ПРОЦЕСНА
ТЕХНИКА
БРОЈ 1
јун 2011.
ГОДИНА 23.
Актуелно
П ум п е - и з б о р и
с п е ц и ф и к а ц иј а
Инжењерска пракса
Оптимизација клипних
компресора у процесној
индустрији
ISSN 2217-2319
Нове технологије
3D пројектовање
процесних постројења
w w w. s m e i t s. r s
ПРОЦЕСНА
ТЕХНИКА
Издавач:
Савез машинских и електротехничких
инжењера Србије (СМЕИТС)
Кнеза Милоша 7а/II, 11000 Београд
ФОНД ИНГ - фонд за унапређење процесног и
енергетског инжењерства и заштите животне
средине
Радоја Домановића 16, 11000 Београд
Главни и одговорни уредник:
Србислав Генић
Сарадници:
Александар Петровић
Илија Ковачевић
Дејан Радић
Технички уредник:
Иван Радетић
Web тим:
Стеван Шамшаловић
За издавача:
Милош Галебовић
Контакт
[email protected]
Публикација је бесплатна.
Садржај публикације је заштићен.
Коришћење материјала је дозвољено искључиво уз
сагласност аутора.
На основу мишљења Министарства за науку, технологије и
развој Републике Србије, број 413-00-1468/2001-01 од 29.
октобра 2001, часопис “Процесна техника“ је ослобођен
плаћања пореза на промет роба на мало, као публикација
од посебног интереса за науку.
CIP -- Катологизација у публикацији
Народна библиотеке Србије, Београд
62
ПРОЦЕСНА техника: научно-стручни часопис / главни
и одговорни уредник Србислав Генић – Год.1 бр. 1
(септембар 1985) - . - Београд (Кнеза Милоша 7а/II) : Савез
машинских и електротехничких инжењера и техничара
Србије, 1985 - (електронска публикација) – 27cm
шестомесечно (јун и децембар)
ISSN 2217-2319 (Online) = Procesna tehnika(Online)
COBISS.SR-ID 4208130
САДРЖАЈ:
број 1, јун 2011. година 23.
ИНЖЕЊЕРСКА ПРАКСА
10 Пумпе - избор и спецификација
14 Умеци за побољшање истицања
растреситих материјала из бункера и
силоса
18 Хеуристичка правила за процесну
опрему
26 Оптимизација клипних компресора у
процесној индустрији
42
КОЛУМНЕ
Преглед критеријалних релација за
одређивање коефицијента прелаза
топлоте и коефицијента трења при
једнофазном струјању флуида кроз
цевне змије
ПРОЦЕСНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ И
НОВИ ПРОИЗВОДИ
УВОДНИК
ПРОЦЕСИНГ
ИНЖЕЊЕРСКА
КЊИЖАРА
ЕКОНОМСКИ
ИНДИКАТОРИ
32 Сигурносни дискови – Основни
појмови и примена
36 3D пројектовање процесних
постројења помоћу
специјализованих софтверских
апликација најновије генерације
ЕКОНОМСКИ ИНДИКАТОРИ
46 Економска анализа процесних
постројења – тренд у 2010. години
ОГЛАШИВАЧИ
ALTIM
CWG BALKAN
ELEKTROVOJVODINA
ELMARK
IMI INTERNATIONAL
LINDE GAS SRBIJA
MESSER
MIKRO KONTROL
PANKLIMA
PETROPROCESS
PROING
PROTENT
RB KOLUBARA
SAGAX
SGS
TE NIKOLA TESLA
TERMOVENT KOMERC
ZAVOD ZA ZAVARIVANJE
WILO
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
3
ПТ
Уводник
Уводник
Србислав Генић, главни и одговорни уредник
Поштоване колегинице и колеге,
Н
ачин изражавања у различитим областима технике је веома једноставан и прилично
упрошћен у односу на говорни језик или језик који се користи у другим областима људске
делатности. У комбинацији са бројевима, који су неопходни пратећи елеменат свих техничких
текстова, језик технике на прилично једноставан и једнозначан начин треба да описује техничке
уређаје и системе, да износи запажања о њиховом раду, уоченим недостацима, могућностима
побољшања, итд.
У правном смислу технички термини имају јединствено значење прописано законима,
правилницима и стандардима, па тако техничка терминологија има свој специјализовани речник,
који не мора да важи у другим областима живота. Ради квалитетне и сажете комуникације прецизни
технички термини (и њихове формално признате и документоване дефиниције) морају бити
подржани од стране најобразованијег дела јавности, а у техници су то инжењери. Остали појмови
који се у техници користе, а поготово у теренском раду или у комуникацији са недовољно технички
образованом популацијом, могу имати и друга значења и веома често се директно преузимају из
других језика. Нпр. у области машинске технике постоји велики број термина који се користи у нашој
земљи, а да немају никакве везе са нашим језиком: прирубница = фланша = flange (енглески), заптивач
= дихтунг = dichtung (немачки).
Постоји неколико једноставних правила која се користе у техничком изражавању. Једно од њих је
коришћење пасива уместо актива. На пример:
• актив: Измерили смо дебљину зида посуде 6 mm.
• пасив: Измерена дебљина зида посуде износи 6 mm.
У првој реченици, субјекат ми, делује на посуду која представља објекат, док је мерење акција
(дејство). У другој реченици субјекат је посуда и нема акције; пасивна конструкција подразумева
акцију. У техници прва реченица се сматра непожељном, јер се односи на њеног аутора (ми). Већина
наставника и професора од својих слушалаца (ученика и студената) тражи да се користити други
пример, јер је од веће важности шта је урађено (у примеру шта је измерено), него ко је нешто урадио.
Ако је неопходно да се помене вршилац радње, користи се следећа конструкцију: Измерена дебљина
зида посуде, од стране ...., износи 6 mm.
Од важности је и тон којим се аутор текста обраћа читаоцу, јер показује истовремено и однос
аутор - читалац. Тон којим се пише треба да буде професионалан и језгровит, и не сме остављати
дилему било какве врсте. Читањем туђих текстова стиче се појам како треба користити тон обраћања
потенцијалном читаоцу. На пример:
• колоквијални тон: Хемијска реакција се не може остварити без одговарајуће температуре,
притиска и присуства реактаната.
• стручни тон: Неопходан услов за одвијање хемијске реакције су одговарајући радни услови:
температура, притисак и концентрације реактаната.
Постоји и проблем у стилском балансирању расположења, што је посебно важно за закључке
текстова, када је потребно укратко протумачити главне резултате рада. На пример:
• грандиозни стил: Резултати спроведених 8 мерења нас доводе до закључка да је локални
отпор клапне у тесној вези са пречником клапне и брзином струјања.
4
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
ПТ
Уводник
• депресирајући стил: На основу само 8 извршених мерења нисмо у могућности да са сигурношћу
повежемо локални отпор клапне са пречником клапне и брзином струјања.
• балансирани стил: На основу 8 извршених мерења, а имајући у виду искуства других
истраживача, са великом сигурношћу се претпоставља да кључни утицај на локални отпор клапне
имају њен пречник и брзина струјања флуида, али је неопходно извршити даља истраживања ради
успостављања статистички чврсте везе поменутих параметара.
Постоји и цео низ других правила о којима треба водити рачуна при писању техничких текстова,
која се тичу формирања пасуса, навођења литературе, употребе мерних јединица, итд. Такође, постоји
и низ грешака које се често понављају у техничким текстовима:
• уместо „бројна вредност“ треба писати „бројчана вредност“;
• уместо „велика већина података“ треба писати само „већина података“;
• уместо „велики притисак“ треба писати „висок притисак“ што важи и за друге величине стања;
• уместо „конструктивне карактеристике“ треба писати „конструкционе карактеристике“.
Оваквих примера има превише да би били наведени у овом уводнику, али се надам да је јасно
да се лица која се баве техником, а пре свега инжењери, морају образовати и у овом смислу, пре свега
ради успешнијег обављања свог посла, а самим тим и због подизања угледа инжењерске струке.
