Размеры помощи Системы высокой вязкости двухфазных потоков
Квалифицировать Ваш методам разработки высоковязкой двухфазных систем на освобождение от этих простых критериев.
Высокой вязкости двухфазной (HVTP) FLOW происходит во многих промышленных реакторов масштаба, в частности, когда безудержная реакций (например, при полимеризации) выводятся через систему оказания чрезвычайной помощи. Дизайн помощи системы двухфазной разряда может быть сложным, так как оно касается жидкости с жидкостью, как плотность и газовый как сжимаемость. Кроме того, жидкость может мигать, как он теряет давление, достигая душили потока на выходе из клапана и, таким образом, что ограничивает пропускную способность системы помощи. Литературы показывает, что 30-40% предохранительных устройств, которые существуют нарушать отраслевые рекомендации для входа перепад давления и противодавления (1). Эти учебные курсы, о безопасности и гигиене администрации. (OSHA, Вашингтон, округ Колумбия, <a target="_blank" href="http://www.osha.gov" rel="nofollow"> www.osha.gov </ A>) процесса управления безопасностью полетов (PSM) правила , что требует разработки устройств для сброса основе быть документально оформлены и проверены. Многие из них установлены системы оказания помощи были разработаны с использованием передового опыта отрасли, такие как API-Американского Нефтяного Института 520, в котором подробно, как проектировать по оказанию чрезвычайной помощи устройств с низкой вязкостью однофазные (газа, пара, жидкости) системах ..
Тем не менее, Есть в настоящее время нет общепринятых методов расчета помощи системы потока HVTP. Последние издания API-520 включены изменения для определения размера предохранительных систем две фазы потока с использованием Дьерс технологии. API-520 также включает в себя добавление поправочный коэффициент вязкости, K ^ V ^ к югу, для систем высокого потока вязкость. В июле 2002 года Айше-конструкторский институт по оказанию чрезвычайной помощи системы (Дьерс) пользователя Группа выпустила на основе консенсуса наилучшей практике называется SuperChems * для Дьерс (2), что включает в себя два метода для обработки большого потока вязкость через клапан охотно повторно - объем- основанные потока HVTP модели и модели slipflow (3, 4, 5). (Слип поток ссылается на характеристики течения в две фазы поток которой пара путешествует быстрее, чем жидкость.) соответственно, эти модели называются сопла метод и труб методом (Box).
Коэффициент вязкости коррекции, K ^ V ^ к югу, используется для учета потерь давления в сопле за вход эффекты, и трубы представление используется для учета влияния трения на стенке (на входе / сливных трубопроводов) на Перепад давления (6, 7). Расчеты на основе моделей установленном Grolmes (10, 11) и Мельхем (3). В данной статье рассматриваются применения и использования методологии SuperChems в целях совершенствования и проверить дизайн и производительность существующего рельефа системы сделал для потока HVTP.
Предохранительный клапан представление
Примеров и ориентиров в следующем разделе будет показать, что при моделировании помощи системы HVTP потока, насадка представление (с поправкой на большой поток вязкость) потока и системы труб представление потока система даст существу же Расходы, приведенные и воспроизводить Те же факторы коррекции вязкости.
Дьерс критериев
Следующие критерии предназначены для оказания помощи компаний-операторов определить, если их нынешние методы дизайна будет работать на системах с потоком HVTP. Критериев также иллюстрирует воздействие X и скольжения на поток оценкам, пропускной способности и обратного давления сливного патрубка. Эти критерии произвольно использовать воду в качестве рабочей среды и корректировать свою вязкость в иллюстративных целях.
Уровень 1 - All-жидких, вязких потоков. Системы показателей использования 4P6 безопасности сильфон с предохранительным клапаном: A = 6,38 IN2; C ^ Sub D = 0,71 и р = 52,5 фунтов на квадратный дюйм. Условий эксплуатации жидкости: T = 40 ° C; P ^ югу е = 72,6 дюйм, и P ^ югу BP = 14,7 дюйм. Жидкости р = 8,274 фунт / галлон и Значение к ^ к югу ЛОР, turb ^ оценивается по формуле. 2 и корректируется путем добавления 0,191 к тому, для учета геометрии эффектов. Характеристики труб представление клапана L = 6 дюймов, D = 2,85 мм и шероховатость поверхности трубы от 0,0018 дюйма результатов был использован для SuperChems Дьерс.
Идеальное сопло (Cd = 1) текущей низкой вязкости воды будет производить идеальный расход (M ^ югу идеальным ф) 919221 кг / ч. Таблица 2 приведены данные для решения труб и простое представление форсунку с помощью K ^ югу V, I ^ ("подправить" форме C ^ ^ Sub-D, что составляет вязкости эффекты, когда трубы представление насадка используется) , а к югу DM ^ ^. Этот тест показывает, что обе трубы и сопла решения предсказать той же вязкости поправочные коэффициенты (K ^ югу V, I ^ и К ^ ^ к югу DM) в широком диапазоне вязкости. Обратите внимание, что взносы ламинарного скоростного напора стала незначительной на N югу ^ Re ^> 1500. Также обратите внимание на значительное сокращение потока при высокой вязкости жидкости.
