Суыту аппаратын (аса) есептеу

Газ және мұнай өңдеу өнеркәсіптерінің кәсіпорындарында аралық және дайын өнімдерді конденсациялау және суытуда АСА-ын кеңінен қолданады, және де бұл аппараттарда суытушы орта (суық агантті) ретінде ауаны қолдану қосалқы өндірістік операцияларсыз (су дайындау, жабдықтың пайдалануымен болатын және т.б шытандар) пайдалану тиімділігін қамтамасыз етеді. Дегеніменде жылдың ыстық мезгілдерінде қажет температураны қамтамасыз ету біршама қиындықтар туындатады. Сол себепті бұл мәселені желдеткіштің доңғалағының айналу жиілігін өзгертумен; желдеткіш қалақшаларының қиғаштық бұрышын өзгертумен; ауа ағынын жалюздік құрылғы арқылы дроссельдеуменен; ауаны рециркуляциялау мен және атмосфераға дренаждауменен және ауаны дымқылдаумен шешуге болады. АСА-ын келесі тәртіппенен есептеледі.

1. Аппарат секциясының бір қатар құбырларының горизаналь толық қимасының ауданы 6 құбыр өсі бойынша қима,

F₂=l [S₁ (n_тр-1) + Дн], (3.1)

Мұнда: S₁-горизонталь жазықтықтығы 2 көрші құбыр осьтері арасындағы адым (м); l- ауамен иілетін құбырдың толық ұзындығы(м); n_тр- секцияның бір қатарындағы құбырлар саны (дана); Дн-қабырғалар биіктігіндегі құбыр диаметрі (м);

2. Аппарат секциясының бір қатар құбырларының тар қимасының ауданы

F _y=F_t –l d_H n_тр-2F_p n_тр F_p /U, (3.2)

Мұнда: d_H- құбырдың негізі бойынша диаметрі (м); l_p –құбыр бойындағы шеткі екі қабырғалардың негіздері(түптері) арасындағы арақашықтық; U- қабырғалар арасындағы адым (м); F_p- қабырғалардың көлденең қимасының ауданы(м²);

3. Құбырдың бір иіндік метріне келетін қабырғалардың бүйірлік беттерінің ауданы (м²)

F_б=1, 5708 (Д_н²-d_н²)/U (3.3)

4. Құбырдың бір иінді метріне келетін құбырлардың кескін беттерінің ауданы (м²)

F_от= 3, 1416 Д_{н һ} /U (3.4)

Мұнда: б_һ- һ биіктігіндегі қабырғаның қалыңдығы (м);

5. Құбырдың бір иіндік метріне келетін қабырғалар бетінің толық ауданы (м²)

F_пр=F_б+F_то (3.5)

6. Қабырға түбіндегі құбырдың сыртқы бетінің 1 иіндік метрінің ауданы:

F_H =3,141d_H (3.6)

7. Құбырдың бір иіндік метріне келетін қабырғалар арасының ауданы:

F_пром=F_H (U - _осн)/U, (3.7)

Мұнда: б_осн-қабырғаның түбіндегі қалыңдығы (м)

8. Құбырдың қабырғаланған бетінің бір иіндік метрінің ауданы (м²)

F=F_пр+F_пром (3.8)

9. Аппараттың бір секциясының суыту беті (м²),

F_тр= [F_н (l –l _p) +F l _p] n_трс, (3.9)

Мұнда: n_трс- әр бір секциядағы құбырлар саны (дана).

10. Құбырдың ішкі бетінің бір иіндік метрінің ауданы (м²),

F_в=3,1416 d_вн, (3.10)

Мұнда: d_вн- құбырдың ішкі диаметрі (м).

11. Қабырғалармен бірге алғандағы құбырдың толық сыртқы бетінің ішкісіне қатынасы,

=F/F_в (3.11)

12. Қабырғаның коэффициенті:

К_ор=F/F_H (3.12)

13. Өлшемсіз шамалар:

С= Д_н/d _н ; S= (3.13)

14. Дөңгелек қабырғалар шахматты құбырлар шоғырының ұзына бойғы қабырғалар саны үшін түзетпе коэффициент

R_R=0,8937 R ^0,0457 , (3.14)

Мұнда: R- секциядағы құбырлар қатарының саны.

