Calculul conductelor de transport produse petroliere

Calculul conductelor de transport produse petroliere

Calculul cand curgerea este stationara

1.Miscarea stationara a lichidului in conducta

In general prin conductele in care se transporta petrol brut sau produse petroliere miscarea are un character stationar . La miscarea stationara rezustenta nu variaza in functie de timp , poate varia in functie de spatiu din loc in loc. Ptr calucarea regimului de curgere trebuie calculate nr lui Reynolds

Dm=wA=w1A1=w2A2   w=

Daca valoarea lui Re>2300 avem regim de curgere turbulent ; daca Re<2300 avem curgere laminara. In general daca se admite ca valoarea critica a lui Re=2300 ptr calculul conductelor de transport lichide se recomanda la proiectare Re<=2000

----

----

2. Miscarea laminara in conducte cu sectiune circulara

In cazul in care Re definit cu relatia de mai sus are valoare inferioara valorii critice miscarea in conducta este laminara. Repartitia vitezei in sectiune transversala este o distributie parabolica . Forma generala a ecuatiei care raspunde de distributia vitezei este:

daca r=0 daca r=1

Debitul in situatia vitezei max este : viteza medie

Caderea de presiune in lungul conductei poate fi exprimata functie de debit si functie de viteza medie:

formula lui Hlaggen-Poiseulle

Efortul tangential de frecare este dat de relatia:

La perete efortul de frecare este maxim:

λ=coef de frecare sau de rezistenta

Caderea de presiune λ formula lui Stokes Re<<2300

Miscarea turbulenta este si o miscare nestationara in care viteza depinde si de spatiu si de timp . La miscarea turbulenta nestationara Re>2300 ( daca Re>3000 regim turbulent stationar) caderea de presiune data de relatia se poate calcula dandu-se lui λ diferit fata de relatia de calcul functie de valorile lui Re. Relatia se bazeaza pe faptul ca pe cele 4 zone de curgere existente la peretele conductei se introduce notiunea de viteza de frecare = viteza de referinta , care face legatura intre efortul tangential si densitatea fluidului care curge

Caderea de presiune in conducte in lungul acestora datorita frecarii se determina cu ajutorul formulei generale:  

I

II   

III   

Ptr conducte rugoase se aplica viteza logaritmica medie , formula care duce la calculu lui λ este de forma :

In afara caderii de presiune datorita frecarii in lungul conductei , numita si pierdere de linie mai apar si caderi de presiune provocate de actiunea unor factori localizatii in diferite puncte ale conductei . Pierderile=pierderi locale iar factorii sunt rezistenta locala.

=coef de rezistenta locala

Daca avem o recire brusca a conductei   

Daca raportare se face invers

Daca avem ingustari bruste

3.Calculul hidraulic al conductelor pentru lichide

Pct de plecare este ecuatia de conservare a energiei a lui Bernoulli :

sunt coeficienti lui Coriollis ce au fost introdusi ptr corectie ecuatie cinetice.

Daca se considera ce cele doua energi sunt egale se obtine:

In termenul Δp se inglobeaza atat pierderea de presiune datorite frecari cat si pierderile locale:

Δp=Δpf+Δpl

Daca nu e posibil ca pierderea locala sa fie neglijata suma se inlocuieste cu o conducta mai lunga echivalenta

In calculele urmatoare se presupune ca l echivalent este inclusa in lungul total:

Marime adimensionala i= se numeste panta hidraulica a conductei si reprezinta cederea de presiune in unitatea de lungime pe unitatea de lungime a conductei

Avand in vedere ca in loc de se foloseste debitul Q

O formula echivalenta este daca se introduce marimea k=modul de debit

Se tine cont de regimul de curgere ptr stabilirea exacta a cederii de presiune si se calculeaza valoarea lui λ functie de criteriul Re

4. Calculul grafic al conductelor ptr lichide

Urmareste stabilirea presiuni de pompare in sectiunea de intrare a conductei in punctual initial

Daca se scrie caderea de presiune pe o lungime x de conducta x<lungimea conductei obtinem relatia (1). Faptul ca presiunea este o functie liniara de x ne permite tresarea unui grafic utilizat la proiectarea conductelor. Se noteaza in abcisa lungul conductei iar in ordonata cotele punctelor de pe traseu . De obicei pentru cote se ia scara de 100 de ori mai mare decat pentru lungimi. Unind punctele se obtine profilul deformat al traseului conductei ca in fig de mai jos:

Pentru trasarea graficului se stie din sectiunea finala a conductei.

In cintinuarea cotei se traseaza segmentul , separate se construieste un triunghi dreptunghic cu catetele // cu axele de coordonata si avand unghiul diferit α data de relatia :

Determinarea unghiului α presupune calculul in prealabil a lui i. Lungimile catetelor AB si AC sunt arbitrare . Se fixeaza lungimea lui a catetei AB iar lungimea a catetei AC este . Lungimea astfel obtinuta se inmulteste cu raportul dintre scara ordonatului si cea a abciselor ptr a determina valoarea reala. Dupa ce sa construit triunghiul ABC din punctul final B' se duce o paralela a ipotenuzei BC , aceasta paralela intersecteaza axa ordonata in punctul A' iar segmentul

Se observa ca putem scrie relatia :

Determinarea pe aceasta cale a presiuni de pompare este mai putin precisa decat cea realizata prin calcul dar construirea graficului prezinta interes astfel pe aceasta cale sunt puse in evidenta unele situatii care prin calcul se depisteaza mai greu.

