דלג לתוכן ראשי

k = מעריך איזואנטרופי

החשיבות של  k  עבור שסתום בטיחות

נערך על ידי אלסנדרו Ruzza 

גודלם של שסתומי בטיחות המיועדים לפרוק גזים או אדים, לפי אוסף lspesl "E", דורש ידע על המעריך האיזואנטרופי k בתנאי פריקה.

יישום רשלני של אוסף lspesl "E" פרק "E.1", הנוגע לגודל של שסתומי בטיחות, עלול להוביל להערכת יתר של יכולת הפריקה של שסתומים ודיסקים קרעים.

מאמר זה נותן כמה קווים מנחים להערכת הערך של k עבור גזים אמיתיים ו
מדגיש את הטעות על ידי התייחסות ל-k שווה ליחס של חום ספציפי Cp/Cv

טעות ראשונה ובוטה שיש להימנע ממנה היא להשתמש בנוסחה באוסף 'E', תקף לגזים או אדים, במצבים שבהם פריקה דו פאזי של נוזל וגז/אדים מתרחש. במקרים כאלה, למעשה, הקטרים ​​המחושבים יהיו ללא ספק מועטים לעומת הצורך האמיתי.
שגיאה שנייה, שבמקרים רבים עלולה להוביל ל להקטין את מערכת הבטיחות, הוא לתת למעריך האיזואנטרופי k את הערך של יחס Cp/Cv. בעוד שהנקודה הראשונה תהיה נושא לסדרה של מאמרים הבאים, כאן נרצה לתת כמה רמזים שימושיים לחישוב המעריך האיזואנטרופי ולהראות, במקרים קונקרטיים, את גודל השגיאה שניתן לעשות.

יציאה איזואנטרופית דרך זרבובית

 

הנוסחא [1] המשמש בקולקציה "E", כמו גם באיטלקית אחרת [2] וזר [3] standהמדדים, לחישוב שסתומי בטיחות שחייבים לפרוק גזים או אדים, הוא זה של הזרימה האיזואנטרופית דרך זרבובית בתנאי קפיצה קריטיים, אשר עבור גז אידיאלי הוא:

אוסף הנוסחה "E"

איפה האקסansiעל מקדם C ניתן על ידי:

expansiעל מקדם C

להיות k המעריך של ה-exponent האיזואנטרופיansiעל המשוואה: pxv^k=עלות

נוזלP1 (bar)T1 (°C)q' (ק"ג/שעה)q (ק"ג/שעה)(q'/q) x 100
מתאן125014721466100.4
מתאן2320023142267102.1
פרופאן1210022612181103.7
הקסאן1217830992740113.1
הקסאן2322065195111127.5
הפטן1221532322821114.4

q'= קצב זרימה מחושב עם k = Cp/Cv (20°C, 1 atm)
q = קצב זרימה מחושב עם k = (Cp/Cv) • (Z/Zp)

על ידי הצגת מקדם הניסוי k של יציאת שסתום בטיחות, המתחשבת באופן גלובלי בביצועי היציאה האמיתיים של השסתום, מקדם בטיחות של 0.9 ומקדם הדחיסה Z1 עבור הנוזל האמיתי, אנו מגיעים לניסוח האוסף "E":

(1) [1]

המעריך האיזואנטרופי k יכול להתבטא כך:

[2] [2]

עבור גז אידיאלי, לאיזה P x V / R x T =1 , הוכח ש k שווה ליחס Cp/Cv בין החום הספציפי בלחץ ובנפח קבועים.

עבור גז אמיתי, k ניתן לבטא (ראה נספח ב') על ידי:

[3] [3]

כאשר Z הוא גורם הדחיסה המוגדר על ידי Z=P x V / R x T ו-Zp הוא "גורם הדחיסה הנגזר". בעת החלת נוסחה [3], על פי אוסף "E", יש להעריך את הערכים של Cp/Cv, Z ו-Zp בתנאי פריקה P1 ו- T1.

