petrol gaze
Post on 26-Dec-2015
174 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
TEMA DE PROIECTARE
Sa se efectueze calculul termic de dimensionare a unui aparat de schimb de caldura in care
se condenseaza propan.
Date initiale:
temperatura propanului la intrare in condensator: t1’ 0C;
apa de racire are: la intrare, temperatura de t2’ = 150C, iar la iesire t2
” = 210C;
apa de racire circula prin interiorul tevilor, iar propanol prin exterior;
debitul de propan este
Etapa I de lucru
Sa se stabileasca datele initiale, functie de valoarea lui N (numarul curent din apel);
Sa se calculeze debitul de propan in unitati ale Sistemului International (SI);
Sa se traseze diagrama de variatie a temperaturii in condesator;
Sa se calculeze diferenta medie logaritmica de temperatura, in ipoteza ca cele doua fluide circula in
contracurent.
Schimbatoare de caldura pentru condensarea propanului
Schimbatoarele sunt aparate termice in care are loc transferul de caldura de la un agent
termodinamic mai cald, la altul mai rece.
In figura de mai jos este prezentata diagrama de variatie a temperaturilor celor doua fluide in
lungul suprafetei despartitoare, la un schimbator de caldura cu circulatia agentilor termici in
contracurent.
S-au notat:
- 1 fluid cald;
- 2 fluid rece;
- indicele (‘) intrare;
- indicele (“) iesire.
Transformarile termodinamice din aparatele de schimb de caldura, daca se neglijeaza
pierderile de presiune, sunt izobare. In fiecare aparat circula fluidul cald, caracterizat prin debit
masic , capacitate calorica masica la presiune constanta si temperatura de intrare,
UPG-Ploieşti pagina 2
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
respectiv iesire si fluidul rece, caracterizat prin debit masic , capacitate calorica
masica la presiune constanta si temperatura de intrare, respectiv iesire .
Ecuatiile principale ale schimbatoarelor de caldura
Calculul termic al schimbatoarelor de caldura de suprafata se bazeaza pe urmatoarele ecuatii
principale:
ecuatia de bilant termic: ;
ecuatia de transfer de caldura: ;
In ecuatia de bilant termic, fluxul termic cedat de agentul cald, lichid sau gaz perfect este:
,
iar pentu un gaz real sau vapori este: .
Fluxul termic preluat de agentul rece, pentru cele doua situatii privind fluidul de lucru, are
expresiile: , respectiv
.
Diferenta medie logaritmica de temperatura , se masoara in (K), dar in calculul
acesteia se introduc temperaturile fluidelor fie numai in (K), fie numai in (0C), deoarece reprezinta o
diferenta si rezultatele obtinute sunt egale in cele doua cazuri.
Daca se neglijeaza caldura disipata, rezulta ca: .
Diferenta medie logaritmica de temparatura:
.
UPG-Ploieşti pagina 3
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilorCand circulatia agentului are loc in curent incrucisat sau mixt, se calculeaza cu relatia de
mai sus diferenta medie logaritmica de temparatura, considerand ca fluidele circula in contracurent,
dupa care se aplica un coeficient , unde
si deasemenea depinde de modul
de circulatie al agentilor termici. Coeficientul se citeste din diagramele specific.
In timpul functionarii schimbatoarelor de caldura, apar depuneri (piatra, namol, alge), pe
suprafetele de schimb de caldura. Din cauza depunerilor, se micsoreaza coeficientul global de
transfer de caldura si este necesara curatirea suprafetelor de schimb de caldura.
Daca in schimbatorul de caldura are loc schimbarea de faza a unui agent termodinamic,
fluxul termic se calculeaza cu relatia:
,
in care este caldura latenta specifica de vaporizare/ condensare, [J/(kgK)].
Calcul:
temperatura propanului la intrare in condensator: t1’ 0C
t1’=360C; t1
’= t1”;
debitul de propan este ;
;
diagrama de variatie a temperaturii in condesator:
diferenta medie logaritmica de temparatura:
UPG-Ploieşti pagina 4
maxT
t1’=360C
t1
”=360C
t2’=150C
t2”=210C
T (0C)
minT
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
Etapa a II-a de lucru
Calculul de predimensionare a aparatului de schimb de caldura.