Un exemplu in acest sens e dat in fig de mai jos din care se observa ca pmax nu e in pct initial (pres de pompare) ci intr-un pct intermediar M

Din fig de mai sus se constata ca pomparea fluidului se asigura cu o pres initiala mai mare astfel aleasa incat dreapta care indica variatia pres sa fie tg la pct de culme N. Din acest pct pana in pct B lichidul curge prin cadere libera , pres din conducta fiind egala cu pres atmosferica. In realitate dreapta care indica variatia pres e paralela cu tangenta la profil in pct M deoarece in acest pct pres din conducta este ca cea atmosferica . In continuare prin cadere libera lichidul se accelereaza si ptr ca debitul e constant sectiunea transversala nu mai este plina.Daca se doreste evitarea acestiu fenomen ce duce la pierderi prin evaporare sau daca P2 are o valoare impusa mai mare , dreapta se deplaseaza in sus ( pct N se numeste punct de culme a conductei) , daca exista un astfel de pct si conditile permit curgerea prin cadere libera calculul se face doar pe pozitia initiala NA. Se mai poate intampla ca dup ace se determina i si se traseaza dreapta de variatie a presiuni sa se constate ca profilul traseului este astfel ales incat nu permite obtinerea debitelor de fluid indicate din calcul al caderii de pres. In aceasta situatie se ajunge atunci cand dreapta care indica variatia pres intersectaeza profilul traseului. O solutie consta in marirea pres initiale ceea ce duce la deplasarea dreptei A'B' paralela cu ea insasi pan ace aceasta devine tangenta la profilul de culme. Problema se rezolva si altfel prin micsorarea pantei hidraulice pe o portinue a conductei prin montarea unei derivatii .

. La conducta noastra sa trasat profilul reliefului si al pantei hidraulice din pct A'-B' , constatandu-se ca panta A'B' intersecteaza forma de relief fiind situata sub pct de culme N. Ptr transportarea fluidului de la A' la B' in conditii economice sunt trei solutii ptr rezolvarea acestiu caz:

Solutia I - marirea presiuni de pompare in pct initial

Solutia II - se monteaza o intercalatie A'R in care panta hidraulica este mai mica situatie in care se construieste racordul de conducta A'R si din el se duce o dreapta paralele la segmentul C'R

Soluitia III - se vine din pct A' in pct X si se monteaza o intercalatie cu diametrul mult mai mare.

Nr. De statii de pompare

I - panta hidraulica

α - arc tangenta de i

AA' = P1/ ρ* g , h₃= , P₂ = P1/ ρ* g

Din punctele obtinute graphic se duc drepte paralele

Curba caracteristica a conductei a unei pompe si a unei statii de pompare

,   ,(2) (3)

Deoarece coeficientul de rezistenta λ este in general o functie de debit. Prin intermediul numarului lui Reynolds relatia (3) reprezinta o relatie intre inaltimea de pompare si debitul Q. Pentru o conducta cu parametrii dati, aceasta relatie se numeste curba caracteristica. Aceasta inaltime de pomapare se poate scrie si sub forma generala

,(5)

, i panta hidraulica

Constanta din expresia (5) tine cont si de specificul produsului care se transporta. Daca in relatia (4), (5) m=1 avem regim laminar de curgere (Re<2300)

Daca Re <10⁵ (regim turbulent) m = 0.125

Pentru conducte rugoase m = 0

Curba caracteristica a unei conducte este reprezentata de o diagrama in acre abscisele reprezinta debitul iar ordonatele inaltimea de pompare H

Caracteristicile pompelor cu piston

Curba caracteristica a pompelor cu piston

Odata cu cresterea presiunii de pompare, la pompele cu piston scade randamentul volumetric

Curba caracteristica a unei pompe centrifuge

H - presiunea de refulare a pompei

Curba caracteristica la 2 pompe centrifuge

Daca pompele se pun sa functioneze in serie avem curbele

Curba caracteristica a unei conducte si a unei statii de pompare

P_F = punctul de functionare al statiei de pompare

Transportul lichidelor prin cadere libera

In practica transportului apar situatii in care lichidele pot fi transportate si prin cadere libera. Conditia pe care trebuie sa o indeplineasca conducta in acest caz este aceea ca punctual initial sa fie mai sus ca cel final. Intre acestea trebuie sa existe puncte cu cota mai mare ca in punctul initial. Pe baza relatiei se stabilite anterior rezulta ca transportul prin cadere libera e posibil cand e satisfacuta relatia :

Pentru o conducta cu lungimea si diametrul date, presupunand cunoscute cotele Z1 si Z2 si P2 rezulta ca debitul trebuie sa satisfaca urmatoarea inecuatie

Aceasta conditie se aplica si in situatia cand punctul de culme e situat in partea finala a a conductei. In acest caz Z1 se inlocuieste cu cota punctului de culme. Lichidul nu umple complet sectiunea transversala a conductei in caz contar aparand o curgere cu o suprafata libera. Presiunea P2 nu poate depasi ca valoare presiunea atmosferica

Functionarea unei conducte prin sifonare

(1)

Pa presiunea atmosferica

(2)

(3)

Daca conducta prezinta o diferenta de nivel intre punctul initial si cel final poate functiona ca si un sifon. In aceasta situatie trebuie ca presiunea in punctul de culme (p3) sa nu fie mai mica ca presiunea de vaporizare. Pentru a stabili conditiile normale de functionare dupa ce sifonarea aa fost amorsata se calculkeaza cu relatiile cunoscute.

