Gas2 Chu trình làm lạnh ProPan

Tài Liệu học mô phỏng hysys mô phỏng thiết bị

Chu trình làm lạnh Propane

Giới thiệu chung

Hệ thống làm lạnh rất phổ biến trong công nghiệp sản xuất khí tự nhiên và trong những quá trình có liên quan trong công nghệ lọc dầu, hoá dầu và công nghiệp hoá học Quá trình làm lạnh được sử dụng để hạ nhiệt độ của khí xuống nhiệt độ điểm sương của hydrocarbon và để sản xuất các nhiên liệu lỏng có thể thấy trên thị trường tiêu dùng hàng ngày

Trong bài này, chúng ta sẽ đi vào xây dựng, chạy, phân tích và điều khiển hệ thống mô phỏng chu trình làm lạnh Propane Sau đó sẽ chuyển bản mô phỏng hoàn chỉnh (Case) sang một mô hình (Template), từ đó nó có thể kết nối với các bản thiết kế mô phỏng khác

Các mục tiêu nghiên cứu

Khi hoàn thành phần ày, chúng ta sẽ có thể:

- Nhập và kết nối các thiết bị thành một lưu trình

- Sử dụng giao diện đồ họa để điều khiển các lưu trình trong HYSYS

- Hiểu cách truyền thông tin xuôi-ngược trong HYSYS

- Chuyển case mô phỏng thành mô hình

Các yêu cầu ban đầu

Trước khi bắt đầu vào phần này chúng ta phải biết các cách để:

- Thiết lập một Fluid Package

- Thiết lập các dòng

Xây dựng mô phỏng

Bước đầu tiên trong xây dựng bất kỳ bản mô phỏng nào là thiết lập

Fluid Package Dưới đây là hướng dẫn sơ lược cách thiết lập 1 Fluid Package và nhập các dòng Để xem chi tiết hơn, các bạn có

thể xem Defining the Simulation Basis, Module 1, phần thiết lập

dòng

Thiết lập cơ sở mô phỏng

1. Tạo New case và nhập Fluid Package

2. Nhập các giá trị sau trong các cửa sổ Fluid Package

3. Nhấp chuột vào phím Enter Simulation Environment khi bạn đã

hoàn tất việc khai báo và bắt đầu xây dựng mô phỏng

Thiết lập dòng

Có nhiều cách để tạo ra các dòng (xem lại semina 1, phần thiết lập dòng)

- Nhấp vào phím nóng <F11> sẽ xuất hiện bảng trạng thái, tính chất của dòng

- Hoặc có thể kích đúp vào biểu tượng Stream (Dòng) trong Object Pallete (bảng các biểu tượng mô phỏng thiết bị)

Thiết lập các dòng cần thiết:

Nhập một dòng với các giá trị cần thiết sau:

Nhập dòng thứ hai với các tính chất sau:

Nhập các thiết bị vận hành vào lưu trình

Cũng giống như việc thiết lập các dòng, có nhiều cách để nhập các thiết bị vận hành trong HYSYS:

Menu Bar Từ bảng Flowsheet, chọn Add Operation hoặc

nhấn phím nóng <F12>, cửa sổ các thiết bị vận

hành sẽ xuất hiện

Workbook Mở Workbook và đến trang UnitOps, sau đó

nhấp chuột vào phím Add UnitOp, cửa sổ các

thiết bị vận hành sẽ xuất hiện

Object Palette Từ bảng Flowssheet, chọn Open Object Palette, hoặc nhấn <F4> Kích đúp vào biểu tượng thiết

bị vận hành bạn muốn nhập

Áp suất của dòng 1 là bao nhiêu?

