Диплом АВО ГАЗА Нортгаз. Пояснительная записка на 69 листах 2 Чертежи всего три, в том числе Лист первый Технологическая схема дкс, формат А1

Название	Пояснительная записка на 69 листах 2 Чертежи всего три, в том числе Лист первый Технологическая схема дкс, формат А1
Дата	26.05.2022
Размер	1.2 Mb.
Формат файла
Имя файла	Диплом АВО ГАЗА Нортгаз.docx
Тип	Пояснительная записка #550550
страница	7 из 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

2.4 Современные и перспективные технологии развития АВО газа

Повышение надежности и эффективности эксплуатации АВО сырого газа может быть достигнуто путем создания системы автоматизированного управления (САУ), обеспечивающей:

• автоматическое поддержание заданной температуры газа на выходном коллекторе АВО наиболее рациональным способом;

• плавный пуск электродвигателей вентиляторов;

• недопущение гидратообразования в теплообменных трубках АВО. Применяют следующие способы регулирования АВО газа:

• воздействие на производительность вентиляторов;

• жалюзирование поверхности теплообмена;

• включение-отключение вентиляторов;

• рециркуляция охлаждающего воздуха перед теплообменными секциями АВО газа;

• перепуск части технологического потока по байпасным линиям

• увлажнение охлаждающего воздуха и поверхности теплообменных секций АВО газа. Регулирование воздействием на производительность вентиляторов возможно путем изменения частоты вращения электродвигателей вентиляторов и изменения угла поворота лопастей вентиляторов. Наиболее эффективным и экономичным способом регулирования производительности вентиляторов является плавное изменение их скорости (частоты) вращения, которое достигается применением частотно регулируемого привода. Применение ЧРП вентиляторов позволяет достичь следующих преимуществ по сравнению с традиционными методами :

• уменьшение энергопотребление в среднем на 35%;

• устранение пусковых токов и перегрузок двигателя на период пуска;

• уменьшение механического износа оборудования и снижение затрат на его техническое обслуживание и ремонт благодаря снижению кратности пусковых токов и моментов, снижения скорости расходования ресурса объекта. В ЗАО Нортгаз была разработана САУ АВО газа ДКС. САУ предназначена для обеспечения точного (±2°С) автоматического поддержания заданной температуры газа в выходном коллекторе АВО за счёт плавного изменения частоты и направления вращения вентиляторов независимо от изменения температуры газа в входном коллекторе АВО и температуры воздуха. При создании САУ АВО газа преследовались следующие цели:

• уменьшение вероятности возникновения аварийных ситуаций;

• облегчение условий и повышение культуры труда технологического персонала, за счет предоставляемого системой сервиса;

• уменьшение количества выполняемых технологическим персоналом функций за счет их автоматизации;

• повышение информационного обеспечения технологического и эксплуатационного персонала;

• повышение точности измерения и надежности работы самой системы управления за счет применения современных технических устройств на основе электронных и вычислительных средств и наличия самодиагностики;

• уменьшение материальных и энергетических затрат. Ключевым критерием качества работы САУ АВО газа является стабильность заданных характеристик технологического процесса. В целом, внедрение САУ АВО газа должно обеспечивать достижение главной цели: получение стабильной прибыли за счет повышения информационного обеспечения, точности и надежности технических устройств, уменьшения материальных и энергетических задач. Структура разработанной САУ АВО газа соответствует магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и имеет распределенное программное обеспечение и базу данных.
3 Расчетная часть
3.1 Расчет теплового баланса АВО газа
Целью расчета теплообменного аппарата является определение его геометрических размеров, тепловых и конструктивных показателей для конкретных технологических условий.

Исходными данными для расчета являются расход и температуры охлаждаемого или конденсируемого теплоносителя, теплофизические свойства

теплоносителя, включая данные по фазовому переходу (если он происходит).

