Bỏ qua nội dung chính

k = số mũ đẳng hướng

Tầm quan trọng của  k  cho van an toàn

được chỉnh sửa bởi Alessandro Ruzza 

Kích thước của van an toàn được thiết kế để xả khí hoặc hơi, theo Bộ sưu tập lspesl “E”, yêu cầu kiến ​​thức về số mũ đẳng hướng k ở điều kiện xả.

Việc áp dụng bất cẩn chương “E” của Bộ sưu tập lspesl “E.1”, liên quan đến việc định cỡ van an toàn, có thể dẫn đến việc đánh giá quá cao khả năng xả của van và vỡ đĩa.

Bài viết này đưa ra một số hướng dẫn để ước tính giá trị của k đối với khí thực và
làm nổi bật sai lầm bằng cách coi k bằng tỷ số nhiệt cụ thể Cp / Cv

Một sai lầm đầu tiên và cần tránh là sử dụng công thức trong Bộ sưu tập 'E', hợp lệ cho khí hoặc hơi, trong các tình huống mà a phóng điện hai pha của chất lỏng và khí / hơi diễn ra. Trên thực tế, trong những trường hợp như vậy, các đường kính được tính toán chắc chắn sẽ bị nhỏ hơn so với nhu cầu thực tế.
Lỗi thứ hai, trong nhiều trường hợp có thể dẫn đến nhấn mạnh hệ thống an toàn, là cung cấp cho số mũ đẳng hướng k giá trị của tỷ lệ Cp / Cv. Trong khi điểm đầu tiên sẽ là chủ đề của một loạt các bài viết tiếp theo, ở đây chúng tôi muốn đưa ra một số gợi ý hữu ích để tính số mũ đẳng hướng và chỉ ra, trong các trường hợp cụ thể, kích thước của sai số có thể mắc phải.

Dòng chảy đẳng hướng qua vòi phun

 

Công thức [1] được sử dụng trong bộ sưu tập “E”, cũng như trong tiếng Ý khác [2] và nước ngoài [3] standards, để tính toán van an toàn phải xả khí hoặc hơi, là dòng chảy đẳng hướng qua vòi phun trong các điều kiện nhảy tới hạn, đối với khí lý tưởng là:

Bộ sưu tập lspesl công thức “E”

exp ở đâuansitrên hệ số C được cho bởi:

expansitrên hệ số C

được k số mũ của exp đẳng hướngansitrên phương trình: pxv ^ k = chi phí

Chất lỏngP1 (bar)T1 (° C)q '(kg / h)q (kg / h)(q '/ q) x 100
Methane125014721466100.4
Methane2320023142267102.1
Propane1210022612181103.7
Lục bình1217830992740113.1
Lục bình2322065195111127.5
heptan1221532322821114.4

q '= tốc độ dòng chảy được tính toán với k = Cp / Cv (20 ° C, 1 atm)
q = tốc độ dòng chảy được tính toán với k = (Cp / Cv) • (Z / Zp)

Bằng cách giới thiệu hệ số thực nghiệm k của dòng ra van an toàn, trên toàn cầu xem xét hiệu suất dòng ra thực của van, hệ số an toàn 0.9 và hệ số nén Z1 đối với chất lỏng thực sự, chúng tôi đi đến công thức của bộ sưu tập “E”:

(1) [1]

Số mũ đẳng hướng k có thể được diễn đạt như sau:

[2] [2]

Cho một khí lý tưởng, mà P x V / R x T = 1 , nó được chứng minh rằng k bằng tỉ số Cp / Cv giữa vật nung nóng ở áp suất và thể tích không đổi.

Đối với một khí thực, k có thể được thể hiện (xem Phụ lục B) bằng:

[3] [3]

trong đó Z là hệ số nén được xác định bởi Z =P x V / R x T và Zp là "hệ số nén suy ra". Khi áp dụng công thức [3], theo tập hợp “E”, các giá trị của Cp / Cv, Z và Zp phải được đánh giá ở điều kiện phóng điện P1 và T1.

