Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М
Подождите немного. Документ загружается.
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
10.2. Расчет предохранительных клапанов
10.2.1. Предохранительные клапаны ПК
1
, ПК
2
на конденсаторе - испарителе
Пропускную способность предохранительного клапана рассчитывают по формуле
G = B
3
*
1
* F *
( P + 1 ) *
1 1
,
где
В
3
= 0,77 - коэффициент , учитывающий физико-химические свойства газов при
рабочих параметрах ;
1
= 0,65 - коэффициент расхода для газообразных сред , соответствующий
площади сечения клапана ;
F = 5026,55 - площадь сечения клапана , равная наименьшей площади сечения в
проточной части , мм
2
;
Р
1
= 6,9 - максимальное избыточное давление газа перед клапаном , кгс/см
2
;
1
= 9,759 - плотность газа перед клапаном при Р
1
= 0,79 МПа и Т = 283 К ;
G = 0,77 * 0,65 * 5026,55 *
9,759 * ) 1 + 6,9 (
G = 22090 кг/ч .
Клапан должен пропустить такое же количество воздуха , что и ВР
5
, т.е.
G = 10885,2 кг/ч .
Один клапан АПК - 81 - 150/4 обеспечит требуемые параметры .
10.2.2. Предохранительные клапаны ПК
4
, ПК
5
на колонне основной
211
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Пропускную способность предохранительного клапана рассчитывают по формуле
G = B
3
*
1
* F *
( P + 1 ) *
1 1
,
где
В
3
= 0,77 - коэффициент , учитывающий физико-химические свойства газов при
рабочих параметрах ;
1
= 0,65 - коэффициент расхода для газообразных сред , соответствующий
площади сечения клапана ;
F = 491 - площадь сечения клапана , равная наименьшей площади сечения в
проточной части , мм
2
;
Р
1
= 9,2 - максимальное избыточное давление газа перед клапаном , кгс/см
2
;
1
= 40,872 - плотность газа перед клапаном при Р
1
= 1,02 МПа и Т = 111,00 К ;
G = 0,77 * 0,65 * 491 *
40,872 * ) 1 + 9,2 (
G = 5017,63 кг/ч .
Количество воздуха , которое должен пропустить каждый клапан
G =
r05,24
Вq2
.С.О
,
где
q
О.С.
= 150 кДж/кмоль – теплопритоки к установке из окружающей среды ;
В = 25 500 м
3
/ч – количество воздуха , перерабатываемое установкой ;
r = 159,3 кДж/кг – теплота парообразования воздуха при Р
1
= 1,02 МПа ;
G =
3,15905,24
255001502
G = 1996,8 кг/ч .
Один клапан АПК - 81 - 50/4 обеспечит требуемые параметры .
10.2.3. Предохранительный клапан на пароотделителе ПК
3
Пропускную способность предохранительного клапана рассчитывают по формуле
G = B
3
*
1
* F *
( P + 1 ) *
1 1
,
где
212
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
В
3
= 0,77 - коэффициент , учитывающий физико-химические свойства газов при
рабочих параметрах ;
1
= 0,65 - коэффициент расхода для газообразных сред , соответствующий
площади сечения клапана ;
F = 63,6 - площадь сечения клапана , равная наименьшей площади сечения в
проточной части , мм
2
;
Р
1
= 9,2 - максимальное избыточное давление газа перед клапаном , кгс/см
2
;
1
= 42,305 - плотность газа перед клапаном при Р
1
= 1,02 МПа и Т = 104,04 К ;
G = 0,77 * 0,65 * 63,6 *
42,305 * ) 1 + 9,2 (
G = 661,24 кг/ч .
Количество азота , которое должен пропустить клапан
G =
r05,24
Вq15,0
.С.О
,
где
q
О.С.
= 150 кДж/кмоль – теплопритоки к установке из окружающей среды ;
В = 25 500 м
3
/ч – количество воздуха , перерабатываемое установкой ;
r = 150,9 кДж/кг – теплота парообразования азота при Р
1
= 1,02 МПа ;
G =
9,15005,24
2550015015,0
G = 158,1 кг/ч .
Один клапан АПК - 81 - 15/10 обеспечит требуемые параметры .