Србислав Генић, главни и одговорни уредник
[email protected]
Приступница у чланство Савеза машинских и електротехничких инжењера
и техничара Србије (СМЕИТС)
Приступница Друштву за процесну технику
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
5
ПТ
Процесна техника
Редакциони одбор
Бр. Име и презиме
Предузеће, адреса
1
Србислав Генић
Машински факултет Београд, Краљице Марије 16, Београд
2
Бранислав Јаћимовић
Машински факултет Београд, Краљице Марије 16, Београд
3
Иоан Лаза
4
Раденко Рајић
Universitatea “Politehnica” dinTimisoara, Facultatea de Mecanica, B-dul M. Viteazu 1,
Timisoara
VIŠSS TEHNIKUM TAURUNUM, Наде Димић 4, Земун - Београд
5
Иван Радетић
Pro-Ing, Заплањска 86, Београд
Издавачки савет
6
Бр. Име и презиме
Предузеће, адреса
1
Александар Дедић
Шумарски факултет Београд, Кнеза Вишеслава 1, Београд
2
Александар Станковић
SAGAX, Радоја Домановића 16, Београд
3
Благоје Ћирковић
BET, Taдeуша Кошћушка 55, Београд
4
Бојан Николић
ЈКП Београдске електране, Савски насип 11, Нови Београд
5
Бранко Живановић
Нафтна индустрија Србије, РН Панчево, Спољностарчевачка 199, Панчево
6
Војислав Генић
Siemens IT Solutions and Services
7
Горан Богићевић
ЈКП Београдске електране, Савски насип 11, Нови Београд
8
Горан Вујновић
Aqua Interma Inženjering, Булевар ослобођења 337ц, Београд
9
Дарко Јовановић
SGS Beograd, Боже Јанковић 39, Београд
10
Дејан Газикаловић
FRIGOMEX, Михаила Шолохова 66ц, Београд
11
Дејан Цвјетковић
CD System, Јована Рајића 5б, Београд
12
Димитрије Ђорђевић
Термоенергетика, В.Ј. 1/IV, Лучани
13
Дорин Лелеа
14
Душан Елез
Universitatea “Politehnica” dinTimisoara, Facultatea de Mecanica, B-dul M. Viteazu 1,
Timisoara
ATM Control Beograd, Булевар Михајла Пупина 129, Нови Београд
15
Зоран Богдановић
Пионир Београд, Фабрика Суботица, Сенћански пут 83, Суботица
16
Зоран Николић
Messer Tehnogas, Бањички Пут 62, Београд
17
Илија Ковачевић
Pro-Ing, Заплањска 86, Београд
18
Љубиша Владић
ЈКП Београдске електране, Савски насип 11, Нови Београд
19
Марко Маловић
Messer Tehnogas, Бањички Пут 62, Београд
20
Милош Бањац
Машински факултет Београд, Краљице Марије 16, Београд
21
Мирослав Станојевић
Машински факултет Београд, Краљице Марије 16, Београд
22
Михајло Миловановић
NESTLÉ ICE CREAM SRBIJA Beograd, Бановачки пут бб, Стара Пазова
23
Небојша Пантић
Messer Tehnogas, Бањички Пут 62, Београд
24
Ненад Петровић
LABELPRO, Царице Милице 11, Београд
25
Ненад Ћупрић
Шумарски факултет Београд, Кнеза Вишеслава 1, Београд
26
Предраг Милановић
Институт за хемију, технологију и металургију, Његошева 12, Београд
27
Раде Миленковић
Paul Scherrer Institut, WBBA 203, 5232 Villigen-PSI, Switzerland
28
Радоје Раковић
Pro-Ing, Заплањска 86, Београд
29
Саша Јакимов
TRACO, Љубе Давидовића 55/6, Београд
30
Сузана Младеновић
Ватроспрем производња, Кумодрашка 240, Београд
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
ПТ
Друштво за процесну технику
24. међународни конгрес о процесној
индустрији Процесинг ’11
Поштоване колегинице и колеге,
Д
вадесет четврти међународни конгрес о процесној индустрији – Процесинг 2011, у организацији
СМЕИТС‑а, Друштва за процесну технику – одржаће се у хотелу НОРЦЕВ***, у Националном парку
Фрушка гора, од 1. до 3. јуна 2011. Тежиште рада Конгреса чине радови са тематиком инжењерске
праксе везане за проблематику, стање и изгледе у процесној индустрији.
Научно‑стручни и Организациони одбори изабрали су тематске области Процесинга 2011, које
покривају практично све домене процесног инжењерства. Пожељно је да радови који се припремају
за скуп буду везани за примену инжењерских знања потребних при решавању проблема у областима:
пројектовања и развоја процеса и постројења процесне и других индустрија; конструисања машина,
апарата и уређаја; припреме и вођења изградње и монтаже индустријских постројења; индустријских
и лабораторијских мерења; испитивања и атестирања материјала, производа, машина и апарата;
истраживања и развоја нове опреме и индустријских система; наставе у школама и на факултетима;
организације и управљања.
Позивамо вас на сарадњу у припремама и одржавању Процесинга 2011, са уверењем да овај наш
традиционални скуп има значајну улогу у развоју процесне технике и индустрије.
ОРГАНИЗАЦИОНИ ОДБОР
Процесинга 2011
Среда , 1. јун 2011.
8
10.00–14.00
Пријављивање учесника и уручивање конгресног материјала
12.00–14.00
Округли сто и одабрано тематско предавање
– Опрема под притиском
– Директиве Европске уније и нацрти националних Правилника
Модератори: Зоран Бакић, Александар Петровић,
Богдан Гњатовић, Илија Ковачевић
14.00–15.00
Отварање 24. конгреса – Процесинга 2011
Уводна реч, председника Организационог одбора
Представљање програма рада Конгреса
Обраћање почасних гостију, представника покровитеља и
спонзора
Званично отварање Конгреса
Додела повеља:
1. најбољим студентима
2. за допринос у области процесне технике
15.00–17.00
Коктел добродошлице
17.00–18.30
Округли сто Опрема под притиском – питања и одговори
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Друштво за процесну технику
ПТ
Четвртак , 2. јун 2011.
9.00–10.30
Излагање радова 3.1–3.10 III тематске групе: ПРОЈЕКТОВАЊЕ, ИЗГРАДЊА, ЕКСПЛОАТАЦИЈА И
ОДРЖАВАЊЕ ПРОЦЕСНИХ ПОСТРОЈЕЊА
Сала I
(велика сала)
9.00–10.30
Излагање радова 4.1–4.10 IV тематске групе: КОНСТРУИСАЊЕ, ИЗРАДА, ИСПИТИВАЊЕ И
МОНТАЖА ПРОЦЕСНЕ ОПРЕМЕ
Сала II
10.30–10.45
Пауза
10.45–12.00
Представљање спонзора
12.00–12.15
Пауза
12.15–14.00
Излагање радова 2.1–2.10 II тематске групе: ПРОЦЕСНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ
Сала I
(велика сала)
12.15–14.00
Излагање радова 3.11–3.14 III тематске групе: ПРОЈЕКТОВАЊЕ, ИЗГРАДЊА, ЕКСПЛОАТАЦИЈА И
ОДРЖАВАЊЕ ПРОЦЕСНИХ ПОСТРОЈЕЊА
Излагање радова 4.11–4.13 IV тематске групе: КОНСТРУИСАЊЕ, ИЗРАДА, ИСПИТИВАЊЕ И
МОНТАЖА ПРОЦЕСНЕ ОПРЕМЕ
Излагање радова 5.1–5.4 V тематске групе: ИНЖЕЊЕРСТВО ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ И ОДРЖИВИ
РАЗВОЈ, ЗАШТИТА ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ, ЗАШТИТА РАДНЕ СРЕДИНЕ, РАЦИОНАЛНО
КОРИШЋЕЊЕ ЕНЕРГИЈЕ, ОБНОВЉИВИ ИЗВОРИ ЕНЕРГИЈЕ
Сала II
14.00–15.00
Излагање радова 2.1–2.10 II тематске групе: ПРОЦЕСНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ
Сала I
(велика сала)
15.00–19.00
Излет
Сала I
(велика сала)
15.00–19.00
Свечана вечера
Петак , 3. јун 2011
9.00–10.30
Излагање радова 5.5–5.14 V тематске групе: ИНЖЕЊЕРСТВО ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ И ОДРЖИВИ
Сала I
РАЗВОЈ, ЗАШТИТА ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ, ЗАШТИТА РАДНЕ СРЕДИНЕ, РАЦИОНАЛНО КОРИШЋЕЊЕ (велика сала)
ЕНЕРГИЈЕ, ОБНОВЉИВИ ИЗВОРИ ЕНЕРГИЈЕ
9.00–10.30
Излагање радова 6.1–6.7 VI тематске групе: ОСНОВНЕ ОПЕРАЦИЈЕ, АПАРАТИ И МАШИНЕ У
ПРОЦЕСНОЈ ИНДУСТРИЈИ
Сала II
Излагање радова 1.1–1.3 I тематске групе: ТЕХНИЧКА РЕГУЛАТИВА И СИСТЕМИ КВАЛИТЕТА
10.30–10.45
Паузa
10.45–12.00
Представљање спонзора
12.00–12.15
Пауза
12.15–13.15
Округли сто
Сала I
(велика сала)
13.15–13.45
Конференција Друштва за процесну технику СМЕИТС‑а
Сала I
(велика сала)
13.45–14.00
Затварање Конгреса
Сала I
(велика сала)
14.00
Сала I
(велика сала)
Оптоштајни ручак
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
9
ПТ
Инжењерска пракса
Пумпе - избор и спецификација
Игор Мартић, Горан Мандић
П
ри избору пумпе, кључно је да карактеристике
пумпе одговарају системским захтевима и термофизичким својствима течности за коју се користи.
