Расчет производительности компрессора при стандартных условиях

В соответствие с ГОСТ 2939-63 «Газы. Условия для определения объема» все производители и поставщики компрессорной техники, работающие на территории нашей страны, обязаны указывать производительность компрессорных установок и станций, а также пропускную способность оборудования, диапазоны измерений приборов и т.д., рассчитанную для объема газа, находящегося при давлении 101,325 кПа, температуре 20 °С и влажности 0%.

Потребителя, эксплуатирующего компрессорную технику, часто волнует вопрос, соответствует ли реальная производительность, выдаваемая компрессором, производительности, заявленной в технической документации, т.е. паспортной производительности. В качестве решения в компрессорной станции, реже – компрессорной установке, по требованию потребителя монтируется расходомер. Как правило, современные расходомеры не просто измеряют фактически протекающий через них расход газа, но и пересчитывают его к стандартным условиям. Для этого расходомеры дополнительно снабжаются датчиками давления и температуры, размещенными в непосредственной близости к месту установки расходомера или вообще вмонтированными внутрь его чувствительного элемента. 

Производительность при стандартных условиях, измеренную и рассчитанную расходомером, нельзя сравнивать с паспортным значением! 

Дело в том, что расходомер способен рассчитать производительность при стандартных условиях только в месте установки. При этом он «не знает» условия, в которых находится воздух на всасывании компрессора. На компрессорных станциях, эксплуатируемых в широком диапазоне температур, это приводит к увеличению показаний расходомера в холодное время года и при повышении атмосферного давления и, наоборот – к уменьшению в холодное время года и при снижении атмосферного давления. Такой эффект объясняется зависимостью плотности и, соответственно, массового расхода воздуха, всасываемого компрессором, от температуры и давления окружающей среды: чем плотнее воздух – тем выше производительность. Влияние окружающей среды исключается вторым перерасчетом производительности к стандартным условиям на всасывании по формуле:

где:

• Q_РМп - производительность при стандартных условиях по расходомеру, м³/мин;
• p_атм – давление атмосферное, сложившееся вблизи всасывающего окна компрессора (у фильтра на всасывании) на момент измерения производительности кПа;
• t_атм – температура окружающего воздуха, сложившаяся вблизи всасывающего окна компрессора (у фильтра на всасывании) на момент измерения производительности, °К.
• 0,345 - коэффициент, полученный путем деления стандартного давления p_ст=101,325 кПа на стандартную температуру t_ст=293 °К, кПа/°К.

С паспортной производительностью должна сравниваться производительность при стандартных условиях на всасывании!

Оптимальная комбинация оборудования для корректного измерения и расчета производительности имеет формулу «расходомер + измеритель параметров окружающей среды», причем расходомер устанавливается на линии нагнетания, а измеритель параметров – максимально близко к всасыванию.

В случае, если расходомер измеряет только фактический расход и не имеет функционал для его пересчета к стандартным условиям в месте установки, следует использовать формулу:

где

• Q_ф - фактическая производительность по расходомеру, м³/мин;
• p_ф – давление абсолютное в точке измерения производительности, МПа;
• t_ф – температура в точке измерения производительности, °К;
• p_атм – давление атмосферное, сложившееся вблизи всасывающего окна компрессора (у фильтра на всасывании) на момент измерения производительности МПа;
• t_атм – температура окружающего воздуха, сложившаяся вблизи всасывающего окна компрессора (у фильтра на всасывании) на момент измерения производительности, °К.

В данной формуле отсутствуют стандартные давление и температура, что не является ошибкой. Они взаимно сокращаются из-за двух пересчетов: сначала – при приведении к стандартным условиям в месте установки расходомера, а затем – при приведении условий на всасывании.

Если бы можно было установить расходомер так, чтобы давление и температура протекающего в нем газа соответствовали стандартным условиям, пересчет фактической производительности не потребовался бы.

Если бы можно было поместить компрессорную установку или станцию в такую окружающую среду, чтобы на всасывании сложились стандартные условия, пересчет условий всасывания не потребовался бы. Иногда для исключения этого пересчета встречаются предложения устанавливать расходомер на всасывании компрессора. Однако на практике монтировать расходомерную линию, выдержав все необходимые длины трубопроводов для обеспечения корректных и стабильных показаний расходомера, нецелесообразно, т.к. условия всасывания ухудшаются, а линия всасывания существенно усложняется.

При измерении производительности содержание влаги в воздухе, как правило, не учитывается, т.к. объем влаги слишком мал по сравнению с погрешностью измерений расходомера. Например, в 1 м³ воздуха при 40 °С максимально может содержаться около 50 г, что составляет всего 0,005% от объема. Даже если сжать это объем в 100 раз, в 1 м³ воздуха влаги станет только 0,5%. При этом погрешность измерений современных расходомеров составляет порядка 1…2%. Кроме того, сжатый воздух очищается от влаги различным оборудованием (сепараторами, фильтрами, осушителями), а расходомер устанавливается после этого оборудования, поэтому содержание влаги в нем в разы меньше рассмотренного случая.

Таким образом, расчет производительности компрессорных установок и станций должен производиться к стандартным давлению и температуре на всасывании.