Gas3 Nhà Máy Làm Lạnh Khí

Tài Liệu học mô phỏng hysys mô phỏng thiết bị

Nhà máy làm lạnh khí

Nội dung

Trong mô phỏng này, mô hình hóa một phiên bản đơn giản của nhà máy làm lạnh khí Mục đích công nghệ tách khí ở nhiệt độ thấp, tại nhiệt độ điểm sương của hydrocacbon Khí khô có nhiệt độ điểm sương không vượt quá -15oC ở 6000 kPa Khí nguyên liệu vào được làm lạnh hai cấp, đầu tiên qua thiết bị trao đổi nhiệt khí-khí với dòng khí khô sản phẩm, sau đó vào công đoạn làm lạnh bằng Propan Trạng thái cân bằng được sử dụng để tính toán nhiệt độ điểm sương của dòng hơi sản phẩm ở 6000 kPa

Mục đích

Khi hoàn thành bài này, bạn có thể:

- Cài đặt và lựa chọn loại thiết bị trao đổi nhiệt

- Hiểu được các công cụ hỗ trợ tính toán trong hysys logical

Balance (cân bằng) và Adjust (hiệu chỉnh)

- Sử dụng thanh công cụ để thao tác trên case mô phỏng

Yêu cầu

Trước khi bắt đầu bài này bạn cần phải biết cách:

- Tạo một Fluid Package

- Thêm dòng

- Thêm các thiết bị vận hành trong PFD

Qui trình chung

Xây dựng mô phỏng

Xác định cơ sở mô phỏng (Simulation Basic)

Trong case này sẽ sử dụng phương trình trạng thái Peng Robinson

với thành phần sau N2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5,

C6, C7+* và H 2 O.

1 Bắt đầu một case mới

2 Nhập the Fluid Package, GasPlant, lưu trong module 1

Nhập dòng và thiết bị

Nhập dòng nguyên liệu (feed stream)

Nhập dòng nguyên liệu với các giá trị dưới đây:

Thành phần phần mol các cấu tử

Nhập thiết bị tách (Separator)

Có vài cách để đưa thiết bị vào sơ đồ Để thực hiện, xem Adding

Unit Operations to a Flowsheet, Module 2

- Ấn phím nóng F12, chọn thiết bị mô phỏng cần thiết từ nhóm thiết bị sẵn có

- Kích đúp vào biểu tượng thiết bị mô phỏng trong Object Palette

Thêm thiết bị tách và nhập các thông tin sau vào các ô tương ứng

Thêm thiết bị trao đổi nhiệt (heat exchanger)

Thiết bị trao đổi nhiệt thực hiện tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng Thiết bị trao đổi nhiệt có thể tính toán nhiệt độ,

áp suất, dòng nhiệt (bao gồm có tổn thất và mất mát nhiệt), lưu lượng dòng vật chất và UA

1 Kích đúp vào nút thiết bị trao đổi nhiệt trên Object Palette

2 Trên Conections Page nhập các thông tin dưới đây

Biểu tượng

thiết bị trao đổi nhiệt

Các dòng tới Tube Side

và Shell Side có thể từ

các Flowsheet khác

nhau, vì vậy bạn có thể

sử dụng Steam package

cho side này và PR cho

side kia của trao đổi

nhiệt

3 Chuyển sang Parameters Page Hoàn thành trang này như

trong hình dưới đây Sự chênh lệch áp suất giữa thành ống và lớp vỏ trong thực tế tương ứng là 5 psi và 1 psi

Mô hình thiết bị trao đổi nhiệt xác định như sau:

- Weight (Phương pháp khối lượng): Các đường cong gia

nhiệt bị cắt thành các khoảng nhỏ, trong đó có sự trao đổi năng lượng riêng biệt LMTD và UA được tính toán cho mỗi khoảng trong đường cong nhiệt và tổng cộng sự trao đổi nhiệt

UA toàn phần Phương pháp khối lượng chỉ đúng cho loại thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng (Counter-Current)

