Лабораторная работа № 2 Построение модели компрессорной установки

Цель работы:

1. Знакомство с возможностями создания стационарных моделей компрессоров средствами HYSYS.

2. Построение математической модели компрессорной установки.

3. Обеспечение сходимости итерационных расчетов отдельных элементов технологической схемы.

4. Обеспечение сходимости итерационных расчетов всей технологической схемы.

Модель компрессорной установки состоит из следующих основных элементов: ступени компрессора, промежуточные и концевые газоохладители; маслоохладители, охладители тосола, влагоотделители.

Операция Компрессор используется для сжатия газовых потоков. В зависимости от заданной информации Компрессор рассчитывает свойства потока (температуру или давление) или КПД сжатия.

Компрессор рассчитывает свойства потока (температуру или давление) или КПД расширения. Имеется несколько методов для расчета Компрессора в зависимости от заданной информации и от того, будут ли использоваться кривые-характеристики этих машин. В общем случае решение зависит от расхода, изменения давления, подведенной энергии и КПД. Компрессор дает пользователю возможность выбрать, что будет задано, а что – рассчитано. Убедитесь, что задача поставлена корректна.

Типовые методы решений для центробежного компрессора

1. Не используйте кривые-характеристики.

1.1. Расход и давление на входе известно. Задайте давление на выходе. Задайте адиабатический или политропический КПД. HYSYS рассчитает требуемую мощность, выходную температуру и оставшийся КПД.

1.2. Расход и давление на входе известно. Задайте КПД и мощность. HYSYS рассчитает давление и температуру на выходе и оставшийся КПД.

2. Используйте кривые-характеристики.

2.1. Расход и давление на входе известно. Задайте рабочую скорость. HYSYS использует характеристики для определения КПД и напора. HYSYS рассчитает давление и температуру на выходе и требуемую мощность.

2.2. Расход, давление на входе и КПД известны. HYSYS использует кривые для определения скорости и напора. HYSYS рассчитает давление и температуру на выходе и требуемую мощность.

В операциях Компрессор и Детандер используются одни и те же термодинамические принципы, различается лишь направление энергетического потока. Энергия затрачивается при сжатии и выделяется при расширении.

Для Компрессора изоэнтропический КПД представляет собой отношение изоэнтропической (идеальной) мощности, требуемой на сжатие, к действительной мощности.

Для адиабатического варианта операции Компрессор или Детандер (сжатие/расширение) рассчитываются вдоль линии постоянной энтропии от начального до конечного давления. Используя полученное значение энтальпии и заданный КПД, программа рассчитывает действительную энтальпию на выходе. Наконец, на основе этого значения и давления на выходе рассчитывается температура на выходе.

Для политропического варианта рабочая линия не является ни адиабатой, ни изотермой. Если КПД равен 100%, процесс подчиняется условию механической обратимости. Для необратимых процессов КПД политропы будет меньше 100 %. Работа, рассчитанная для механически обратимого процесса, умножается (для детандера) или делится (для компрессора) на КПД, в результате чего определяется действительная работа.

Политропический КПД рассчитывается по тем же уравнениям, что и изоэнтропический.

Для создания модели ступени компрессора после выполнения этапов 1–3 (создание набора единиц измерения, формирование пакета свойств и создание (параметризации) потоков сырья) необходимо расположить на графическом экране технологическую операцию Компрессор. Для этого

Нажмите соответствующую кнопку в кассе объектов и расположите компрессор на схеме. Активизируйте окно объекта

компрессор (двойной щелчок левой кнопки мыши по иконке компрессора на схеме).

На закладке Данные страницы Соединения специализированного окна компрессора задаются имена входного и выходного технологических потоков. В поле Имя можно изменить название аппарата, которое программа присваивает по умолчанию. Но если Вы задали имена технологических потоков заранее, чтобы присоединить потоки к компрессору, необходимо открыть падающий список поля названия потока и выбрать соответствующий поток, щелкнув по нему левой кнопкой мышки.

На странице Параметры можно выбрать Тип компрессора, например центробежный и задать адиабатический КПД 75 %.

На закладке Рабочая таблица задаем давление на выходе из компрессора.

Все остальные параметры выходного потока, а также энергетический поток HYSYS рассчитает автоматически.

Поршневой компрессор используется, если требуется получить высокое давление при невысоких расходах. Поршневой компрессор дает постоянный объемный расход и переменный напор на выходе, в то время как центробежный компрессор имеет постоянный напор, а объемный расход зависит от давления.

В HYSYS центробежный и поршневой компрессоры рассчитываются одной операцией. Однако методы решения несколько отличаются, поскольку поршневой компрессор не требует задания характеристик, но требует задания геометрических параметров. В настоящее время в HYSYS имеется модель одноступенчатого компрессора двойного или одинарного действия.

Типовой метод решения для поршневого компрессора

Входной поток должен быть полностью определен, т.е. температура, давление, расход и состав потока должны быть заданы.

На странице Параметры выберите Тип компрессора и задайте адиабатический или политропический КПД.

На странице Доп. параметры задайте геометрию компрессора: число цилиндров, действие (односторонний или двусторонний), диаметр цилиндра, ход и диаметр штока, а также потери клапанов (потери %). В HYSYS имеются принятые по умолчанию значения (выделены красным цветом).

HYSYS рассчитает требуемую мощность и выходную температуру, если задано давление на выходе (задать на закладке Рабочая таблица).

Сопротивление клапанов на входе и выходе можно учесть, задав потери, равные 4 % от величины VE. Для компрессоров, работающих без смазки, величина потерь увеличивается еще на 5 %. В компрессоре, работающем на пропане или аналогичном тяжелом газе, из объемного КПД следует вычесть еще 4%. Перечисленные выше потери суммируются, таким образом, величина потерь может составлять от 4 до 15 %.

Обратите внимание, что Вы можете задать какой-либо один КПД, адиабатический или политропический. Если Вы задали один КПД и расчет сошелся, HYSYS, используя рассчитанную нагрузку и условия потока, определит другой КПД. Поршневые компрессора имеют более высокие значения КПД, по сравнению с центробежными. Обычно их КПД составляет 85–95 %.