Chu trình làm lạnh Propane bao gồm 4 thiết bị:

• Van

• Chiller

• Máy nén

• Thiết bị ngưng tụ Trong bài này, chúng ta sẽ nhập từng thiết bị với các cách thiết lập khác nhau

Nhập van J-T

Van J-T được sử dụng mô phỏng cho các van trong HYSYS Dòng vào van là dòng ra từ thiết bị ngưng tụ Dòng ra thiết bị ngưng tụ nhiệt độ điểm bọt của nó

Van được nhập bằng cách nhấn phím nóng <F12>

1. Nhấp vào phím nóng <F12>, cửa sổ UnitOpts sẽ hiển thị:

2. Chọn Valve từ bảng Available Unit Operations.

3. Kích vào phím Add Bảng tính chất của bơm sẽ xuất hiện.

4. Trên trang Connections, cung cấp đường nối dòng vào và dòng

ra như biểu diễn ở bảng sau:

Có thể chọn lọc nhanh

hơn Available

Unit Operations bằng

cách chọn từ Category

phù hợp Trong trường

hợp này Piping

Equipment sẽ bao gồm

Valve

Nhập Chiller

Thiết bị Chiller trong vòng làm lạnh Propane mô phỏng trong HYSYS sử dụng thiết bị gia nhiệt Dòng ra khỏi thiết bị Chiller ở

nhiệt độ điểm sương

Phương pháp này mô tả cách nhập 1 thiết bị gia nhiệt sử dụng trang

UnitOps của Workbook

1. Mở Workbook và kích vào tab UnitOps

2. Nhấp vào phím Add UnitOp, cửa sổ UnitOps sẽ xuất hiện

3. Chọn Heat Transfer Equipment từ nhóm Categories

4. Chọn Heater từ danh sách Available Unit Operations

5. Kích vào phím Add, hoặc kích đúp vào Heater Bảng tính chất

của thiết bị gia nhiệt sẽ hiển thị

6. Trên trang Connections, nhập các thông tin như sau:

Các hộp kéo thả như với

các dòng nguyên liệu và

sản phẩm, chứa danh

sách các dòng kết nối với

thiết bị được mô phỏng.

7. Chuyển sang trang Parameters.

8. Nhập giá trị Delta P là 7.0 kPa (1psi) và giá trị công suất (Duty)

là 1.00e + 06 kJ/h (1.00e+06 Btu/hr) cho Chiller.

9. Đóng bảng hiển thị tính chất lại

Nhập máy nén

Máy nén được sử dụng để làm tăng áp suất của dòng khí vào

Lưu lượng mol của propane là bao nhiêu ?

Độ chênh áp qua van J-T là bao nhiêu ? Nhiệt độ dòng ra khỏi van (dòng 2) là bao nhiêu ?

Trang Parameters chung

cho hầu hết các thiết bị và

chứa các thông số như độ

giảm áp (delta P), Công

suất (Duty) và Hiệu suất

(Efficiency).

Đặt con trỏ chuột vào

biểu tượng máy nén

trong Object Palette,

nhấp đúp và đưa vào sơ

đồ PFD

Phương pháp này mô tả cách nhập máy nén sử dụng Object Palette.

Object Palette là bảng chứa toàn bộ các dòng và các thiết bị vận

hành sử dụng để mô phỏng trong HYSYS

1. Nhấp vào phím nóng <F4>, bảng Object Palete sẽ xuất hiện.

2 Kích đúp vào biểu tượng máy nén, bảng tính chất của máy nén

sẽ được hiển thị

3. Trên trang Conections, nhập các thông tin về dòng biểu diễn

trong hình sau

4. Hoàn thành trang Parameter như sau:

Biểu tượng

máy nén

Nhập thiết bị ngưng tụ

Đây là thiết bị cuối cùng trong chu trình làm lạnh Propane Thiết bị này được đặt giữa Máy nén và van và nó được mô phỏng như 1 thiết bị làm lạnh

Làm việc với biểu diễn đồ họa, bạn có thể xây dưng lưu trình của bạn trong PFD bằng cách sử dụng chuột để thiết lập và kết nối các thiết bị Phương pháp này mô tả cách nhập và kết nối thiết bị làm

lạnh sử dụng kỹ thuật kéo-thả (Drag ‘n’ Drop) trong Object Palete.

Phương pháp kéo-thả (Drag ‘n’ Drop) trong PFD:

1. Nhấn vào biểu tượng Cooler trong Object Palete.

2 Di chuyển con trỏ đến PFD Con trỏ sẽ chuyển sang 1 dạng con trỏ đặc biệt (là hình 1 chiếc hộp có gắn biểu tượng 1 dấu cộng) Chiếc hộp sẽ xác định kích thước và vị trí của biểu tượng thiết bị làm mát

3. Nhấp chuột trái để đưa thêm thiết bị làm mát vào PFD

Có 2 cách để kết nối thiết bị với 1 dòng trong PFD : Phương pháp kết nối sử

dụng

Thực hiện thao tác

Phím dịch chuyển

Attach Mode

1. Nhấp vào phím dịch chuyển Attach

Mode.

2 Đặt con trỏ lên trên thiết bị Điểm kết nối dòng nguyên liệu được đánh dấu bằng màu xanh đậm

3 Dịch chuyển con trỏ đến dòng mà ta muốn kết nối

4 Nhấp và giữ chuột trái

5 Dịch chuyển con trỏ đến biểu tượng thiết bị và nhả chuột

Phím <Ctrl> 1. Nhấp và giữ phím <Ctrl> và dịch

chuyển con trỏ đến thiết bị vận hành

2 Đặt con trỏ đến dòng mà chúng ta muốn kết nối

3 Nhấp và giữ chuột trái

4. Dịch chuyển con trỏ đến biểu tượng

thiết bị, nhả chuột và phím <Ctrl>.

Biểu tượng thiết

bị ngưng tụ

(Cooler)

5 Từ PFD, kết nối dòng 4 với dòng vào thiết bị ngưng tụ và kết nối dòng ra thiết bị ngưng tụ với dòng 1

6 Kích đúp vào thiết bị ngưng tụ

7. Trên trang Parameter, nhập giá trị Delta p là 35 kPa (5 psi).

Lưu Case vừa hoàn thành

Công suất máy nén là bao nhiêu hp?

Điều chỉnh PFD

PFD được thiết kế bằng cách sử dụng chuột và bàn phím Có rất nhiều các trường hợp mà cả chuột hay bàn phím đều có thể sử dụng

để thực hiện cùng 1 chức năng Nhưng có 1 chức năng PFD rất quan trọng mà bàn phím không thể sử dụng được, đó là kiểm tra đối

tượng (Object Inspection).

Chúng ta ó thể sử dụng rất nhiều các thao tác và thủ thuật trên các biểu tượng trong PFD bằng cách sử dụng kiểm tra đối tượng

(Object Inspection) Đặt con trỏ chuột trên biểu tượng mà bạn muốn

kiểm tra và nhấp chuột phải Khi đó sẽ hiển thị các bảng tương ứng phụ thuộc vào biểu tượng mà bạn lựa chọn (như dòng, thiết bị phản ứng, tháp )

Một danh sách các đối tượng mà ta có thể kiểm tra được cho dưới đây với các danh mục tương đương :

Tùy chỉnh PFD bằng cách thực hiện :

1. Nhập Title, Propane Refrigeration Loop.

2. Nhập Workbook Table cho các dòng vật liệu trong mô phỏng.

Lưu bản mô phỏng (Case) thành mô hình (Template)

Một tính năng khá hữu ích nữa của HYSYS là khả năng lưu lại thành các mô hình (Template)

Một cách cơ bản, một mô hình là một lưu trình hoàn chỉnh mà có thể lưu trữ vào đĩa với các thông tin bổ sung Các thông tin này gắn liền với việc đính kèm vào lưu trình như việc vận hành một lưu trình con Một mô hình đại diện cho một module quá trình của nhà máy hay một phần của một module Mô hình được lưu trữ có thể được đọc từ đĩa sau đó và được cài đặt hiệu quả như một lưu trình con hoàn chỉnh có thể vận hành nhiều lần với nhiều quá trình mô phỏng khác nhau

Một vài lợi ích của việc sử dụng các mô hình là :

- Cung cấp công cụ mà nhờ đó 2 hay nhiều case có thể được

kết nối với nhau

- Có thể sử dụng nhiều hệ nhiệt động khác nhau trong một

case mô phỏng chính.

- Cung cấp một phương pháp thuận tiện trong việc chia nhỏ một bản mô phỏng lớn thành các phần nỏ hơn và dễ dàng quản lý các cấu tử

- Có thể chỉ cần tạo một lần và có thể sử dụng nhiều lần cho

nhiều case khác nhau.

Trước khi chuyển case thành template thì case đó cần phải được

làm đồng nhất để nó có thể được sử dụng trong nhiều nhà máy chế biến khí với các các lưu lượng khác nhau Trong phần này, công

suất của Chiller điều chỉnh lưu lượng của Propane được yêu cầu.