Date initiale:
apa de racire circula prin interiorul tevilor, iar propanul prin exterior;
condensatorul este tubular, cu tevi orizontale din otel cu diametrul ;
deoarece propanul dizolva uleiul antrenat de compresor, se considera ca suprafata exterioara
a tevilor este curata. La interior se considera un strat de depuneri de piatra cu grosimea de
;
conductivitatea termica a materialului tevii este , iar a stratului de
piatra .
Calcul:
Din ANEXA I presiunea propanului la temperatura de saturatie (vaporizare/condensare/
lichefiere) , prin interpolare rezulta .
Din ANEXA I entalpia vaporilor saturati uscati de propan, la temperatura de saturatie
, prin interpolare rezulta .
Din ANEXA I entalpia lichidului saturat de propan, la temperatura de saturatie
, prin interpolare rezulta .
Fluxul termic cedat de propanul care se condenseaza este:
, sau .
Fluxul termic preluat de apa de racire, pentru un randament de izolatie , este:
.
Debitul de apa de racire necesar este:
UPG-Ploieşti pagina 5
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
.
;
Se calculeaza Criteriul Prandtl pentru temperatura medie a apei de racire:
Se calculeaza Criteriul Prandtl pentru temperatura peretilor tevii:
.
Se calculeaza Criteriul Nusselt cu relatia: , deoarece Re>104,
regimul de curgere al apei este turbulent, iar raportul dintre lungimea tevilor si diametrul interior
Calculul coeficientului de transfer de caldura prin convectie pe partea apei de racire:
.
Etapa a IV-a de lucru
Determinarea coeficientului de convectie al vaporilor de propan care se condenseaza.
Date initiale:
temperatura in stratul limita al peliculei de condensat, formata pe exteriorul tevilor este:
;
Calcul:
UPG-Ploieşti pagina 6
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
La temperatura , in zona peliculei de condensat proprietatile termofizice ale propanului
sunt:
densitatea: , unde:
- reprezinta densitatea propanului in stare de vapori saturati uscati si se calculeaza cu relatia:
;
- reprezinta densitatea propanului in stare de lichid si se calculeaza cu relatia:
;
.
capacitatea calorica masica: , unde:
- reprezinta capacitatea calorica a propanului in stare de vapori saturati uscati si se calculeaza cu
relatia:
;
- reprezinta densitatea propanului in stare de lichid si se calculeaza cu relatia:
;
conductivitatea termica: ,
.
vascozitatea cinematica: :
la lichid ;
.
Pentru determinarea coeficientului de convectie al vaporilor de propan care se
UPG-Ploieşti pagina 7
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
.
coeficientul de schimb de caldura raportat la 1m2:
, unde ;
;
.
suprafata necesara de schimb de caldura a condesatorului:
;
lungimea aparatului pentru numarul ales, n=87 tevi:
;
condensatorul se realizeaza cu un numar de z=4 treceri, lungimea acestuia fiind:
;
numarul de tevi montate pe placa tubulara va fi:
tevi.
Din STAS alegem n=397 tevi care vor fi amplasate intr-un numar de 12 hexagoane, avand
cate 23 tevi pe diagonala. Tevile se dispun pe placa tubulara pe laturile unor hexagoane regulate
concentrice, cu pasul t=35mm in cate 8 randuri orizontale pentru fiecare drum de apa.
diametrul interior al mantalei este: , unde:
de=30mm; dmax=30,5mm; pasul t=35mm; toleranta ; s=2,5mm; ; .
