Transcript Document

Piping
Czyli orurowanie i nie tylko
Przepływ = spadek ciśnienia
 Sieć rurociągów reprezentuje przepływ
płynów przez kilka połączonych
urządzeń. Jeżeli podana jest
wystarczająca ilość natężeń przepływu i
ciśnień brakujące parametry mogą
zostać wyliczone.

Operacje skalujące przepływ jako
funkcję ciśnienia

Kompresor/ekspander

Pompa

Rura

Zawór regulujący

Węzeł ciśnieniowy (pressure node)
Pressure node
Reprezentuje punkt, w którym następuje
zmiana ciśnienia na skutek przepływu
przez rurę, zmianę wysokości,
przepływu przez zawór, pompę,
kompresor itp.
 Oblicza ciśnienia lub natężenia
przepływu zależnie od wprowadzonych
danych.

Pressure node
P1=?
F=?
P2=?
F=f(P1, P2)
3 zmienne, 1 równanie: 2 stopnie swobody
Definicje w węzłach są nadrzędne:
Ciśnienia i natężenia przepływu w strumieniach
przyłączonych do węzłów są zmieniane do wartości
zdefiniowanych/obliczonych w węzłach
Pressure node

Tryby pracy (Mode)
1. Zmienne ciśnienie – Variable pressure
2. Ciśnienie ustalone – Fixed pressure
Opcje OpJedn „Node”
Flow rate options –
Opcje natężeń przepływu

Przepływ ustalony – Fixed flow rates
– Ustala przepływ przez sąsiedni aparat
– Ciśnienie w aparacie od strony węzła jest zmienną

Przepływ zmienny
– Ustalony przez sąsiedni aparat
– Wolny strumień wlotowy/wylotowy – natężenia
obliczane przez węzeł

Tylko 1 aparat w gałęzi może określać
natężenie przepływu. Pozostałe aparaty muszą
mieć obliczane spadki ciśnienia.

Dopuszczalne ustawienia węzłów
Węzeł jako rozdzielacz
Ciśnienia wylotowe jak ciśnienie w węźle
 Tylko jeden strumień wylotowy: free outlet

F3=?
F1=?
P1=?
P2=?
F1=F3+F4
F1=f(P1, P2)
F4=?
Zawór regulujący – Control
Valve

Przeznaczony do regulatorów
automatycznych ale można używać do
ręcznej regulacji
 Dostępne tryby pracy:
– Ustalone natężenie przepływu dopasuj pozycję
zaworu
– Ustal położenie zaworu dopasuj natężenie
przepływu
– Ustal natężenie i położenie dopasuj ciśnienie
wylotowe
Zawór regulujący – Control
Valve
Zawór regulujący – Control
Valve
Cv – współczynnik przepływu zaworu
 Cvc – obliczony współczynnik przepływu
(1,25 do 2 x mniejszy od Cv)
 Dobór Cv – Menu: Sizing/Control Valve

SG
Cv  Q
P
Jednostki miar USA,
SG gęstość względem wody
Control Valve - Wsp. przepływu
krytycznego cf
Regulator - Controller
Urządzenie pozwalające dobrać parametr tak
by był spełniony założony warunek
 Parametr zmieniany i warunek mogą
dotyczyć strumienia lub aparatu
 Tryby pracy

– Controller off
– Feed-forward
– Feed-backward
Regulator - Controller
Regulator - Controller
Regulator w trybie Feed-forward

Pozwala przenieść informację o
obliczonym parametrze strumienia lub
aparatu do miejsca gdzie jeszcze nie
były prowadzone obliczenia, np..
przekazać moc uzyskaną w turbinie do
kompresora
Regulator w trybie Feed-forward

Pozwala przenieść informację o
obliczonym parametrze strumienia lub
aparatu do miejsca gdzie jeszcze nie
były prowadzone obliczenia, np..
przekazać moc uzyskaną w turbinie do
kompresora
Regulator w trybie Feed-forward
Aparat złożony: kolumna
Kolumna
destylacyjna
Kolumna absorpcyjna (Kolumna
ekstrakcyjna)
Częśc. skropl.
Produkt górny
Zasilanie 1
skraplacz
Całk. skropl.
Zasilanie
Półka zasilana
Zasilanie 2
kocioł
Produkt dolny
Produkt dolny
Model półki uniwersalnej
j - ta półka
Dekompozycja modelu półki
Boczny odbiór par z półki
Rozdzielacz
strumieni
Uniwersalny
rozdzielacz faz
Równowaga
Mieszalnik
Rozdzielacz
strumieni
Boczny odbiór cieczy z półki
Stopnie swobody półki
Model
Mieszalnik, n s
Rozdzielacz,
Stopnie swobody
4
ns  3
Parametry
n s  1  n c  2   3  n c  2 
brak parametrów aparatu
n c  n s   n c  3
a, stosunek strumieni lub
Natężenie przepływu jednego ze strumieni
Wilofunk. rozdz. faz
n c  4 
T, temperatura lub
zapotrzebowanie ciepła
P, ciśnienie
6  n c  16
Suma stopni swobody
(mieszalnik, rozdz. faz oraz dwa rozdz. strumieni)
Liczba strumieni wewnętrznych
3
Stopnie swobody półki
3nc+10