Pompe pentru circulatia lichidelor.

Un ssitem de pompare a lichidelor(apa, produse petroliere)este alcatuit in principal din urmatoarele 3 componente : sistemul de antrenare (motor electric, motor termic, motor hidraulic), generatorul hidraulic, reteaua hidraulica.

Denumirea de pompa e folosita de regula pentru echipamentele (generatoarele) care vehiculeaza lichide.

Pompa este o masina care transforma energia mecanica primita de la un mototr de antrenare in energie hidraulica de presiune . Deoarece pompele sunt distincte si destinate pentru transportul fluidelor la distante, la nivele diferite de presiune.Utilizarea lor s-a impus pretutindeni, dandu-le acestora o diversitate constructiva ce raspunde cerintelor.

Schema unei instalatii hidraulice simple deschise este redata mai jos

htot=hga+hgr

1 sorbul   

2 conducta de aspiratie

3 pompa centrifuga

4 motor de antrenare

5 vacuummetru care masoara presiunea

6 manometre ce masoara presiunea

7 robinet de reglare debit

8 conducta de refulare a pompei

hga - inaltimea geodezica de aspiratie a pompei

hgr - inaltimea geodezica de refulare a pompei

La instalatia hidraulica in circuit inchis rezervoarele de refulare si aspiratie sunt puse in comunicatie iar lichidul este recirculat.

Intr-o instalatie hidraulica pompa indeplineste urmatoarele functii :

1 de transversare, cand lichidul e transversat de la o sursa la un consumator

2 de recirculare, o anumita cantitate e recirculata in sistem

3 de actionare, energia de presiune a lichidului se foloseste pentru producerea de forte (prese hidraulice)

Din acest rol functional care il au pompele rezulta caracteristicile tehnice ale pompelor in exploatarea lor :

- sa asigure parametri energetici (debit de fluid, P ref si P asp)

- sa prezinte o siguranta in exploatare (sa fie sigure)

- sa asigure parametri hidraulici solicitati

- sa prezinte o untretinere simpla si acces usor de a monta si demonta

- structura transferului de energie la pompe este redata in figura de mai jos :

Motor →transmisia → Pompa → reteaua (Pabs)_M>(Pabs)_T>(Pabs)_P>(Pabs)_M

(Pabs)_M - puterea absorbita de motor

Dupa principiul de functionare pompele se grupeaza in 2 categorii de functionare - torbopompe (centrifuge) si pompe volumetrice.

Turbopompele - snt pompe cu motot pablat (radiale, radial - axiale ) si au un canal lateral de colectare.Transferul de energie la popmpele centrifuge se realizaeaza cu rotoare paletate, care transforma energia mecanica in energie cinetica.

Pompele volumice - realizeaza trecerea volumului de lichid din spatiul de aspiratie in cel de refulare.

Parametrii caracteristici ai pompelor

Debitul - volumic (m³/s), masic (kg/s), in greutate, (N/s)

Energetici - puterea absorbita de motor - puterea transmisa de motor la pompa

(Pabs)_P=puterea absorbita de pompa pentru a functiona la parametrii caracteristici

Puterea utila la utilizare este puterea neta transportata de pompa in reteaua hidraulica. Eficienta energetica a pompei e caracterizata prin randamentul pompei

Coericienti de pierderi

La cele mai multe tipuri de pompe Pabs se realizeaza prin intermediul unui arbore caz in care (Pabs)_P=M*ω, unde M - cuplul, ω - viteza unghiulara

Inaltimea de pompare i-a in considerare cele trei forme: de energie care pot aparea (energie cinetica. Energie geodezica,energie potentiala)

- caracteristica retelei hidraulice

Caracteristici energetice. Puncte de functionare si stabilitate a acestora

Perechile de componente motor- pompa si pompa - retea hidraulica trebuie sa aiba caracteristicile corelate pentru a reliza puncte de funtionare posibile si stabile

Punctele de functionare posibile la conexiunea motor- pompare se caracterizeaza prin relatiile

ω_M= ω_P

Mm=Mp

La conexiunea pompa retea hidraulica, punctul optim de functionare se caracterizeaza prin egalitatea debitelor si al inaltimii de pompare ce pot fi oferite de pompa.

Punctul de echilibru (de functionare ) al motorului si al pompei este stabil numai daca la perturbatiile accidentale care scot sistemul din starea de echilibru, acestea pot fi stabile ±∆ω, ±∆V(volumul)

Regimuriile tranzitorii se urmaresc prin relatia

J moment de inertie a subansamblurilor aflate in relatie

- reteaua de stabiliatate a sistemului de circulatie a lichidului

Hp si Hr - inaltimile de pompare respectiv iesire din retea.

V - volumul in [m/s]

K constanta specifica retelei hidraulice

T - timpul

Pompe cu piston - sunt pompe volumetrice care transmit energia lichidelor prin intermediul uniu elelment mobil,active, piston , piston disc care executa miscari alternante de translatie in cilindrul pompei. Pompa cu piston este un echipament care tansforma energia mecanica de la sursa de antrenare ,acesta energie de transmitere a lichidului poate fii utilizata pt scopul dorit in alimentare cu apa transport la distanta , actionat hidraulic.

Pompele cu piston se clasifica astlel

mod de act cu mot trmic, hydraulic electrice, pneumatice;

dupa efectul pistonului : cu efect simplu sau dublu effect.

;dupa nr de pistoane avem : pompe simplex, dublex, triplex.

