Mô phỏng công nghệ hóa học và dầu khí - Bơm

năng suất, áp suất, công suất và tính ra hiệu suất tương ứng với từng vòng quay. Kết quả lập được quan hệ Q-N và Q-η trên đồ thị hình 7. Những đường cong biểu diễn quan hệ này được gọi là đặc tuyến của bơm. Khi biết đặc tuyến của bơm có thể chọn được chế độ làm việc thích hợp trong điều kiện nhất định. Đối với số vòng quay không đổi thì Q tăng khi H giảm, trừ giai đoạn đầu là giai đoạn làm việc không ổn định (kèm theo va đập thuỷ lực) thì H và Q cùng tăng. Do đó đối với bơm tốt sẽ không có đoạn này. Nếu làm thí nghiệm với số vòng quay khác nhau, sẽ nhận được một dãy các đường cong Q-H như trên hình 8. Hình 7. Đường đặc tuyến của bơm ly tâm Qua đồ thị hình 8 thấy rằng, ở mỗi giá trị vòng quay bơm có một giá trị hiệu suất cao nhất ứng với một điểm trên đường Q-H. Khi lệch khỏi điểm này về bất kì phía nào của đường cong đều cho hiệu suất thấp. Nối những điểm có hiệu suất bằng nhau của các đường Q-H lại, nhận được những đường η = const. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ này được gọi là đặc tuyến chung của bơm. 12 Dùng đồ thị đặc tuyến chung dễ dàng thiết lập giới hạn sử dụng bơm có hiệu quả nhất và chọn được chế độ làm việc thích hợp cho bơm Hình 8. Đặc tuyến chung Q-H của bơm ly tâm 4.2. Đặc tuyến mạng ống và điểm làm việc của bơm Khi chọn bơm và điều kiện làm việc, ngoài đặc tuyến của bơm còn phải dựa vào đặc tuyến mạng ống (bao gồm ống dẫn và các thiết bị đặt trên đường ống). Như vậy bơm được chọn phải tương ứng với trở lực của đường ống. Đặc tuyến đường ống biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng của chất lỏng chuyển động trong đó và áp suất cần thiết. Áp suất được tính bằng tổng chiều cao hình học mà chất lỏng cần được đưa đến Hh (gồm chiều cao hút và đẩy), trở lực thuỷ lực trong mạng ống Hm và độ chênh áp suất ở đầu ống hút và cuối ống đẩy Ho, vậy ta có H = Hh + Hm + Ho Cụ thể các thành phần như sau: Hm = Hh + Hd 13 2w ( ) 2 td m l l H d g    (gồm trở lực ma sát và cục bộ) Hm theo công thức quan hệ với lưu lượng là: Hm = k.Q2 Với k- hệ số tỷ lệ 2 1 0 p p H g   Với p2 và p1 – áp suất ở cuối ống đẩy và đầu ống hút Phương trình theo quan hệ lưu lượng có: H= Hh + Ho + k.Q2 H= A + k.Q2 Với Hh + Ho = A = const (cho trường hợp cụ thể) Công thức có dạng parabon, đường biểu diễn không đi qua gốc toạ độ. Nếu biểu diễn đặc tuyến của bơm và mạng ống trên cùng đồ thị thì chúng sẽ cắt nhau tại điểm M là điểm làm việc của bơm đối với mạng ống đã cho và ứng với năng suất Q1 cao nhất mà bơm có thể đạt được. Nếu tăng năng suất của bơm đến Q3 > Q1 thì áp suất do bơm tạo ra sẽ nhỏ hơn áp suất cần thiết bơm phải đạt được để thắng trở lực mạng ống do đó bơm không làm việc được. Nếu năng suất bơm là Q2 sẽ thừa năng lượng gây tiêu tốn năng lượng không cần thiết. Hình 9. Đặc tuyến chung của bơm và đường ống Bơm M Q 1 hv kQ2 Q Đường ống A Q3 H Q1 Q2 14 5. Bơm trong Hysys Máy bơm được sử dụng để làm tăng áp lực của dòng chất lỏng đi vào. Phụ thuộc vào thông tin được cung cấp, máy bơm sẽ tính toán áp suất, nhiệt độ chưa biết hoặc hiệu suất bơm. Cài đặt Pump bấm phím F12 và chọn Pump từ UnitOps view hoặc chọn từ Object Palette. Để bỏ qua máy bơm trong quá trình tính toán chọn Ignore. Hysys sẽ hoàn toàn bỏ qua sự hoạt động (và sẽ không tính toán dòng ra) cho đến khi khôi phục lại và kích hoạt nó bằng cách bỏ dấu tích đi. Chọn ô On Pump Switch để kích hoạt hoặc không kích hoạt bơm hoạt động. Nếu như ô này được chọn, máy bơm được bật lên và sẽ hoạt động bình thường. Nếu không Hysys sẽ không thay đổi dòng chât lỏng đi qua, có nghĩa là dòng đi ra sẽ hoàn toàn giống như dòng đi vào. Khi sử dụng ô chọn On Pump Switch, nên cung cấp độ tăng áp hơn là chỉ ra áp suất dòng đi vào và dòng đi ra. Nếu như cung cấp ∆P, giá trị này đơn giản sẽ bị bác bỏ khi tắt máy bơm. Mặt khác nếu như xác định áp suất của dòng đi vào và dòng đi ra, sẽ gặp lỗi đồng nhất khi tắt máy, vì Hysys cố gắng để dòng đi ra có trạng thái như dòng vào. 5.1. Nguyên lý của bơm Nếu như dòng nguyên liệu đã được xác định đầy đủ, chỉ cần cung cấp hai trong những biến sau để bơm có thể tính toán tất cả