Hệ số nén suy ra Zp được xác định trong công thức [4] như:

[3.1]

Hệ số nén Z có thể được biểu thị bằng:

[4][4]

và tương tự, có thể được biểu thị là:

[5][5]

trong đó các giá trị của Z ^ 0, Z ^ 1, Zp ^ 0, Zp ^ 1 được lập bảng trong Phụ lục A như một hàm của Pr và Tr.

In [4][5], Ω là hệ số xoay tâm của Pitzer được xác định bởi:

[10] [10]

Trong đó Pr ^ SAT là áp suất hơi giảm tương ứng với giá trị nhiệt độ giảm Tr = T / Tc = 0,7. Phụ lục A trình bày các giá trị Ω của một số chất lỏng. Z e Zp cũng có thể được suy ra trực tiếp từ một phương trình phân tích trạng thái.

Một ví dụ số

 

Chuyển sang một ví dụ số, giả sử chúng ta cần tính công suất xả của van an toàn trong các điều kiện sau:

Chất lỏngn-Butano
Tình trạng thể chấthơi quá nhiệt
Khối lượng phân tửM58,119
Áp suất đặtP19,78 bar
Áp lực10%
Nhiệt độ chất lỏngT400 K
Hệ số dòng chảy0,9
Đường kính lỗDo100 mm

áp suất xả được cho bởi:

đối với n-Butan: Tc = 425,18 K và Pc = 37,96 bar, chúng ta có:

và sử dụng các bảng trong Phụ lục A, chúng ta có:

Biết thể tích riêng của hơi ở điều kiện phóng điện (P1, T1) bằng 0,01634 m ^ 3 / kg (0,0009498 m ^ 3 / g-mol), ta cũng có thể tính Z từ:

Cho tỷ số giữa các nhiệt cụ thể ở áp suất và thể tích không đổi, ở điều kiện phóng điện (P1, T1), bằng 1,36, từ công thức [3] chúng ta có:

147060

Áp dụng công thức [1], với tính toán tốc độ dòng chảy

Áp dụng công thức [1], đã được giải quyết để tính toán tốc độ dòng chảy, chúng tôi có giá trị tốc độ dòng xả là 147.060 kg / h.

174848

Áp dụng công thức [1], sử dụng giá trị Cp / Cv ở 1 atm và 20 ° C

Nếu thay vào đó, chúng tôi sử dụng giá trị Cp / Cv ở 1 atm và 20 ° C, chúng tôi sẽ có k = 1,19 và từ công thức [1] tốc độ dòng chảy của 174.848 kg / h.

Điều này sẽ dẫn chúng tôi đến đánh giá quá cao việc xả công suất của van an toàn xung quanh 19%

Chú ý:

Lỗi có thể được thực hiện bằng cách gán giá trị Cp / Cv cho k có thể cao hơn nhiều so với trong ví dụ này.

HƠN 20%

Để đưa ra ý tưởng, bảng sau đây cho thấy tốc độ dòng chảy của một lỗ 18 mm cho các hydrocacbon bão hòa khác, được tính trong hai trường hợp. Các phép tính được thực hiện với develo đặc biệtped phần mềm.

Chất lỏngP1 (bar)T1 (° C)q '(kg / h)q (kg / h)(q '/ q) x 100
Methane125014721466100.4
Methane2320023142267102.1
Propane1210022612181103.7
Lục bình1217830992740113.1
Lục bình2322065195111127.5
heptan1221532322821114.4

Phần mềm không sử dụng công thức [4] [5] nhưng, bắt đầu từ sửa đổi Phương trình trạng thái Redlich và Kwong, tính toán giá trị của số mũ đẳng hướng bằng cách sử dụng các tương quan nhiệt động lực học.

Phụ lục A và B
dẫn xuất của các công thức

BESA sẽ có mặt tại IVS - IVS Industrial Valve Summit 2024