1. Xóa giá trị công suất của Chiller.

2. Từ bảng Simulation chọn Main Properties

3. Nhấp vào phím Convert to Template

4. Nhấp phím Yes để chuyển Case mô phỏng sang Template.

5. Trả lời No với câu hỏi “Do you want to save the simulation

case”.

6. Lưu Template thành file C3Loop.tpl.

Phân tích kết quả

Phần này mô tả cách lấy ra và in các kết quả của thiết bị vận hành

In các bản dữ liệu kỹ thuật cho các thiết bị vận hành

Trong HYSYS có thể in kết quả bằng:

- Menu Bar

- Object Inspection of Unit Operations

- Report Manager

* Sử dụng Menu Bar:

Chọn một trong những lựa chọn sau từ File menu

•Print – các danh sách của các dữ liệu kỹ thuật hiển thị đối với

thiết bị vâng hành hiện tại Chúng ta có thể đánh dấu 1 dữ liệu

kỹ thuật và có thể xem hoặc in dữ liệu đó

Để cài đặt máy in, chọn

Printer Setup từ File

Menu, sau đó hoặc

Graphic Printer hoặc

Report Printer

Chọn lệnh in khi PFD

đang hiển thị sẽ in

bản PFD, không có

các bản số liệu kèm

theo.

•Print Snapshot – in ảnh nhị phân (bitmap) của cửa sổ HYSYS

đang hiển thị

* Sử dụng Object Inspection:

Nhấp chuột phải vào thiết bị vận hành, hiển thị bảng tính chất, lựa

chọn Print Datasheet 1 danh sách các Datablock được hiển thị cho

đối tượng

* Sử dụng Report Manager:

1. Từ Menu Bar, chọn Tools, rồi nhấp vào Report để truy nhập vào bảng Report Manger

2. Nhấp vào phím Creat và nhập 1 Report mới và mở Report

Builder.

3. Kích vào phím Insert Datasheet để nhập các dữ liệu vaò báo cáo.

Chúng ta có thể nhập dữ liệu của nhiều hay 1 thiết bị vận hành vào

1 báo cáo:

Nhập thông tin thiết bị vận hành vào Workbook

Mỗi Workbook có 1 trang UnitOps mặc định mà nó hiển thị tất cả

các thiết bị vận hành và các kết nối của chúng với mô phỏng Chúng ta có thể nhập các trang bổ sung cho các thiết bị vận hành

riêng vào trong Workbook Ví dụ, ta có thể nhập 1 trang vào

Workbook mà chỉ chứa các máy nén trong mô phỏng.

Cách nhập 1 Unit Operation tab vào Workbook:

1. Mở Workbook

2. Từ Menu Bar, chọn Workbook, sau đó nhấp vào Set up

3. Trong cửa sổ Set up, nhấp vào phím Add trong nhóm Workbook

Tabs.

4. Từ giao diện New Object Type chọn Rotating Equipment và

mở rộng danh sách này, chọn Compressor.

5. Nhấp OK Trang mới, Compressor chỉ chứa thông tin của máy

nén đã được nhập vào workbook

6. Đóng cửa sổ này lại để thoát khỏi Setup

Nhập thông tin thiết bị vận hành vào PFD

Với mỗi thiết bị vận hành, ta có thể hiển thị một bảng tính chất

(Property Table) trên PFD Bảng tính chất chứa các thông tin mặc

định đã biết về thiết bị vận hành

Cách nhập thông tin thiết bị vận hành vào PFD

1 Mở PFD

2 Chọn thiết bị vận hành mà bạn muốn nhập bảng tính chất

3 Kích chuột phải vào thiết bị vận hành

4. Chọn Show Table menu

5. Sau khi bảng được nhập, ta có thể di chuyển nó bằng cách chọn

nó rồi kéo bằng chuột

6. Nếu nhấp chuột phải vào Table, ta có thể thay đổi các tính chất

của nó và sự xuất hiện ta cũng có thể chỉ rõ bảng có thể chỉ ra biến

số nào

Nhắp đúp vào các dòng

có dấu “+”sẽ mở rộng

để chọn thiết bị cụ thể

Ghi nhớ rằng bạn có

thể thao tác Object

Inspect bằng cách chọn

object và sau đó nhắp

phím chuột phải.