.
diametrul interior al mantalei este: , unde:
,
Continutul disciplinei Proiect la TRANSPORTUL SI INMAGAZINAREA GAZELOR LICHEFIATE
UPG-Ploieşti pagina 8
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilorDate initiale pentru calculul termic de proiectare a unui aparat de schimb de caldura din
circuitul de stocare a unor hidrocarburi lichefiate;
Diferenta medie logaritmica de temperatura;
Ecuatii de bilant;
Proprietati termodinamice a fluidelor de lucru;
Coeficientii de transfer de caldura;
Coeficientul global de transfer de caldura;
Calculul suprafetei de schimb de caldura;
Stabilirea schemei constructive a aparatului de schimb de caldura;
Sustinerea proiectului.
Etapele proiectului
Etapa I de lucru
Sa se stabileasca datele initiale, functie de valoarea lui N (numarul curent din apel);
Sa se calculeze debitul de propan in unitati ale Sistemului International (SI);
Sa se traseze diagrama de variatie a temperaturii in condesator;
Sa se calculeze diferenta medie logaritmica de temperatura, in ipoteza ca cele doua fluide
circula in contracurent.
Etapa a II-a de lucru
Calculul de predimensionare a aparatului de schimb de caldura.
Etapa a III-a de lucru
Determinarea coeficientului de transfer de caldura prin convectie pe partea apei de racire.
Etapa a IV-a de lucru
Determinarea coeficientului de convectie al vaporilor de propan care se condenseaza.
Etapa a V-a de lucru
Determinarea coeficientului global de transfer de caldura.
Dimensionarea aparatului de schimb de caldura.
.
fluxul de caldura longitudinal schimbat intre fluide este:
;
temperaturile reale ale peretilor tevii sunt:
; ;
UPG-Ploieşti pagina 9
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
; ;
temperatura la diametrul d3 este: ;
;
temperatura medie a peretelui tevii:
;
Diferenta medie logaritmica de temperatura a fost determinata in ipoteza circulatiei fluidelor
in contracurent si cu o singura trecere si deoarece s-a adoptat o formula constructiva cu 4 treceri,
este necesara corectia valorii obtinute : ;
- factorul de corectie , pentru sistemul de circulatie ales si valorile lul P si R, se obtine din
graphic si are valoarea 0,99.
;
- se obtine: ;
;
-se calculeaza: ;
;
Suprafata reala de schimb de caldura:
;
Lungimea reala a schimbatorului va fi:
;
.
UPG-Ploieşti pagina 10
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
Schematic aparatul de schimb de caldura este prezentat in figura de mai jos:
UPG-Ploieşti pagina 11
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
CONCLUZII
Cercetarile au pus in evidenta importanta deosebita care o are asupra performantei aparatelor
de schimb de caldura, realizarea lor constructiva: tolerantele dintre diametrul sicanei si al mantalei,
spatiile libere dintre manta si sirul periferic al fascicolului.
Cresterea vitezei de curgere si a turbulentei evita formarea de depuneri pe suprafetele
tuburilor. Vitezele mari amelioreaza transferal de caldura.
Materialele de constructie folosite la schimbatoarele de caldura depind de fluidele folosite,
de cerintele procesului tehnologic si de durata de functionare a aparatului.
UPG-Ploieşti pagina 12
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
ANEXA I
Proprietatile vaporilor saturati de propan
UPG-Ploieşti pagina 13
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
UPG-Ploieşti pagina 14
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilorANEXA II
Proprietatile fizice ale apei
t
[0C]
ρ
[kg/m3]
ν
[m2/s]
cp
[kJ/(kgK)]
λ
[W/(mk)]
0 999,9 1,790· 10-6 4,21 0,881
10 999,7 1,300· 10-6 4,19 0,575
20 998,2 1,000· 10-6 4,18 0,599
30 995,7 0,805· 10-6 4,17 0,617
40 992,2 0,659· 10-6 4,17 0,634
50 988,1 0,556· 10-6 4,17 0,648
60 983,2 0,479· 10-6 4,18 0,660
70 977,8 0,415· 10-6 4,19 0,668
80 971,8 0,366· 10-6 4,20 0,675
90 965,3 0,326· 10-6 4,21 0,681
100 958,4 0,295· 10-6 4,22 0,683
UPG-Ploieşti pagina 15
Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor
BIBLIOGRAFIE
UPG-Ploieşti pagina 16
2012
2012
top related