Công suất máy nén khí:
Wtheor = m(h2isen – h1)
m: lưu lượng gas qua máy nén (kg/s)
h2isen enthanpy đầu ra máy nén kJ/kg (nằm trên đường đẳng entropy s2 = s1) h1 enthanpy đầu vào máy nén kJ/kg
Wact = Wtheor/E
E là hiệu suất máy nén
Người ta có thể giải bài toán này qua đồ thị lập sẵn enthanpy và entropy hình 17.6:
Hình 17.6 : Đồ thị tra h và s theo P và T của khí tự nhiên
Ví dụ: một máy nén nén 1x106 std m3/d, γ = 0,7, Z = 0,98 từ P1=1Mpa, T1 = 300C lên P2= 3Mpa. Tính công suất và nhiệt độ đầu ra, cho E(isentropic)=78% , E (total)= 75%
Giải:
Từ hình 17.6 tại P1=1Mpa, T1 = 300C thì h1 = 1000kJ/kmol s1=s2 = -18,8kj/(kmol. K)
Theo đường s2 và P2= 3Mpa thì h2isen = 3800 kj/kmol, T2isen = 1000C m= 1000000/23,64/24 = 1762 kmol/h
Wact = Wtheor/E = Wtheor = m(h2isen – h1)/E = 1762(3800-1000)/3600/0,75= 1800kW h2act = h1 + (h2isen – h1)/E = 1000 + (3800-1000)/0,78= 4600kj/kmol
Tại h2act = 4600 và P2 = 3Mpa T2isen = 1140C Giải theo các công thức giải tích như sau:
∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw
∆hisen biến thiên entanpy (kj/kg) T1 nhiệt độ đầu hút (oK)
za hệ số nén trung bình = (z1+z2)/2 có thể dùng hình 17.7
Hình 17.7: Đồ thị tra hệ số nén z theo P và T của khí tự nhiên có γ khoảng 0,65~0,75
k số mũ đoạn nhiệt (số mũ đẳng entropy) = Cp/Cv tính như sau: k = (∑yiCpi)/[(∑yiCpi)-R]
Ngoài ra khí thiên nhiên ta ước lượng k = 1,3 – 0,31(γ-0,55)
Hoặc khi biết Mw (lbm/lb-mole) và cP (BTU/lb-oF) ta tính k = (Mw*cP)/( Mw*cP – 1,986) Hoặc tra đồ thị hình 17.8 sau:
Hình 17.8: Đồ thị tra k theo Mw và T cho khí hỗn hợp hydrocacbon
k ta tra ở nhiệt độ T là giá trị trung bình đầu vào và đầu ra của máy nén khí. Nhiệt độ đầu ra máy nén ước lượng như sau :
Td = T1{1+[(P2/P1)(k-1)/ k-1]/Eisen} Solution 61
Eisen là hiệu suất đẳng entropy đối với máy nén khí ly tâm vào khoảng 0,65~0,8 đối với máy nén khí piston tốc độ cao vào khoảng 0,7~0,75, với máy nén khí piston tốc độ thấp vào khoảng 0,83~0,9. tuy nhiên nhà cung cấp hay sử dụng hiệu suất đa hướng (polytropic effeciency) hơn là Eisen là hiệu suất đẳng entropy do đó khi cần chuyển đổi thì dùng đồ thị hình 17.10 sau đây:
Hình 17.10 : Mối quan hệ giữa Eisen và Epoly Ví dụ: theo ví dụ trên: k = 1,3 – 0,31(γ-0,55) = 1,3 – 0,31(0,7-0,55) = 1,25 ∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw = 303x0,98x8,314[(3/1)0,2-1]x1,25/0,25/(0,7x28,97) = 150 kj/kg m = (1000000/23,64)(0,7x28,97)/86400 = 9,93 kg/s W = 9,93x150/0,75 = 1986kW Td = T1{1+[(P2/P1)(k-1)/k-1]/Eisen} = 303[1+(30,2-1)/0,78] = 3980K = 1250C Theo công thức giải tích trực tiếp sau:
Power/Stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k - 1] A = 11,57 hệ số chuyển đổi
