Petrol Gaze

Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilor

TEMA DE PROIECTARE

Sa se efectueze calculul termic de dimensionare a unui aparat de schimb de caldura in care

se condenseaza propan.

Date initiale:

temperatura propanului la intrare in condensator: t1’ 0C;

apa de racire are: la intrare, temperatura de t2’ = 150C, iar la iesire t2

” = 210C;

apa de racire circula prin interiorul tevilor, iar propanol prin exterior;

debitul de propan este

Etapa I de lucru

Sa se stabileasca datele initiale, functie de valoarea lui N (numarul curent din apel);

Sa se calculeze debitul de propan in unitati ale Sistemului International (SI);

Sa se traseze diagrama de variatie a temperaturii in condesator;

Sa se calculeze diferenta medie logaritmica de temperatura, in ipoteza ca cele doua fluide circula in

contracurent.

Schimbatoare de caldura pentru condensarea propanului

Schimbatoarele sunt aparate termice in care are loc transferul de caldura de la un agent

termodinamic mai cald, la altul mai rece.

In figura de mai jos este prezentata diagrama de variatie a temperaturilor celor doua fluide in

lungul suprafetei despartitoare, la un schimbator de caldura cu circulatia agentilor termici in

contracurent.

S-au notat:

- 1 fluid cald;

- 2 fluid rece;

- indicele (‘) intrare;

- indicele (“) iesire.

Transformarile termodinamice din aparatele de schimb de caldura, daca se neglijeaza

pierderile de presiune, sunt izobare. In fiecare aparat circula fluidul cald, caracterizat prin debit

masic , capacitate calorica masica la presiune constanta si temperatura de intrare,

UPG-Ploieşti pagina 2


respectiv iesire si fluidul rece, caracterizat prin debit masic , capacitate calorica

masica la presiune constanta si temperatura de intrare, respectiv iesire .

Ecuatiile principale ale schimbatoarelor de caldura

Calculul termic al schimbatoarelor de caldura de suprafata se bazeaza pe urmatoarele ecuatii

principale:

ecuatia de bilant termic: ;

ecuatia de transfer de caldura: ;

In ecuatia de bilant termic, fluxul termic cedat de agentul cald, lichid sau gaz perfect este:

,

iar pentu un gaz real sau vapori este: .

Fluxul termic preluat de agentul rece, pentru cele doua situatii privind fluidul de lucru, are

expresiile: , respectiv

.

Diferenta medie logaritmica de temperatura , se masoara in (K), dar in calculul

acesteia se introduc temperaturile fluidelor fie numai in (K), fie numai in (0C), deoarece reprezinta o

diferenta si rezultatele obtinute sunt egale in cele doua cazuri.

Daca se neglijeaza caldura disipata, rezulta ca: .

Diferenta medie logaritmica de temparatura:

.


Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilorCand circulatia agentului are loc in curent incrucisat sau mixt, se calculeaza cu relatia de

mai sus diferenta medie logaritmica de temparatura, considerand ca fluidele circula in contracurent,

dupa care se aplica un coeficient , unde

si deasemenea depinde de modul

de circulatie al agentilor termici. Coeficientul se citeste din diagramele specific.

In timpul functionarii schimbatoarelor de caldura, apar depuneri (piatra, namol, alge), pe

suprafetele de schimb de caldura. Din cauza depunerilor, se micsoreaza coeficientul global de

transfer de caldura si este necesara curatirea suprafetelor de schimb de caldura.

Daca in schimbatorul de caldura are loc schimbarea de faza a unui agent termodinamic,

fluxul termic se calculeaza cu relatia:

,

in care este caldura latenta specifica de vaporizare/ condensare, [J/(kgK)].