Caracter tehnice

Q unei pompe simplex cu 1 piston: Qe=

Q efectiv al unei pompe cu simplex cu dublu effect:

Unde D diam piston, s lungime piston, n turatie ,d diamtijei.

Rnadamentul volumetric si mechanic al pompei . Daca nu ma utiliza randamentul se obt q teoretice care nu tin seama de pierderi :

1. acoperi de lichid prin supape inapoi in conducta de aspiratie,

2. umplere incompleta a cilindrului cu lichid,

3. neetanseitatea completa a pistonului 0.90..0,95.

Imbunatatirea randamentului volumetric sa ajunga pana la 0,73. randamentul sup intre puterea cedata si cea primita avem: = 0.80.84.

Puterea hidraulica furnizata de pompa (kw).

Variatia Q pompei cu piston . La Stabilirea Q teoretic mediu sa considerat ca vit pistonului este ct ;in realitate ea variaza de la un moment la altul. Pt a evidentia modul de variatie a vit se rep sch mec biela manivele:

, x- spatiu.

De obicei lungimea bielei si a razei R se gasesc intr-un raport L/R>5 si un calc aprox se considera in care x are

expresia

V=

Rcos

.Aceasta cond aprox duce la o imprcizie de sub 2% cu ajutorul unui ex simplificat se scrie Q instantaneu al pompei Reprezentand garfic var Ql a pompa cu simplu efect :

Diagrama variatiei Q la pompa dublex efect ca in fig urmat

Q pompei cu simplu sau dublex efect se constata ca la aspiratie si refulare pompele datorita variatiei vit pistonului avem salturi la aspiratie si refulare , variatia presiuni de aspiratie si refulare care solicita mec reteaua de tarnsp.m=Qmax/Qmed(gradulde neregularitaea al unei pompe). La pomapa simplex m=3,14 ,la pompa cu dublu efect duplex m1,41, Cela prez mai susu arata ca pompele cu piston sa fie schipate atat pe partea sde aspiratie si de refulare cu butelii de amortizarea pulsatilor:ref Px=1.151.20 Pr, Asp Px=0.951.05 Pasp.

Pompe centrifugale- la aceste pompe en primita la arbore e transmisa lichidului prin intermediul uni mic disc cumai multe palete priofilate care se roteste se numeste rotor.Cresterea pres lichidului intr-o pompa centrifugala se dat pe de o parte transformari en cinetirce a lichidului iar pe de al ta parte Lmec dat de forta centrifugala ,in afara de rotor pompa mai areo carcasa si elem de act. Avem pompe tip valuta, pompa tip stator

   

A) pompele tip valuta lichidule aspirat axial , in zona rotorului si este refulat radial intr-un canal spiral de colectare astfel en cinetica se amesteca in pres , rotorul este prevazut scu 6-12 palete care delimiteaaza canalele de ungere. Rotorul poate fii inchis , semiinchis , dschis. Aspiratia se poate realiza , forta rotorului simpla si pe ambele fete ale rotorului aspiratia dubla a rotorului e prevazut cu palete pa ambele parti Porealiz Pref-30000mmH2O.

B) Pompe tip stator- exisata intre rotor si carcasa un dispozitiv fix statoric format di doua inele conentrice avand un nr de palete intre ele , canalele de scurgere astfel formate ale statorului permit un controlm mai bun al curgerii lichidului si contribuie la convertirea en cinetice in pres marind randamentul. In general actinatrea pompei are loc direc cu sau fara axa intermediara, pompele centrifugale sunt act numai cu mot electrice . Elementele pt descrierea aceasi puteri la ambele pompe centrifugale sunt realizaie in (Figura).

Unde avem c1,c2 - vit absolute de intrare sau iesire din rotor cu componetele u si v; u1,u2- vit de antrenare la intrare si iesirea din rotor;c1n,c2n- comp tang a vit absolute> relatii N=(kw), . Inaltiomea de pompare teoretica H= c2n*r2-c1n*r1/g. Se obs ca aceastainaltime depinde de componentele c2n si c1n , rel e a true numai daca prerotatia curentuli de lichid e produs de palete deghidate , daca prerotia e produsa numai de rotor :delata ; unghiul alfa 2 are influenta asupra lui data de rel: unde=0.780.90.Cracter unei pompe centri sunt experimentale laundu-se cu un numit lichid cunoscadu-se puterea caracteristica se prezinta dupa garficul .

Daca notam indicile p marimile obt la incercarea cu apa si trecem la o situatie in care pompa fct cu un alt lichid ,expresile, Q,inaltimea de pompare si a randamentului avem: [l/s]; .Sit 2 se schimba numai lichidul: . Sit 3 se schimba diam rotorului: ,. Sit 4 in cazul cand se sch mot electric: . Acesta calcule sunt aprox si trebe verif pe stand . Din considerente de similir=tudine def turatia specifica , la pompe cu piston avem <40, Pompe centrifugale avem 40<ns<300. Pe masura ce ns e mai mare q creste sipres de ref scade , pompele centrifugale cu 300<<600 sunt pompe mixte si sunt radiale , iar daca turatia creste de la 600 la 1200 sunt pompe axiale .Pompele centrifugale pt a fi puse in fct trebuie amorsate adica pline cu lichid si vana de ref inchisa.Reglarea Q se face prin manevrarea vanei de ref sau prin montarea unei vane deaspiratie .O reglare discontinua se poate realiza prin sch nr de trepte a rotorului .Modificarea schemei de regalarea pompei foloseste si pt reg;larea Q si pres.Pompele centrifugale care vehiculeza produse petrolierecalde trebe sa asigure o variatie calda a Q cu mentinerea randamentului in cond economice.Caracteristica pompelor centrifugale trebuie sa aiba o panta mica.

