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建立高压空气压力的计算模式

2024/4/13 4:53:03发布31次查看
内压缩流程是指将空分设备主冷中的液氧(液氮)先用低温液体泵加压,再使液氧(液氮)在换热器中与空气换热、回收冷量并汽化复温,这样出冷箱的产品氧气(氮气)是带压的,往往可以直接供用户使用(也有再加压后供用户的)。为了能有效回收低温液体的冷量,减少传热过程中的不可逆损失,通常需要先将部分工艺空气增压,再将高压空气送入换热器中与汽化的低温液体换热。这部分经增压后的高压空气的压力和流量,会影响到换热器的传热工况,影响到空气(液空)和液氧(氧气)传热过程中的不可逆损失,从而也会影响到整套空分设备的能耗。因而,选取合适的高压空气压力和流量,对内压缩流程空分设备很重要。gtc氮、氩、氧三元物性软件,是英国boc集团(以下简称:boc)开发后主要提供给范围内的boc独资或合资企业空分设备现场维护人员使用,它嵌入在microsoft excel中,作为excel的一个加载宏而使用。利用gtc物性软件,可以在excel环境中很方便地得到氮、氩、氧三元系统的焓、熵、炯和饱和温度等数据。文章利用gtc物性软件,在excel中建立了汽化内压缩液氧(液氮)换热器内的温差分布、积分平均温差和zui小炯损失等的计算模型,并从以此模型得到的计算结果中得出了一些结论。
1 计算模型的建立
计算模型的建立都是基于热(冷)量平衡,文章仅考虑了因传热温差引起的炯损失,没有考虑因阻力引起的炯损失,也没有单独考虑换热器的冷损。为统一起见,假定进入换热器的正流空气温度都是298k,而出换热器的返流气体(如氧气等)温度都是296k,也就是热端温差为2k;并要求各换热器的积分平均温差都是5k。
液氧和高压空气单独换热的计算在换热器氧侧压力一定时,如果液氧(氧气)的焓值已经确定,那么氧侧的温度也就确定了。设液氧(氧气)的流量为1 m3/h,液氧进换热器的温度是94.15k (即一179℃)。由于氧气出换热器的温度已经确定(296k),利用gtc物性软件就能得到液氧进换热器和氧气出换热器的焓值,也就容易计算出换热器的总传热量q。从换热器热端开始,先按传热量将换热器分为多个微小换热单元。文章设置了一个函数,使得在上一个微元段内的“冷端温差” 过小(如1k以下)时,该函数能自动使得下一个微元段内的传热量变小,即在小温差区域采用更小的微元段。这是为了解决零温差和负温差问题。液氧和高压空气单独换热时,换热器内的温差往往会很不均衡,在要求积分平均温差为5k时,换热器内的zui小温差有时会很小。小温差区域的传热量虽然很少,但对积算,因此仍假定在换热器内各截面正流各物料之间的温度都相等,返流各物料之间的温度也都相等。利用gtc物性软件,由温度等得到各股流的焓值很容易,计算出传热量也简单;但反过来,由热量直接算出多股流各物料的焓值及温度有困难。文章以换热器热端为起点,分别对正、返流物料各作出了一个传热量对温度的函数,即9 (t)和p (t)。并不需要拟合出这两个函数,而只需要先求出这两个函数的多个节点,然后再用插值的方法,根据热量平衡,寻找出9 (t)各节点所对应的在q (t)中的传热量和温度等数值。以q (t)相邻两个节点之间作为一个微元段,则各微元段内的温差和传热量就可求出。这里采用的是线性插值,因两个函数的各节点距都很小(不大于1k,而且可任意小,但越小,计算越慢),又是使用内插值法,线性插值已能满足精度要求。对于液氧(液氮)的每个恒温汽化段,各增加了两个节点,而且假设液体正好全部蒸发完时的温度,比开始蒸发时的温度高0.01k。传热过程中因温差产生炯损失的计算,采用先计算出各微元段内炯损失,再求其和的方法。
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