bài giảng thiết kế mô phỏng thiết bị quay

 Hiệu suất của máy nén ly tâm được xác định theophương trình sau nén đoạn nhiệt:  Hiệu suất của turboExpander đẵng entropi:  Hysys tính toán mô phỏng máy nén và Turbo giãn nỡ theo 01

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ QUAY

 Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính

toán mô phỏng các loại thiết bị quay như:

 Máy nén ly tâm và máy nén Pistong

 Turbo giãn nỡ khí.

 Máy bơm ly tâm và máy bơm Pistong.

 SV phải nắm vững cơ sở lý thuyết của máy nén, máy

bơm, turbo expander để hiểu được cơ chế tính toán

trong mô phỏnh.

MỤC TIÊU

 Hiệu suất của máy nén ly tâm được xác định theo

phương trình sau (nén đoạn nhiệt):

 Hiệu suất của turboExpander (đẵng entropi):

 Hysys tính toán mô phỏng máy nén và Turbo giãn nỡ

theo 01 trong 04 cách sau:

MÁY NÉN - COMPRESSOR

Nếu chưa có thông tin về đường đặc tuyến của máy

nén/Turbo giãn nỡ

 Cách1:

 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào??.

 Xác định suất đầu ra máy nén.

 Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén (HS nén đoạn

nhiệt hoặc nén đa biến).

 Hysys sẽ tính toán năng lượng cần thiết cung cấp cho

máy nén, nhiệt độ khí đầu ra, hiệu suất???

 ??? Đường đặc tuyến của máy nén cho biết điều gì???

MÁY NÉN - COMPRESSOR

Nếu chưa có thông tin về đường đặc tuyến của máy

nén/Turbo giãn nỡ

 Cách 2:

 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào

 Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén (HS nén đoạn

nhiệt hoặc nén đa biến) và công suất của máy.

=> Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí

đầu ra, hiệu suất???

MÁY NÉN - COMPRESSOR

Nếu biết trước đường đặc tuyến của máy nén

 Cách 1:

 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào.

 Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén.

 Hysys sử dụng đường đặc tuyến của máy nén/giãn nỡ

để tính vận tốc quay, độ tăng/giãm áp suất đầu ra thiết

bị.

= >Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí

đầu ra, hiệu suất???

MÁY NÉN - COMPRESSOR

Nếu biết trước đường đặc tuyến của máy nén

 Cách 1:

 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào.

 Khai báo vận tốc của máy nén.

 Hysys sử dụng đường đặc tuyến của máy nén/giãn nỡ

để tính hiệu suất, độ tăng/giãm áp suất đầu ra thiết bị.

= >Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí

đầu ra, hiệu suất???

MÁY NÉN - COMPRESSOR

1 Truy xuất mô hình

Compressor/Turbo expander

theo 02 đã được học.

2 Tại mục connection của Tab

Design đặt tên cho máy nén,

khao báo tên Inlet/Outlet của

dòng vào/ra thiết bị và dòng

năng lượng Energy cung cấp

cho máy nén.

3 Tại mục Parameter chọn

Operating mode chon thiết bị là

Centrifual nếu là máy nén ly tâm

hoặc Reciprocating – máy nén

pistong.

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN/TURBO GIÃN NỠ

4 Nếu chưa biết đường đặc tuyến

thì nhập:

 Hiệu suất của máy tại Tab

Parameters Thông thường hiệu

suất làm việc của máy từ 75 – 85

% Chỉ được nhập một trong 02

dạng hiệu suất là adiabatic

efficiency hoặc polytropic

efficiency

 Nhập một trong 02 thông số sau:

 Áp suất của dòng Outlet đầu ra

máy nén tại Tab worksheet hoặc

click trực tiếp vào dòng Outlet

 Công suất của máy nén tại mục

Duty, Tab Parameters

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ

5 Nêu biết đường đặc tuyến

thì nhập:

 Đường đặc tuyến (Curve)

của máy nén tại Tab

Rating nhập.

 Lưu ý không nhập mục

Parameters.

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ

 Cách nhập đường đặc tuyến

của máy nén:

1 Tại Tab Rating nhấn nút Enable

Curve

2 Chọn cách biểu diễn hiệu suất

máy nén theo adiabatic hoặc

Polytropic

3 Nhấn nút Add Curves

4 Nhập các thông số flow, head,

efficiency

5 Nhấn nút Plot Curves để xem

đường đặc tuyến

 Khi mô phỏng thiết kế mới =>

sử dụng trường hợp 1

 Khi đánh giá hoạt động thiết bị

=> sử dụng Curves

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ

 Nếu chỉ có 1 đường đặc tuyến thì nhập các thông số sau (với điều

kiện là thành phần và nhiệt độ dòng đầu vào biết trước):

 Inlet Pressure và Flow Rate

 Inlet Pressuer và Duty

 Inlet Pressure và Outlet Pressure

 Inlet Pressure và Efficiency tương ứng với đường đặc tuyến

 Nếu có nhiều hơn 02 đường đặc tuyến lúc này chỉ hysys tính toàn

gần đúng Các thông số cần nhập là: Inlet Pressure và một trong

các thông số sau:

 Flow rate

 Duty

 Outlet Pressure

 Efficiency

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ

Cho dòng khí có thành phần như hình bên.