Separarea fizico mecanica a sist eterogene de hidrocarburi

1 Sisteme eterogene clasificare

2 Eficienta separarii

3 Procedee de separare a sist eterogene de hidrocarburi

4 Procedee de separare in comp operational

5 procedee de separare in comp centrifugal

Sist eterogene de hidrocarb pot fi formate din particule in suspensie prezente in gaze, in practica de santier sunt de H pot contine particole cu un spectru vomulometric cuprins intre 0,1 si 100 Nm, aceste particole pot fi fie solide sau lichide cu o forma bine definita sau nedef, solubile sau insolubile in apa inerte chimic, corozive sau necorozive cu sau fara propr electrice sau magnetice.

Sist eterogene de H pot fi de tipul:

-titei- gaze associate acestora

-gaze- apa libera sau sub forma de vapori

-gaze- suspensii solide(ex nisip)

Scopul operatiei de separare a sist de H in faze comp poate fi:

-recuperarea gazelor associate din titei avand in vedere potentialul energetic sau utilizarea ca mat prima in industria chimica

-purificarea prin retinerea apei sau suspensilor care pot genera unele fenomene nedorite, pot produce eroziunea elementelor covneze

Alegerea tehnologiei optime a sist eterogene gazoase se face functie de factori:

-particole prezente in gaze

-de debit de gaz, temp, umiditate, presiune si alti factori

Eficacitatea operatiei de separare se cuantifica prin cativa indicatori

-eficacitatea de colectare

-factor de decontaminare

-factor performanta

(3)

NUT-nr de unitati de transfer

In relatia de mai sus Ci si Ce- continutul max de particole in masa gazoasa

Dp- caderea de presiune inreg in int de separare

-continutul de praf in gazul epurat

-capacitatea de prelucrare a instalatiei exprimate in debitul de gaz pe unitatea de suprafata

Procedee de separare utilizate se impart in:

-Procedee de separare prin sedimentare

-Procedee de separare prin impact

-Procedee umede

-Procedee de separare electrostatic

-Procede de separare electrice

-Procedee de separare sonice

-Procedee de separare prin filtrare

Procedele de separare in camp gravitational prin sedimentare- datorita diferentelor de densitate ale particulelor solide si gazelor apare o anumita vit de sedimentare, vit de sedimentare in camp opoetutional este functie de vit de deplasare a particulelor de solid

Re<1

Vo-vit de sedimentare

d-diametrul particulei

1<Re<

Re>

Diam critic se calc cu rel  

g- acceleratia gravitational

C cand Re<1 rez C=2,62   <Re rez C=69,1

Separarea in camp gravitational va avea viteza sedimentare si diam critic calculate cu aceleasi rel de mai sus da se inlocuieste

acp-acceleratia centripet

Re<1 rez

1<Re< rez

δ - densitate gaz

Re> rez

Elem de calcul la separatoarele in camp gravitational

Se considera o camera cu dimensiunile

Viteza - vit de sedimentare

- vit de sedimentare a celei mai fine particule

Relatia intre dimens camerei si vitezele care actioneaza asupra particulei sunt

rez ts-timp suplimentar

Debitul volumetric de gaze prelucrat Gv=V*L*H [

Sg=H*L

Gv=

Vitezele de separare se considera pt gaze la nivelul sectiuni din separator

Vit sunt de 60 m/min la filter cu aer

In separatoarele de gaze 0,3 - 0,6 m/s

Separatoarele in camp gravitational inertial pot fi orizontale, vertical cu o forma cilindrica , sunt confenctionate din OL cu rezistenta aparte la temp joase fiind influentate de temp

Cele mai modern separatoare sunt cele care combina in int la atat filtrele gravitationale, inertial cu schimburi dese de directie

Echiparea cu demister si colector au rolul de a aglomera si initia separarea

R1- racord intrare R2-racord iesire R3-gra de vitrare R4-racord de evacuare automata a fazei lichide R5,R6 - prize pt manevrarea caderi de presiune R7- racord de supapa de siguranta

1-reflector 2-disp rotoric care centrifugeaza gaze 3-demister 4-colector

Pot face o separare de pana la 10-15 micrometri

Filtrarea

1 Generalitati

2 Factori care influenteaza filtrarea

3 Teoria filtrari

4 Filtrarea prin strat de precipitat

5 Filtrarea prin strat de precipitat si stratul de plutoni

6 Spalarea precipitatului

7 Tipuri de filter

8 Filtre in camp centrifugal

Filtrarea este o operatie de filtrare a gazelor intr-un sist eterogen

-solid-lichid

-lichid-gaz- cu cazul unui strat filtrant ca retine particule solide

Principiul filtrari este in fig de mai sus

1-suportul stratului filtrant 2- stratul filtrant 3-sesimentul 4- suspensia ce trebuie filtrata

Forta matrica sete Dp=p1-p2

Dp in unele sit in santier trebuie crescuta

Retinerea partic solide pe stratul filtrant este rez urmatoarelor procese ce au loc succesiv

La inceput are loc sedimentarea pe supraf filtranta, are loc o cernere de catre pasla stratelor, adsorbtia particulelor in stratul de precipitat depus,Practic in functie de stratul de sediment creste incontinuu si conduce la o crestere a Dp imbunatatind calitatea filtrari, fiind tot mai eficienta retinerea particulelor mai mici