11. РАСЧЁТ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА
ПРОИЗВОДСТВО ГАЗООБРАЗНОГО АЗОТА
11.1. Минимальная теоретическая работа выделения азота из воздуха в
газообразном состоянии при р = 0,775 МПа и Т = 293 К
l
min
Аг
= RT·ln(p·y
Aг
/ p
Аг
),
213
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
где
R = 8,314 кДж/кмольК – универсальная газовая постоянная;
Т = 293 К – температура воздуха при н.у.;
р = 7,75 бар – давление продукционного азот;
y
Аг
= 0,9998 – чистота азота;
р
Аг
= 0,7812 бар – парциальное давление азота в воздухе;
l
min
Аг
= 8,314·293·ln(7,75·0,9998
/ 0,7812),
l
min
Аг
= 5589,204 кДж/кмоль,
l
min
Аг
= 0,06469 кВт·ч/м
3
.
11.2. Полная теоретическая энергия выделения газообразного азота из
воздуха при паспортной производительности установки
е
полн
= l
min
Аг
· П
Аг
,
где
П
Аг
= 8000 м
3
/ч – паспортная производительность установки по
газообразному азоту.
е
полн
= 0,06469
· 8000
,
е
полн
= 517,52 кВт.
11.3. Минимальная теоретическая работы выделения чистого газообразного
кислорода из воздуха при нормальных условиях
l
min
К
= RT·ln(p·y
К
/ p
К
),
где
R = 8,314 кДж/кмольК – универсальная газовая постоянная;
Т = 293 К – температура воздуха при н.у.;
р = 1,033 бар – давление воздуха при н.у.;
y
К
= 1 – чистота кислорода;
р
К
= 0,2095 бар – парциальное давление кислорода в воздухе;
l
min
К
= 8,314·293·ln(1,033·1
/ 0,2095),
l
min
К
= 3886,638 кДж/кмоль,
214
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
l
min
К
= 0,04498 кВт·ч/м
3
.
11.4. Производительность установки по условному газу
Условный газ - 100% кислород.
П
у.г.
= е
полн
/ l
min
К
,
П
у.г.
= 517,52 / 0,04498 ,
П
у.г.
= 11504,45 м
3
/ч.
11.5. Общая потребляемая мощность
Все расходы электроэнергии отнесены на получение газообразного азота.
N
= N
КМ
+ N
ХМ
+ N
БО
+ N
ЩУ
+ N
МТД
,
где
N
КМ
– мощность потребляемая компрессором, кВт;
N
КМ
= N
у
· k · ПВ
КМ
,
где
N
у
= 6300 кВт – установленная мощность компрессора К-905-61-1М;
k = 0,9 – коэффициент использования мощности компрессора;
ПВ
КМ
= 62,26% - доля или время использования оборудования;
N
КМ
= 6300 · 0,9 · 0,6226,
N
КМ
= 3530,35 кВт.
N
ХМ
– мощность потребляемая на выпуск 100 м
3
антифриза для охлаждения
воздуха перед БО, кВт;
N
ХМ
= 147,4 кВт.
N
БО
– мощность потребляемая на регенерацию блока очистки, кВт;
N
БО
= N
ЭП
· k · ПВ
,
где
N
ЭП
= 300 кВт – установленная мощность электроподогревателя;
k = 2 – количество работающих электроподогревателей;
ПВ =
нагр
/
адс
- продолжительность включения электроподогревателей,
где
нагр
= 2 ч – время нагрева;
адс
= 5 ч – время адсорбции;
ПВ = 2 / 5 = 0,4 ,
N
БО
= 300 · 2 · 0,4
,
215
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
N
БО
= 240 кВт.
N
ЩУ
– мощность потребляемая щитом управления, кВт (шкаф «Астра» - 0,5 кВт и
вновь установленный щит управления БВР А-8-1М – 0,5 кВт);
N
ЩУ
= 1 кВт.
N
МТД
– мощность потребляемая маслонасосом турбодетандера, кВт;
N
МТД
= 1,5 кВт.
N
= 3530,35 + 147,4 + 240 + 1 + 1,5 ,
N
= 3920,25 кВт.
11.6. Удельный расход электроэнергии на получение 1 м
3
условного газа
N
у.г.
= N
/ П
у.г.
,
N
у.г.
= 3920,25 / 11504,45 ,
N
у.г.
= 0,34076 кВт·ч/м
3
.