Calcul:

temperatura propanului la intrare in condensator: t1’ 0C

t1’=360C; t1

’= t1”;

debitul de propan este ;

;

diagrama de variatie a temperaturii in condesator:

diferenta medie logaritmica de temparatura:


maxT

t1’=360C

t1

”=360C

t2’=150C

t2”=210C

T (0C)

minT


Etapa a II-a de lucru

Calculul de predimensionare a aparatului de schimb de caldura.

Date initiale:

apa de racire circula prin interiorul tevilor, iar propanul prin exterior;

condensatorul este tubular, cu tevi orizontale din otel cu diametrul ;

deoarece propanul dizolva uleiul antrenat de compresor, se considera ca suprafata exterioara

a tevilor este curata. La interior se considera un strat de depuneri de piatra cu grosimea de

;

conductivitatea termica a materialului tevii este , iar a stratului de

piatra .

Calcul:

Din ANEXA I presiunea propanului la temperatura de saturatie (vaporizare/condensare/

lichefiere) , prin interpolare rezulta .

Din ANEXA I entalpia vaporilor saturati uscati de propan, la temperatura de saturatie

, prin interpolare rezulta .

Din ANEXA I entalpia lichidului saturat de propan, la temperatura de saturatie

, prin interpolare rezulta .

Fluxul termic cedat de propanul care se condenseaza este:

, sau .

Fluxul termic preluat de apa de racire, pentru un randament de izolatie , este:

.

Debitul de apa de racire necesar este:



.

;

Se calculeaza Criteriul Prandtl pentru temperatura medie a apei de racire:

Se calculeaza Criteriul Prandtl pentru temperatura peretilor tevii:

.

Se calculeaza Criteriul Nusselt cu relatia: , deoarece Re>104,

regimul de curgere al apei este turbulent, iar raportul dintre lungimea tevilor si diametrul interior

Calculul coeficientului de transfer de caldura prin convectie pe partea apei de racire:

.

Etapa a IV-a de lucru

Determinarea coeficientului de convectie al vaporilor de propan care se condenseaza.

Date initiale:

temperatura in stratul limita al peliculei de condensat, formata pe exteriorul tevilor este:

;

Calcul:



La temperatura , in zona peliculei de condensat proprietatile termofizice ale propanului

sunt:

densitatea: , unde:

- reprezinta densitatea propanului in stare de vapori saturati uscati si se calculeaza cu relatia:

;

- reprezinta densitatea propanului in stare de lichid si se calculeaza cu relatia:

;

.

capacitatea calorica masica: , unde:

- reprezinta capacitatea calorica a propanului in stare de vapori saturati uscati si se calculeaza cu

relatia:

;

- reprezinta densitatea propanului in stare de lichid si se calculeaza cu relatia:

;

conductivitatea termica: ,

.

vascozitatea cinematica: :

la lichid ;

.

Pentru determinarea coeficientului de convectie al vaporilor de propan care se



.

coeficientul de schimb de caldura raportat la 1m2:

, unde ;

;

.

suprafata necesara de schimb de caldura a condesatorului:

;

lungimea aparatului pentru numarul ales, n=87 tevi:

;

condensatorul se realizeaza cu un numar de z=4 treceri, lungimea acestuia fiind:

;

numarul de tevi montate pe placa tubulara va fi:

tevi.

Din STAS alegem n=397 tevi care vor fi amplasate intr-un numar de 12 hexagoane, avand

cate 23 tevi pe diagonala. Tevile se dispun pe placa tubulara pe laturile unor hexagoane regulate

concentrice, cu pasul t=35mm in cate 8 randuri orizontale pentru fiecare drum de apa.

diametrul interior al mantalei este: , unde:

de=30mm; dmax=30,5mm; pasul t=35mm; toleranta ; s=2,5mm; ; .