Cand Dp=0,25-0,3 bar filtrarea nu mai este eficienta dpdv energetic

La filtrare avem etapele:

-retinerea partic solide de catre stratul filtrant

-retinerea se face atat de stratul filtrant cat si de sedimentul depus , Dp prescrisa de proiectant

-oprirea filtrari si repetarea sau schimbarea filtrului

SCHIMBATOARE DE CALDURA

Schimbatoarele de caldura (s.c.) sunt utilaje termice in care are loc transferul de caldura de la un fluid mai cald la un fluid mai rece in procese de incalzire, racire, condensare sau in alte alte procese termice in care sunt prezente unul sau mai multe fluide cu temperature diferite.

In cadrul instalatiilor tehnologice s.c. pot ocupa o parte principal fiind un utilaj coordonator al procesului sau poate fi un organ secundar introdus in sistem cu scopul de a economisi caldura sau masa de substanta. Semnul de curgere al celor doua fluide in s.c. poate fi

a)in echicurent (fluidele au acelasi semn de curgere),

b)contracurent,

c)curent incrucisat,

d)current mixt.

Factorii care influenteaza procesul:

-procesul tehnologic prin parametrii lui

-variatia parametrilor

-proprietati fizice ale fluidelor si a peretelui despartitor.

Procesul tehnologic si parametrii lui, de regula sarcina termica, in majoritatea aplicatiilor se cunosc valoarea temperaturii fluidelor, debitele, presiunile.

O variabila de proiectare o constituie rezerva de suprafata de schimb de caldura:

a = k×s×D×ε = k×s×(tf₁-tf₂)

k - coefficient global de schimb de caldura

s - suprafata de schimb

Agentii termici utilizati in s.c. sunt aburul, apa, gaz de ardere, uleiuri saturate in saruri, metale topite. Dintre acestea cei mai utilizati sunt aburul si gazul de ardere.Un bun agent termic ca fluid purtator trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa aiba conductivitate termica buna, caldura specifica mare, vascozitate mica, caldura latenta de vaporizare mare, sa fie stabil d.p.d.v. termic si neagresiv chimic, sa nu formeze depuneri, sa se curete cu usurinta, sa fie ieftin si disponibil.

Domenii de utilizare

-sunt utilizate pentru transferul de caldura in procesele de fierbere, racire, condensare sau in alte aplicatii industrial;

-schimbul complex de caldura in procesele de ardere si apa+abur din generatoarele de abur

-prepararea apei calde si fierbintin in sisteme de termoficare

-in complexe de recuperare a caldurii cu punct termic scazut.

Clasificarea s.c.

Se face dupa doua criteria generale -criteriul tehnologic constructiv

-criteriul transferului de caldura

1.Criteriul tehnologic constructiv

-incalzitor -racitor

-vaporizator    -boiler

-condensator   -aeroterma

-preincalzitor   - distilator

Dupa tipul constructiv:

-s.c. prin suprafata - ag termic nu se amesteca, iar transferul are loc printr-un perete despartitor

-s.c. prin amestec - transferul are loc prin amestecarea celor 2 agenti termici

Dupa regimul de lucru:

-s.c. cu actiune continuua

-s.c. cu actiune discontinuua

-s.c. cu actiune interminenta

Dupa regimul de circulatie:

-echicurent

-contracurent.

Dupa natura agentului termic

-lichid-lichid

-lichid-gaz

-gaz-gaz

Dupa geometria suprafetei de schimb

-cu tevi

-cu placi

-cu lamele

-cu placi spiralate

Dupa modul de prelucare al dilatarilor termice

-rigide

-semielastice

-elastice

Dupa nr de treceri ale agentului termic

-o trecere

-doua treceri

-n treceri

2.Criteriul transferului de caldura

-s.c. fara schimbarea starii de agregare a agentului termic (intra L-L si ramane tot asa)

-s.c. cu schimbarea starii de agregare a unuia sau a ambilor agenti termici.

Criterii de alegere

Pt. luarea unei suprafete termice economica adecvata la alegerea unui s.c. este necesar sa se cunoasca in detaliu factorii principali care determina dimensionarea si utilizarea acestora in schema tehnologica, parametrii termici, hidraulici si mecanici nominali, tipul constructive, material folosite, regimuri de functionare, conditii de amplasare si montaj, instructiuni de amplasare si mentinere, accesul la suprafata de schimb caldura a aparatului.

Performantele transferului de caldura

Datele procesului tehnologic ne permit fixarea temperaturii de intrare si iesire pentru cele 2 fluide.Pe baza acestor date , putem stabili si temperatura de iesire a fluidului ce trebuie incalzit.

La proiectare apar restrictii de proiectare :

- suntem ingraditi de anumite spatii, restrictii de dimensionare, de volum, de greutate

- apar si solicitari mecanice

- modul de deservire reparare si intretinere a schimbatorului de caldura

Conditi de functonare si de control :

Schimbator de caldura rigid tubular

1 mantaua schimbatorului de caldura

2 capacul schimbatorului de caldura

3 placa tubulara

4 fascicul de tevi

5 capacul schimbatorului de caldura

6 manometru

7 termometru

8 placa despartitoare

9 sicana

R1 - racord de intrare a fluidului cald

R2 - racord de iesirea fluidului cald

R3 - racord de intrare a fluidului ce trebuie incalzit

R4 - racord de iesire a fluidului ce trebuie incalzit

R5 - racord de golire (scurgere)

4 - fascicul de tevi care are forma U

Tevile tubulare utilizate la s.c. au:

diametru: 16, 18, 25, 30, 46, 57, 76;

grosimea de perete: 1.5, 1.8, 2, 2.2, 2.5, 3.5, 4

Materiale utilizate: STAS 8184/80    OLT 35 K; OLT 45 K; 10Mo3; 15CmMo4; 12CMoV3; 10CMo10; 10CMo50.