15. Құбырлар шоғырының сығыңқы көлденең қимасының эквивалентті диаметрі (м)

D_э= 2[U (S₁-d_H) – h ( _осн+ _һ)] / (2h+U), (3.15)

16. Шартты анықталушы өлшем

l_и=l_p(Д_н²+d_H²)[1+ - )/d_H/(2l RK_орU) (3.16)

17. Шахматты құбырлар шоғырының пішінінің коэффициенті:

C_s=5, 4 (l _u /d_э) ^{0, 3} (3.17)

18. Атмосфералық ауаның есептелетін температурасы

Т_а = Т_в+ _ч, (3.18)

Мұнда _ч- климаттық мәліметтік айнымалылығына түзету 2,5к-орташа тәуліктік және орташа айлық температура үшін; 1,5к- жыл мен маусымның орташа температурасы үшін; _ч=0-АСА-ын тәжрибелік және ағымдағы ауаның температурасына есептегенде.

19. Бірінші жақындауда АСА-нда газды суыту температурасын ауаның есептемелік температурасынан 10-15к жоғары етіп қабылдайды:

T_охл=T_в+ (10-15) (3.19)

20. АСА–дағы газдың орташа температурасын есептейді (к)

T_ср=0,5(T_вх+ T_охл) (3.20)

21. Метанның құрамы 94% ақ болмағанда газдың меншікті жылусиымдылығы (к Дж/(кг )) келесі өрнек көмегіменен анықтаймыз:

С_p=f(P_вх;Т_ср) , (3.21)

C_p=6,3137+0,4312_p-0,031652 T+0,001306 p²+0,53615 10^-4 T² -1,19542 10^-3 p ^T ,

Мұнда P_вх= P_вх+P_бар/ 0,0980665, 1техникал. атм.=0,0980665 мПа.

22. Газдың сығылу коэффициентінің орташа мәнін есептейміз:

a) P_вх 7,5 мПа жағдай үшін

Z_ср=1-1593 P_вх / (C _n (7497,23+101,6 _k²+0,000054 _k³)) ; (3.22)

б) 7,5 мПа P_вх 12 мПа жағдай үшін

Z_ср=1-(156,12 C_n² – 14,756 C _n P_вх² – 3,711 P_вх³) / ( C_n³(766,5+11,2 _n+0,083 _n²+0,000784 _n³)), (3.23)

Мұнда С_n=6,432-0,24 ₂+0,04 Nco₂ – 0,016 N_N2 ,

С_n^'= 8,04- 0,3 ₂+0,05 Nco₂ – 0,02 N_N2 ,

_n=(0,4526 T_ср – 96,1 ₂+0,546 Nco₂+0,92 N_N2 – 54,171) / (0,1983 + 0,352 ₂ – 0,002 Nco₂ – 0,0034 N_N2)

23. Құбырдағы газдың жылдамдығын есептейміз (м/с):

W _r=q A T_ср Z_ср / (2272, 37 d_вн² P_вх n _c n_трс), (3.24)

Мұнда:n_c-бір аппараттағы секция саны (дана); P_вх- аппаратқа кірердегі газдың қысымы, мПа; q- аппараттан өтетін газдың көлемдік жылдамдығы (м ³/с).

24. Газдың орташа меншікті салмағы (Н/м³)

_ср=34183,75 ∆ P_вх / (Z_ср T_ср) , (3.25)

Мұнда: ∆ - ауа бойынша газдың салыстырмалы тығыздығы.

25. Аппараттағы газ қысымының ысырапталуы (мПа)

∆P= _ср W _r² (ξ + 𝝀 A l /d_вн) / 19613000 , (3.26)

Мұнда: ξ-газдың қозғалуы барысындағы жергілікті гидравликалық кедергілер коэффициенті; 𝝀- құбырдың ішкі бетінің гидравликалық кедергі коэффициенті, мәнін Накурадзе өрнегімен анықтаймыз,

𝝀= 1((1,74+2 l g(d_вн / (2H)))² , (3.27)

Мұнда: H- құбырдың ішкі бетінің абсолютті адырлығы (м).

