BÁO CÁO ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC THIẾT KẾ TRẠM CHIẾT NẠP CNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths. Trần Quang Khải Ts. Lê Thị Mỹ Linh Tháng 062015 Mục lục 1. Mục lục 2. Giới thiệu đề tài đồ án Chương I: Tổng Quan Các công nghệ trạm chiết nạp CNG phổ biến Thuyết trình về công nghệ trạm CNG sẽ thiết kế Chương II: Thiết kế thiết bị chính – Bình chứa Thể tích thiết kế Vật liệu, độ dày Các chiều thiết kế Phần phụ … Chương III: Thiết kế phần phụ 1. Phần máy nén và thiết bị làm lạnh Giới thiệu về máy nén Tính toán công suất máy nén … Tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Tính toán lượng môi chất làm lạnh Tính toán các chiều thiết bị làm lạnh 2. Tính toán đường ống Tính toán độ dày ống Tính đường kính ống Tính độ sụt áp Tính chiều dài ống Chương IV: Kết luận Tài liệu tham khảo 1. Giới thiệu – tổng quát Định nghĩa CNG CNG là tên viết tắt của cụm từ tiếng Anh Compressed Natural Gas khí nén thiên nhiên, với thành phần chủ yếu là methan (CH4) được lấy từ đường ống dẫn khí, nén ở áp suất cao (200 250 bar) vào các bồn chứa chuyên dụng để vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Ưu điểm của CNG a) CNG là nguồn nhiên liệu sạch Khi Sử dụng CNG không thải ra các khí độc hại như CO, NO, SOx là các loại khí đặc biệt gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người Bảng so sánh lượng khí thái của CNG so với các nguồn nhiên liệu khác. b) Tiết kiệm chi phí sử dụng nhiên liệu Chi phí dử dụng CNG thấp hơn so với FO, DO, LPG từ 10 15% sẽ giúp doanh nghiệp giảm giá thành sản phẩm. Bảng so sánh chi phí sử dụng CNG so với các nguồn nhiên liệu khác. Sử dụng CNG giúp các doanh nghiệp giảm thời gian, chi phí bảo trì, bảo dưỡng và tăng tuổi thọ máy móc, thiết bị. c) Sử dụng CNG sẽ cải thiện chất lượng sản phẩm Với thành phần ổn định, không có tạp chất, khi đốt CNG luôn duy trì nhiệt trị ổn định, giúp việc vận hành máy móc thiết bị dễ dàng hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn. Các doanh nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm sẽ tránh việc bị nhiễm chéo các chất độc hại từ DO, FO sang thực phẩm chế biến. d) Giảm chi phí sản xuất . Bảng chi phí sản xuất nhiên liệu e) Sử dụng an toàn hơn. Khí tự nhiên là một trong những nguồn năng lượng an toàn nhất trên thế giới do đặc tính của nó, do độ tin cậy của các phương tiện sử dụng khí tự nhiên (NGV) và hệ thống cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện đó. CNG còn có nhiệt độ tự bốc cháy cao. Trong trường hợp tràn hoặc rò rỉ, khí tự nhiên sẽ bốc hơi vào không khí, không giống như xăng chảy tràn trên mặt đất gây nguy cơ hỏa hoạn. Các thùng nhiên liệu khí tự nhiên có cấu trúc vững chắc được chế tạo bằng polyme và các hợp chất bền hơn thép, điều này đồng