các biến chưa biết:  Áp suất dòng ra hoặc sự giảm áp suất  Hiệu suất  Năng lượng bơm HYSYS cũng có thể tính ngược lại áp suất đi vào. Chú ý rằng đối với một máy bơm, hiệu suất 100% không tương ứng với sự nén đẳng entropi của chất lỏng. Các tính toán của máy bơm được thể hiện bới HYSYS với sự thừa nhận rằng chất lỏng là không nén được; có nghĩa tỷ trọng là giá trị không đổi (thể tích chất lỏng không phụ thuộc vào áp suất). Đây là một sự thừa nhận thông thường cho các chất lỏng ở xa khỏi điểm tới hạn, và phương trình chuẩn đưa ra ở trên được chấp nhận rộng rãi cho việc tính toán áp suất cần thiết. Tuy nhiên, nếu như muốn thực hiện phép tính Biểu tượng bơm 15 về bơm chất lỏng có thể nén được một cách chính xác hơn (ví dụ như chất lỏng ở gần điểm tới hạn), nên thiết lập máy nén (Compressor) thay cho máy bơm (Pump). Nếu như chọn cách thể hiện máy bơm bằng cách thay thế bằng máy nén trong HYSYS, công suất cần thiết và độ tăng nhiệt độ của máy nén sẽ luôn lớn hơn của máy bơm (đối với cùng một dòng chất lỏng), vì máy nén sẽ coi như là chất lỏng nén được. Khi áp suất của chất lỏng nén được tăng lên, nhiệt độ cũng sẽ tăng, và thể tích riêng sẽ giảm. Công sẽ lớn hơn để vận chuyển chất lỏng so với khi nó không nén được, thể hiện sự tăng nhiệt độ một chút, như trường hợp với một máy bơm trong HYSYS. 5.2. Design Tab Gồm 6 trang: Connections, Parameters, Curves, Links, User Variables, Notes. Connections Page Trang này cung cấp thông tin về tên dòng vào, dòng ra và năng lượng đi kèm với máy bơm. Parameters Page Những thông số thích hợp cho máy bơm là hiệu suất đoạn nhiệt, ∆P và năng lượng bơm (công suất). Chú ý rằng có thể cung cấp cả áp suất dòng vào và dòng ra, trong trường hợp HYSYS sẽ tính toán ∆P. Hoặc có thể cung cấp áp suất của một dòng và ∆P, HYSYS sẽ tính áp suất của dòng còn lại. 16 Curves Page Nếu như muốn cung cấp đồ thị đường cong đặc tuyến của bơm, chọn trang Đồ thị và cung cấp các hệ số cho phương trình bơm bậc 2, cũng như đơn vị cho áp suất và lưu lượng. Sau đó chọn Activate Curves, và HYSYS sẽ xác định độ tăng áp qua máy bơm cho tốc độ dòng chảy đã biết. Để tránh lỗi trùng lặp, cần phải chú ý chắc chắn rằng chưa khai báo độ tăng áp qua máy bơm, cả trong dòng chảy đi kèm cũng như quá trình hoạt động. 17 User Variables Page Trang User Variables cho phép tạo ra và bổ sung các biến trong case mô phỏng HYSYS. Để có thêm thông tin về trang này, xem chương User Variables trong Customization Guide. Notes Page Trang Notes cung cấp đoạn văn bản, trong đó có thể ghi lại bất cứ lời bình luận nào hoặc thông tin nào về Máy bơm, hoặc liên quan đến mô phỏng nói chung. 5.3. Rating Tab Nếu như đang làm việc trong chế độ mô phỏng tĩnh, không cần phải thay đổi bất cứ thông tin nào trong các trang có thế truy cập từ tab này. Để có nhiều thông tin hơn về vận hành máy bơm trong chế độ động, xem chỉ dẫn Dynamic Modeling. 5.4. Worksheet Tab Tab này bao gồm tóm tắt thông tin có trong hiển thị về thuộc tính của dòng chảy đối với tất cả các dòng chảy đi kèm với sự vận hành. Các trang Conditions, Properties, và Composition bao gồm những thông tin được chọn lọc từ các trang tương ứng của tab Worksheet đối với hiển thị thuộc tính dòng chảy. Trang PF Specs trong tab Dynamics chứa hiển thị tóm tắt thuộc tính dòng chảy. 18 5.5. Performance Tab Results Page Trang Results chứa đựng những thông tin áp suất của máy bơm. Các giá trị cho áp suất, tốc lực, ∆P, ngoại trừ áp suất tĩnh đều là những giá trị đã được tính toán. Ô Áp suất tổng chỉ được dùng cho mô phỏng động. Để có thêm thông tin, tham khảo Chương 6 - Rotating Equipment của chỉ dẫn Dynamic Modeling. 5.6. Dynamics Tab Tab này chỉ được dung cho mô phỏng động. Để có thêm thông tin về tab này, tham khảo Chương 6 - Rotating Equipment của chỉ dẫn Dynamic Modeling. 19 Tài liệu tham khảo 1. GS. Nguyễn Bin. Các quá trình,thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm. Tập 1. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007. 2. Perry’s Chemical Engineers' Handbook. 8th Edition, McGraw-Hil, 2008. 3. Visual Encyclopedia of Chemical Engineering Equipments. MIT, 2001. 4. Hysys Manual.