Многоуровневая система моделирования нестационарных и меняющихся режимов работы низкотемпературных установок (1024695), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Воздействием на приводящийорган задвижки З-865, расположенной на линии сброса азотного потока ватмосферу, автоматически поддерживается давление паров из термовакуумнойкамеры.Температура азотного потока на выходе из второго турбодетандерарегулируется вентилем З-803. Величина этой температуры не должна бытьниже температуры конденсации азота при давлении после расширения втурбодетандере. Допускается перегрев газа не более, чем на 3К.

Дляповышения температуры азотного потока необходимо прикрывать вентиль 3803, а для уменьшения - открывать; при значениях температуры азотногопотока 80К вентиль 3-803 должен быть закрыт. Расчётный режим работыаппаратовустановкиобратнойконденсациихарактеризуетсятем,чтотемпература азотного потока перед дросселем Р-801 (показания термометра Т815) равна 83К, а потока азота после второго турбодетандера на 1-2К вышетемпературы конденсации при давлении после второго турбодетандера.Регулирование температуры жидкого азота на выходе из установкиобратной конденсации производится дроссельным вентилем Р-801: при109открытии вентиля температура азотного потока повышается, а при прикрытии понижается. Управление задвижками с электроприводом З-801, З-802, З-804, З805, З-865 и вентилем Р 801 вынесено на пульт операторной, а задвижкой З-804производится вручную.

Также на пульт вынесены вторичные приборы датчиковдавлений, температур, расходов азотных потоков в основных точках установкиобратной конденсации.Кроме вышеперечисленных параметров установки обратной конденсациипроизводится измерение температур корпусов турбодетандеров термометрамиТ-804 и Т-806, контролирующие режимы работы подшипников.Схема установки обратной конденсации представлена на рис. 2.3, Т-Sдиаграмма для расчётного режима - на рис.

2.4.Рис. 2.3. Схема УОК110Рис. 2.4. T-S диаграмма процессов для расчётного режима УОКПродолжительностьрежимаохлажденияустановкиобратнойконденсации главным образом определяется величиной гидравлическихсопротивлений азотных потоков в трубном и межтрубном пространстветеплообменных аппаратов, ограничивающих расход подаваемого азотногопотока. Охлаждение проводится при полностью закрытом вентиле Р 801 изадвижки З-804, поэтому весь азотный поток среднего давления послепрохождения трубного пространства первого теплообменника подаётся на входпервого и затем второго детандера, После расширения в турбодетандерахазотный поток низкого давления подаётся в нижнюю часть межтрубногопространства основногоблокатеплообменников.В начальнойстадииохлаждения установки обратной конденсации задвижка З-803 полностьюоткрыта, для того, чтобы азотный поток после расширения в первомтурбодетандере сразу подавался на вход второго турбодетандера, минуядетандерный теплообменник.

По мере охлаждения задвижка З-803 начинаетоткрыватьсяипроисходитохлаждениедетандерноготеплообменника.111Проведённые оценочные гидравлические расчёты процесса охлажденияпоказали, что не менее 80% гидравлических потерь приходится на каналпрямого потока в первом теплообменнике, т.е. трубное пространство этоготеплообменника. Величина этих гидравлических потерь определяет количествоподаваемого в установку обратной конденсации расхода азотного потока, и,следовательно, продолжительность процесса охлаждения.Отогрев установки обратной конденсации после рабочего режиманеобходим для того, чтобы на охлаждённой теплопередающей стенкетеплообменников не конденсировались водяные пары, углеводороды и другиевысококипящие компоненты воздуха окружающей среды.

Процесс отогреваустановкиобратнойконденсацииосуществляетсявследующейпоследовательности. Нагретый сухой азотный поток через открытую заслонкуподаётся0-801втеплообменников имежтрубноепространствоосуществляет нагрев трубнижнейчастиблокаэтих теплообменников.Детандерный теплообменный аппарат нагревается тем же нагретым азотнымпотоком через открытую заслонку 0-802.Аварийный режим работы может возникнуть вследствие того, чторегулировкой вентилями невозможно сдержать падение температуры азотныхпотоков после расширения в турбодетандерах ниже допустимых значений.Поэтому при приближении к аварийному режиму необходимо закрыватьзаслонки З-801 и З-804,прекражая подачу азотного потока в установку обратнойконденсации и останавливая турбодетандеры.Все эти режимы, включая охлаждение и отогрев, относятся ксущественно нестационарным процессам.