nghĩa với việc giảm nguy cơ bị hỏng hoặc rỏ rỉ. Các trạm tiếp nhiên liệu khí tự nhiên được xây dựng theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt của liên bang nhằm đảm bảo an toàn. Vài trò của CNG với hiện tại và tương lai. Là một trong nguồn năng lượng thay thế các nguồn nguyên liệu truyền thống có tính khả thi cao nhất, bởi các nguyên nhân sau: Mang lại hiệu quả kinh tế Thân thiện với môi trường Được nhận các ưu đãi về thuế từ chính phủ Dễ dàng và linh hoạt trong sử dụng. Tình hình sử dụng CNG ở Việt Nam Hiện các khách hàng sử dụng CNG rất đa dạng, hoạt động sản xuất kinh doanh trên nhiều lĩnh vực khác nhau: ngành sắt thép, ngành gạch men, ngành thực phẩm... Sử dụng trong ngành giao thông vận tải: CNG thay thế xăng cho các phương tiện giao thông vận tải với công nghệ đơn giản, an toàn, dễ sử dụng. Việc chuyển đổi sang sử dụng CNG sẽ góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm được ít nhất 30% chi phí nhiên liệ Sử dụng cho các khu chung cư: CNG sẽ cấp cho các khu chung cư để thay thế các nhiên liệu khác nhằm đưa đến cho người dân một nguồn nhiên liệu sạch, giá rẻ. Nhiệm vụ và vai trò trạm chiết nạp CNG Một trong những thử thử thách khi sử dụng khí thiên nhiên là mật độ năng lượng thấp, do đó phải tiến hành nén hay hóa lỏng. Và trạp chiết nạp CNG (mother station) có nhiệm vụ chính là nén và phân phối dòng khí thiên nhiên có áp suất cao đến các thiết bị tồn trữ lưu động. Khí thiên nhiên được dẫn đi qua trạm đo đưa về trạm máy nén, tại đây khí được nén lên đến khoảng áp suất 200 barg và gọi là khí CNG (Compressure Natural Gas), thông qua đường ống, khí được nạp vào xe bồn chuyên dùng và chở đi giao cho khách hàng. Tại khách hàng thông qua các trạm giảm áp, khí được giảm áp xuống áp suất mà khách hàng yêu cầu để cung cấp cho các đầu đốt của khách hàng. Phân loại công nghệ Công nghệ Timefill: CNG được phân phối chậm đến xe bồn, sử dụng với vốn đầu tư thấp, thích hợp cho đoàn xe trở về nạp nạp và qua đêm tại trạm. Công nghệ fastfill: giống như trạm nạp nhiên liệu lỏng, CNG được nạp nhanh vào xe bồn. Công nghệ combinationfill: kết hợp cả timefill và fastfill.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ BỘ MƠN LỌC – HĨA DẦU BÁO CÁO ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC THIẾT KẾ TRẠM CHIẾT NẠP CNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths Trần Quang Khải Ts Lê Thị Mỹ Linh Tháng 06/2015 Mục lục Mục lục Giới thiệu đề tài đồ án Chương I: Tổng Quan - Các công nghệ trạm chiết nạp CNG phổ biến - Thuyết trình cơng nghệ trạm CNG thiết kế Chương II: Thiết kế thiết bị – Bình chứa - Thể tích thiết kế - Vật liệu, độ dày - Các chiều thiết kế - Phần phụ - … Chương III: Thiết kế phần phụ Phần máy nén thiết bị làm lạnh - Giới thiệu máy nén - Tính tốn