- Endpoint : LMTD và UA được tính toán từ chế độ dòng vào,

dòng ra Trường hợp đơn giản, khi không có sự thay đổi pha

và Cp gần bằng hằng số thì lựa chọn này là phù hợp

4 Vào Specs Page

Trong trình tự tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, các tham số chưa biết (lưu lượng dòng, nhiệt độ…) được điều khiển bằng chương trình tính Mỗi tham số đặc trưng sẽ làm giảm số bậc tự do đi một Số tham số đặc trưng phải bằng số biến chưa biết Trong case số bậc tự

do bằng 0 và sẽ được tính toán

Hai tham số đặc trưng cần cho thiết bị trao đổi nhiệt:

- Cân bằng nhiệt bằng 0, đây là độ sai lệch của tham số đặc trưng đảm bảo cho phương trình cân bằng nhiệt Đây là các tham số mặc

định, luôn luôn có thể được thêm bởi Hysys vì vậy bạn không cần phải cung cấp chúng

- Giá trị nhỏ nhất xấp xỉ 5oC, đây là chênh lệch nhiệt độ thấp nhất giữa dòng nóng và dòng lạnh

5 Đầu tiên bạn cần bỏ kích hoạt tham số UA, để làm được điều này bạn cần kích vào Active, chọn hộp thoại cho tham số UA

6 Thêm tham số, ấn nút Add, có bảng hiển thị các tham số

7 Cung cấp các thông tin dưới đây:

Khi bạn thay đổi loại tham số, bảng thông báo sẽ thay đổi theo Thông tin được cung cấp một lần, thông báo sẽ như sau:

Lưu lượng của dòng khí tới bộ làm lạnh là bao nhiêu?

Hoàn thành mô phỏng

Thêm hai thiết bị vào sơ đồ khối để hoàn thành mô phỏng

1 Thêm bộ làm lạnh (cooler), cung cấp các thông tin dưới đây

Connections

Parameters

2 Thêm thiết bị tách (seperator), với các thông tin dưới đây

Connections

Nhiệt độ nguyên liệu LTS sẽ khác nhau, sử dụng công cụ (Adjust)

hiệu chỉnh trong mục sau để tìm ra nhiệt độ điểm sương, giá trị nhiệt độ của dòng Gas to LTS là -20oC ( -4oF)

Để tính toán thiết bị tách LTS yêu cầu cung cấp những

thông tin gì?

Áp suất của Sales Gas là bao nhiêu?

Nhiệt độ của Sales Gas là bao nhiêu?

Thêm Balance (cân bằng)

Tính toán cân bằng cung cấp mục tiêu chung của đặc trưng cân bằng nhiệt và vật chất Có các loại cân bằng khác nhau trong Hysys

- Mole - cân bằng tổng cộng được thực hiện khi lưu lượng

dòng phân tử trong mỗi thành phần được bảo toàn Dòng ra

có lưu lượng và thành phần giống như dòng vào, nhưng không bao gồm thành phần hơi, giá trị nhiệt độ hoặc áp suất

- Khối lượng (mass) - cân bằng tổng cộng thực hiện chỉ khi

bảo toàn khối lượng dòng Dòng ra sẽ không bao gồm thành phần, thành phần hơi, nhiệt độ, hoặc áp suất

- Nhiệt (heat) - cân bằng tổng cộng được thực hiện khi dòng

nhiệt bảo toàn

- Mole và nhiệt (mole and heat) - cân bằng tổng cộng được

thực hiện khi dòng nhiệt và dòng mole được bảo toàn

Xem xét các tham số cho khí sản phẩm (Sales Gas) Các tham số

dòng hơi đã được tính toán, vì vậy bạn không có cách nào có thể tính nhiệt độ điểm sương của dòng ở 6000 kPa Thêm cân bằng mole, bạn có thể tạo ra dòng hơi thứ hai với lưu lượng mole và thành phần như Sales Gas nhưng không có cùng thành phần hơi, nhiệt độ hoặc áp suất