Так же к нестационарным процессамотносятся переходной режим от охлаждения установки обратной конденсации кожижительному режиму при открытии дроссельного вентиля Р 801, а такжепроцесс перехода с сателлитному режиму работы, когда используется потокхолодного азотного пара из термовакуумной камеры. Поддержание рабочегорежимаприизменениипараметроввходныхпотоковосуществляетсярегулировкой вентиля Р 801 и задвижек З-804, З-802, З-803, З-801, З-805 для112выполнения ограничений на входные температуры турбодетандеров иполучения максимального количества жидкости на выходе из установкиобратной конденсации.

В данных режимах в основном существенно меняютсятолько расходы потоков по аппаратам, изменения температур не слишкомвелики, поэтому эти процессы можно отнести к квазистационарным.Разнообразные нестационарные тепловыделения и нерасчётные режимыработы систем охлаждения термовакуумной камеры, а также возможныетеплопритокипотрубопроводам,превышающиепроектныезначения,вызывают существенное изменения как количества холодных паров азота, так иих температуры по сравнению с расчётными величинами. Кроме того, давлениепрямого потока в установке обратной конденсации и к.п.д.

турбодетандеровмогут отличаться от номинальных значений. Все это приводит к отклонениюреальных значений параметров процесса относительно проектных величин.Кроме этого, конденсация прямого потока азота происходит во втором иличетвертом теплообменнике, а не в детандерном теплообменнике, какпредполагалось для проектного режима.В этом случае прямой поток азота, поступающий в детандерныйтеплообменник, может иметь более низкую температуру, чем азотный поток,расширившийся после первого турбодетандера, как показано на T-S диаграмме(рис. 2.5).

Для предотвращения нагрева прямого потока азота в детандерномтеплообменнике, осуществляется перепуск обратного потока азота внедетандерного теплообменника через полностью открытую задвижку 3-803.Упрощенная схема для данного случая, состоящая из двух теплообменников,тождественных первому теплообменнику установки обратной конденсации исуммевторогоичетвертого,идвух,последовательносоединенныхтурбодетандеров, представлена на рис. 2.6. Параметры проектных и реальныхосновных точек установки обратной конденсации представлены в таблице 2.2.113Рис.

2.5. T-S диаграмма процессов для реального режима работы УОК сподогревом прямого потока в детандерном теплообменникеРис. 2.6. Упрощенная схема УОК с полным перепуском обратногопотока вне детандерного теплообменника114Таблица 2.2.Параметры основных точек установки обратной конденсацииТочТемпература, КДавление, МПаРасход потока, кг/скапроектфактическидатчикпроектфактическидатчикпроектфактическидатчик1303297-340Т8013,21,81-3,2М807,705,07-82712161159-195Т8023,11,12-3,1-7,777,705,07--7,772"161159-195Т8033,11,12-3,1М805,413312487-127Т8123,11,12-3,1-4,75--6,472,290,323--1,30412496-127Т8133,11,12-3,1-2,290,323--1,3058381-117Т8143,11,12-3,1-2,290,323--1,3068180-110Т8210,110,111--7,840,11779384-123Т8200,110,111-123120-143Т8190,110,111--7,84299295-322Т8230,110,111--7,8411116117110-145115-132Т805Т8060,650,55-5,07--7,845,07-8317,770,44-М800,6650,42--0,66-7,770,117105,077,770,1179-7,770,11785,07-5,414,75--6,475,414,756,47-11511'12131178083115-13280-100133-159Т8070,43-М800,667Т809 0,13-0,107-М800,170,12590,130,107--Т8220,555,418281-103Т8260,55-6,475,414,75--6,472,430,125144,75-0,323-8291,300,42-М810,6112,290,323--1,30Задача определения оптимального соотношения потоков сводится кпоиску экстремума целевой функции - количества жидкости на выходе из УОКи при наличии ограничений - необходимости поддержания температур азотныхпотоков не ниже определенных значений на входе в турбодетандеры иположительной разности температур между прямым и обратным потокамиазота на концах теплообменников:T1  T1  T9  0T2  T2  T8  0 .T  T  T  056 5(2.2)2.4 Использование при расчётах экспериментальныхданныхИспользование ограниченного количества экспериментальных данныхдля проведения расчётных исследований требует введения соответствующихинтерполяционных зависимостей.