E: hiệu suất tổng thể hệ thống Qstdlưu lượng 106 std m3/d za = (z1+z2)/2
ví dụ : cũng bài toán trên
Power/stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k - 1]
=(11,57/0,75)(1.25/0.25)(1)(101.3/288)(303)[(3/1)0,2- 1](0,98) = 1980 kW (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
MỘT SỐ THÔNG SỐ KHÁC CHO MÁY NÉN LY TÂM
Số tầng cánh và tốc độ:
Năng lượng gia tăng qua mỗi tầng cánh là :
∆h = µu2/(2A)
∆h (kj/kg)
µ hệ số năng lượng 0,8~1,1
Đối với máy nén khí ly tâm nhiều giai đoạn nén khí tự nhiên µ ~ 1, dùng u = 275m/s thì lượng ∆h gia tăng qua mỗi tầng cánh là khoảng 38 kJ/kg
Để ước lượng đường kính bánh công tác như sau: d = (q/0,05/u)0,5
d: đường kính bánh công tác (m) q: lưu lượng khí đầu vào (m3/s)
Tốc độ quay máy nén có thể tính như sau: N = 60u/d/π
N : rpm
Ví dụ: Cần một máy nén khí để nén 2,5x106scmd, khí tự nhiên có γ = 0,65, áp suất hút 1500kpa, áp suất xả 4500kpa, nhiệt độ khí vào 350C , Zavg = 0,95, hiệu suất Eisen = 0,75, hãy tính:
Cột áp , công suất, nhiệt độ đầu ra, số bánh công tác, đường kính bánh công tác, tốc độ trục quay. Giải: k = 1,3 – 0,31(γ-0,55) = 1,3 – 0,31(0,65-0,55) = 1,27 (k-1)/k=0,2126 Cột áp ∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw= 308x0,95x8,314x[(4500/1500)0,2126 – 1}x1,27/0,27/0,65/29 = 160kJ/kg Power/Stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k - 1] = (11,57/0,75)(1,27/0,27)2,5(101,3/288)308x0,95[(4500/1500)0,27/1,27-1] = 4912kW nhiệt độ đầu ra: Td = T1{1+[(P2/P1)(k-1)k-1]/Eisen}
=308[1+(30,27/1,27 –1)/0,75]= 416oK = 143oC số bánh công tác là 160/38 ~ 5 lưu lượng: q = (2,5x106/86400)(101/1500)(308/288) = 1,98 m3/s d = (q/0,05/u)0,5 = (1,98/0,05/275)0,5 = 0,38 m N = 60u/d/π = 60x275/0,38/3,14 = 13785rpm
ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHO MÁY NÉN KHÍ LY TÂM
Điều hiển nhiên là nếu áp suất hút, áp suất xả cũng như lưu lượng khí đến máy nén không thay đổi thì không cần điều khiển lưu lượng máy nén. Nhưng thực tế luôn có sự thay đổi các thông số nên cần phải điều khiển lưu lượng.
Các thông số thay đổi đó là:
Điều kiện hút: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng. Điều kiện xả: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.
Tỉ số nén: áp suất xả tuyệt đối / áp suất hút tuyệt đối.
Khối lượng riêng khí: đối với máy nén khí ly tâm áp suất tăng lên khi khí có khối lượng riêng tăng lên, điều này lại không ảnh hưởng gì với máy nén piston.
ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHO MÁY NÉN ĐƠN (không thay đổi tốc độ phần dẫn động) Trong trường hợp này lưu lượng có thể được điều chỉnh nhờ thay đổi tỉ số nén, hay tuần hoàn một phần khí ở đầu ra máy nén ngược trở về đầu vào máy nén.