גורם הדחיסה הנגזר Zp מוגדר בנוסחה [4] כמו:

[3.1]

ניתן לבטא את גורם הדחיסה Z כך:

[4][4]

ובאופן דומה, ניתן לבטא כך:

[5][5]

כאשר הערכים של Z^0, Z^1, Zp^0, Zp^1 מוצגים בטבלה בנספח A כפונקציה של Pr ו-Tr.

In [4] ו [5], Ω הוא הגורם האצנטרי של פיצר המוגדר על ידי:

[10] [10]

כאשר Pr^SAT הוא לחץ האדים המופחת המתאים לערך טמפרטורה מופחת Tr=T/Tc=0,7. נספח א' מציג את ערכי ה-Ω של כמה נוזלים. ניתן להפיק Z e Zp ישירות ממשוואת מצב אנליטית.

דוגמה מספרית

 

אם נפנה לדוגמא מספרית, נניח שעלינו לחשב את יכולת הפריקה של שסתום בטיחות בתנאים הבאים:

נוזלn-בוטאנו
מצב פיזיאדים מחוממים
מסה מולקולריתM58,119
הגדר לחץP19,78 bar
לחץ יתר10%
טמפרטורת הנוזלT400 K
מקדם ספיקה0,9
קוטר פתחDo100 מ"מ

לחץ הפריקה ניתן על ידי:

להיות עבור n-Butane: Tc=425,18 K ו-Pc=37,96 bar, יש לנו:

ובאמצעות הטבלאות בנספח א', יש לנו:

בידיעה של הנפח הספציפי של האדים בתנאי הפריקה (P1, T1) השווים ל-0,01634 m^3/kg (0,0009498 m^3/g-mole), יכולנו גם לחשב את Z מתוך:

בהינתן היחס בין החום הספציפי בלחץ ובנפח קבועים, בתנאי פריקה (P1, T1), שווה ל-1,36, מהנוסחה [3] יש לנו:

147060

יישום נוסחה [1], עם חישוב קצב הזרימה

יישום נוסחה [1], שנפתרה לחישוב קצב הזרימה, יש לנו ערך זרימת פריקה של 147.060 ק"ג / שעה.

174848

החלת נוסחה [1], תוך שימוש בערך של Cp/Cv ב-1 atm ו-20°C

אם במקום זאת היינו משתמשים בערך של Cp/Cv ב-1 atm ו-20°C, היה לנו k = 1,19 ומנוסחה [1] קצב זרימת פריקה של 174.848 ק"ג / שעה.

זה היה מוביל אותנו להעריך יתר על המידה את ההפרשה קיבולת שסתום הבטיחות בסביבות 19%

אזהרה:

השגיאה שניתן לעשות על ידי הקצאת הערך Cp/Cv ל-k יכולה להיות הרבה יותר גבוהה מאשר בדוגמה זו.

מעל 20%

כדי לתת מושג, הטבלה הבאה מציגה את קצבי הזרימה של פתח של 18 מ"מ עבור פחמימנים רוויים אחרים, המחושבים בשני המקרים. החישובים בוצעו עם פיתוח מיוחדped תוֹכנָה.

נוזלP1 (bar)T1 (°C)q' (ק"ג/שעה)q (ק"ג/שעה)(q'/q) x 100
מתאן125014721466100.4
מתאן2320023142267102.1
פרופאן1210022612181103.7
הקסאן1217830992740113.1
הקסאן2322065195111127.5
הפטן1221532322821114.4

התוכנה אינה משתמשת בנוסחאות [4] [5] אבל, החל מהשינוי משוואת המדינה של רדליך וקווונג, מחשב את הערך של המעריך האיזואנטרופי באמצעות מתאמים תרמודינמיים.

נספח א' וב'
גזירת נוסחאות

BESA יהיה נוכח ב IVS - IVS Industrial Valve Summit 2024