Уровень 2 - Две фазы мигать вязкого течения, и все газового потока. Уровень 2 использует тот же клапан безопасности, как контрольный показатель 1. Жидкости, насыщенный при T = 151,85 ° C и P = 72,6 дюйм. C ^ D ^ к югу произвольно, как указано 0,91 и воды, как вязкость жидкости проводится постоянная Все остальные параметры процесса остаются такими же, как в один тест.
В таблице 3 приведены оценки M для идеальной теоретической соплом без потерь трения, где М является максимально возможным потоком через клапан. X определяется как значение ввода в условиях насыщения. Качество душить, X ^ с ^ к югу, оценивается с использованием SuperChems для Дьерс через изэнтропической газового потока, которая использует модификацию Мельхем из Пэн-Робинсон уравнения состояния (3). Обратите внимание, что огромное воздействие X на М является наиболее значительным из X = 0,0001 Х = 0,01. Но при X> 0,5, влияние X значительно меньше, что свидетельствует о жидкости ведет себя как пара.
В Таблице 4 приведены оценки М сопла представление клапана, со скоростью потери представляют C ^ ^ Sub-D и K ^ V ^ к югу. Эти потока оценки будут использованы для целей проектирования, если соответствующие поправочные коэффициенты были использованы. API-520 K ^ V ^ югу коррекции часто используется вместо Дарби-Molavi форме (к югу DM ^ ^). Тем не менее, Дарби-Molavi корреляции находится в согласии с кривой API, который имеет большие оценки точности, но является более общим, поскольку на его долю приходится влияние размеров сопла на К ^ ^ V к югу. По этой причине автор предпочитает Дарби-Molavi корреляции.
В последнем столбце таблицы 5 видно, что вязкость коррекции, выведенным для труб решения по существу же, как и коррекция вязкости Дарби-Molavi и производит те же значения, как M сопла решение с вязкостью коррекции, как показано в таблице 4.
Эти показатели показывают, что 1-мерной трубы представление предохранительное устройство производит такое же решение, как сопла представление HVTP и низкую вязкость две фазы (LVTP) потока. Трубопроводов представление предохранительное устройство имеет значительные преимущества по сравнению насадка представление, поскольку две фазы коэффициент расхода не нужно быть указан для двухфазных потоков, охватывающих широкий круг потока типов (например, мигание и замороженных потоков, где говорится замороженные на 2 фазы потока, в котором жидкость не мигает, таких как воздух и вода в условиях окружающей среды), так трубы решение более точно описывает путь предохранительных устройств потока.
Уровень 3 - Перепад давления на входе и сливных трубопроводов для вязких двухфазных потоков. Один из основных выводов исследовательской программы является то, что Дьерс HVTP поток будет отдельной на линии нагнетания, в результате скольжения потока и, следовательно, более высокого давления в линии нагнетания. Но это не верно для всех типов потоков. Давление на входе потери оценки следует рассмотреть возможность скольжения даже для не-вязкого течения. Предварительные результаты показывают, что краткий разряда (
Имея это в виду, выкидной линии добавляется Уровень 2. Требуемого диаметра линии нагнетания оценкам, чтобы достичь 30% обрат.давление (максимальная рекомендуемая противодавления для устройства сильфонов). Напорный трубопровод состоит из горизонтального сегмента (1-футовые), один 90-град. локоть (А = 800 / N ^ ^ к югу Re 0,3) и вертикальный отрезок (L = 7 м в длину). Жидкости, вязкость
В Таблице 6 показано влияние проскальзывания на АР на линии нагнетания для X = 0,0001. Скольжения оценки были получены в SuperChems для Дьерс, используя Данс-Росс и перепад давления соотношение (3). Это соотношение подробно описаны Азиз и Говьер лучшим в своем классе, но для осуществления комплекса (12). Модель Hughmark скольжения (6), также широко используется. Moody модели скольжения находится предсказать почти такой же Расходы, приведенные для трубе как рассчитывается с низкой вязкостью экспериментальных данных (4). Дарби рекомендует использовать два раза коэффициенте скольжения (SR) предсказал использованием корреляции Hughmark для соплей (6). Grolmes (10, 11) показывает, что SR [приближенных] 10 является разумным для большого потока вязкость.
Результаты в таблице 6 показывают, что на линии нагнетания номинальным диаметром должна быть 6 дюймов использования однородных (или без скольжения модель, 8 дюйма с использованием модели Moody скольжения и 10 дюйма с использованием модели Fauske скольжения. Эти линии размеров, при которых 30% BP будет достигнуто. Таблица 6 не означало бы предложить эвристический сложения двух размеров линии линии нагнетания при использовании не-скольжения модель, скорее, свидетельствует о важности проскальзывания на необходимый диаметр разряда, из трубы.