26. Газдың динамикалық тұтқырлық коэффициенті (метанның) (Па ),

η_г= f(p_вх^',T_ср) (3.28)

a) p_вх^' 7,6 мПа, 260к Т_ср 350к және 7,6мПа p_вх^' 12,1мПа, 300к Т_ср 350к болған жағдай үшін

b)

η_г= 10^-6 (4,2168+0,0223T+0,243p); (3.29)

б) 7,6 мПа p_вх^' 12,1мПа, 260к T_ср 300к болғандағы жағдай үшін

η_г=10^-6 (5,6878 – 0,00376 pT+0,02549p²+1,15 p+ 0,82376 10^-4 T²- 0,00745 T) (3.30)

27. Газ үшін Ренольдс саны

Re₂= p_ср d_вн W _r / (9,80665 η_г) (3.31)

28. Газың (метанның) жылуөткізгіштік коэффициенті (Вт/(м к))

𝝀₂= f(p_вх^',T_ср) (3.32)

𝝀₂=10^-3(5,515-4,7906p+0,1334T+0,0309pT+2,4365p²-0,01435p²T+0,02147 10^-3 (p T)² – 0,04412 10^-3 pT²)

29.Газ үшін Прандл шегі

Р_ч2= C_p η_г / (10^-3 𝝀₂) (3.33)

30. Газ тарапынан жылу берілу коэффициенті (Вт/(м² к)),

L_вн= 0,023 𝝀₂ Re₂^0,8 Р_ч2^0,4 / d_вн (3.34)

31. АСА-нан берілген жылу мөлшері (кДж /с) ,

Q_T = p₂ q C_p ( T_вх –T_охл), (3.35)

Мұнда: _r -0,1013 мПа қысымда және 293к температурада газдың тығыздығы (кг/м³); Т_вх- АСА-на кірердегі газдың температурасы (к).

32. АСА-на шығардағы ауаның орташа температурасы (к)

Т_в.в = T_в+Q_T /(C_тв С_рв n_вний) , (3.36)

Мұнда: C_тв – бір желдеткіштің ауа бойынша өнімділігі (кг/с); С_рв – атмосфералық ауаның меншікті жылусиымдылығы (кДж /(кг к)); n_вний – бір АСА- дағы желдеткіштер саны.

33. АСА секцияларындағы ауаның орташа температурасы (к)

Т_срв = 0,5 (Т_в+Т_вв) (3.37)

34. Ауаның динамикалық тұтқырлығының коэффициенті (Па с)

η_в = 10^-6 (0,04903 Т_срв+3,7677) (3.38)

35. Аппараттан шығардағы ауаның тығыздығы (кг/м ³)

_вв= 3485,772 Р_бар / Т_вв (3.39)

36. Бірінші амалдауда желдеткішпен тегеурінделген статикалық қысым шамасын береміз. Мысалы, Р_ст =150 Па.

37. Аппарат секцияларындағы ауаның орташа тығыздығын есептейміз

a) Желдеткіштің төменгі орналасуында

_срв= 3485,772 ( p_бар + 0,5 10^-6 p_ст ) / Т_срв , (3.40)

Мұнда: p_бар - ауаның барометрлік қысымы (мПа)

б) Желдетк іштің жоғарғы орналасуында

_срв= 3485,772( p_бар + 0,5 10^-6 p_ст ) / Т_срв ,

38.Аппарат секциясының тар қимасындағы ауаның орташа жылдамдығы (м/с)

W_в= С_тв n_вент / ( p_ср F _y n_с ) , (3.41)

Мұнда: n_с – бір аппараттағы секциялар саны.

39.Шартты анықтаушы өлшем бойынша Рейнольдс саны,

Re = _{с р .в} W_в l _H / 𝞰_в , (3.42)

Мұнда: l _H шартты өлшем, м .

40. Қабырғаланған құбырдың шахматты орналасуындағы шоғырдың гидравликалық кедергісінің коэффициенті:

ξ=R C_s C_R Re^-0,25 +2( T_вв - Т_в) / T_срв , (3.43)

Мұнда: C_R-аз қатарлы шоғар үшін (R 5) құбыр қатарында санына түзету (R 6) болғанда C_R=1; R=4 болғанда C_R=1,055; R=3 болғанда C_R=1,1.