(mieszalnik
– rozdz. faz, rozdz. faz – rozdz. strumieni dwukrotnie),
n 2
c
Dla modułowych obliczeń sekwencyjnych zdefiniować należy strumienie wlotowe
(zasilanie, zasilanie fazą ciekłą, zasilanie fazą gazową )
oraz parametry aparatu, zazwyczaj parametry rozdziału w rozdzielaczach (2),
ciśnienie w układzie (1) oraz zapotrzebowanie ciepła (1).
Stopnie swobody kolumny

Zdefiniujmy dla kolumny
– całkowita ilość półek: nt
– całkowita ilość strumieni zasilających: nf
– całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych
fazy ciekłej: nsl
– całkowita ilość strumieni (odbiorów) bocznych
fazy gazowej: nsv
– całkowita ilość stopni ogrzewania: nq
Stopnie swobody kolumny
– Suma stopni swobody półek:
nt  3  nc  10
– Liczba strumieni wewnętrznych
2  nt  1
– Liczba stopni swobody kolumny
nt  3  nc  10  2nt 1nc  2  nt nc  2  4nt  2nc  2
Stopnie swobody kolumny
nt nc  2  4nt  2nc  2
Parametry strumieni
zasilających
liczba parametrów opisujących
obiekty – półki:
1.
upustowe strumienie
boczne ciekłe
2.
upustowe strumienie
parowe,
3.
strumienie ciepła,
4.
Ciśnienia panujące na
półce
Opisuje półki skrajne:
na pierwszej półce nie ma strumienia dolotowego
cieczy – skład destylatu
na ostatniej półce nie ma strumienia dolotowego par
– skład wywaru
Stopnie swobody kolumny
Jako, że faktyczna liczba półek zasilanych nf jest zwykle
mniejsza niż suma półek, definiuje się
n f  nc  2
Pozostałe (nt-nf) są definiowane automatycznie
Stopnie swobody kolumny
Definiować należy tylko istniejące strumienie boczne: nsl i
nsv pozostałe (2nt-(nsl + nsv))
zostaną wprowadzone automatycznie
Zakładamy, że zdefiniować musimy tylko istniejące
zapotrzebowania ciepła, nq, pozostałe nt-nq zostaną
wprowadzone automatycznie.
Ostatnim parametrem półek jest ciśnienie i jego wartości
należy wstępnie oszacować.
Rodzaje kolumn w ChemCADzie
Shortcut Column (SHOR)
 Tower Column (TOWR)
 Tower Plus Column (TPLS)
 SCDS Column (SCDS)

Prosta kolumna: SHOR
1 strumień wlotowy i 2 wylotowe
 Metody obliczeń:

– Sprawdzające (rating):
• Fenske-Underwood-Gilliland (FUG)
– Projektowe:
• FUG + lokalizacja zasilania metodą Fenskego
• FUG + lokalizacja zasilania metodą Kirkbride’a
Prosta kolumna: SHOR
Kolumna TOWR
Tylko do symulacji
 Do 5 strumieni wlotowych, destylat i
wywar + 4 strumienie wylotowe boczne
 Obliczenia stanu półek z modelu półki
 Uwzględnia sprawność półki
 Uwzględnia występowanie
niemieszających się składników i
dekantację

Kolumna TOWR
Tower Plus Column TPLS

Szczegółowa symulacja kolumny
rektyfikacyjnej. Uwzględnia w
obliczeniach
– Wymianę ciepła,
– zapotrzebowanie na parę w kotle
– Pompy
Kolumna SCDS
Szczegółowy wielostopniowy moduł
równowag parowo-ciekłych dedykowany
głównie dla układów tworzących
niedoskonałe mieszaniny
 Uwzględnia układy 3 fazowe (z
dekantacją)
 Maksymalnie 10 w arkuszu