cơng suất máy nén - … - Tính tốn diện tích bề mặt trao đổi nhiệt - Tính tốn lượng mơi chất làm lạnh - Tính tốn chiều thiết bị làm lạnh Tính tốn đường ống - Tính tốn độ dày ống - Tính đường kính ống - Tính độ sụt áp - Tính chiều dài ống Chương IV: Kết luận Tài liệu tham khảo Giới thiệu – tổng quát Định nghĩa CNG CNG tên viết tắt cụm từ tiếng Anh Compressed Natural Gas - khí nén thiên nhiên, với thành phần chủ yếu methan (CH4) lấy từ đường ống dẫn khí, nén áp suất cao (200 - 250 bar) vào bồn chứa chuyên dụng để vận chuyển đến nơi tiêu thụ Ưu điểm CNG a) CNG nguồn nhiên liệu Khi Sử dụng CNG không thải khí độc hại CO, NO, SOx - loại khí đặc biệt gây nguy hại cho mơi trường sức khỏe người Bảng so sánh lượng khí thái CNG so với nguồn nhiên liệu khác b) Tiết kiệm chi phí sử dụng nhiên liệu Chi phí dử dụng CNG thấp so với FO, DO, LPG từ 10 - 15% giúp doanh nghiệp giảm giá thành sản phẩm Bảng so sánh chi phí sử dụng CNG so với nguồn nhiên liệu khác - Sử dụng CNG giúp doanh nghiệp giảm thời gian, chi phí bảo trì, bảo dưỡng tăng tuổi thọ máy móc, thiết bị c) Sử dụng CNG cải thiện chất lượng sản phẩm Với thành phần ổn định, khơng có tạp chất, đốt CNG ln trì nhiệt trị ổn định, giúp việc vận hành máy móc thiết bị dễ dàng hơn, chất lượng sản phẩm tốt Các doanh nghiệp sản xuất chế biến thực phẩm tránh việc bị nhiễm chéo chất độc hại từ DO, FO sang thực phẩm chế biến d) Giảm chi phí sản xuất Bảng chi phí sản xuất nhiên liệu e) Sử dụng an toàn Khí tự nhiên mơt nguồn lượng an toàn giới đ ăc tnh nó, tin phương tiên sử dụng khí tự nhiên (NGV) h ê thống cung cấp nhiên li cho phương tiện CNG cịn có nhiệt độ tự bốc cháy cao Trong trường hợp tràn ho ăc rị ri, khí tự nhiên bốc vào khơng khí, khơng giống xăng chảy tràn m ăt đất gây nguy hỏa hoạn Các thung nhiên liêu khí tự nhiên có cấu trúc vưng chế tạo băng polyme hợp chất bên thép, điêu đồng nghia với việc giảm nguy bị hỏng ho ăc rỏ ri Các trạm tiếp nhiên liêu khí tự nhiên xây dựng theo tiêu chuẩn nghiêm ngăt liên bang nhăm đảm bảo an tồn Vài trị CNG với tương lai Là nguồn lượng thay nguồn nguyên liệu truyên thống có tnh khả thi cao nhất, nguyên nhân sau: - Mang lại hiệu kinh tế Thân thiện với môi trường Được nhận ưu đãi thuế từ phủ Dễ dàng linh hoạt sử dụng Tình hình sử dụng CNG Việt Nam Hiện khách hàng sử dụng CNG đa dạng, hoạt động sản xuất kinh doanh nhiêu linh vực khác nhau: ngành sắt thép, ngành gạch men, ngành thực phẩm Sử dụng ngành giao thông vận tải: CNG thay xăng cho phương tiện giao thông vận tải với cơng nghệ đơn giản, an tồn, dễ sử dụng Việc chuyển đổi sang sử dụng CNG góp phần bảo vệ mơi trường tiết kiệm 30% chi phí nhiên liệ Sử dụng cho khu chung cư: CNG cấp cho khu chung cư để thay nhiên liệu khác nhăm đưa đến cho người dân nguồn nhiên liệu sạch, giá rẻ Nhiệm vụ vai trò trạm chiết nạp CNG Một thử thử thách sử dụng khí thiên nhiên mật độ lượng thấp, phải tiến hành nén hay hóa lỏng Và trạp chiết nạp CNG (mother station) có nhiệm vụ nén phân phối dịng khí thiên nhiên có áp suất cao đến thiết bị tồn trư lưu động Khí thiên nhiên dẫn qua trạm đo đưa vê trạm máy nén, khí nén lên đến khoảng áp suất 200 barg gọi khí CNG (Compressure Natural Gas), thơng qua đường ống, khí nạp vào xe bồn chuyên dung chở giao cho khách hàng Tại khách hàng thông qua trạm giảm áp, khí giảm áp xuống áp suất mà khách hàng yêu cầu để cung cấp cho đầu đốt khách hàng Phân loại công nghệ - Công nghệ Time-fill: CNG phân phối chậm đến xe bồn, sử dụng với vốn đầu tư thấp, thích hợp cho đồn xe trở nạp nạp qua đêm trạm - Công nghệ fast-fill: giống trạm nạp nhiên liệu lỏng, CNG nạp nhanh vào xe bồn - Công nghệ combination-fill: kết hợp time-fill fast-fill Chương I: Tổng quát Các công nghệ trạm CNG phổ biến Các loại trạm CNG Về có loại trạm CNG time-fill fasr-fill Time-fill Với loại thi thường dùng để nạp nhiên liệu cho loại xe tích bình chứa lớn, loại xe mà nạp nhiên liệu địi hỏi thời gian nguyên đêm Trạm sử dụng với công suất nhỏ sử dụng hộ gia đình Trạm có điểm khác biệt so với fast-fill khơng địi hỏi áp suất cao, máy nén có kích thước nhỏ nhiều so với fast-fill Một điểm khác biệt so với fast-fill trạm time-fill nhiên liệu nạp trực tiếp sau khỏi máy nén, tức khí sau khỏi máy nén nạp trực tiếp vào phương tiện ln, khơng qua bể chứa Mặc dù có bình chứa nhỏ chứa khí để phịng trường hợp khơng có phương tiện nạp khí, giữ cho máy nén trạng thái hoạt động hay không hoạt động để tránh lãng phí lượng Thời gian nạp liệu loại phương tiện tùy vào thiết phương tiện nạp liệu, vài phút vài Một lợi từ time-fill lượng nhiệt tỏa từ q trình nén trạm nhở hơn, tiết kiệm lượng dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị hoạt động đêm mà không sợ nhiệt Thuận lợi mang lại từ Time-fill • Có thể nạp nhiên liệu cho phương tiện xuyên đêm mà phương tiện hoạt động • Giảm chi phí chờ đợi mà lái xe phải chờ phải nạp vào ban ngày, tiết kiệm khoảng 60 năm • Sử dụng máy nén nhỏ hơn, giảm thiểu chi phí thiết bị, chi phí cho trạm CNG loại giảm tới 30% so với fast-fill • Giảm chi phí điện để vận hành máy nén • Máy nén tắt mở lần ngày giảm chi phí bảo trì tăng tuổi thọ thiết bị • Khơng u cầu vận tốc thể tích dịng khí cao fast-fill • Chi phí sản xuất • Có thể nạp liệu tự động cho thiết bị thiết bị gắn vào tự động ngắt phương tiện đầy nhiên liệu Fast fill Trạm phù hợp với phương tiện có u cầu nạp liệu với số lượng nhiên liệu ít,và yêu cầu thời gian nạp liệu ngắn Với trạm chiết nạp loại khí sau đa khỏi máy nén đưa lưu trữ bể chứa để khí sẵn sàng sử dụng u cầu nạp nhiên liệu nhanh Thời gian nạp liệu trạm chiết nạp