Одним из самых распространённых методовдля получения таких зависимостей является метод наименьших квадратов[186], при использовании которого искомая зависимость функции Y отнескольких переменных х1, х2,..., хn ищется в линейном виде относительнонеизвестных коэффициентов С0, Сij, C'm :116nY ( x1 , x2 ,..., xn )  C0  i 1kinmn C x   xjij ij 1liim 1 i 1.(2.3)Подставляя в (2.3) экспериментальные значения хi и Y получаетсялинейная алгебраическая системаA C  B(2.4)где А - матрица, составленная из значений аргументов хi, согласно порядкучленов в (2.3), С - вектор-столбец искомых коэффициентов С0, С1,..., C'm , В вектор-столбец значений аргументов Y, Система (2.4) переопределена, т.е.число строк матрицы А превышает число столбцов.

Поэтому решение этойсистемы получается путём домножения слева правой и левой частей матричнойсистемы (2.4) транспонированной матрицей АТ. Это приводит к однозначноразрешимой алгебраической системе относительно искомых неизвестных С0,С1,..., C'm.По такой методике получены интерполяционные зависимости к.п.д.турбодетандеров установки обратной конденсации от температуры Твх идавления рвх на входе и давления рвых на выходе и среднеквадратичныеотклонения расчётных от экспериментальных значений.Первый турбодетандерs1  0,0609  3,78 103 Tвх  8,26 106 Tвх 2  0,015 рвх  1,21104 рвх 2  0,015 рвых  9,65 104 рвых,2среднеквадратичное отклонение составляет σ=0,412%.Второй турбодетандерs 2  1,76  0,0268Tвх  7,56 105 Tвх 2  0,051 рвх  0,0146 рвх 2  0,266 рвых  6,43 104 рвых2,среднеквадратичное отклонение составляет σ=0,423%.Аналитические зависимости средних коэффициентов теплопередачи повсем теплообменникам установки обратной конденсации определяются взависимости от массового расхода, давления и температуры прямого (G1, p1, T1)и обратного (G2, p2, T2) потоков азота, входящих в теплообменные аппараты117K1  332  1,428G1  1,195 p1  0,4412T1  7,167G2  112 р2  0,2125T2 ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=0,161%;K2  165,9  5,253G1  3,816 p1  0,5545T1  3,048G2  74,9 р2  0,5384T2 ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=0,448%;K3  1130  1555G1  16,06 p1  8,088T1  1179G2  350,4 р2  50,34T2 ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=5,48%;K4  6118  13,22G1  31,84 p1  2,637T1  92,78G2  4812 р2  7,272T2 ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=9,59%;Средние коэффициенты теплоотдачи по обратному потоку азота втеплообменниках установки обратной конденсации определяются с помощьюкоэффициента  поизвестнымзначениямсреднихкоэффициентовтеплопередачи, критериальным аналитическим зависимостям для определениякоэффициентов теплоотдачи в трубном пространстве.

Эти коэффициентытеплоотдачи определяются в зависимости от массового расхода азота G,давления p и температуры T на входе в теплообменный аппарат:1  1,254 104  5,712G  148,1 р  0,08806T ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=0,870%;2  73,23  29,65G  3,724G 2  146,8 р  0,244T  3,721T 2 ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=0,830%;3  10300  5860G  920,7G 2  7,521 р  17,73T  0,0523T 2 ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=1,61%;4  2183  223G  2481 p  0,1301T ,среднеквадратичное отклонение составляет σ=1,27%.2.5 Описание измерений и расчёт погрешностейТемпературы азотных потоков в установке обратной конденсацииизмерялись платиновыми термометрами сопротивлений ТСП 5071 по ГОСТ1186651-59, имеющими чувствительность  5% . Вторичными приборами длятермометров Т 801, Т 803, Т 804, Т 805, Т 808, Т 809, Т 812, Т 813, Т 819, Т 820,Т 821, Т 822, Т 823, Т 824 (рис.2.2) служат два прибора МВУ 6-42 классаточности 1, представляющие собой уравновешенный мост МС-840 и амперметрс тремя диапазонами измерения температур -2000С - -700С, -900С - +500С, 00С +1000С, с ценами делений 10С, 20С, 20С соответственно.

Характеристики

Список файлов диссертации