1 Mô phỏng thiết bị máy nén để xác định công suất của

thiết bị nếu biết áp suất đầu vào là 75 barg, nguyên liệu

đầu vào 100% pha khí, lưu lượng 120.000 sm3/h, áp đầu

ra là 110 barg, hiệu suất làm việc của máy nén ly tâm là

75%, máy nén pistong là 85%

2 Áp suất đầu ra máy nén thay đổi thế nào nếu công suất

của máy giảm 50% so với kết qủa tính ở mục 1

3 Giả sử máy nén có đường đặc tuyến như đính kèm, xác

định áp suất đầu ra máy nén

4 Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần

như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45 barg, lưu

lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1 => xác định

áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công

giãn nỡ (giãn nỡ lấy = 75%)

5 Điều chỉnh áp suất đầu ra expander để áp suất đầu ra

máy nén là 90 barg

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

Cấu Cấu tử tử Mole

fraction N2 0.0002 H2S 0.0405 CO2 0.0151 C1 0.7250 C2 0.0815 C3 0.0455 ii C4 C4 0.0150 N

N C4 C4 0.0180 ii C5 C5 0.0120 N

N C5 C5 0.0130 C6 0.0090 C7+ 0.0252 H2O 0.0000

1 Cho dòng khí có thành phần như hình bên.

 Mô phỏng thiết bị máy nén:

Truy cập mô hình máy nén và đặt tên dòng vào, dòng ra và

dòng năng lượng của máy nén.

 Khai báo thông tin dòng vào máy nén (02 cách: click trực tiếp

vào dòng hoặc vào worksheet: Thành phần, P=75 barg, pha =1,

Mole flow = 120.000sm3/h.

 Chọn model máy nén pistong: Design => Parameter =>

Operating mode chọn Reciprocating.

 Hiệu suất máy nén: Design => Parameter => Efficiency: Nhập

hiệu suất = 85% vào mục Polytropic efficiency.

 Nhập áp suất đầu ra máy nén = 110 barg: 02 cách (Click vào

dòng ra hoặc vào worksheet)

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

2.Áp suất đầu ra máy nén thay đổi thế nào nếu

công suất của máy giảm 50% so với kết qủa

tính ở mục 1.

 Ghi lại giá trị công suất của máy nén (có thể sử

dụng data book).

 Xóa áp suất đầu ra máy nén: 02 cách (Click vào

dòng ra hoặc vào worksheet)

 Vào Design/Parameter nhập công suất máy

nén.

 Click vào dòng hoặc vào worksheet xem áp suất

đầu ra máy nén

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

4.Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần như phần nén từ áp

suất 110 barg xuống 45 barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha =

1 => xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công giãn

nỡ (hiệu suất nén/giãn nỡ lấy = 75%)

 Truy cập mô hình expander

 Khai báo dòng vào, dòng ra, dòng năng lượng của expander

 Nhập thông tin dòng vào expander: Pha =1, Mole flow=150000 sm3/h,

P-110 barg, Composition:

Click vào dòng vào => Nhấn “Define from other stream” =>Available

stream chọn Dòng vào máy nén => Copy stream conditions chọn

Composition

 Nhập áp suất đầu ra expander = 45 barg: 02 cách (Click vào dòng ra

hoặc vào worksheet)

 Hiệu suất expander (75%): Design => Parameter => Efficiency: Nhập

hiệu suất = 75% vào mục Polytropic efficiency

 Vào Design parameter của máy nén xóa duty

 Sử dụng Set để cài đặt công của máy nén = công giãn nỡ

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

4 Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành

phần như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45

barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1

=> xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử

dụng 95% công giãn nỡ (hiệu suất nén/giãn nỡ lấy =

75%).

 Sử dụng Set để cài đặt công của máy nén = công giãn

nỡ

 Target Value Object chọn Tên dòng năng lượng máy

nén, Varriable chọn Power.

 Source: Object chọn Tên dòng năng lượng của

expander

 Tại mục Parameter chọn M=0.95, Offset = 0

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

5 Điều chỉnh áp suất đầu ra expander để áp suất đầu ra

máy nén là 130 barg.

 Sử dụng thuật toán Adjust:

 Adjusted value: Object chọn Dòng ra Expander,

Varriable chọn Pressure.

 Target value: Object chọn Dòng ra máy nén, Varriable

chọn Pressure.

 Specified target value: nhập 130 barg.

 Vào Parameter nhập giới hạn min/max: (ví dụ min=1,

max=110 barg).