Ови фактори обухватају улазне услове, потребан проток,
разлику притисака, вискозност итд. Квалитет течности
треба да остане непромењен после пролазa кроз пумпу.
Такође, одговарајући материјал, вискозност, осетљивост
на смицање и присуство честица у течности, су важни
приликом разматрања избора пумпе. Инжењерске примене
се углавном своде на две главне категорије, центрифугалне
или пумпе које раде на принципу потискивања одређене
запремине флуида (запреминске). Рад ових пумпи је
веома различит, стога избор пумпе треба да се заснива на
јединственим параметрима процеса.
Запреминске пумпе - ЗП
Иако се инжењери углавном опредељују за
центрифугалне пумпе, неке специфичне потребе
налажу употребу запреминских пумпи. Због својих
конструкционих особености и могућности да управљају
протоком у зависности од улазног притиска, ЗП обезбеђују
високу ефикасност у већини случајева, чиме се смањују
трошкови енергије и трошкови одржавања.
Центрифугалне пумпе - ЦФП
Центрифугалне пумпе се чешће од других типова
користе у процесној индустрији, термотехници,
термоенергетици и хидроенергетици. Имају широки
дијапазон примене, а доступне су у великом опсегу
димензија и капацитета. Предности ЦФП су: континуалан
проток, релативно једноставна конструкција, ниска
набавна цена, мале димензије, ниски трошкови одржавања
и миран рад.
Табела 1. Упоредне карактеристике ЦФП и ЗП
ЦФП
Механички
принцип рада
10
Пумпа преноси
енергију на течност,
што доводи до
повишења притиска
на потису. Резултат је
струјање течности
ЗП
Пумпа захвата
одређену количину
течности и потискује
од усисног ка потисном
отвору. Прво се
остварује струјање,
а затим долази до
повишења притиска на
излазу.
Карактеристике
Проток варира са
променом притиска
Проток остаје сталан
независно од промена
притиска
Вискозност
Са повећањем
вискозности смањује
се ефикасност
Ефикасност расте
са повећањем
вискозитета течности
Ефикасност
Максимална
ефикасност је
остварива само у
једној тачки и опада
са удаљавањем од те
тачке.
Ефикасност се
повећава са
повишењем притиска
Радни услови
на усису
Течност мора бити у
пумпи пре стартовања.
Сува пумпа не може да
ради.
Подпритисак се ствара
на усисном вентилу.
Није потребно да
је пумпа наливена
течношћу при
стартовању.
јун 2011.
Карактеристични радни опсег
Слика 1. различитих типова пумпи
Упоредне карактеристике ЦФП и ЗП
ЦФП и ЗП имају различит одзив на промене параметара
у систему, па је важно проценити системске захтеве пре
него што се изврши избор пумпе. У табели 1 су приказане
конструктивне разлике између ових пумпи, као и радни
притисак, вискозност, улазни услови струјања течности и
ефикасност.
Опсег рада
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Опсег радних режима пумпи је комплекснији него
сама подела на ЦФП и ЗП и зависи од више параметара.
ЗП обухватају различите типове пумпи, а то су: клипне,
зупчасте, завојне и пумпе са дијафрагмом (мембраном),
итд. Са друге стране, центрифугалне пумпе, код којих се
ПТ
Инжењерска пракса
кинетичка енергија ротирајућих елемената преноси на
течност, могу бити (у односу на смер струјања) радијалне,
дијагоналне (радиаксијалне) и аксијалне. Да би се
приступило избору типа пумпе, неопходно је дефинисање
најмање два податка: протока и напора (висине дизања).
Остали параметри од значаја, као што су кавитацијска
резерва, радна температура и притисак, присуство чврсте
фазе, итд., су од значаја приликом наручивања пумпе. Ове
податке захтевају произвођачи ради прецизнијег избора.
На слици 1 приказан је карактеристични радни опсег
неколико типова пумпи [1].
Технички захтеви
На основу услова система у коме се користи пумпа, типа
пумпе, експлоатационих и погонских услова, дефинишу се
технички захтеви за одабир пумпе, наведени у табели 2.
Табела 2. Технички захтеви за избор пумпе
Кућиште
Ливена кућишта пумпе омогућавају ефикасно
претварање енергије, преко радног кола пумпе, у
енергију притиска. Кућишта са дифузором смањују
губитке и повећавају ефикасност у широком опсегу
капацитета, при чему највећу ефикасност имају
високо притисне пумпе са више потрошача.
Радно коло
пумпе
Радна кола затвореног типа су много ефикаснија.
Пумпе са отвореним радним колом се користе за
вискозне течности, течности које садрже чврсте
материје и за општу употребу.
Заптивање
Заптивање ротирајућих делова мора бити адекватно
извршено у циљу спречавања истицања да не би
то утицало негативно на ефикасност транспорта
течности. Заптивни прстенови су из категорије
безконтактних заптивки и механичких чеоних
заптивки. Безконтактне заптивке се врло често
користе код машина са брзоротирајућим елементима
покретаних струјањем гаса. Механички чеони
заптивачи омогућавају одличну заштиту од већих
пропуштања.
Лежајеви
Материјали
Фактори које треба узети у разматрање приликом
избора типа лежаја су број обртаја вратила,
максимално дозвољена асиметричност вратила,
анализа критичних брзина, оптерећење радног кола,
итд.
Нерђајући челици се користе веома често. Материјал
треба да буде тако изабран да смањи трошкове
одржавања, а да се при томе избегне материјал који
хемијски реагује са радним флуидом, односно да нема
корозију или ерозије материјала или контаминације
течности.
ХЕУРИСТИЧКА ПРАВИЛА ЗА ПУМПЕ
Кавитацијска резерва
У опсегу V=1÷5000 m3/h, n=725÷12000 o/min и
NPSH=1,2÷22 m може се користити једначина
n $ V0,5
NPSH0,75 =
36000 ' 51000
Уобичајена вредност за кавитацијску резерву износи
NPSH=1,2÷8 m.
Ефикасност пумпе
Ефикасност пумпи (h) се може проценити на основу
израза
=
h 80 - 0.937 $ H + 0.00546 $ H $ V - 0.0000151 $ H $ V2
+ 0.0058 $ H2 - 0.0000303 $ H2 $ V2 + 0.0000000835 $ H2 $ V2
где је ефикасност у %, H је напор пумпе у m, а V је
проток у m3/h . Подручје примене једначине је H=15÷90 m,
V=22÷230 m3/h.
Ефикасност се креће од 50% за мање пумпе до 90% за
велике.
