bài giảng thiết kế mô phỏng thiết bị quay

1 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ QUAY  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị quay như:  Máy nén ly tâm và máy nén Pistong  Turbo giãn nỡ khí.  Máy bơm ly tâm và máy bơm Pistong.  SV phải nắm vững cơ sở lý thuyết của máy nén, máy bơm, turbo expander để hiểu được cơ chế tính toán trong mô phỏnh. MỤC TIÊU 2  Hiệu suất của máy nén ly tâm được xác định theo phương trình sau (nén đoạn nhiệt):  Hiệu suất của turboExpander (đẵng entropi):  Hysys tính toán mô phỏng máy nén và Turbo giãn nỡ theo 01 trong 04 cách sau: MÁY NÉN - COMPRESSOR Nếu chưa có thông tin về đường đặc tuyến của máy nén/Turbo giãn nỡ  Cách1:  Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào??.  Xác định suất đầu ra máy nén.  Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén (HS nén đoạn nhiệt hoặc nén đa biến).  Hysys sẽ tính toán năng lượng cần thiết cung cấp cho máy nén, nhiệt độ khí đầu ra, hiệu suất???  ??? Đường đặc tuyến của máy nén cho biết điều gì??? MÁY NÉN - COMPRESSOR 3 Nếu chưa có thông tin về đường đặc tuyến của máy nén/Turbo giãn nỡ  Cách 2:  Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào  Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén (HS nén đoạn nhiệt hoặc nén đa biến) và công suất của máy. => Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí đầu ra, hiệu suất??? MÁY NÉN - COMPRESSOR Nếu biết trước đường đặc tuyến của máy nén  Cách 1:  Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào.  Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén.  Hysys sử dụng đường đặc tuyến của máy nén/giãn nỡ để tính vận tốc quay, độ tăng/giãm áp suất đầu ra thiết bị. = >Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí đầu ra, hiệu suất??? MÁY NÉN - COMPRESSOR 4 Nếu biết trước đường đặc tuyến của máy nén  Cách 1:  Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào.  Khai báo vận tốc của máy nén.  Hysys sử dụng đường đặc tuyến của máy nén/giãn nỡ để tính hiệu suất, độ tăng/giãm áp suất đầu ra thiết bị. = >Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí đầu ra, hiệu suất??? MÁY NÉN - COMPRESSOR 1. Truy xuất mô hình Compressor/Turbo expander theo 02 đã được học. 2. Tại mục connection của Tab Design đặt tên cho máy nén, khao báo tên Inlet/Outlet của dòng vào/ra thiết bị và dòng năng lượng Energy cung cấp cho máy nén. 3. Tại mục Parameter chọn Operating mode chon thiết bị là Centrifual nếu là máy nén ly tâm hoặc Reciprocating – máy nén pistong. QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN/TURBO GIÃN NỠ 5 4. Nếu chưa biết đường đặc tuyến thì nhập:  Hiệu suất của máy tại Tab Parameters. Thông thường hiệu suất làm việc của máy từ 75 – 85 %. Chỉ được nhập một trong 02 dạng hiệu suất là adiabatic efficiency hoặc polytropic efficiency.  Nhập một trong 02 thông số sau:  Áp suất của dòng Outlet đầu ra máy nén tại Tab worksheet hoặc click trực tiếp vào dòng Outlet.  Công suất của máy nén tại mục Duty, Tab Parameters. QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ 5. Nêu biết đường đặc tuyến thì nhập:  Đường đặc tuyến (Curve) của máy nén tại Tab Rating nhập.  Lưu ý không nhập mục Efficiency của Tab Parameters. QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ 6  Cách nhập đường đặc tuyến của máy nén: 1. Tại Tab Rating nhấn nút Enable Curve. 2. Chọn cách biểu diễn hiệu suất máy nén theo adiabatic hoặc Polytropic 3. Nhấn nút Add Curves. 4. Nhập các thông số flow, head, efficiency. 5. Nhấn nút Plot Curves để xem đường đặc tuyến.  Khi mô phỏng thiết kế mới => sử dụng trường hợp 1.  Khi đánh giá hoạt động thiết bị => sử dụng Curves QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ  Nếu chỉ có 1 đường đặc tuyến thì nhập các thông số sau (với điều kiện là thành phần và nhiệt độ dòng đầu vào biết trước):  Inlet Pressure và Flow Rate  Inlet Pressuer và Duty  Inlet Pressure và Outlet Pressure.  Inlet Pressure và Efficiency tương ứng với đường đặc tuyến.  Nếu có nhiều hơn 02 đường đặc tuyến lúc này chỉ hysys tính toàn gần đúng. Các thông số cần nhập là: Inlet Pressure và một trong các thông số sau:  Flow rate  Duty  Outlet Pressure  Efficiency. QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ 7  Cho dòng khí có thành phần như hình bên. 1. Mô phỏng thiết bị máy nén để xác định công suất của thiết bị nếu biết áp suất đầu vào là 75 barg, nguyên liệu đầu vào 100% pha khí, lưu lượng 120.000 sm3/h, áp đầu ra là 110 barg, hiệu suất làm việc của máy nén ly tâm là 75%, máy nén pistong là 85%. 2. Áp suất đầu ra máy nén thay đổi thế nào nếu công suất của máy giảm 50% so với kết qủa tính ở mục 1. 3. Giả sử máy nén có đường đặc tuyến như đính kèm, xác định áp suất đầu ra máy nén. 4. Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45 barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1 => xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công giãn nỡ (giãn nỡ lấy = 75%). 5. Điều chỉnh áp suất đầu ra expander để áp suất đầu ra máy nén là 90 barg. BÀI TẬP THỰC HÀNH 1 CấuCấu tửtử MoleMole fractionfraction N2N2 0.00020.0002 H2SH2S 0.04050.0405 CO2CO2 0.01510.0151 C1C1 0.72500.7250 C2C2 0.08150.0815 C3C3 0.04550.0455 ii C4C4 0.01500.0150 NN C4C4 0.01800.0180 ii C5C5 0.01200.0120 NN C5C5 0.01300.0130 C6C6 0.00900.0090 C7+C7+ 0.02520.0252 H2OH2O 0.00000.0000 1. Cho dòng khí có thành phần như hình bên.  Mô phỏng thiết bị máy nén: Truy cập mô hình máy nén và đặt tên dòng vào, dòng ra và dòng năng lượng của máy nén.  Khai báo thông tin dòng vào máy nén (02 cách: click trực tiếp vào dòng hoặc vào worksheet: Thành phần, P=75 barg, pha =1, Mole flow = 120.000sm3/h.  Chọn model máy nén pistong: Design => Parameter => Operating mode chọn Reciprocating.  Hiệu suất máy nén: Design => Parameter => Efficiency: Nhập hiệu suất = 85% vào mục Polytropic efficiency.  Nhập áp suất đầu ra máy nén = 110 barg: 02 cách (Click vào dòng ra hoặc vào worksheet)  Vào worksheet xem các thông tin về dòng, vào Design/Parameter xem công suất, vào Performance xem, hiệu suất, tốc độ quay… của máy nén. BÀI TẬP THỰC HÀNH 1 8 2.Áp suất đầu ra máy nén thay đổi thế nào nếu công suất của máy giảm 50% so với kết qủa tính ở mục 1.  Ghi lại giá trị công suất của máy nén (có thể sử dụng data book).  Xóa áp suất đầu ra máy nén: 02 cách (Click vào dòng ra hoặc vào worksheet)  Vào Design/Parameter nhập công suất máy nén.  Click vào dòng hoặc vào worksheet xem áp suất đầu ra máy nén BÀI TẬP THỰC HÀNH 1 4. Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45 barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1 => xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công giãn nỡ (hiệu suất nén/giãn nỡ lấy = 75%).  Truy cập mô hình expander  Khai báo dòng vào, dòng ra, dòng năng lượng của expander.  Nhập thông tin dòng vào expander: Pha =1, Mole flow=150000 sm3/h, P-110 barg, Composition: Click vào dòng vào => Nhấn “Define from other stream” =>Available stream chọn Dòng vào máy nén => Copy stream conditions chọn Composition  Nhập áp suất đầu ra expander = 45 barg: 02 cách (Click vào dòng ra hoặc vào worksheet)  Hiệu suất expander (75%): Design => Parameter => Efficiency: Nhập hiệu suất = 75% vào mục Polytropic efficiency.  Vào Design parameter của máy nén xóa duty.  Sử dụng Set để cài đặt công của máy nén = công giãn nỡ BÀI TẬP THỰC HÀNH 1 9 4. Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45 barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1 => xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công giãn nỡ (hiệu suất nén/giãn nỡ lấy = 75%).  Sử dụng Set để cài đặt công của máy nén = công giãn nỡ  Target Value Object chọn Tên dòng năng lượng máy nén, Varriable chọn Power.  Source: Object chọn Tên dòng năng lượng của expander  Tại mục Parameter chọn M=0.95, Offset = 0 BÀI TẬP THỰC HÀNH 1 5. Điều chỉnh áp suất đầu ra expander để áp suất đầu ra máy nén là 130 barg.  Sử dụng thuật toán Adjust:  Adjusted value: Object chọn Dòng ra Expander, Varriable chọn Pressure.  Target value: Object chọn Dòng ra máy nén, Varriable chọn Pressure.  Specified target value: nhập 130 barg.  Vào Parameter nhập giới hạn min/max: (ví dụ min=1, max=110 barg).  Khai báo sai số cho phép (Torelance): Theo yêu cầu độ chính xác (ví dụ 0.01 bar).  Nhập số bước lặp (Iteration): Tùy chọn BÀI TẬP THỰC HÀNH 1 10  Nguyên lý làm việc của máy nén Pistong : Nén một lượng khí từ thể tích lớn => thể tích nhỏ hơn.  Máy nén Pistong được sử dụng khi hệ số nén lớn và lưu lượng khí nén nhỏ.  Có 02 lại máy nén pistong: Single acting và double acting MÁY NÉN PISTONNG – RECIPROCATING COMPRESSOR  Qui trình mô phỏng tương tư như máy nén ly tâm 1. Truy xuất mô hình Compressor/Turbo expander theo 02 đã được học. 2. Tại mục connection của Tab Design đặt tên cho máy nén, khao báo tên Inlet/Outlet của dòng steam vào/ra thiết bị và dòng năng lượng Energy cung cấp cho máy nén. 3. Tại mục Operating mode Tab Parameters chọn Reciprocating (máy nén pistong). QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN PISTONNG – RECIPROCATING COMPRESSOR . 1 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ QUAY  Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính toán mô phỏng các loại thiết bị quay như:  Máy nén ly tâm và máy nén. Curves để xem đường đặc tuyến.  Khi mô phỏng thiết kế mới => sử dụng trường hợp 1.  Khi đánh giá hoạt động thiết bị => sử dụng Curves QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ  Nếu chỉ. Pressure  Efficiency. QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ 7  Cho dòng khí có thành phần như hình bên. 1. Mô phỏng thiết bị máy nén để xác định công suất của thiết bị nếu biết áp suất đầu vào