41.Желдеткіштің статикалық қысымын есептеу,

Р_ст= 0,5 ξ _{с р .в} W_в² (3.44)

Есептелінген мәнді Р_ст қабылданғанмен салыстырады. Елеулі айырмашылық орын алған жағдайда қабылданған мәнді көбейтіп есептеуді 37 пунктен қайталайды. Берілген дәлдік дәрежесі орындалған жағдайда итеряциялау процесін тоқтатады.

42.Ауаның жылуөткізгіштік коэффициенті (Вт/(м к))

𝝀_в= 10^-3 ( 0,07923 T_ср.в+ 2,66) (3.45)

43.Ауа үшін Прандл саны,

Р_чв= C_{р .в} η_в / (10^-3 𝝀_в) (3.46)

44.Ауа үшін Рейнольдс саны

Re_в= _{с р .в} W_в d_н / η_в (3.47)

45.Нуссельт саны (В.Ф. Юдиннің тәуелділігі)

N_u= 0,23 K_R K_op^0,2 Re_в^0,65 (d_н / U)^-0,54 (h /U)^-0,14 (3.48)

46.Ауа тарапынан жылуберілудің конвективті коэффициентін есептейміз (Вт/(м² к))

L_k= N_{u в} / d_н (3.49)

47.Қабырғалардың өлшемсіз биіктігі

В₁= (h+( _h+ _осн) / 2 (3.50)

B₂= h (3.51)

48.Тікбұрышты пішіндегі дөңгелек көлденең қабырғалардың тиімділік коэффициенті

Е= f (B₁ , C ) (3.52)

E= 1, 0965 - 0, 2888 B₁+0, 7131 10^-2 C-0, 1216 B₁C+0, 01277 B₁- 0, 1521 10^-2 C²+0, 03417 C B₁ ² +0, 01173 B₁ C² – 0, 3291 10^-2 (C B₁)²

49.Трапеция тәріздес қимадағы қабырғаға түзетпе

𝜏= f (B₂, S) (3.53)

𝜏= 1,0057+0,1236 B₂-0,01533 S-0,12939 B₂+0,733 10^-3 B₂²+0,01188 S²

Тік бұрышты қимадағы қабырға үшін 𝜏= 1.0

50.Қабырғалардың беттерінде жылуберілу коэффициентінің біркелкі таралмауын ескертуші түзетпе коэффициент,

= 0, 97-0, 056 B₂ (3.54)

51.Жылуберудің келтірілген коэффициенті (Вт/ (м² к))

L_пр= L _k [1+F_пр ( E𝜏ψ-1) / F] (3.55)

52. Қабырғаланған құбырлардың толық бетіне қатысты, қиылысуын ескеретін жылу беру коэффициентін (Вт/ (м² к)) есептейміз,

К_АСА = 1/( (d_вн +1 / L_пр+ ч_вн+ч_зн) , (3.56)

53.Орташа логарифмикалық температуралық айырманы есептейміз (к)

Θ = (θ₁-θ₂) / (l _n (θ₁/θ₂)), (3.57)

Мұнда: θ₁= Т_в- Т_вв , θ₂= Т_охл - Т_в

Егер θ₁/θ₂ 0 болған жағдайда есептеулерді Т_охл мәнін көбейтіп 20 пункттен қайталайды.

54.Келесі шамаларды есептейміз:

М= (T_вх-Т_охл) / (Т_вв-Т_в) ; N=(Т_вв-Т_в) / (T_вх-Т_в) (3.58)

55.Бірреттік қиыстырылған жүрістегі (A=1) түзетпе коэффициент.