Центрифугалне пумпе – опсег радних параметара
Једностепене пумпе за проток V=3÷1200 m3/h и напор
до H=150 m
Вишестепене пумпе за проток V=4÷2500 m3/h и напор
до H=1700 m
Табела 3.
Проток, m³/h
22,5
50
100
200
1000
2000
Ефикасност, %
45
62
70
75
78
80
Aксијалне пумпе – опсег радних параметара
Опсег протока V=4,5÷22500 m3/h
Напор до H=12 m
Ефиксност h=65÷85%
Ротационе пумпе – опсег радних параметара
Опсег протока V=0,2÷1150 m3/h
Напор до H=15 km
Ефиксност h=50÷80%
Клипне пумпе – опсег радних параметара
Опсег протока V=2÷22500 m3/h
Напор до H=300 km
Табела 4.
Снага, kW
5
7,5
15
30
100
350
Ефикасност, %
62
70
80
85
88
90
Електрични мотори и турбине
Ефикасност мотора је у опсегу 85÷95% за електричне
моторе, 42÷78% за парне турбине, 28-38% за гасне моторе
и турбине.
За снаге до 75 kW увек се користе електрични мотори.
Максимална снага електромотора је до 15 МW. Синхрони
мотори имају минимални број обртаја 150 o/min.
Парне турбине се ретко користе за снаге мање од 75 kW.
Литература
[1] Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, McGraw Hill,
New York, 1997.
[2] GPSA Engineering Data Book, Natural Gas Processors
and Suppliers Association, 1972.
[3] Evans, E L., Equipment Design Handbook for Refineries
and Chemical Plants, Gulf Publishing Co., Houston, 1979.
[4] Branan C. R., Rules of Thumb for Chemical Engineers,
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
11
ПТ
Инжењерска пракса
Gulf Professional Publishing, Houston, 1998.
[5] Pope J. E., Rules of Thumb for Mechanical Engineers,
Gulf Professional Publishing, Houston, 1996.
[6] Cheremisinoff, N. P., Fluid Flow Pocket Handbook, Gulf
Publishing Co., Houston, 1984.
[7] McAllister E. W., Pipe Line Rules of Thumb Handbook,
Gulf Publishing Co., Houston, 1993.
[8] Ludwig, E. E., Applied Process Design for Chemical and
Petrochemical Plants, Gulf Publishing Co., Houston, 1977.
Аутори
Игор Мартић, Maшински факултет
Универзитета у Београду, Краљице
Марије 16, 11000 Београд
тел. 069/300-9909
е-mail: [email protected]
Горан
Мандић,
Maшински
факултет Универзитета у Београду,
Краљице Марије 16, 11000 Београд
тел. 064/888 36 20
е-mail: [email protected]
Дипломирао је на Машинском
факултету у Београду јула 2010,
на одсеку за Процесну технику и
заштиту животне средине. Студент
докторских
студија
Maшинског
факултета Универзитета у Београду од новембра 2010.
Учествовао на неколико пројеката из области централног
грејања.
2003 - Завршена Виша техничка
машинска школа – Земун.
2011 – тренутно у фази израде
завршног MSc рада на Машинском
факултету Универзитета у Београду, смер: Процесна
техника и заштита животне средине
Од 2004 ради у ЈП Србијагас на пословима водећег
испитивача у Лабораторији за гасну технику, а од почетка
2011. године на пословима Техниче контроле унутрашњих
гасних инсталација код индустријских потрошача.
ПТ
Инжењерска пракса
Умеци за побољшање истицања растреситих
материјала из бункера и силоса
Ненад Ћупрић, Предраг Милановић, Михаило Милановић
С
кладиштење растреситих (сипкастих) материјала у
бункерима и силосима у великој мери је заступљено
у процесној индустрији. Складиште се материјали
различитог порекла и физичких и хемијских својстава,
од финих прахова као што су брашно и какао прах, до
зрнастих и грануларних. При њиховом складиштењу
јављају се следећи проблеми:
• Појава сводова (лукова) - материјал формира свод
изнад отвора за пражњење што доводи до прекида тока.
Могу се формирати два основна типа свода. Први тип настаје
као последица коехезионих сила довољног интензитета да
премосте димензије отвора за пражњење, а други као последица
формирања чврсте структуре изнад отвора уклапањем и
међусобним ослањањем груменова материјала.
• Појава левка у материјалу - материјал који се налази
директно изнад отвора за пражњење истиче, док остатак мирује
и остаје у силосу и када се цео централни део материјала
испразни.
• Појава неправилног интензитета тока материјала проток материјала знатно варира или осцилује око задатог, тј.
захтеваног.
• Нагло исицање - присуство ваздуха или гасова унутар
шупљина материјала знатно смањује трење материјала о зидове
посуде, што доводи до наглог, неконтролисаног исицања.
• Мртве зоне - места на којима се материјал дуго
задржава узрокује погоршавање истицања и квалитета
материјала услед неочекивано дугог складиштења.
• Таложење - појава материјала који се не може
испразнити гравитационим током.
• Сегрегација - раздвајање честица и појава
нехомогености материјала које доводи до отежаног протока
или губитка квалитета материјала.
• Абразија чесица материјала - доводи до проблема при
пражњењу, губитка квалитета материјала и може довести до
тешких механичких оштећења.
Наведене појаве изазивају смањење протока, доводе до
појаве застоја, повећавају трошкове одржавања, што све
заједно доводи до пораста укупних трошкова производње.
У циљу решавања наведених проблема, током
протеклих неколико деценија вршена су многа испитивања,
што је резултовало дефинисањем одређених смерница и
стандарда за пројектовање бункера и силоса. Досадашња
пракса је као полазну основу за конструисање бункера и
силоса узимала угао насипања (аngle of repose). Показало
се да далеко важнији утицај има угао трења између
материјала и зидова силоса, као и карактеристике течења
материјала. Ипак, главни утицај на конструкцију има избор
облика силоса и бункера.
14
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Велики број различитих додатних уређаја за силосе
и бункере конструисан је ради побољшања тока сипких
материјала. Најшира класификација додатних уређаја за
побољшање пражњења обухвата две категорије:
1. Активне уређаје, где спадају пнеуматски уређаји,
вибратори и механички уређаји;
2. Пасивне уређаје, где спадају разне модификације
конструкције, антифрикционе облоге за зидове и
постављање уметака.
Једно од решења, које се показало као успешно, је
постављањем уметака који се могу дефинисати као статички
део опреме, монтирани у унутрашњост посуде. Димензије
и положај уметка зависе од различитих фактора као што
су геометрија резервоара, физичка својстава зрнастог
материјала, спољни и радни услови, итд. Из наведених
разлога димензије и положај уметака се најчешће одређују
експерименталним путем за сваки конкретан случај.
Режими истицања
Постоје два основна режима гравитационог истицања
чврстих материјала кроз посуде са конусним делом и
отвором на дну, приказана шематски на слици 1.
Режими гравитационог течења –
Слика 1. масени (А) и језграсти (Б)
Хидрауличко истицање је представљено на слици 1А
и карактеристично је по томе да се цео садржај посуде
равномерно празни, обезбеђујући принцип FIFO (First In
First Out). Назива се још и масено истицање (mass flow). Са
друге стране, при левкастом истицању само део садржаја
у централном делу посуде истиче, док остатак материјала
у близини зида посуде привидно мирује (слика 1Б). Овакав
ПТ
Инжењерска пракса
режим се назива и језграсто истицање (funnel flow), чија је
основна карактеристика LIFO (Last In First Out).
У оквиру европског стандарда за прорачун силоса и
резервоара EN1991-4 из 2006. Године у анексу F дефинисани
су наведени типови протока и дати су дијаграми на основу
којих се може одредити тип протока за силос са конусним
или линијским левком. Тачно одређивање типа протока
није обухваћено овим стандардом. Такође, овај стандард
не обухвата силосе са умецима за побољшање протока.
Под појмом силоса су обухваћени и бункери и кошеви.
У зависности од техничких захтева и радних услова ова
два радна режима имају своје предности и недостатке. У
табели 1 приказане главне карактеристике ова два режима.