De asemenea tevile mai pot fi confectionate si din:

-alama STAS 95 - 78

-cupru STAS 270/1 - 78

-aluminiu STAS 7707 - 72

Cel mai des folosit material este otelul

Materiale folosite pt manta - table pt s.c. OLK 35 si OLK 45.

La calcularea unui.s.c. se parcurg 3 etape:

-calcul termic si hidrodinamic

-calcul mecanic

-proiect de executie.

Calculul termic urmareste determinarea suprafetei de schimb de caldura si strapungerea acesteia in interiorul s.c. corespunzatoare sarcinii tehnice date prin tema.

Calculul hidrodinamic coreleaza aceste calculi cu pierderile de presiune ce apar, energia de pompare necesara agentului termic.

Calculul mecanic, pe baza P,Q,T, a coroziunilor posibile datorate agentului de lucru si stabileste dimensionarea partii mecanice a s.c.

Calculul termic a s.c. prin suprafata se bazeaza pe 2 ecuatii:

-ecuatia de bilant  termic

[W]

Q₁ - caldura cedata de fluidul cald

Q₂ - caldura primita

Q_p - pierderile cu mediul ambient

η_sc =0,9÷0.98

- capacitatea termica afluidului de lucru

K_L - coefficient global de transfer de caldura ??? cilindrice

Perete plan cu un singur strat:

Perete plan cu mai multe structuri

α - coeficinet de convectie

Rd₁, Rd₂ - rez. datorata depunerilor pe peretele cilindric

K_de - este raportat la dimensionarea exterioara

Daca fluidul circula pe interior

δ- grosimea

λ - coefficient de conductivitate

Coeficientul global de transfer raportata la lungimea de conductivitate

Calculul mecanic

Imbinarea dintre tevi si placa tubular se poate face prin:

-mandrinare

-sudare

-lipire cu adezivi organic

-imbinare demontabila.

Mandrinarea este deformarea plastica la rece a capatului tevii si introdus in placa concomitant cu deformarea necesara a zonei adiacente din placa. Se executa cu mandrina. Dupa indepartarea mandrinei, deformarea elastic a zonei adiacente din placa se anuleaza strangand peretele tevii ce a fost deformat plastic,oferind etansietate.

Tipuri de mandrinare

- mandrinare lisa

-In canale inelare

-In canale inelare cu marginea rasfranta.

Verificarea rez. imbinarilor mandrinate si calculul la solicitari termice

Verificarea resist. imbinarilor mandrinate din placa tubulara consta in determ. rezist. la smulgere a tevii din placa tubulara. Daca not. Cu F_1T = fata de smulgere care revine unei singure tevi, forta care se dezvolta pe o suprafata "A" a placii tubulare si daca notam cu F₁= forta unitara de smulgere ce actioneaza pe o fasie de latime unitara din lungimea de teava mandrinata =>

F_1T= p_max x a

Sect. a - sectiunea din placa care apartine unei singure tevi.

F_1a - forta unitara admisibila ≤ 0,04 MN/m - (1)

F_1a ≤ 0,05 MN/m - (2)

F_1a = 0,075 MN/m - (3)

(1)   - forta admisibila este la forte mandrinate lise fara rasfrangerea marginii tevii

(2)   - imbinare de tip lisa cu rasfrangerea marginii tevii

(3)   - imbinare de tip lisa cu rasfrangerea marginii tevii   cusute

Imb. Mandrinate se verifica si prin forta de smulgere raportata la aria de teava mandrinata:

A_m = sect. tevii supusa mandrinarii

A_m= (d_c-d_i)x(S_p-C_i)

(1)   = 150 MN/m²

(2)   = 300 MN/m²

(3)   = 450 MN/m²

Solicitari de natura termica in schimbatoarele de caldura

Solicit. ce apar in sist. tubular al schim de Q depind de tipul constructiv si provin din natura ag. termici si dif. de temperatura.

Se vor folosi urmatoarele notatii:

P_T [MN/m²] - pres agentului ce circula prin spatiul intratubular

P_M [MN/m²] - pres agentului ce circula prin manta

Є_T, Є_M= deformatia specifica a tevii si mantalei schimbatorului de Q

α_T α_M = coef de dilatare liniara a tevii , respectiv a mantalei

[MN/m²] = modulul de elasticitate al materialului mantalei si a tevii

A_T, A_M = aria tevii , resp aria mantalei (supr. de rezistenta), [m²]

t_T, t_M = temp tevii, temp mantalei

t_c = temperatura de montaj al aparatului.

Solicitarile axiale de natura termica se prez. ca in figura de mai jos:

Aceste solicitari au valori importante in cazul schimb de Q de tip rigid si ele provin din dilatatiile (deformatiile termice) impiedicare. Aceste solicitari pot fii: de compresiune sau de intindere, in unul din elem schimb. de Q .