gần tương tự thời gian nạp liệu trạm xăng thông thường Việc khí nén lưu trữ bể chứa rút ngắn lại thời gian nạp nhiên liệu so với lấy khí trực tiếp từ máy nén nạp vào thiết bị Ngoài với trạm bình chưa áp suất cao phải sử dụng sensor để đo đạc tính tốn lượng khí có bình để đảm bảo an tồn Do chi phí đầu tư chi phí khác cao hơn, mà lại vận hành linh hoạt Thuyết trình cơng nghệ trạm CNG thiết kế Chương II: Tính tốn thiết bị Chương III: Tính tốn thiết bị phụ Máy nén thiết bị làm mát I Tính tốn lựa chọn máy nén thơng số giúp ta việc tính tốn lựa chọn cơng suất máy nén • • • • Áp suất đầu vào: 22 bar Áp suất đầu ra: 250 bar Lưu lượng 2500 sm3/h Nhiệt độ khí đầu vào 200C Thơng số dịng khí thiên nhiên mình, lấy nguồn: http://www.arielcorp.com/application_manual/Arieldb.htm#Gas_Properties%20%20Natural%20Gas.htm http://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-capacity-gases-d_159.html Với thông số sau • Thành phần: 85%CH4 , 10%C2H6 , 3%C3H8 , 1%C4H10 , 0.5%N2 , 0,5%CO2 • MW= 18,91 • Pc= 670psia • Tc=382 R • Ratio of heat specific heat: 1,27 • Hắng số khí: 0,5 Dưa vào thơng số dịng khí lưu lượng, áp suất vào áp suất ta tiến hành việc lựa chọn máy nén Tiêu chí lựa chọn máy nén tham khảo bảng sau: Loại máy nén Quạt roto cấp Pitong Một cấp/hai cấp Đa cấp Trục vít Một cấp Hai cấp Ly tâm Năng suất (m3/h) Từ Đến 100 30000 Áp suất (bar) Từ Đến 0.1 100 12000 0.8 12 100 12000 12 700 100 100 600 2400 2200 300000 0.8 0.8 0.1 13 24 450 Việc sử dụng nhiều cấp nén máy nén lý sau 10 3.9.10−4 α1 =0,094 0.003 (155.103) 0,72 = 18,4 W/m2.K Hệ số tỏa nhiệt khí: α1 = 18,4 W/m2.K Do nhiệt độ ngồi cánh phân bố khơng đều, gốc cánh nhiệt độ cánh gần nhiệt độ dịng nước phía trong, nên độ chênh lệch nhiệt độ lớn Càng xa cánh nhiệt độ tăng, độ chênh lệch nhiệt độ giảm dần nên khả truyền nhiết hơn, người ta đưa khái niệm hiệu suất cánh Theo tài liệu tham khảo với thông số cánh hiệu suất cánh 0,94 Một điểm cường độ tỏa nhiệt cánh không đều, nên tính tốn người ta tính đến hệ số khơng đều, nhóm chọn hệ số khơng 0.85 Do cường độ tỏa nhiệt cánh là: α= 18,4.0,94.0,85 = 14,7 W/m2.K Diện tích cánh 1m ống: 2( S1S − 0, 785.d 02 ) FC = = Sc 0,724 m2/m Diện tích bề mặt ống nằm cánh tương ứng với 1m ống F0C = Ƞd0 (1- ) = 3,14 0,02 (1- ) = 0,05652 m2/m Tổng diện tích bề mặt 1m ống là: F = FC + F0C = 0,724 + 0,0562 = 0,7805 m2/m Diện tích ống tương ứng với 1m ống là: F1 = Ƞd1 = 3,14 0,018 = 0,0565 m2/m Hệ số làm cánh F ᵝ=F = = 13,8 Tính tốn hệ số dẫn nhiệt nước 21 Việc tính tốn giá trị phức tạp phụ thuộc vào chế độ dịng chảy, chiều dài đường kính ống thiết bị trao đổi nhiệt Ta đồng thời chọn thiết bị trao đổi nhiệt làm thép không rỉ, với độ dày ống thiết bị trao đổi nhiệt 2mm., hệ số truyền nhiệt thép không rỉ ℷ= 23.2 W/m0C chọn ống loại ⌽=20/18mm Vận tốc nước chảy ống ꙍ=0,5m/s ( thơng thường vận tốc dịng chất lỏng chảy ống giới hạn khoảng từ 0,5-2m/s) nhiệt độ trung bình nước thiết bị ttb = = 12,50C 12,50C ta tra giá trị nước ( tra tr 552 Cuốn Truyền nhiệt tính tốn thiết bị truyền nhiệt) v=1,26.10-6 m2/s (Độ nhớt động học) D=999,3kg/m3 Pr=9,2 Ta có số Renol nước tính theo cơng thức: Re= = = 14285 > 104 Từ ta có chuẩn số Nu nước Nu= 0,021.Re0,8.Pr0,43 Nu=0,021.142850,8 9,20,43 = 115 Hệ số cấp nhiệt nước tính theo cơng thức = 3705 W/m2 α2 = Nu = 115 Hệ số truyền nhiết quy đơn vị diện tích bề mặt ngồi ( Cơng thức 16.11 Tr 497 sách Truyền nhiệt tính tốn thiết bị truyền nhiệt) K=( + Rb + + ( Rc + 22 ) ᵝ )—1 Trong Rb nhiệt trở bụi khoảng 0,0003 m2.K/W Rc Là nhiệt trở cáu cặn từ 0,0002-0,0005 chọn 0,0004 m2.K/W K=( + 0,0003 + + ( 0,0004 + ) 13,8)—1 = 15,65 W/m2.K Diện tích cần cho thiết bị trao đổi nhiệt là: Q A = K #ttb = 3386,6 m2 = Kiểm tra lại giả thuyết: Nhóm em chọn thiết bị trao đổi nhiệt có 200 ống, với chiêu cao 10 ống chiêu rộng có 20 ống Diện tch bê mặt ống là: A0 = 3,14 = 3,14 = 2,54.10-4 m2 Vậy tổng diện tch bê mặt 200 ống là: Aot = 200.2,54.10-4 = 0,05 m2 Lưu lượng nước tnh tốn m=91387 kg/h = 0,0254m3/s Từ ta có vận tốc nước ống là: vnc = m/ Aot = = 0,5 m/s Từ ta thấy vận tốc nước với giá trị giả thiết Kiểm tra vận tốc dịng khí so với giả thuyết Lưu lượng khí khỏi máy nén 330m3/h = 0,092m3/s Với chiêu cao 10 ống, chiêu rộng 20 ống, với bươc ống 9mm 8,5mm ta tnh diện tch bê mặt cắt ngang thiết bị trao đổi nhiệt là: Abm = 10.0,009.20.0,0085= 0,0153 m2 Từ ta tnh vận tốc khí chuyển thiết bị trao đổi nhiệt là: Vkhi = Q/A = = 6,01m/s 23 Ta thấy giá trị vận tốc dịng khí với giá trị mà giả thiết Tính độ dài thiết bị trao đổi nhiệt: Diện tch cần cho thiết bị trao đổi nhiệt 3386,6m Diện tch bê mặt ống 1m ống 0,7805 m2/m Từ ta tính giá trị chiều dài ống là: L= = = 21,69m 24 Tính tốn đường ống Tính Tốn Đường Ống Đường kính đường ống Đường kính đường ống (Inner Dimeter) phụ thuộc vào vận tốc dịng khí ống Giá trị vận tốc thường không vượt 60-80 ft/s (18 – 24 m/s) không nhỏ 10-15 ft/s (3 – m/s) Lý vận tốc ống không lớn vượt giá trị 60 – 80 ft/s để đảm bảo vấn đề tiếng ồn nhỏ khơng có q trình ăn mịn Ngược lại vận tốc không nhỏ để tối thiểu Để đảm bảo trình vận hành bình thường ta chọn tốc độ dịng khí đạt trung bình 30 ft/s tương đương 9.14 m/s Ta có mối quan hệ vận tốc dóng khí với đường ống sau: Ở đây: Vg :vận tốc dịng khí, ft/sec Qg: Lưu lượng thể tích dịng khí, ft3/s T : Nhiệt độ dịng khí, oR P: Áp suất dịng khí, psia z: Hệ số nén khí, (khơng đơn vị) D: Đường kính ống dẫn khí, ft 1.1 Tính tốn giá trị đường kính tới hạn - Từ mối quan hệ giữ vận tốc dịng khí đường kính ống dẫn ta có cơng thức tính đường kính - Các ký hiệu có ý nghĩa