Табела 1. Поређење масеног и језграстог режима
истицања растреситих материјала
Масени режим
Умеци имају улогу да омогуће континуално истицање
материјала као и да:
• Смање сегрегацију (раслојавање) и абразију честица;
• Разбијају грудвице материјала и утичу на смањење
настајања прашине;
• Омогућују гравитационо истицање материјала из
посуде;
• Осигуравају континуалан проток и кроз мање излазне
отворе;
• Повећавају проток материјала;
• Осигуравају проток код посуда са мање стрмим
зидовима;
• Омогућују мешање материјала на излазу;
• Смањују напоне у материјалу и убрзавају деаерацију.
Језграсти режим
Карактеристике
Нема мртвих зона.
Користи се цела запремина
посуде за течење материјала, тзв.
“First In First Out” проток.
Постоје мртве зоне.
Проток се јавља само у
централном делу (језгру) посуде,
тзв. “Last In First Out” проток.
Предности
Мање
је
раслојавање
и
згрудњавање
материјала
приликом пражњења.
Мали притисци на зидове посуде
приликом течења материјала.
Мала брзина клизања честица уз
зидове резервоара што смањује
абразију честица и хабање
зидова.
Недостаци
Велико оптерећење на посуду
приликом течења материјала
Абразија и ерозија честица,
хабање зидова посуде, услед
великих брзина честица.
Мали однос запремине посуде
по висини
Појава расипања материјала,
згрудњавање.
Брзина пражњења резервоара
варира са временом, па се не
може тачно предвидети време
пражњења резервоара.
Континуалан проток растреситих материјала се у
многим случајевима постиже посудама са глатким и
стрмим зидовима. Међутим, у пракси није увек изводљиво
пројектовање и инсталација посуда са одговарајућом
геометријом јер многи растресити материјали имају
недовољно позната и променљива својства течења. Поред
тога, постоје и ограничења у погледу простора, тако да се
због неопходних стрмих зидова губи знатан део капацитета
силоса и бункера.
Иако на први поглед делује нелогично, убацивањем
одговарајућих уметака у силосе и бункере може да се
побољша континуално и поуздано истицање материјала,
као и знатно смањити нагиб зидова што резултује
повећањем капацитета силоса и бункера.
Ефекти уградње уметка
При гравитационом истицању растреситих материјала
долази до појаве трења клизања између материјала и
зидова посуде, као и трења између честица материјала.
Материјал неће истицати све док гравитационе силе које
делује на честице материјала не буде већа од сила трења.
Време пражњења резервоара (у
Слика 2. секундама) без (А), и са уметком (Б)
Поред наведеног, умеци за корекцију тока у силосима
служе као раздвајачи – сплитери приликом одвајања
немагнетних од магнетних честица код сувих зрнастих
материјала, а користе се и за мешање и хомогенизацију
материјала у силосима.
Слика 3.
Карактеристичне зоне унутар материјала које се јављају
приликом пражњења силоса и бункера без уметка (А) и
са неједнокраким обрнутим конусним уметком (Б)
На слици 2, приказани су резултати испитивања при
истицању зрнастог материјала из резервоара без уметка
(2А) и са уметком (2Б). Са слике се види да се постављањем
уметка са обрнутим конусом обезбеђује равномерније,
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
15
ПТ
Инжењерска пракса
брже и поузданије истицање материјала него што је то
случај без уметка.
Карактеристичне зоне унутар материјала које се јављају
приликом пражњења силоса и бункера без уметка и са
неједнокраким обрнутим конусним уметком приказане су
на слици 3 (А) и (Б). То су: зона равномерног тока, слој
унутрашњег терења, зона квази мировања, зона убрзаног
тока, слој трења на зидовима, доња зона квази мировања.
Врсте уметака
Конусни уметак (слика 4А) ствара два тока – централни,
где стрме ивице конуса побољшавају масени проток, и
спољашњи ток који је прстенаст. Обрнути конусни уметак
(Слика 4 Б и 4 В -”Кинески шешир”) ствара прстенасти
ток, док клинасти уметак (Слика 4Г) формира два струјна
тока истог облика, чиме се убрзава истицање материјала.
отворима постиже се да
је притисак на уметак
занемарљив.
Цевни уметак који се
поставља под углом (слика
6) смањује тангенцијалне
напоне
на
зидовима
конусних посуда тако што
преусмерава материјал ка
излазном отвору.
Улазни
разделник
дели
улазни
млаз,
чиме
Слика 6. Цевни уметак
се постиже равномерније
насипање
материјала
у посуду, и спречава згрудњавање (слика 5 Г - Улазни
разделник).
Закључак
Слика 4. Конусни умеци
Постављањем два обрнута V профила у обилку крста
на прелазу цилиндричног у конусни део посуде (слика 5 А крстасти V профил) смањује се притисак на зидове посуде
и тако спречавају деформације. У великим резервоарима
где се складиште материјали осетљиви на притисак,
постављају се низови V плоча које су причвршћене за
горњи део резервоара или плафон просторије. Плоче
се могу слободно померати у струји материјала, што
доприноси смањењу мртвих зона течења.
Слика 5. Различите изведбе уметака
Још један од начина на који се могу смањити напони
на зидове посуде је постављање кружних прстенова на
унутрашњи зид на различитим висинама (слика 5 Б Престенасти умеци).
За неке материјале код којих лако може доћи до
згрудњавања, као што су меки, еластични или влакнасти
материјали, постављају се решетке (слика 5 В - Решеткасти
умеци). Правилним избором решетке са довољно великим
16
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Приликом одређивања параметара силоса и бункера у
већини случајева основни циљ је да се постигне масено
(хидрауличко) истицање материјала и обезбеди FIFO
принцип. Последњих деценија су обављена бројна
истраживања и дефинисане су смернице и стандарди
што, као и увек, има за циљ олакшавање конструисања и
пројектовања бункера и силоса, као и смањење вероватноће
појаве грешки приликом избора параметара.
Досадашња искуства су показала да је постављање
одговарајућих уметака изнад излазног отвора силоса и
бункера ефикасан и једноставан начин за побољшање
протока у случају масеног пражњења бункера. Уједно је
то најприхватљивији начин побољшања пражњења, са
становишта одржавања и утрошка енергије као и осталих
сигнификантних фактора.
Литература
[1] Jenkins S., Facts at your fingerprints - Hopper inserts for
improved solids flow, Chemical engineering, vol. 118, no.4,
pp. 26, 2011.
[2] Seville J., Tüzün U., Clift R., Processing of particulate
solids, Springer, Berlin, 1997.
[3] Chou C. S., Yang T. L., The effect of a flow corrective insert upon flow patterns and wall stresses in a two-dimensional
bin-hopper,VSP and Society of Powder Technology, Japan
2004.
[4] Johanson J. R., Preventing solids flow problems in feeders, bins, hoppers and stockpiles
[5] D’Arco A., Effects of aeration on the time uniformity
of the solids flow from silos loaded with radially segregated
solids, PhD Course in Chemical Engineering; University of
Salerno Department of Chemical and Food Engineering
[6]
JUS ISO 11697:1996. Основе пројектовања
грађевинских конструкција, Оптерећења растеситим
материјалима
[7] Вукићевић, С., Складишта, Превинг, Београд ,1995.
[8] EN 1991-4: “Eurocode 1 –Action on structure - Part 4:
Silos and tanks”, English Version, May 2006, CEN, 107. pp
Инжењерска пракса
Аутори
Ненад Љ. Ћупрић, Универзитет у Београду, Шумарски факултет, Кнеза Вишеслава 1,
тел: 011/3053830, факс: 011/2545485,
е-пошта: [email protected]
Од 1989 до 2004. је био асистент на Машинском факултету Универзитета у Београду. Од 2004.
запослен је на Шумарском факултету Универзитета у Београду где је доцент на предмету
Механизација у шумарству на Катедри искоришћавања шума. Поред наставе, ангажован је на
пословима пројектовања транспортних и складишних система, као и на изради студија, експертиза,
вештачења итд. Објавио је преко 50 научних и стручних радова и редовни је учесник пројеката и
студија финансираних од стране надлежних Министарстава.