.

diametrul interior al mantalei este: , unde:

,

Continutul disciplinei Proiect la TRANSPORTUL SI INMAGAZINAREA GAZELOR LICHEFIATE


Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilorDate initiale pentru calculul termic de proiectare a unui aparat de schimb de caldura din

circuitul de stocare a unor hidrocarburi lichefiate;

Diferenta medie logaritmica de temperatura;

Ecuatii de bilant;

Proprietati termodinamice a fluidelor de lucru;

Coeficientii de transfer de caldura;

Coeficientul global de transfer de caldura;

Calculul suprafetei de schimb de caldura;

Stabilirea schemei constructive a aparatului de schimb de caldura;

Sustinerea proiectului.

Etapele proiectului

Etapa I de lucru

Sa se stabileasca datele initiale, functie de valoarea lui N (numarul curent din apel);

Sa se calculeze debitul de propan in unitati ale Sistemului International (SI);

Sa se traseze diagrama de variatie a temperaturii in condesator;

Sa se calculeze diferenta medie logaritmica de temperatura, in ipoteza ca cele doua fluide

circula in contracurent.

Etapa a II-a de lucru

Calculul de predimensionare a aparatului de schimb de caldura.

Etapa a III-a de lucru

Determinarea coeficientului de transfer de caldura prin convectie pe partea apei de racire.

Etapa a IV-a de lucru

Determinarea coeficientului de convectie al vaporilor de propan care se condenseaza.

Etapa a V-a de lucru

Determinarea coeficientului global de transfer de caldura.

Dimensionarea aparatului de schimb de caldura.

.

fluxul de caldura longitudinal schimbat intre fluide este:

;

temperaturile reale ale peretilor tevii sunt:

; ;



; ;

temperatura la diametrul d3 este: ;

;

temperatura medie a peretelui tevii:

;

Diferenta medie logaritmica de temperatura a fost determinata in ipoteza circulatiei fluidelor

in contracurent si cu o singura trecere si deoarece s-a adoptat o formula constructiva cu 4 treceri,

este necesara corectia valorii obtinute : ;

- factorul de corectie , pentru sistemul de circulatie ales si valorile lul P si R, se obtine din

graphic si are valoarea 0,99.

;

- se obtine: ;

;

-se calculeaza: ;

;

Suprafata reala de schimb de caldura:

;

Lungimea reala a schimbatorului va fi:

;

.



Schematic aparatul de schimb de caldura este prezentat in figura de mai jos:



CONCLUZII

Cercetarile au pus in evidenta importanta deosebita care o are asupra performantei aparatelor

de schimb de caldura, realizarea lor constructiva: tolerantele dintre diametrul sicanei si al mantalei,

spatiile libere dintre manta si sirul periferic al fascicolului.

Cresterea vitezei de curgere si a turbulentei evita formarea de depuneri pe suprafetele

tuburilor. Vitezele mari amelioreaza transferal de caldura.

Materialele de constructie folosite la schimbatoarele de caldura depind de fluidele folosite,

de cerintele procesului tehnologic si de durata de functionare a aparatului.



ANEXA I

Proprietatile vaporilor saturati de propan




Masterat în specializarea Tehnologia transportului, depozitării şi distribuţiei hidrocarburilorANEXA II

Proprietatile fizice ale apei

t

[0C]

ρ

[kg/m3]

ν

[m2/s]

cp

[kJ/(kgK)]

λ

[W/(mk)]

0 999,9 1,790· 10-6 4,21 0,881

10 999,7 1,300· 10-6 4,19 0,575

20 998,2 1,000· 10-6 4,18 0,599

30 995,7 0,805· 10-6 4,17 0,617

40 992,2 0,659· 10-6 4,17 0,634

50 988,1 0,556· 10-6 4,17 0,648

60 983,2 0,479· 10-6 4,18 0,660

70 977,8 0,415· 10-6 4,19 0,668

80 971,8 0,366· 10-6 4,20 0,675

90 965,3 0,326· 10-6 4,21 0,681

100 958,4 0,295· 10-6 4,22 0,683



BIBLIOGRAFIE


2012

2012

Documents

Petrol Gaze