tương tự cơng thức (1) • Các thơng số dịng khí - Điều kiện vận hành dịng khí sau qua máy nén - Áp suất: P = 255 barg = 3698.46 psig = 3713.16 psia - Nhiệt độ: T = 25oC = 536.69oR = 298K - Lưu lượng dịng khí khỏi máy nén: - Qg = 330 m3/h = 3.24 ft3/s - Hệ số nén dịng khí có giá trị: 0.937 • Đường kính đường ống - Với vận tốc dịng khí (30 ft/s) ta có giá trị tương ứng đường kính - Đường kính làm chuẩn thành 300 mm (12 in) 25 Độ dày đường ống (Wall Thickness) Độ dày đường ống đại lượng quan trọng phụ thuộc vào • Áp suất tối đa áp suất vận hành • Nhiệt độ tối đa nhiệt độ vận hành • Tính chất hóa học dịng khí vận chuyển ống • Vận tốc dịng khí • Vật liệu chế tạo ống • Hệ số an tồn tiêu chuẩn áp dụng Trong phần tính tốn độ dày đường ống ta áp dụng chuẩn ANSI/ASME Standard B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping System Đây tiêu chuẩn áp dụng cho việc vận chuyển, thu gom phân phối khí đất liền 2.1 Vật liệu chế tạo ống - Vật liệu để chế tạo đường ống có nhiều loại, tùy thuộc vào lĩnh vực áp dụng mà đường ống chế tạo từ vật khác Đường ống chế tạo nhựa plastic, bê tông vật liệu phi kim loại sử dụng cho mục đích vận chuyển nước, khơng khí, kênh mương dầu khí nơi mà khơng đòi hỏi áp suất cao Tuy nhiên, phần lớn đường ống chịu áp hay vận hành áp suất cao chế tạo từ thép - Trong lĩnh vực dầu khí vật liệu chế tạo ống phần lớn áp dụng tiêu chuẩn American Petroleum Inst (API), American Soc for Testing and Materials (ASTM), ASME, ANSI - Đường ống thép chế tạo chuẩn hóa có kích thước từ 1/8 đến 60 in (0.3175 cm đến 152.4 cm) 2.2 Tính tốn độ dầy đường ống - Sử dụng chuẩn ANSI/ASME Standard B31.8 ta có phương trình tính tốn độ dậy: - Trong đó: - - t: Độ dày tối thiểu, in - P: Áp suất đường ống, psi - do: Đường kính ngồi ống, in - Sy: Ứng xuất tối thiểu đường ống, psi - F: Hệ số thiết kế - E: Hệ số hàn dọc - T: Hệ số nhiệt độ Áp suất vận hành điều kiện 255 bar, theo chuẩn B31.8 áp suất tính tốn gia tang them 20% để đảm bảo điều kiện an toàn Áp suất thiết kế: P = 255 + 255 20% = 306 bar = 4438.15 psi 26 - - Đường kính ngồi ống (Outside Diameter – OD) tra bảng tham chiếu theo chuẩn Với đường kính 300 mm tra bảng ta đường kính ngồi = 323.85 (mm) = 12.75 (inch) Ứng xuất tối thiểu đường ống, giá trị phụ thuộc vào vật liệu chế tạo đường ống Trong trường hợp thiết kế sử dụng vật liệu ASTM A53/B (steel pipe) có giá trị SY = 35000 psi Hệ số thiết kế, dựa theo lĩnh vực áp dụng tra bảng theo chuẩn - - - Theo chuẩn ta chọn Compessor stationg piping Location Class Div do: mile độ dài cửa đường ống có 10 khu vục có hoạt động người F = 0.5 Hệ số hàn dọc tương tự giá trị tra bảng giá trị chuẩn ASME B31.8 vật liệu ASTM A53 nên trường hợp E = 1.00 27 - Hệ số nhiệt độ tra bảng tham chiếu (trích từ chuẩn ASME B31.8) - - Nhiệt