Предраг Милановић, ИХТМ – Институт за хемију, технологију и металургију у Београду,
Његошева 12, 11000 Београд
тел. 011/3640229
е-mail: [email protected]
Запослен као виши научни сарадник. Бави се пословима из области процесне технике, енергетике,
посебно рационалним коришћењем енергије, примени обновљивих извора енергије и заштитом
животне средине. Учествовао је као аутор или коаутор у изради више од 90 радова објављених
у домаћим или страним часописима, симпозијумима и изложбма. Такође учествовао је у изради
више научно-истраживачких пројеката као истраживач или руководилац. Од 2000. је председник
УРКЕ – Удружења за рационално коришћење обновљивих извора енергије из Београда.
Михаило Милановић, Maшински факултет Универзитета у Београду, Краљице Марије 16, 11000
Београд
тел. 064/287-41-79
е-mail: [email protected]
Студент прве године Мастер студија, Машинског факултета у Београду, смер Процесна техника
и заштита животне средине. Основне академске студије уписао 2007. године. 2010. године стекао
звање - Инжењер машинства (B.Sc.). Тема B.Sc. завршног рада је : Преглед обновљивих извора
енергије. Коришћење гасификације биомасе за постројење за комбиновану производњу топлотне и
електричне енергије улазне снаге до 500 kW. Стипендиста министарства просвете републике Србије.
ПТ
ПТ
Инжењерска пракса
Хеуристичка правила за процесну опрему
Никола Стојковић, Никола Будимир, Марко Јарић, Бранислав Јаћимовић, Србислав Генић
Х
еуристика (ст. грч. хеуриско нађем, пронађем) је
вештина и наука о методима у проналажењу нових,
нарочито научних чињеница и сазнања. Често се
појам хеуристике користи за опис стратегија за доношење
одлука, базираних на лако доступним информацијама ради
решавања проблема у различитим областима људског
понашања. Опште је познат Архимедов узвик хеурека (ст.
грч. нашао сам) када је при при купању открио основни
закон хидростатике. Хеурека је радостан узвик када се
реши неко тешко питање, направи откриће, итд.
У техници хеуристика представља метод решавања
проблема на основу искуства. У основи хеуристике је
проналажење довољно доброг решења за кратко време и уз
коришћење ограничених ресурса. У инжењерској пракси
примена овог метода укључује коришћење „препорука“,
„оријентационих вредности“ и публикованих искустава,
уз доношење интуитивних одлука, базираних на „здравом
разуму“.
Недостатак овог приступа је да не укључује детаљни
прилаз проблему, већ се углавном бави проучавањем
последица решених сличних проблема. Нпр. ако је на више
примера уочено да је пад притиска у цевоводу завистан
од квадрата брзине струјања течности (што је тачно само
за хидраулички глатке цеви), усваја се ова констатација
као важећа и за било који проблем који треба да се реши,
без укључивања параметара као што су Рејнолдсов број,
храпавост цевовода, итд.
У овом раду су представљене основне смернице и
препоруке које се односе на решавање инжењерских
проблема у оквиру процесне индустрије. Оне су груписане
према области и могућности примене.
Струјање флуида
•
Вентилатори су струјне машине које се користе за
умерено повишење притиска гаса (до 3%). Уколико
је потребно повисити притисак радног флуида за
0,03÷2,75 bar употребљавају се дуваљке, а за још
веће повишење притиска користе се компресори.
• Политропске ефикасности компресора у зависности
од типа су:
• 76÷78% - за центрифугалне компресоре,
• ≈70% - за ротационе компресоре, и
• ≈50% - за компресоре са течним прстеном.
• „Jack’s cube rule“ приказан у [1] се односи на струјање
течности у процесним и енергетским системима и
формулисан је помоћу две једначине које гласе
• за цевоводе пречника DN 65 и веће
3
Vo = 4, 62 $ ^d + 0, 0508h (1)
• за цевоводе пречника DN 50 и мање
(2)
Vo = 75, 8 $ d $ ^d + 0, 0508h3 18
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
•
Симпсон [2] је дао вредности за максималне брзине
струјања (w, m/s) на основу густине флуида (ρ, kg/
m³). На основу тих података може се формирати
интерполациона једначина:
(3)
w = - 17, 11 + 11, 64 $ exp ^t-0,09h • Стварна брзина мора бити мања од вредности
добијених једначином (3), јер при већим брзинама
може доћи до појаве ерозије на цевоводу или на
другим елеметима опреме. За гасове и паре брзина не
сме прелазити брзину звука и обично је ограничена
на 30% од вредности критичне брзине.
• У [3] и [4] дате су сличне једначине за процену брзине
струјања флуида, а у [4] и прихватљиве вредности
јединичног пада притиска, како је приказано у табели 1.
Табела 1.
Литература
[3]
Радни медијум и тип
транспорта
[4]
w, m/s
Δp/L, Pa/m
Потисни цевовод иза пумпе
6 ∙du+1,2
4 ∙du+1,5
450
Усисни цевовод испред пумпе
2 ∙du+0,4
2 ∙du+0,4
90
200 ∙du
60
110
Водена пара и гасови
•
•
Регулациони вентили у систему аутоматског
управљања функционишу најбоље ако пад притиска
при струјању флуида кроз њих износи најмање
0,7bar.
Једностепеним центрифугалним пумпама се могу
остварити протоци флуида до 1150 m³/h, док се
вишестепеним могу остварити протоци до 2500 m³/h.
Транспорт чврстих материјала
Завојни транспортери (преносни пужеви)
Примењују се за транспорт ситнозрнастих материјала,
а изузетно (уређаји специјалних конструкција) и за
пренос комадастог материјала. Материјал који се
транспортује може да буде и тестаст под условом
да се не лепи о зидове транспортера и по површини
завојнице. Поред тога, ови уређаји се примењују
и као уређаји који обављају поједине технолошке
операције (мешање, екструдовање).
• Уобичајени угао нагиба транспортера износи
20º÷30º.
• Користи се за транспорт материјала најчешће на
удаљености 5÷10 m (максимално до 45 m).
• Код транспортера пречника 0,3m могуће је
транспоровати до 85 m³/h материјала при уобичајеном
броју обртаја од 60 o/min.
• Потрошња енергије потребне за транспорт
•
ПТ
Инжењерска пракса
•
материјала је релативно мала.
Специфична снага се креће у границама
Nspec = 1/75 ' 1/200 (kW/m) / (t/h)
Кофичасти елеватори
Погодни су за транспорт ситнозрнастог и комадастог
материјала у вертикалном или косом правцу (под углом
60º÷70º).
• Кофице за ситан материјал имају запремину од 1÷3 dm3,
а за крупан материјал 15÷100 dm3.
• Уобичајена брзина транспорта износи 0,5÷1,5 m/s,
висина транспорта до 50m (понекад и више).
• Специфична снага се креће у границама
Nspec = 1/75 ' 1/150 (kW/m) / (t/h) .
• Максимални капацитет транспорта који се може
остварити употребом кофа димензија 500x500 mm
износи 28,3 m3/h.
•
Тракасти транспортери
Угао нагиба под којим се врши транспорт материјала
треба да је за 10° мањи од угла унутрашњег трења
(клизања) материјала који се транспортује, у противном
би долазило до проклизавања материјала.
• Ширина траке треба да је 2÷2,4 пута већа од димензија
највећих комада и да је 4÷5 пута већа од средње
димензије комада.
• Капацитети тракастих транспортере за расипне
материјале могу износити и неколико стотина тона на
час, а у специјалним случајевима и до 1000t/h. Дужина
тракастог транспортера може бити и већа од 500m, а
ограничена је јачином транспортне траке.
• Повећањем угла нагиба бочних ваљака, који дају олучаст
профил траци, повећава се капацитет транспортера и до
25%.
• Нормални експлоатациони услови за транспортне
траке су -15÷60°C, а израђују се и специјалне траке за
екстремно ниске (-45°C) и високе (100°C) температуре.
• Потрошња енергије потребне за транспорт материјала је
релативно велика.