Исходные данные:

− место расположения аппарата: Северо –Уренгойское месторождение;

− коэффициент ореберения ϕ: 20;

− наименование рабочей среды: природный газ;

− давление пробное P_пр, Мпа: 10,49;

− давление рабочее P_р, Мпа: 8,3;

− температура теплоносителя на входе, t₁,⁰С: 61;

− температура теплоносителя на входе t₂, ⁰С: 19;

− температура воздуха на входе t_1в, ⁰С: 20,8;

− температура воздуха на выходе t_2в,⁰С: 27,6;

− количество охлаждаемого продукта V: 400000;

− количество используемого воздуха V_в: 120000.

Расчетные данные приведены в таблице 4:
Таблица 4 – Основные параметры оребренной трубы

Параметр	Коэффициент оребрения
Параметр	ϕ =9	ϕ =14,6	ϕ =20
Диаметр трубы у основания ребер d_н, мм	28	28	27
Диаметр основной трубы(для биметаллических) d, мм	25	25	25
Внутренний диаметр трубы биметаллической d_ВН, мм	21	21	21
Внутренний диаметр трубы монометаллической d_ВН, мм	22	22	22
Шаг ребер u, мм	3,5	3	2,5
Количество ребер на 1 м трубы	286 ± 5	333 ± 5	400 ± 5
Высота ребер h, мм	10,5	14	15
Толщина ребер в верхней части (у торца) δ₁, мм	0,6	0,6	0,6
Толщина ребер у основания δ₂, мм	1,1	1,1	1,1
Диаметр ребер D_р, мм	49	56	57
Площадь теплообмена 1 м трубы, м ²: по оребрению F_тр по неоребренной поверхности F_н	0,792 0,088	1,284 0,088	1,69 0,085

По таблице 4 выбираем:

− диаметр трубы у основания рёбер d_н,мм: 27;

− диаметр основной трубы d, мм: 25;

− внутренний диаметр трубы d_вн, мм: 21;

− шаг рёбер U: 2,5;

− количество рёбер на 1 м трубы: 400 ± 5;

− высота рёбер h, мм: 15;

− толщина ребер в верхней части δ₁, мм: 0,6;

− толщина ребер у основания δ₂, мм: 1,1;

− диаметр ребер Dр, мм: 57.

Площадь теплообмена 1 м трубы:

− по оребрению F_тр: 1,69;

− по неоребренной поверхности F_н: 0,085.

Используемые в расчетах константы:

− теплопроводимость воздуха

− теплопроводимость природного газа

− кинематическая вязкость воздуха

− кинематическая вязкость природного газа

− плотность воздуха

− плотность природного газа

− удельная теплоёмкость воздуха

− удельная теплоёмкость природного газа С,

: 2,22

− поверхность корпуса аппараты контактирующая с

воздухом F_корп, м²: 9930
Большая и меньшая разность температур между теплоносителями на концах теплообменника:

, (1)

(2)

Расчет теплового баланса
Основными уравнениями теплового расчета АВО являются уравнение теплового баланса и основное уравнение теплопередачи. Оба эти уравнения решаются совместно, причем для определения тепловой нагрузки применяется уравнение теплового баланса, а для определения поверхности теплообмена служит основное уравнение теплопередачи.
Рассчитаем тепловую нагрузку:

(3)
Если считать, что тепло передается воздуху, и учитывать потери тепла в

окружающую среду, тогда:

(4)

При передаче тепла воздуху:

Рассчитаем средние температуры теплоносителя и воздуха:

, (5)

(6)

Рассчитываем температуру стенки:

( (7)

Рассчитываем потери тепла в окружающую среду:

Тогда общая тепловая нагрузка:

(8)

Таблица 5 – Некоторые значения тепловой напряженности в АВО

Наименование процесса	Величина тепловой напряженности	Коэффициент теплопередачи
Конденсация и охлаждение толуола	6700	62
Охлаждение ароматических углеводородов	8800	84
Охлаждение газопродуктовой смеси	4300	98
Охлаждение паровой смеси	5600	91
Конденсация и охлаждение паров бензина, газа C₄и водяного пара	7500	168
Охлаждение дизельного топлива	4400	93
Охлаждение керосина	5300	92

Выбираем из таблицы 5 подходящую величину теплонапряженности

аппарата воздушного охлаждения:

(9)
Определяем необходимую теплопередающую поверхность аппарата:

(10)
По таблице 5 подбираем конкретный аппарат воздушного охлаждения

(тип, количество рядов труб в секции, количество ходов по трубам, давление,

коэффициент оребрения труб, коэффициент увеличения поверхности).
Таблица 6 – Параметры некоторых АВО специального назначения

Тип аппарата	2 АВГ–75	2 АВГ–100	АВГ–160		АВГ–300
Коэффициент оребрения труб	20	20	14,6		14,6
Движение условное МПа	7,5	10	до 17		32
Число секций	3	3	4		4
Количество рядов труб	6	6	6		8
Число ходов по трубам	1	1	3		4
Количество труб	528	528	208		252
Длина труб м	12	12	8		8
Диаметр колеса вентилятора м	5	5	2,8		2,8
Тип двигателя для вентилятора	ВАСО –16 –14 –24	ВАСО –16 –14 –24	ВАСО –37		ВАСО –37
Мощность двигателя , кВт	37	37	37		37
Количество вентиляторов	2	2	4		4
Наружная поверхность труб (по оребрению) м²	9930	9930	7920		9600
Назначение	Охлаждение газа на компрессорных станциях и магистральных трубопроводах			Охлаждение природного газа и конденсация углеводородов		Охлаждение продукта в агрегате синтеза метанола

Полностью удовлетворяет искомым эксплуатационным условиям аппарат

2АВГ – 100:
– давление условное P_усл., Мпа : 10

– число секции шт.: 3

– число рядов труб Z: 6

– число ходов по трубам: 1

– длина труб м: 8

– количество рядов вентиляторов шт.: 2

– теплопередающая поверхность аппарата: 421,65
Основное уравнение теплопередачи:

, (11)

где:
Коэффициент теплопередачи:

Полная поверхность теплообмена:

Средняя разность температур теплоносителей по все поверхности теплообмена:

(12)

Рассчитываем среднюю разность температур при перекрестном токе:

Поправочный коэффициент определяется графически в зависимости от вспомогательных величин R1 и P:

Определяем поправочный коэффициент (Приложение А рисунок 1):

Определяем поправочный коэффициент:

Рассчитываем средняя разность температур теплоносителей по все поверхности теплообмена:

Рассчитаем поправочную величину тепловой нагрузки:

В общем виде коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

(13)

где:

Коэффициент теплоотдачи со стороны продукта:

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха:

Сумма тепловых сопротивлений материала стенки и загрязнений со стороны продукта и воздуха:

Коэффициент теплоотдачи от продукта:
Рассчитаем число Рейнольдса для определения режима движения продукта в трубах:

(14)

где:
Скорость потока продукта:

где:
площадь свободного сечения перед секциями аппарата:

Скорость потока продукта в узком сечении:

где:

коэффициент сужения

Тепловые сопротивления:

В связи с тем, что в аппаратах воздушного охлаждения применяются биметаллические трубы, для подсчета теплового сопротивления используется величина, полученная путем условной замены биметаллической трубы с двумя слоями разных металлов трубой с одним слоем суммарной толщины с таким эквивалентным коэффициентом теплопроводности λ ЭКВ, чтобы тепловое сопротивление эквивалентного слоя было равно тепловому сопротивлению биметаллической трубы.

Определим эквивалентный коэффициент теплопроводности:

(15)
где:
Коэффициент теплопроводности материала наружной трубы:

Коэффициент теплопроводности материала внутренней трубы:

Определим эквивалентный диаметр трубы:

(16)

Как показывает опыт эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения, загрязнение наружной оребренной поверхности труб практически не происходит. Таким образом, тепловое сопротивление загрязнений в АВО имеет место только со стороны охлаждаемого продукта в трубах.

Расход электроэнергии на привод вентилятора.

Аппараты воздушного охлаждения укомплектовываются электродвигателями различной мощности, выбираемыми по максимальным

расчетным нагрузкам.

Мощность электродвигателя:

(17)

где:
Мощность на валу вентилятора

Где:

Подача вентилятора:

КПД вентилятора:

КПД электродвигателя:

КПД передачи:

Давление, создаваемое вентилятором:

Вывод: Полностью удовлетворяет эксплуатационным условиям аппарат 2АВГ – 100

1 2 3 4 5 6 7 8 9