Có hai cách phổ biến để thay đổi tỉ số nén: -điều chỉnh khí xả ra
Cả hai phương pháp này được điều khiển bởi thiết bị điều khiển nối với đường ống hút, thiết bị này luôn nhận biết áp suất hút. Khi có sự giảm lưu lượng khí vào máy nén áp suất hút giảm, thiết bị điều khiển biết được độ sụt giảm áp suất liền gởi tín hiệu đến van điều chỉnh lưu lượng ở đường xả làm nó đóng bớt lại tạm thời, điều này làm áp suất xả tăng lên cũng là tăng tỉ số nén lên và làm giảm lưu lượng máy nén phù hợp với trạng thái làm việc mới. Ngược lại khi áp suất đầu hút tăng tương đương lưu lượng vào máy tăng lên, thiết bị điều khiển lệnh mở thêm ở van điều chỉnh lưu lượng đầu ra làm tăng thêm lưu lượng, giảm áp suất hút, giảm tỉ số nén.
Sơ đồ điều khiển như sau:
Thiết bị điều khiển áp suất hút cũng còn được dùng để điều chỉnh van điều khiển lưu lượng đặt trên đường ống hút (đầu vào máy nén khí) như sơ đồ công nghệ sau:
Hoạt động của thiết bị điều khiển van như sau: khi lưu lượng khí tăng, áp suất hút tăng, thiết bị điều khiển lập tức ra lệnh cho van tiết lưu đóng bớt lại. khi lưu lượng khí giảm, áp suất hút giảm, thiết bị điều khiển lập tức ra lệnh cho van tiết lưu mở lớn hơn.
Thiết bị điều khiển áp suất hút cũng còn được dùng để điều khiển van lắp trên đường vòng như sơ đồ
Khi lưu lượng khí giảm, áp suất hút giảm, thiết bị điều khiển lập tức ra lệnh cho van tiết lưu mở lớn hơn để gia tăng lưu lượng khí bằng cách đưa một phần lưu lượng đầu ra trở lại đầu vào máy nén.
ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG NHỜ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ PHẦN DẪN ĐỘNG
Tốc độ phần dẫn động thường được điều chỉnh để giữ cho áp suất hút không thay đổi như sơ đồ sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu lưu lượng đến máy gia tăng, áp suất hút tăng, thiết bị điều khiển áp suất hút truyền tín hiệu làm tăng tốc độ phần dẫn động, hay ngược lại thiết bị điều khiển tốc độ sẽ quyết định giảm tốc độ. Tốc độ thay đổi phải phù hợp với giới hạn tốc độ của máy nén. Khi phần dẫn động là Turbine khí thì tốc độ dẫn động tăng hay giảm tuỳ theo lượng gas nhiên liệu cung cấp vào.
Hình 17.11: Máy nén ly tâm có phần dẫn động là turbine khí
Hình 17.12: Đường đặc tính làm việc của máy nén khí ly tâm.
ĐỐI VỚI MÁY NÉN PISTON
Phương pháp hồi lưu lượng : áp suất đầu vào được duy trì bằng việc hồi lại một phần khí đầu ra về lại đầu vào cách này khá đơn giản song không kinh tế và làm nhiệt độ khí vào máy nén tăng cao. Phương pháp dùng van tải : là cơ cấu kiểm soát sự đóng mở của các van hút trong các xilanh. Khi
khí vào xilanh bao nhiêu lại bị đẩy ra về khoang hút bấy nhiêu. Các van tải thường được điều khiển tự động phụ thuộc vào áp suất hoặc lưu lượng. Quá trình thay đổi tải máy nén diễn ra theo từng bậc (0%, 50%, 75%, 100%) tương ứng với (0%, 50%, 75%, 100%) số van tải làm việc. Phương pháp điều chỉnh số vòng quay của trục máy (đối với phần dẫn động là động cơ đốt trong hay turbine khí thì dễ điều chỉnh tốc độ hơn là động cơ điện)