• Брзина траке је обично 1÷2 m/s, а код неких транспортера
и до 5 m/s. Брзине траке мање од 0,75 m/s у начелу се не
препоручују, изузев за транспорт комадастог материјала.
• Специфична снага се креће у границама
Nspec = 1/220 ' 1/360 (kW/m) / (t/h)
Уградња кугличних лежајева на ваљке и добоше
доприноси уштеди енергије и до 40%. Ако трака обавља
транспорт под одређеним нагибом, тада се обично
рачуна са повећањем снаге од 0,003kW за сваку метартону по часу.
•
•
•
•
•
Куле за хлађење
•
•
•
•
•
Пнеуматски транспортери
Омогућавају велике капацитете транспорта (до 300 t/h).
Дужина вода кроз који се материјал транспортује на овај
начин може да буде и до једног километра (најчешће до
400m), а висина дизања 25÷50m. При овоме је могућа
комбинација и хоризонталног и вертикалног транспорта.
Пречници транспортних цеви износе 40÷300mm.
Омогућују транспорт материјала на више места
истовремено.
Могућност рада у вакуму или при ниским притисцима.
Брзина транспорта материјала износи 10÷30m/s.
Количина ваздуха потребна за пренос материјала зависи
од његове густине, дужине пута преношења, висине
дизања итд., а креће се од 3÷6 m³ ваздуха по килограму
материјала.
Пнеуматски транспортери захтевају 5÷10 пута већу
снагу од раније наведених; специфична снага износи
Nspec = 1/10 ' 1/12 (kW/m) / (t/h) .
•
Максимално засићење ваздуха на излазу може бити
веће од 90%.
Најчешће се проток воде кроз кулу (густина
орошавања, проток воде сведен на пуни попречни
пресек апарата) креће у границама од 0,7÷3,5 kg/
(m²∙s), а масена брзина ваздуха (такође сведена на
пуни попречни пресек апарата) 1,6÷2,8 kg/(m²∙s).
Вода се може охладити до температуре која је за
2,5÷5°C виша од температуре околног ваздуха по
влажном термометру.
Посуде под притиском
•
•
Посуда под притиском је затворена посуда намењена
задржавању гасова или течности на притиску
различитом од атмосферског.
Ако су у питању посуде под притиском прорачунски
притисак и температура се бирају на следећи начин:
• прорачунска температура се усваја према табели 2.
• прорачунски притисак се усваја према једначини
(у питању су надпритисци)
3, 5 bar
70 prad = - 1 ' 2, 5 bar
p pror = )
0, 9 + 1, 05 $ prad 70 prad 2 2, 5 bar
Табела 2.
Максимална температура, °C
Минимална температура, °C
Радна
Прорачунска
Радна
Прорачунска
амбијентална ÷ 100
120
–10 ÷ амбијентална
радна – 5
100 ÷ 200
радна +20
–10 ÷ –25
радна –10
200 ÷ 300
радна +25
–25 ÷ –60
радна – 5
виша од 300
радна +30
нижа од –60
радна
•
Коефицијент ваљаности завареног споја износи:
• 1 ако се сви спојеви испитују,
• 0,85 ако се испитују делимично,
• 0,7 ако се спојеви не испитују.
•
Додатак на корозију се усваја:
• 0 mm за случај када се бира потпуно резистентан
материјал,
• 1 ÷ 2 mm када се зна да има корозије, али када
није знатна,
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
19
ПТ
Инжењерска пракса
•
3 ÷ 4 mm када се корозија развија али посуда
неће бити чишћена,
до 10 mm за веома изражену корозију.
•
•
Минималне дебљине зида посуде у зависности од
њеног пречника дате су у табели 3.
•
•
•
Табела 3.
Пречник посуде, mm
Минимална дебљина зида, mm
до 1000
5÷9
1000 ÷ 1800
7 ÷ 11
1800 ÷ 3300
8 ÷ 12
•
Размењивачи топлоте, хладњаци
•
•
•
•
•
•
Код добошастих размењивача топлоте уобичајено
је да кроз цеви струји прљавији, агресивнији
флуид, флуид вишег притиска, док се кроз
међуцевни простор препоручује да струји флуид
који се кондензује или флуид који има велику
вискозност.
Површина за размену топлоте се креће и до
5000m² (дужина апарата до 12m, а пречник до
3m), а захваљујући чврстоћи конструкције могу се
користити како за рад при високим притисцима,
тако и за рад под вакумом.
Уобичајени дијапазон пречника цеви које се
користе за израду цевног снопа се креће у
границама Ø6÷50mm, мада има случајева када
пречник цеви може бити и 2,5mm, али и до 100mm.
Уколико нема других ограничења најчешће се
користе цеви Ø18÷25mm, јер примена ових цеви
у већини случајева обезбеђује довољну компактну
конструкцију и могућност механичког чишћења
цевног снопа, а самим тим и јефтинији размењивач
топлоте.
Дужина цевног снопа треба да буде прилагођена
стандардним дужинама цеви које испоручују
произвођачи цеви (6m, 12m, итд.) да би се снизила
цена апарата.
При хлађењу флуида на температуре испод -60°C
препоручљиво је да се хлађење одвија у више
етапа.
Табела 4.
Тип земљишта
•
20
Танкови за течност имају одређен гасни простор
изнад максималног нивоа (обично 35% за запремине
до 2m³ и 10% за веће запремине).
Уобичајена пракса за складишне резервоаре за
течност је следећа:
• за запремине мање од 4 m³ користи се верткални
танк са ногама,
• за запремине у грабницама 4÷40 m³ користи
се хоризонтални танк постављен на бетонску
подлогу,
• за запремине веће од 40 m³ користи се верткални
танк постављен на бетонску подлогу.
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Притисак, kPa
Мека глина (уситњава се рукама)
100
Суви ситни песак
200
Суви ситни песак помешан са глином
300
Крупни песак
300
Сува и тврда глина
350
Шљунак
Камен
400
1000÷4000
Сепаратори
•
•
•
•
Раздвајање течних фаза најчешће се врши у
хоризонталним сепараторима.
Раздвајање мешавина гаса и течности се врши у
вертикалним сепараторима.
Иако се однос дужине и пречника L/D=3 сматрају
оптималним, у пракси овај однос варира у границама
2,5÷5.
за спречавање појаве узношења капљица из
сепаратора користе се одвајачи капи чија висина
износи 100÷300mm, а они постижу ефикасност
издвајања од 99%. Најчешће се користе одвајачи
капи дебљине 150mm.
Реактори
•
Складишни резервоари
•
Течности склоне испаравању складиште се у
резервоарима са покретним (пливајућим) кровом у
циљу спречавања њихог губитка.
Резервоари сировина се обично димензионишу тако
да могу да приме 30-одневну залиху.
Резервоари у које се истаче флуид из мобилног
средства (ауто-цистерна, вагон-цистерна) треба да
имају запремину већу за 50% у односу на цистерну
из које се улива.
Велики атмосферски челични танкови се могу
постављати на основу од око 1,5 m песка, шљунка
или уситњеног камена, ако земљиште испод танка
може да поднесе притисак без улегања. Порозна
основа омогућава дренажу у случају цурења. Подаци
о носивости земљишта дати су у табели 4.
•
•
Уобичајено је да висина течности у реактору са
мешалицом буде приближно једнака његовом
пречнику.
Главне карактеристике реакција шаржног типа су:
• дневна стопа производње је релативно мала,
• времена одвијања реакција су релативно дуга,
• процесни параметри (нпр. протоци или
температуре ) најчешће се мењају с временом,
тј. у зависности од начина одвијања хемијске
реакције.
Цевни реактори се користе за реакције које се брзо
одвијају (чије је време трајања изражено у секундама
или минутима), за реакције где се морају остварити
велики протоци радних медијума и за реакције које
ПТ
Инжењерска пракса
захтевају довођење или одвођење великих количина
топлоте. Ови реактори се најчешће примењују
за процесе крековања угљоводоника, превођење
ваздуха у NO једињења и оксидацију NO у NO2...
Дестилација
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Уопштено, дестилација је један од најекономичнијих
метода за сепарацију течних фаза (нпр. исплативија
је од кристализације или течне екстракције).