Daca capetele mantalei si a tevii schimb de Q ar fi lasate libere ele se dilata in functie de temperatura de lucru si vor ajunge fiecare in urmatoarele puncte:

B'= punctul unde se dilata mantaua

B"= punctul unde se dilata tevile schim de Q.

In realitate mantaua si tevile fiind legate rigid, ambele vor ajunge in punctul B", ceea ce inseamna ca tevile vor fi impiedicate sa ajunga in punctul B", ajungand doar pana in punctul B"'.

Mantaua e supusa la intindere.

Relatiile de dilatare:

(dilatarea tevii)

La aceasta relatie se adauga si se scade produsul () si se obtine in final:δ

Considerand deformatiile corespunzatoare de la teava si de la manta:

-> deform de intindere a mantalei

-> deform la compresiune a tevii

Datorita dilatatiei termice, se genereaza o forta de compresiune in tevi, iar in manta o forta de intindere egala si de sens opus acesteia, in sensul ca :

Aceste forte vor dezvolta stari de eforturi unitare de natura termica proportionala cu aceste forte:

Pe baza relatiilor de mai sus =>

Din figura de mai sus, se constata ca:

Din ultima relatie se poate scoate expresia fortei de natura termica din manta si din teava si => ca:

>0 -> tevile sunt solicitate la intindere si mantaua la compresiune(la diam mari, mantaua tr. verif. la pierderea stabilitatii axiale )

<0 -> tevile sunt comprimate si mantaua se intinde.

Schim. de Q se mai verifica si in urmat. situatie:

Se considera P_max in manta si P₀ la interiorul tevilor schimb. de Q.

Se considera P_max in interiorul tevilor si P₀ manta.

Tevile se mai verifica si la vibratii in sensul ca, daca acestea sunt fixate pe reazame, sub influenta circulatiei fluidelor ele pot intra in vibratii.

Rezervoare de depozitare

1). Generalitati

Prin rezervoare se intelege un recipient ce are capacitatea >3 m³. In industria petroliera, capacitatea de depozitare a crescut mult in ultimii ani. Sub aspect valoric, rez. de depozitare reprezinta circa 10-15% din totalul investitiilor care se realizeaza pe platforma unei rafinarii. La alegerea tipului corespunzator de rezervor trebuie sa se tina cont de o serie de factori:

De conditiile de lucru impuse

De conditiile climatice

De caracteristicile constructive a diferitelor tipuri de rezervoare

De o serie de indicatori tehnico-economici

2) Clasificarea rezervoarelor

Sunt de o mare diversitate si clasificarea se face pe baza mai multor criterii:

I)      Dupa pozitia fata de sol

Rezervor de suprafata

Rezervoare semiingropate

Rezervoare subterane (ingropate)

II)     Dupa forma geometrica

Rezervoare cilindrice

Rezervoare sferice

Rezervoare sferoidale

Rezervoare conice

Rezervoare paralelipipedice

Rezervoare de o forma speciala

III)   Dupa capacitatea de depozitare

De capacitate mica <100 mc

De capacitate mijlocie si mare 100 mc - 50000 mc

Rezervoare de foarte mare capacitate > 50000 mc

IV)   Dupa natura materialelor din care se executa

Rezervoare metalice (sudate, nituite, verticale si orizontale)

Rezervoare nemetalice (din beton armat, materiale plastice)

V)    Dupa marimea presiunii interne

Rezervoare de joasa presiune (rezervoare atmosferice cilindrice cu axa verticala)

Rezervoare de presiune medie (rezervoare cilindrice orizontale)

3) Rezervoare atmosferice cilindrice cu axa verticala

Sunt rezervoare de depozitare atmosferice. Sunt folosite pt depozitarea lichidelor volatile la suprapresiuni de 0,5 bar.

Rezervoare de depozitare atm. cil cu capac fix

Rezervoarele de depozitare atmosferice cilindrice cu capac fix se clasifica dupa mai multe criterii:

I)      Dupa forma capacului

Rezervoare cu capac plat (unghiul facut cu orizontala este 3⁰ )

Cu capac conic (unghiul este intre 7 si 15⁰)

Cu capac bombat [h=(1/6----1/8)R]

Rezervoare cu capac autoportant

II)     Dupa contructia metalica de sustinere a capacului

Rezervoare cu constructie metalica de tip ferme si stalpi centrali

Rezervoare cu constructie metalica de tip ferme si stalpi intermediari

Rezervoare cu constructie metalica autoportanta

Rezervoare fara constructie metalica cu capac autoportant

III)   Dupa modul de rezemare

Rezervoare montate pe fundatie tip inel de beton

Rezervoare montate pe fundatie tip pot elastic

Rezervoare montate pe fundatie elastica cu inel de beton

Fundatia rezervorului

Este elementul de raspundere care preia in bune conditii solicitarile transmise atat de greutatea rezervorului cat si a fluidului stocat. Din punct de vedere al calculului fundatia nu ridica probleme deosebite.

Fundul rezervorului

Constructia sa care este un cerc, este strans legata de tehnologia de fabricare aplicata. Daca rezervorul se executa local prin sudare, atunci fundul se executa dintr-un singur panor de tabla are are mai multe tole orientate diametral. Constructiile circulare si imbinarile sudate sunt anulate de tehnologia de montaj aplicata.Grosimea tablelor folosite la realizarea fundului rezervolui este conform STAS 6579 care ne indica grosimea de 4 ÷ 15mm. De obicei daca D=15mm, se incepe cu tabla de 4. Pentru D>15, grosimea fundului va fi de 6 - 9 sau 10 mmm