, не собираются сдавать свои позиции. Подобно производителям винтовых компрессоров, они автоматизируют систему управления компрессором, увеличивают срок безремонтной работы и периодичность замены масла, применяют энергосберегающие решения. Но самое главное, что у поршневых компрессоров есть своя гарантированная область применения. В отличие от винтовых компрессоров, обеспечивающих среднюю производительность и среднее давление, поршневые компрессоры традиционно используются при необходимости малой производительности и высокого давления.

Еще более высокое давление и вместе с тем высокую производительность (более 100 – 150 м3/мин) создают центробежные, или турбокомпрессоры. Преимущества турбокомпрессоров: надежность, более продолжительный межремонтный период, чем у винтовых компрессоров, минусы: необходимость сложного монтажа и низкая глубина регулирования производительности. Поэтому турбокомпрессоры используют на производствах с постоянным потреблением воздуха при непрерывном цикле в случае, если потребление сжатого воздуха носит массовый, а не объемный характер – например, в химических технологиях и при разделении воздуха. К тому же турбокомпрессоры дорого стоят, в то время как поршневые компрессоры дешевле не только центробежных, но и винтовых. Но  цена самого компрессора – далеко не главная статья расходов, поэтому более высокие затраты на эксплуатацию поршневого компрессора сглаживают разрыв между «поршнем» и «винтом» через полтора-два года после приобретения. Многие владельцы поршневых компрессоров считают, что ремонт действующего компрессора стоит дешевле, чем приобретение нового, даже если новый – более совершенный. К тому же традиционно считается, что использование поршневых компрессоров – оптимальный вариант при высокой концентрации пыли в воздухе или в том случае, если компрессор необходим для сжатия газов.

Что гарантирует винтовой компрессор

С другой стороны, у винтовых компрессоров есть бесспорные преимущества.

Первое из них – отсутствие клапанов и трущихся деталей в полости сжатия, повышающее надежность механизма и создающее возможность полной автоматизации компрессора. Винты не соприкасаются и не изнашиваются в течение всего срока службы компрессора, поэтому период безремонтного обслуживания таких компрессоров на порядок дольше, чем у их поршневых конкурентов. Обслуживание винтового компрессора сводится к своевременной замене воздушного и масляного фильтров и к замене масла раз в два года. Таким образом, отпадает необходимость в содержании специально подготовленного персонала, который следил бы за состоянием компрессора.

Следующий плюс – отсутствие механических преобразователей вращательного движения электродвигателя в возвратно-поступательное движение поршня, которое позволяет обеспечить более высокий КПД, чем у поршневых компрессоров.

Третье преимущество связано с тем, что для винтовых блоков обычно используется воздушное охлаждение. Оно позволяет отказываться от громоздких систем оборотного водоснабжения, необходимых для охлаждения сжатого воздуха в поршневых компрессорах.

Наконец, для монтажа винтового компрессора не нужен специальный фундамент. Достаточно наличия горизонтальной площадки, способной выдержать вес компрессора. Это не только снижает затраты на монтаж компрессора, но и позволяет ставить его как можно ближе к потребителю, создавая децентрализованную систему снабжения сжатым воздухом. А это один из самых распространенных способов сокращения затрат на эксплуатацию компрессора.

Переход к точечному снабжению

Несмотря на универсальность сжатого воздуха как инструмента и энергоносителя, позволяющего применять его на самых разных производствах, сжатый воздух относится к самым дорогим источникам энергии. В среднем компрессорное оборудование потребляет более 10% расходуемой предприятием энергии. При этом только 15% затраченной на получение сжатого воздуха электроэнергии преобразуется в его потенциальную энергию, остальные 85% превращаются в тепло, которое выделяется во время работы. Любой владелец компрессоров заинтересован в том, чтобы уменьшить прямые и косвенные издержки производства, хотя нередко это означает коренную перестройку всей системы снабжения сжатым воздухом.

Один из самых востребованных способов снижения издержек – децентрализация компрессорной системы. Традиционно схема снабжения предприятия сжатым воздухом осуществлялась с помощью центральной компрессорной станции. Это создавало необходимость применения мощных центробежных или поршневых компрессоров, требовавших постоянного наблюдения за их работой и выделения особого помещения, необходимого из за высокого уровня шума и вибрации. Неизбежный при централизованной системе снабжения вывод трубопроводов на улицу приводил к охлаждению воздуха, конденсации влаги в трубопроводах, образованию ледяных и гидратных пробок. В результате поступавший в цеха воздух был загрязнен влагой и продуктами коррозии трубо¬проводов, что снижало качество работы пневмоинструмента. Образование пробок сказывалось и на чистоте воздуха, даже при условии применения фильтров и других средств его очистки. Но главный недостаток централизованного снабжения сжатым воздухом связан с утечками и потерями передаваемого по трассам воздуха, достигающими 20 –30%. К тому же централизованная система воздухоснабжения не учитывает резкого снижения потребления сжатого воздуха во внерабочее время. Для поддержания работоспособности отдельных цехов все равно необходимо запускать мощные компрессоры, производительность которых превышает потребности оборудования при неполной загрузке. Децентрализация компрессорной системы, напротив, позволяет обеспечивать гибкий график работы с наименьшими издержками, устанавливать компрессоры с производительностью и давлением, соответствующими потребностям данного производства.

И это не единственное преимущество децентрализации, позволяющей также снизить утечки воздуха, сэкономить средства, необходимые для монтажа большого компрессора и ремонта внешних пневмосетей. Уход от централизованного снабжения сжатым воздухом облегчает и разводку пневмосети. Поскольку сеть становится компактной, трубопроводы не выходят за пределы помещения и не требуют дополнительной изоляции и герметизации от воздействия внешней среды.

Компрессор согревает воздух

Еще одна причина непроизводительных издержек, которую следует устранить в интересах предприятия – неравномерность потребления сжатого воздуха в разные временные интервалы работы компрессора. Это значит, что в периоды наименьшей потребности в сжатом воздухе винтовой компрессор работает вхолостую, а поршневой выбрасывает произведенный воздух, «нагревая воздух» в буквальном смысле слова. Решить эту проблему позволяет использование компрессоров с частотным приводом. Это устройство, обеспечивающее плавное регулирование скорости вращения электродвигателя, автоматически снабжает потребителя сжатым воздухом заданного давления и в требуемом количестве. Применение частотного преобразователя обеспечивает регулирование производительности (до 80%) и мощности (до 60%) в зависимости от расхода сжатого воздуха. В среднем применение частотного привода позволяет сэкономить до 30 –35% и больше электроэнергии. Есть и другая причина, способствующая тому, что компрессор «согревает воздух». Значительная часть подводимой к компрессору электроэнергии преобразуется в тепло, при этом основная часть энергии (около 70%) рассеивается при охлаждении масла. Но современные технологии позволяют рекуперировать до 70 –80% энергии, которая улетучивается при охлаждении масла, и использовать этот дополнительный источник тепла для нужд производства – отопления помещения или подогрева воды, используемой в технических целях. Как свидетельствуют участники рынка, применение рекуперационного блока позволяет уменьшить стоимость компрессорной системы на 40% и больше.

По материалам газеты "Энергетика и промышленность России"
№ 4 (68) апрель 2006 года