11.7. Удельный расход электроэнергии на получение 1 м
3
продуктового
газообразного азота
N
Аг
= N
/ П
Аг
,
N
Аг
= 3920,25 / 8000 ,
N
Аг
= 0,49003 кВт·ч/м
3
.
216
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
12. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ
217
Рис. 10. Расчётная схема установки А-8-1М
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
13. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТНЫХ ТОЧЕК
№
Место точки по
расчетной схеме
Величина
потока ,
кмоль
кмоль
Давление,
МПа
Темпе-
ратура ,
К
Энтальпия ,
кмоль
кДж
Прим.
1
Воздух на входе
в
теплообменник
основной А8
1 0,815 283 15485,0 -
2
Воздух на входе в
колонну основную А9
1 0,8 104,64 9644,74
х =
0,93981
3
Кубовая жидкость на
выходе из колонны
основной А9
0,65297 0,8 104,09 5263,7
нас.
жидк.
4
Кубовая жидкость на
входе в конденсатор –
испаритель А10
0,65297 0,4 94,68 5263,7
х =
0,106643
5
Азотная флегма
на выходе из колонны
основной А9
0,021536 0,79 100,2 4903,5
нас.
жидк.
6
Азотная флегма на
входе в пароотделитель
А13
0,021536 0,32 88,62 4903,5 х = 0,139
7
Азот жидкий
потребителю
0,018546 0,32 88,62 4193,6
нас.
жидк.
8
Азот газообразный
на выходе из
пароотделителя А13
0,002991 0,32 88,62 9305,5 нас. газ
9
Азот газообразный
после дросселирования
0,002991 0,135 84,51 9305,5 -
№ Место точки по Величина Давление, Темпе- Энтальпия , Прим.
218
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
расчетной схеме
потока ,
кмоль
кмоль
МПа
ратура ,
К
кмоль
кДж
10
Азот газообразный
продукционный на
выходе из колонны
основной А9
0,32549 0,79 100,2 9387,8 нас. газ
11
Азот газообразный
продукционный
потребителю
0,32549 0,775 280 15019,3 -
12
Отбросная фракция на
выходе из колонны
основной А9
0,647973 0,4 97,5 9924,4 нас. газ
13
Отбросная фракция на
входе в турбодетандер
ТД
0,647973 0,39 124 10799,9 -
14
Отбросная фракция
на выходе из
турбодетандера ТД
0,647973 0,135 97,67 10093,0 -
15
Отбросная фракция
после смешения с
газообразным азотом
0,650964 0,135 97,56 10089,38 -
16
Отбросная фракция на
выходе из теплообмен-
ника основного А8
0,650964 0,12 280 15019,3 -
17
Фракция безопасности
на выходе из колонны
основной А9
0,005 0,4 97,5 4952,5
нас.
жидк.
18
Фракция безопасности
на выходе из теплооб-
менника А19
0,005 0,35 273 15927,9
19
Отбросная фракция на
входе в теплообменник
А19
0,04707 0,113442 280 15450,6
20
Отбросная фракция на
выходе из
теплообменника А19
0,04707 0,101 240 14284,8
219
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
14 . ЛИТЕРАТУРА
1. Промышленная трубопроводная арматура . Каталог - справочник ,
Москва “ Цинтихимнефтемаш ” 1970 г.
2. Таблицы влажного воздуха , насыщенного водяными парами .
3. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения . Под ред. Епифано-
вой В. И. т. 1 , Москва “ Машиностроение ” 1973 г.
4. Термодинамические свойства воздуха . Сычев В. В. , Вассерман А. А. и
др. Москва “ Издательство стандартов ” 1978 г.
5. Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения .
Под ред. Малкова М. П. , Москва-Ленинград “ Госэнергоиздат ” 1963 г.
6. Теплообменные аппараты холодильных установок . Под ред. Даниловой
Г. Н. , Ленинград “ Машиностроение ” 1986 г.
7. Материалы в криогенной технике . Солнцев Ю. П. , Степанов Г. А.
Справочник , Ленинград “ Машиностроение ” 1982 г.
8. Справочник по теплообменникам . Под редакцией Б. С. Петухова , В. К.
Шикова , т.1,2 , Москва , “ Энергоатомиздат ” 1987 г.
9. Криогенная техника. Е. Г. Фастовский , Ю. В. Петровский , А. Е.
Ровинский . Москва , “ Энергия ” 1974 г.
220