Khai báo sai số cho phép (Torelance): Theo yêu cầu độ

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

 Nguyên lý làm việc của máy nén Pistong : Nén một lượng khí từ thể tích

lớn => thể tích nhỏ hơn

 Máy nén Pistong được sử dụng khi hệ số nén lớn và lưu lượng khí nén

nhỏ

 Có 02 lại máy nén pistong: Single acting và double acting

MÁY NÉN PISTONNG – RECIPROCATING COMPRESSOR

 Qui trình mô phỏng tương tư như

máy nén ly tâm

1 Truy xuất mô hình

Compressor/Turbo expander theo

02 đã được học.

2 Tại mục connection của Tab

Design đặt tên cho máy nén, khao

báo tên Inlet/Outlet của dòng

steam vào/ra thiết bị và dòng năng

lượng Energy cung cấp cho máy

nén.

3 Tại mục Operating mode Tab

Parameters chọn Reciprocating

(máy nén pistong).

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN PISTONNG – RECIPROCATING COMPRESSOR

Tuy thuộc vào mục đích mô phỏng nhập 05 trong

07 thông số sau:

1 Temperature của dòng Inlet

2 Áp suất của dòng Inlet

3 Lưu lượng của dòng Inlet

4 Áp suất của dòng Outlet

5 Nhiệt độ của dòng Outlet

6 Duty của máy nén

7 Efficiency của máy nén

VD:

Đối với thiết kế mới: Cần nhập T , P đầu vào,

lưu lượng đầu vào hiệu suất của máy nén và áp

suất đầu ra để tính công suất máy nén

Để đánh giá hiệu suất làm việc của máy nén

sau thời gian vận hành???

Đánh giá khả tăng lưu lượng khí qua máy nén

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN PISTONNG – RECIPROCATING COMPRESSOR

Cho dòng khí có thành phần như hình bên

1 Mô phỏng thiết bị máy nén để xác định công

suất của thiết bị nếu biết áp suất đầu vào là 75

barg, nguyên liệu đầu vào 100% pha khí, lưu

lượng 120.000 sm3/h, áp đầu ra là 110 barg,

hiệu suất làm việc của máy nén ly tâm là 75%,

máy nén pistong là 85%

2 So sánh công suất của máy nén pistong so với

máy nén ly tâm tính toán ở mục 1, bài tập 1 từ

đó đưa ra nhận xét

3 Xác định hiệu suất của máy nén nếu biết công

suất nhiệt của máy nén gấp 1.2 lần so với mục

1 thông số đầu vào/ra thiết bị không đổi

4 So sánh hiệu suất của máy nén Pistong ở theo

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1

Cấu Cấu tử tử Mole fraction N2 0.0002 H2S 0.0405 CO2 0.0151 C1 0.7250 C2 0.0815 C3 0.0455 ii C4 C4 0.0150 N

N C4 C4 0.0180 ii C5 C5 0.0120 N

N C5 C5 0.0130 C6 0.0090

 Bơm được sử dụng để vận tăng áp suất của chất lỏng.

 Năng lượng cần thiết để tăng áp suất của chất lỏng được xác định theo

công thức:

 Hiệu suất làm việc của bơm được xác định theo công thức:

BƠM (PUMP)

 Khi dòng chất lỏng qua bơm được xác định (lưu lượng, áp

suất, thành phần) Hysys sẽ tính toán các thông số của bơm

khí biết 2 trong 03 thông số sau đây:

 Chênh áp qua bơm (Pressure drop) hoặc áp suất đầu ra bơm.

 Efficiency – Công suất của bơm

 Pump energy – Năng lượng cung cấp cho bơm.

 Ngoài ra Hysys còn có khả năng thực hiện việc tính toán Back

Forward các thông số khác khi cần.

 Ví dụ về tính toán back forward???

BƠM (PUMP)

1 Truy xuất vào mô hình máy bơm trong hysys.

2 Đặt tên cho bơm, dòng vào/ra và dòng năng lượng cho bơm tại mục

connection của Tab Design.

3 Nếu chưa có thông tin về được đặc tuyến của bơm thì khai báo 02 trong

03 thông số nêu ở trên

4 Nếu có đường đặc tuyến của bơm thì nhập đường đặc tuyến của bơm và

01 trong 02 thông số Efficiency hoặc Duty

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG BƠM (PUMP)

Cách nhập đường đặc tuyến của bơm như sau:

1 Nhấn chọn vào mục Curves Page trong Tab Design

2 Nhập các hệ số của phương trình đường đặc tuyến của bơm

như đính hình vẽ.

3 Click vào mục Activate Pump Curve

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG BƠM (PUMP)

1 Bơm P-01 sử dụng để nâng áp suất của condensate từ bồn

chứa đến xe bồn vận chuyển đi tiêu thụ Thành phần

condensate được cho như đính kèm.

2 Xác định công suất của bơm nếu lưu lượng đầu vào bơm là

85 m3/h, xăng được bảo quản tại các bồn chứa ở điều kiện

môi trường (P = 1 atm , T=32 oC).

3 Nếu tăng lưu lượng của bơm lên 120 m3/h thì áp suất đầu

ra của bơm thay đổi như thế nào nếu công suất bơm không

đổi?

THỰC HÀNH MÔ PHỎNG BƠM