Mô phỏng nâng cao

Một trong các hướng thiết kế “chìa khóa” của HYSYS là làm thế nào để kết hợp các modul vận hành với giải pháp thuật toán không tuần tự Không chỉ xử lý các thông tin mà bạn cung cấp ban đầu, mà

cả các kết quả tính toán được tự động truyền đi theo theo toàn bộ lưu trình theo cả chiều xuôi và chiều ngược Cấu trúc module của các thiết bị vận hành có ý nghĩa rằng ta có thể tính toán trực tiếp, hay cũng có thể tính toán bằng cách sử dụng thông tin từ một dòng

ra để tính cho điều kiện của dòng vào Hướng thiết kế này có thể

được minh họa bằng việc sử dụng chu trình làm lạnh Propane

Ban đầu, thông tin cấp cho case chỉ là nhiệt độ và phần hơi cho các dòng 1 và 3 và thành phần của dòng 1 Khi nhiệt độ, phần hơi và vị trí của dòng 1 đã biết, HYSYS sẽ sử dụng tự động phương pháp tính nhanh và xác định các tính chất còn lại (như áp suất, enthalpy

tự do, khối lượng riêng…), những giá trị phụ thuộc vào dòng

Khi dòng 1 và 2 được liên kết với valve, J-T, đầu tiên HYSYS xác định thông tin đã biết với cả dòng vào và dòng ra Sau đó nó sẽ gán các giá trị này vào các dòng khác Trong trường hợp này, khi không

có độ chênh áp của valve được xác định, chỉ có thành phần và enthalpy tự do của dòng 1 bằng với các giá trị này của dòng 2

Bằng cách liên kết dòng 2 và dòng 3 vào thiết bị gia nhiệt, Chiller,

thành phần của dòng 2 sẽ được đưa đến dòng 3 (100% C3) HYSYS lúc này có thể tính nhanh trên dòng 3 và xác định các tính chất còn lại (những tính chất phụ thuộc vào dòng như áp suất, enthalpy…)

Sử dụng áp suất tính toán của dòng 3 và độ giảm áp qua Heater đã

biết, HYSYS tính lại áp suất của dòng 2 Sau khi áp suất, thành phần và enthalpy tự do của dòng 2 đã biết, và valve đẳng enthalpy, HYSYS có thể tính nhiệt độ của dòng 2

Ngoài ra, HYSYS sử dụng công suất thiết bị gia nhiệt đã biết và enthalpy tự do của dòng 2 và 3 để tính toán lưu lượng, là đại lượng của cả 3 dòng 1, 2, 3

Sau đó, máy nén được nhập vào mô phỏng Sau khi tất cả thông tin dòng vào đã biết, máy nén chỉ còn lại 2 bậc tự do Các giá trị như hiệu suất, công suất, hoặc áp suất cửa ra có thể đáp ứng 1 bậc tự do Bậc tự do còn lại đến từ thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ kết nối dòng ra máy nén với dòng vào Valve (giá

trị này đã được xác định hoàn toàn) Người sử dụng cung cấp độ giảm áp của thiết bị ngưng tụ, và HYSYS tính toán áp suất dòng vào, mà đây cũng là giá trị áp suất dòng ra của máy nén (bậc tự do thứ 2 của máy nén)

Thực hành mô phỏng Bài tập 1:

Trong nhà máy, bạn không thể đo đạc hay tính toán chính xác công

suất Chiller Tuy nhiên bạn biết rằng máy nén có định mức là

250hp, chạy ở 90% mức cao nhất với hiệu suất 72% Vậy công suất Chiller là bao nhiêu?

Đồng hồ đo dòng khí vào Chiller cuối cùng đá được kiểm định và bạn có thể xác định công suất của Chiller Nhà máy quyết định tăng công suất Chiller lên 1,5MMBTU/hr với máy nén chạy cùng mã lực (250hp), nhiệt độ Chiller tốt nhất mà bạn mong đợi là bao

nhiêu?

Bài tập 2: Thành phần môi chất làm lạnh

Nhà cung cấp propane bán cho nhà máy của bạn hỗn hợp

Propane/Ethane (95/5 % mol) Các ảnh hưởng gì sẽ xảy ra nếu có

BÀI TẬP