1 Kích đúp vào biểu tượng Balance trên Object Palette

2 Thêm các thông tin sau

Connections

3 Đặt giá trị áp suất ở 6000 kPa (875 psia) cho nhiệt độ điểm sương của hơi HC

4 Đặt thành phần hơi để tính nhiệt độ điểm sương

Biểu tượng Balance

Balance sẽ không tính

toán trừ khi Auto

Calculation đã được

chọn trong check box

Thêm Adjust (hiệu chỉnh)

Tính toán hiệu chỉnh là tính toán logic, tính toán toán học hơn là vật

lý Nó sẽ biến đổi giá trị các biến của một dòng hơi (biến độc lập),

để đạt giá trị yêu cầu hoặc tham số (biến phụ thuộc) của dòng hơi khác hoặc thiết bị mô phỏng khác

1 Kích đúp vào biểu tượng Adjust trên Object Palette, giao diện tính chất của Adjust sẽ được hiển thị

2 Bấm phím Select Var trong nhóm Adjusted Variable để mở

Variable Navigator.

Nhiệt độ điểm sương là gì?

Nhiệt độ điểm sương yêu cầu là -15 o C, nhiệt độ điểm sương hiện tại cao hơn hay thấp hơn?

Giả sử áp suất cố định, thông số khác ảnh hưởng thế nào đến nhiệt độ điểm sương?

Thay đổi nhiệt độ điểm sương như thế nào trong mô phỏng?

Biểu tượng Adjust

Biến được hiệu chỉnh

luôn luôn sử dụng các

giá trị đã được người

dùng nhập vào.

3 Từ danh sách Object chọn Gas to LTS, từ danh sách Variable đang hiển thị trên giao diện chọn Temperature

4 Bấm OK để chấp nhận biến và trở lại giao diện của Adjust

5 Bấm phím Select Var…trong Target Variable

6 Chọn nhiệt độ điểm sương trong Target Variable

7 Nhập giá trị -15oC ( 5oF) trong hộp Specified Target Value

8 Hoàn thành Connections Tab được chỉ ra ở hình sau:

9 Chuyển sang Parameters Tab, và các tham số ở giá trị mặc định

Chú ý các giá trị Tolerance và Step Size Khi chọn khoảng tính

thường sử dụng khoảng rộng hơn khoảng hẹp, như trong hình trên khoảng nhiệt độ sử dụng là 10oC Phương pháp Secant thực hiện nhanh hơn, thường được sử dụng phổ biến

10 Ấn phím Start để bắt đầu tính toán

11 Để xem kết quả tính của Adjust, vào Monitor Page

Lưu lại case mà bạn đã hoàn thành.

Chuyển case thành template và lưu lại.

Phân tích các kết quả

Sau khi đã ghi template, bạn hãy đóng template lại và mở case đã được lưu lại và phân tích các kết quả nhận được

Sử dụng Case Study

Thanh công cụ Case Study dẫn bạn tới mô hình tĩnh đáp ứng các thông số công nghệ quan trọng thay đổi trong quá trình Bạn chọn một biến độc lập để thay đổi và các biến phụ thuộc khác HYSYS tính toán đồng thời các biến phụ thuộc, với mỗi thay đổi, các biến phụ thuộc được tính toán

Thay cho việc sử dụng công cụ Adjust để tìm ra nhiệt độ nguyên

liệu LTS cần thiết để đạt được nhiệt độ điểm sương của hydrocacbon, bạn có thể sử dụng Case Study để kiểm tra khoảng nhiệt độ của LTS và các nhiệt độ điểm sương

Trước khi cài đặt Case Study phải tắt Adjust để nó không xung đột với Case Study

1 Mở bảng thông báo hiệu chỉnh Adjust

2 Chọn Ignored trong hộp thoại

3 Đóng bảng thông báo hiệu chỉnh

4 Từ danh sách các thanh công cụ chọn Databook hoặc sử

dụng phím nóng Ctrl+D để mở Databook

Nhiệt độ đầu ra của bộ làm lạnh bằng bao nhiêu để đạt được nhiệt độ điểm sương đã cho?