Е_A=1= 0,9959-0,3959 MN-0,0259NM²+0,6235 MN²+3,0054(MN)²-4337N² M²-9,6514 M² N²+0,5624(MN)³+7,0741 M² N²-0,868 MN⁵-2,7969 MN⁶ (3.59)

Көп жүрісті АСА үшін (A=2-4)

E= Е_A=1 + (1- Е_A=1) (A 1) / 4 (3.60)

56.Орташа температуралық айырма (к)

Θ_ср= θ _E (3.61)

57.Жылулық ағын тығыздығы (жылу кернеулілік) (Bкт/м²)

Q_т= K_ACA Θ_ср (3.62)

58.Бір секцияның есептемелік жылу алмасу беті (м²)

F_рас=Q_т / (10^{-3 q_t} n _c) (3.63)

Аппаратты есептеудің соңында F_рас F_T дан елеусіз өзгеше болуы тиіс.

59.АСА берілген жылу мөлшерін (кДж/с) пысықтаймыз,

Q_т^'= 10³ q_t F_T n _c (3.64)

60.Газдың суытылуының есептмелік температурасы анықталады (к)

Т_охл^'= T_вх- Q_т^' / (q ₂ C_p) (3.65)

61. Т_охл және Т_охл^' мәндері сипатталады. Елеулі айырмашылық берген жағдайда газдың суытылуының жаңа температурасын қабылдайды, мысалы үшін (Т_охл+0,1 (Т_охл - Т_охл)), сонан соң есептеулерді 20 пункттен бастайды.

[Т_охл^'- Т_охл]=0,3 k (3.66)

62. Желдеткіштердің динамикалық қысымын есептейміз

а) желдеткіштің төменгі орналауында

Р_дин = (G_B n_вент / F _y n_c )² / 2 _вв , (3.67)

б) желдеткіштің жоғарғы орналасуында

Р_дин = (G_B / ( 0,7854(Дк²-d_вт²))² / _вв , (3.68)

63.Желдеткішпенен тұтынылатын қуат (кВт)

а) желдеткіштің төменгі орналауында

N_вент= G_B ( P_ст +P _дин ) / (10³ _в ПӘК) (3.69)

Мұнда _в=3485,772 p_бар / T_в (3.70)

б) желдеткіштің жоғарғы орналасуында

N_вент= G_B ( P_ст +P _дин ) / (10³ _в ПӘК) (3.71)

Егер желдеткішпенен тұтынылған қуаттың мәні төлқұжаттық мәнін (N_H) үлкен болса онда АСА есептеулерді ауаның аз шығынында (G_B), басқа желдеткіш қалақшасының басқа қиғаштық бұрышы ме жаңа ПӘК сай келетін, қайта есептейді.

Э.С. Карясинаның әдістемесі бойынша қабырғаланған құбыр бетінің жылуберілуін анықтау барысында АСА есептеу тәтібі келесідегідей

1. 1-43 пунктер бойынша есептеулерді орындайды.

2.Ауа үшін Рейнольдс санын есептейміз

Rе_в= _ср.в W_в U/ η_в(3.72)

3.Нуссельт шегін есептейміз

N_u= 0,251 P_чв^0,35 Re_в^0,65 (d _H / U)^-0,57 (h / U ) ^-0,14 (3.73)

4.Ауа тарапынан конвективті жылуберу коэффициентін есептейміз (Вт/ (м² к))

L_k= N_{u в} / U (3.74)

5.Қабырғалардың өлшемсіз биіктігін анықтаймыз

В= (Д_н- d _н) (3.75)

Мұнда: - жылуберу к коэффициентінің қабырға беттері бойынша біркелкі таралмауын ескеретін орташа түзетпе коэффициент.

6.Тікбұрышты пішіндегі E=f (B,C) дөңгелек көлбеу қабырғалардың тиімділік коэффициентін есептейміз.

E= 1,0965-0,2888 B+0,007131 C- 0,1216 BC+0,012777 B² -0,001521 C² + 0,03417 CB² +0,01173 BC² -0,003291(BC)² (3.76)

7. Қабырғаның трапеция тәріздес қимасына түзету коэффициентін есептейміз.

𝜏= f(B,S)

𝜏=1,60057+0,1236B-0,01533 S-0,1293 BS+0,000733 B² +0,01188 S² (3.77)

8.Жылуберілудің кептірілген коэффициентін есептейміз (Вт/ (м² к))

L_пр= 0, 8 L _k [ 1+F_пр (E 𝜏-1) / F ] (3.78)

Кесте 3.1