Вязкости и физические свойства, используемые здесь, могут быть самыми разными для других систем высокого потока вязкость в частности связанных с полимерами. (Примечание: полимерные жидкости с высокой вязкостью, неизбежно неньютоновских). Эти результаты следует также применять к замороженных средств. Общая протяженность линии нагнетания использовали здесь 8 футов Фактические установки обычно имеют разряд линий 50 м и 100 м в подключении вспышки заголовки, вентиляционные системы удержания или другого оборудования. В ситуациях с высокой вязкости потоков, использование разрыв диски должны быть рассмотрены и, возможно, даже предпочтительнее.
Рекомендации
Следующие рекомендации дизайна относятся как к HVTP и систем LVTP поток:
1. Использование однородных модели экономического равновесия (то есть не скольжения) представлять предохранительный клапан, который имеет постоянный диаметр ствола 4 дюйма или более, в противном случае, использование модели однородной неравновесной или скольжения модели, такие как 1 рекомендовал Дарби ( 6).
2. Использование модели скольжения потока для оценки АР и АД на входе и разгрузки линии.
3. Трубопроводов представление клапан предпочтительнее, чем идеальная представленность сопла. Расчетный К ^ к югу ЛОР, turb ^ с использованием опубликованных воздуха производителя или парового потока данных с формулой. 2. Если поток данных не имеется, оценка А ^ югу ЛОР, turb ^ использованием производителя опубликованные C ^ ^ Sub-D для вашей системы предохранительный.
Соответствующие C ^ ^ Sub D зависит от того потока в сопле задохнулся. С высокой вязкости потоков медлительнее, чем низкие потоки вязкости, задыхаясь может быть менее вероятен, и использование жидкого C ^ ^ Sub-D может быть более подходящим. Использование трубопроводов исключает представление догадаться работу по созданию C ^ ^ Sub-D для различных типов течений, таких как гибридные, мигает и т.д.
* SuperChems является торговой маркой корпорации ioMosaic SuperChems для Дьерс продается Айше.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шелли, S., "Осторожно: Ваша защита от превышения давления может оказаться недостаточным," Хим. Eng., 106 (4), стр. 58 (апрель 1999).
2. Фишер-HG и др.. ", По оказанию чрезвычайной помощи Систем Дьерс Использование технологии", Айше, Нью-Йорк, стр. 84 (1992).
3. Мельхем, Г. А. SuperChems экспертов Версия 5,4 Reference Manual, "ioMosaic Coip. (2003).
4. Мельхем Г.А., HG Фишер, "Обзор SuperChem для Дьерс для систем по оказанию чрезвычайной помощи и вентиляция Сдерживание Дизайн" Процесс безопасности Прогресс ", 16 (3), с. 185-197 (июль 1997).
5. Мельхем Г.А., HG Фишер и Д. Шоу, "Расширенный Метод оценки кинетики реакций, масштаб деятельности и дизайн для сброса давления," Прогресс безопасности технологических процессов, 14 (1) (1995)
6 Дарби, Р., Ф. и В. Self Эдвардс, "Прямой метод интеграции для определения размера предохранительных устройств для двухфазных (газ / жидкость) Flow," документ представлен на совещании Группы Дьерс пользователя, Лас-Вегас, Невада (2003 ).
7. Флетчер, Б. ", мелькая отверстия и трубы", Айше симпозиум предупреждению потерь, Denver, CO (1983).
8. Дарби Р., вязких двухфазных потоков в предохранительные клапаны. Этап I. Современное состояние и рекомендуемые процедуры Дизайн ", Дьерс группы пользователей Заключительный доклад, Айше / Дьерс Нью-Йорке (20 ноября 1997).
9. Дарби, Р. и К. Molavi ", вязкости поправочный коэффициент, клапаны чрезвычайной помощи," Процесс безопасности Прогресс ", 16 (2), с. 80-82 (1997).
10. Grolmes, М., "Отчет о высокой вязкости двухфазного потока Моделирование", Дьерс группы пользователей (апрель 1997).
11. Grolmes, М., "высокой вязкости двухфазного потока Моделирование", Дьерс группы пользователей Проект итогового отчета (июнь 2002).
12. Говьер, GW, К. Азиз ", потоком сложных смесей в трубопроводах," Роберт Е. Кригер издательство "Publishing Co (1987).
Жорж А. Мельхем
Корпорация IOMOSAIC
Жорж Мельхем является президентом корпорации ioMosaic (93 Стайлс-роуд; Салем, NH 03079, тел: (603) 893-7009, факс: (603) 893-7885, E-почта: <A HREF = "mailto: Мельхем @ iomosaic . Ком "> <melhem@iomosaic.com />). До работы в ioMosaic, Мельхем был президентом корпорации Pyxsys, технологии дочерней Arthur D. Little (ADL), а также вице-президент по глобальной безопасности ADL и практика управления рисками. Он всемирно известный дизайн для сброса давления, химических реакций систем, а также пожаро-и взрывобезопасности динамики эксперт. В этом качестве он предоставляет консалтинговые и проектные услуги, показания экспертов и поддержку расследования инцидента и реконструкции для большого числа клиентов. Мельхем занимает BS, MS и ученые степени в области химического машиностроения, а также несовершеннолетних в промышленном строительстве, от Северо-Восточного университет, а также завершил обучение руководителей в области финансов и управления продажами в Гарвардской школе бизнеса.