độ vận hành 25oC = 77oF nên trường hợp T = 1.000 28 - Từ giá trị hệ số thong số ta có độ dày tối thiểu đường ống dẫn khí - Vậy độ dầy tối thiểu đường ống 1.62 (inch) tương đương 41.15 (mm) Độ giảm áp suất đường ống xét 1m độ dài đường ống Trong học chất lưu, phương trình Darcy-Weisbach phương trình thể quan hệ độ giảm áp lực ma sát chiều dài đoạn ống so với vận tốc chất lưu chuyển động ống Phương trình Darcy-Weisbach tính tốn độ áp có dạng sau: - - Trong đó: - ∆p: Độ giảm áp, Pa - fD: Hệ số mát sát Darcy (hay hệ số Moody) - L: chiều dài ống, m - D: Đường kính ống, m - v: Vận tốc dịng khí, m/s - ρ: Khối lượng riêng dịng khí, kg/m3 Hệ số ma sát Darcy có nhờ đồ thị Moody • Tính tốn chuẩn số Reynolds cho dòng chất lưu chảy ống - Trong đó: - - Re: Chuẩn số Reynolds - ρ: Khối lượng riêng, kg/m3 - d: Đường kính ống, m - μ: Độ nhớt nhiệt động, Pa.s - v: Vận tốc khí, m/s Tính tốn độ nhớt dịng khí Dịng khí ban đầu có thơng số sau: - Thơng số - Gía trị - Khối lượng phân tử - 18.910 - Nhiệt độ tới hạn 382oR = 182.2K - - Áp suất tới hạn - - Nhiệt độ vận hành - Áp suất vận hành - Khối lượng riêng - - 670 psia 25oC = 77oF = 298K 255 barg = 3713.16 psia - 249.6 kg/m3 Độ nhớt nhiệt động tra giản đồ sau 29 - Tại M = 18.91 T = 77oK tra đồ thị ta có μ = 0.01 (CP) - - Mặt khác giá trị độ nhớt tra atm nên ta cần hiệu đến giá trị vận hành 255 bar - Ta có nhiệt độ tới hạn rút gọn: - Áp suất tới hạn - Từ hai giá trị nhiệt độ tới hạn áp suất tới hạn tra đồ thị ta có 30 - Tỉ số độ nhớt - Vậy 255 barg độ nhớt nhiệt động μ = 0.01 - Và 0.018 CP = 1.8 - Vậy chuẩn số Reynolds Tpr = 1.6 Ppr = 5.5 - 31 = 0.018 (CP) - • Tính tốn hệ số Darcy - Với vật liệu thép ta có ε = 0.1 mm Độ nhám tương đối = - Tra đồ thị Moody ta có fD = 0.015 • Tính tốn độ giảm áp - Thay giá trị tính tốn vào phương trình giảm áp ta có - Chiều dài đường ống Theo thiết kế áp suất khỏi máy nén 255 bar áp suất vị trí trước vào bể chứa 252 bar, nên tổng độ sụt áp toàn chiều dài bar (300 kPa) Độ giảm áp 1m đường ống 521.3 Pa nên độ dài tối đa cho phép đường ống 32 - Vậy độ dài tối đa thiết kế cho đoạn đường ống 576 m 33 Chương IV: Tổng Kết 34 Tài liệu tham khảo 35 ... thiệu đề tài đồ án Chương I: Tổng Quan - Các công nghệ trạm chiết nạp CNG phổ biến - Thuyết trình công nghệ trạm CNG thiết kế Chương II: Thiết kế thiết bị – Bình chứa - Thể tích thiết kế - Vật liệu,... trở nạp nạp qua đêm trạm - Công nghệ fast-fill: giống trạm nạp nhiên liệu lỏng, CNG nạp nhanh vào xe bồn - Công nghệ combination-fill: kết hợp time-fill fast-fill Chương I: Tổng quát Các công nghệ. .. hơn, mà lại vận hành linh hoạt Thuyết trình công nghệ trạm CNG thiết kế Chương II: Tính tốn thiết bị Chương III: Tính toán thiết bị phụ Máy nén thiết bị làm mát I Tính tốn lựa chọn máy nén thơng