Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 [ 215 ] 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

8.2. ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ

8.2.1. Истечение флюидов в горелках

8.2.1.1. Истечение на выходе инжектора

8.2.1.1.1. о режимах истечения

Тип течения флю»уузв в трубопроводе определяется характерным числом, называемым числом Рейнольдса, которое записывается:

Re =

где:

V - скорость газа, м/с;

D - диаметр трубопровода, м;

V - кинематическая вязкость, м/с. Если

- Re < 2000: истечение осуществлявтся параллельными струями со скоростью, изменяющейся прогрессивно от стенки к центру трубы. Истечение (течение) называется ламинарным.

- Re > 3 ООО: течение называется турбулентным; скорость изменяется резко у стенки и остается затем приблизительно постоянной.

- 2 ООО < Re < 3 ООО: течение очень нестабильное и может быть либо ламинарным, либо турбулентным, с неожиданным переходом из одного в другое.

Ламинарное течение имеет место в зоне горения кухонных горелках, газовых резаков и почти во всех горелках с выходными отверстиями порядка миллиметра, снабжаемых газом при очень низком давлении.

Напротив, почти во всех промышленных горелках встречается турбулентный режим истечения.

8.2.1.1.2. Коэффициент расхода инжектора

Форма, принимаемая флюидами при истечении через отверстие, представлена на схеме. Замечено, что струя флюида подвергается сжатию, что

Истечение флюидов через отверстие в тонкой стенке

делает ее диаметр меньше диаметра инжектора, сжатие зависит от формы инжектора и в меньшей степени от входного давления.

Принимая во внимание это явление, а также трение о стенки, определяют общий коэффициент расхода, который представляет отношение реального расхода и теоретического, который прошел бы через идеально профилированный инжектор.

Этот коэффициент расхода обозначается буквой С. На практике С составляет 0,6 -1,0 (величина приблизительная для соответственно обработанного инжектора, когда давление на входе выше 0,8 бар и мало изменяется в зависимости от типа флюида. На рисунке с. 676 приведены наиболее часто встречающиеся величины. Свыше 1 бар С может использоваться для практических расчетов в соответствующей размерности.

8.2.1.1.3. Уравнение расход-давление Бер-нулли для очень низкого давления

Изменение расхода в зависимости от давления в сопле показано на рисунке с. 677.

Для определения связи, существующей между давлением на входе в сопло и расходом, рассмотрим три зоны давления:

- зона низкого давления, где можно пренебречь сжимаемостью газа;

- зона высокого давления, где истечение осуществляется со звуковой скоростью в выходном сечении сопла;

- промежуточная зона.

Когда можно пренебречь сжимаемостью газа отношение расход-давление в сопле описывается уравнением Бернулли, которое в упрощенной форме для 15°С записывается следующим образом:

= 0,74CS

где:

qy - объемный расход, м/ч;

С -коэффициент расхода сопла (<1);

S - сечение сопла, мм;

Р,ф - давление эффективное, мбар;

Т - абсолютная твмпвратура газ (Т = 273 + О-

Это соотношение точно только до давления примерно 100 мбар. Тем не менее, оно может быть применено при оценочных расчетах до давления 2 бар с ошибкой в 2% для воздуха. Ошибка достигает 7% для природного газа и 14% для пропана.

8.2.1.1.4. Отношение расход-давление для звукового режима

Звуковой режим истечения достигается в сопле при истечении в воздух, когда эффективное

60"

с - 0,90 & 0,95

Di>2D

e>D С 0,80

С - 0,80 к 0,85

У /Л

D, >2D

С - 0,60

Пример величин средних коэффициентов расхода инжекторов при давлении от О до 1 бар.

давление равно следующим критическим величинам:

- 0,76 бар - для пропана;

- 0,85 бар - для природного газа;

- 0,91 бар - для воздуха.

Абсолютное критическое давление определяется из следующего соотношения:

Р = Р

где:

Р, - критическое абсолютное давление в барах, равное {Р,ф + Р,™);

Y - отношение массовой теплоемкости при постоянном давлении и объеме соответствующего газа; пропан - у = 1,14; природный газ - у = 1,3; воздух и водорода - Y = 1,4;

Р.ТМ - атмосферное давление, равное 1,013 бар при звуковом режиме, расход пропорционален абсолютному давлению, т.е. возрастанию разницы между эффективным давлением и атмосферным, при истечении в воздух. Это соотношение иллюстрируется на с. 677.

Уравнение расход-давление при 15°С представлено в виде:

где:

- объемный расход, нмч; d - плотность газа по отношению к воздуху; S - сечение сопла, мм;

Ро - абсолютное давление, бар (Ро = Р«,> + 1,013).

В том случае, если температура газа t отличается от 15°С, результат умножается на величину

273-И5 273-Hf

8.2.1.1.5. Соотношение расход-давление при дозвуковом режиме

Речь идет о промежуточном режиме истечения, находящимся между двумя предыдущими (с. 677).

В этом случае выражение расход-давление для температуры 15°С принимает очень сложную форму

При другой температуре газа t, результат дол-

жен быть умножен на величину

273-hi 5 273+ f

Графики (с. 678 и 679) позволяют подобрать ин-женктор с коэффициентом расхода, равным единице, в зависимости от давления и мощности в P.C.I.

Изменение расхода и скорости газа а сопле а зависимости от давления: пример -воздух.

8.2.1.1.6. Отношение тяга инжектора-давле-ние

Исследование аэродинамических процессов, вызываемых струями газа, выходящими из сопла показывает важность инжектирующей способности (напора) сопла. Этот напор G, называемый также импульсом, в общем виде, если предполохсить равномерные скорости, принимает следующий вид:

G = (7™V. + (P.-PJS„

где:

С -вНьютонах;

q„ - расход массовый, кг/с;

V, - скорость флюидов на выходе из сопла;

Р, - давление в выходном сечении сопла;

Р. - давление на выходе;

S, - площадь выходного сечения сопла.

При дозвуковом режиме, второй член равен нулю и напор равен количеству движения через сопло: (7„V

Для очень низкого давления имеем уравнение: (§8.2.1.1.3)