Bất kỳ một thiết bị

hoặc công cụ tính

toán nào sẽ được loại

khi chọn Ignore trong

hộp thoại

5 Trên Variables tab, bấm vào phím Insert để mở Variable

Navigator

6 Chọn Gas to LTS Temperature như biến đầu tiên

7 Bấm phím Add để nhập thêm biến Thao tác này sẽ rời trong

Variable Navigator để thêm vào biến thứ hai

8 Chọn HC Dewpoint Temperature và bấm phím Add

9 Đóng bảng thông báo này để trở về Databook 10.Trong mục Databook, chuyển tới Case Studies tab 11.Bấm phím Add để thêm một Case Study mới

12.Chọn Gas to LTS Temperature như một biến độc lập (Ind)

HC Dewpoint Temperature như là biến phụ thuộc (Dep)

Cả biến độc lập và

biến phụ thuộc đều

nhập vào Databook

từ Variables Tab

13 Bấm phím View để cài đặt Case Study

14 Nhập các giá trị cho Low Bound, High Bound, Step Size

tương ứng với -25oC (-20oF), 5oC (10oF) và 5oC (10oF)

15 Bấm phím Start để bắt đầu tính toán

Như vậy Bạn đã hoàn thành với Case Study, tính toán bằng công

cụ Adjust khi không chọn Ignored trong hộp thoại.

Khoảng nhiệt độ nào sẽ thoả mãn giá trị nhiệt độ điểm sương của hydrocacbon?

Mô hình hóa nâng cao Kết nối chu trình làm lạnh Propan với nhà máy xử lý khí

Bạn đã hoàn thành ví dụ về nhà máy làm lạnh khí, bạn có thể kết nối nó với chu trình làm lạnh Propan

Công suất của bộ làm lạnh, Chiller Q trong nhà máy xử lý khí sẽ được kết nối với công suất của bộ làm lạnh Chill-Q trong chu trình

làm lạnh Propan

1 Kích đúp vào biểu tượng Sub- Flowsheet trên Object Palette

2 Chọn phím Read an Existing Template

3 Mở file Template lưu trong Module 2 C3Loop.tpl

4 Trong nhóm Feed Connections to Sub-Flowsheet, nối External Stream, Chiller Q với Internal Stream Chill Q

Khi hoàn thành việc kết nối, cả hai dòng (Internal và External) sẽ có chung một tên là dòng External Stream

Biểu tượng

Sub- Flowsheet

Lưu lượng dòng propane trong Chu trình làm lạnh là bao nhiêu?

Luyện tập với mô phỏng

Bài tập 1

Giá trị UA cho thiết bị trao đổi nhiệt khí-khí là 2e5 kJ/°C.h Tạo

những thay đổi cần thiết với thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt của bạn

để đạt được giá trị UA này Nó ảnh hưởng thế nào đến LMTD và nhiệt độ gần đúng?

Thực hành

Trong xây dựng nhà máy làm lạnh khí và chu trình àm lạnh bằng Propan, bạn quyết định những việc làm đơn giản và thêm vào tính toán bộ làm lạnh đơn trong mô hình tĩnh của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống và vỏ, là những vấn đề thực tế trong nhà máy Những bài tập đơn giản này là những việc sơ bộ ban đầu Bây giờ, ông chủ của bạn muốn bạn thay thế bộ làm lạnh với thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống và vỏ

Nhớ rằng HYSYS sẽ giúp bạn kết nối các dòng từ Flowsheet khác tới thiết bị trao đổi nhiệt Sử dụng chức năng này, bạn có thể tính toán giải quyết vấn đề này chỉ với một thiết bị trao đổi nhiệt trong nhà máy làm lạnh khí