Опште
позната
дефиниција
релативне
испарљивости (релативна испарљивост је однос
притиска засићења пара чистих компоненти
мешавине за задату температуру α=poA/poB) може
се користити само у случају мешавина које се
понашају као идеалне мешавине.
Ако се за посматрани систем може претпоставити
да је двокомпонентан, тада је одређивање броја
теоријских степени контакта најпогодније извршити
методом МекКејба и Тила (McCabe-Thiele).
За већину дестилационих процеса оптимална
вредност рефлуксног односа је за 20% већа
од минималне вредности рефлуксног односа
(R=1,2∙Rmin).
Број стварних степени контакта у дестилационој
колони најчешће је два пута већи од минималног
броја степени контакта (EK ≈50%).
Пумпе за рефлукс би требало да буду
предимензионисане за 25%.
Са становишта одржавања, пожељно је да растојање
између подова буде 500÷600mm.
Пад притиска по једном поду најчешће износи око
600÷800Pa.
При сепарацији лаких угљоводоника и водених
раствора, ефикасности подова по Марфрију (Murphree efficiency) су обично од 60÷90% у колони за
јачање и 10÷20% у колони за исцрпљивање.
Пречници отвора ситастих подова су најчешће
димензија 4÷12mm, а укупна површина свих отвора
чини око 5÷15% активне површине пода.
Пречници отвора вентилских подова су димензија
око 40 mm. Сваки је опремљен подизном капом
којих има између 130÷150 по 1m² активне површине
пода.
Висина преливника нејчешће износи око 50 mm,
при чему је њена дужина око 75% пречника колоне.
Максималано оптерећење пода по течности износи
око 20 l/(s∙m).
За колоне пречника мањег од 0,9m погодније је
користити испуну уместо подова.
Већина резервоара за рефлукс је постављено
хоризонтално, испуњени су до пола и задржавају
течност у просеку 5min.
Однос висине и пречника колоне би требало да
буде мањи од 30. Поред тога, висина колоне не би
требало да буде већа од 50m због утицаја ветра,
сеизмичких поремећаја и других конструктивних
захтева.
Течна екстракција
•
•
За процес сепарације који захтева релативно мали
број степени контакта (5÷10) погодније је користити
екстракторе са испуном, осим ако површински напон
течности не прелази 0,01N/m.
Ситасти подови обично имају отворе пречника
3÷8mm. Да би се избегло формирање прекомерно
малих капи, брзине струјања кроз отворе би требало
да буду испод 0,25m/s. Уобичајена растојања између
подова су од 150÷600 mm, а ефикасности подова су
у распону 20÷30%.
Кристализација
•
•
•
•
•
Да би се добили кристали доброг квалитета сам
процес кристализације је потребно остваривати при
малом степену пресићења раствора, при чему време
раста кристала обично варира у дијапазону 1÷3 h
при контролисаној нуклеацији.
Начин остваривања процеса кристализације зависи од
промене растворљивости са температуром. Уколико
се растворљивост знатно мења са температуром
потребно је остваривати кристализацију са хлађењем
двофазне мешавине, а уколико се она незнатно
мења са температуром, онда се углавном користи
евапоративна кристализација.
За већину производа хемијске индустрије сматра се
да се задовољавајући квалитет кристала постиже
при величини зрна у границама 0,15÷1,5 mm.
Континуална кристализација се остварује у
апаратима проточног типа. Сматра се да минимална
продукција кристалне супстанције у овом случају не
треба да буде мања од 40÷200kg/h.
Ради обезбеђивања контролисане нуклеације
препоручује се чишћење постројења после
непрекидног радног периода од 200÷2000h, у
зависности од врсте постројења и раствора који се
у њему третира.
Филтрација
•
Брзина филтрације се дефинише као дебљина
формираног талога на лабораторијском филтеру у
јединици времена. У зависности од брзине којом се
остварују, процеси филтрације се деле на:
• филтрација која се брзо одвија (1÷100 mm/s),
• филтрација која се одвија умереном брзином
(1÷100mm/min),
• филтрација која се споро одвија (1÷100mm/h).
•
Избор методе филтрације зависи од тога шта је
потребно издвојити као крајњи производ (чврсту или
течну фазу). Ако је потребно издвојити пречишћену
течну фазу користе се филтер-пресе, пешчани
филтери итд., а ако је потребно издвојити чврсту
фазу примењују се ротациони вакум филтери.
Сушење чврстог материјала
•
У континуалним сушарама у којима се суше грануле
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
21
ПТ
Инжењерска пракса
•
•
•
димензија 3÷15 mm процес може да се одвија у
временском опсегу од 10÷200min.
Код добошастих сушара које обрађују пасте и
кашасте материјале време контакта материјала и
агенса сушења најчешће износи 3÷12s. Интензитет
испаравања износи 15÷30 kg/(m²∙h). Пречници
добоша се крећу у распону од 0,45÷1,5m. Брзина
ротације сушаре (добоша) износи 2÷10o/min.
Реално остварљиви капацитети за сушење износе
1300kg/h.
Сушење материјала у флуидизованом слоју
најбоље је примењивати при сушењу честица
малих димензија (0,1÷1 mm), мада се у последње
време користе и за сушење честица чије димензије
не прелазе 4 mm. Пожељна брзина струјања
гаса је двоструко већа од прве критичне брзине
флуидизације. Време сушења износи 1÷2min, мада
неки призводи (нпр. фармацеутски производи)
захтевају много дуже време сушење.
Код сушара са распршивањем материјала (Spray
dryers) сушење се обави за мење од једног минута, с
тим да се површинска влага уклања из материјала у
првих 5s. Влажна сировина и агенс сушења најчешће
струје истосмерно. Распршивање материјала се
врши на притиску од 20÷27 bar. Величине честица
могу да износе 0,3÷4 mm.
•
•
•
Пречник комада
Пречник
после ситњења Степен редукције
комада пре
(mm)
ситњења (mm)
Крупно
дробљење
1500÷300
300÷100
2÷6
Средње
дробљење
300÷100
50÷100
5÷10
Фино
дробљење
50÷10
10÷2
10÷50
Млевење
10÷2
2÷0,075
100
Фино млевење
2÷0,075
0,075÷0,0001
-
•
Ситњење материјала
•
•
•
22
У зависности од степена редукције, ситњење се
дели на 5 група, као што је наведено у табели 5.
Млинови са куглама и ваљчасте дробилице по
правилу функционишу у затвореном циклусу,
тј. након класификације уситњеног материјала,
крупније честице се поново враћају на додатно
уситњавање.
Ваљчасте дробилице могу да се израђују тако да
им површина за ситњење буде глатка или зупчаста.
Код дробилица са зупчастим ваљцима величине
зуба може да износи до 600 mm, а у њима могу да
се уситњавају комади пречника до 180 mm. Код
дробилица са глатким ваљцима може се остварити
степен ситњења 4. Брзине ротација су обично
50÷900 o/min.
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Дробилице са чекићима се користе за формирање
посебно малих честица. Материјал се дроби
услед удара чекића чија обимна брзина износи
(30÷55m/s). При томе код већих дробилица
остварују се бројеви обратаја ротора до 900 o/min,
док се код мањих може остварити до 16000o/min.
У добошастим млиновима материјал може
да се меље под дејством мељућих тела или
самомлевењем. У овим млиновима комади
материјала димензија 2÷50 mm се уситњавају до
честица димензија 0,075÷2 mm. Степен ситњења
износи 8÷65, мада се може остварити и степен
ситњења 300.
За фино млевење користе се млинови са куглама или
шљунком. Они су посебно заступљени у хемијској
и керамичкој индустрији. Уколико је потребно да
самлевени материјал не садржи металне примесе
које настају услед хабања кугли, уместо кугли
користи се кварцни шљунак.
Код чељусних дробилица улазни материјал је
пречника мањег од 100mm, при чему чељуст на
материјал који се ситни најчешће делује 8÷10
пута док се он довољно не уситни и одстрани из
дробилице.
Мешање течности
•
Табела 5.
Назив ситњења
•
•
Пропелерске мешалице се користе за рада са
течностима умерене вискозности (уобичајени
опсег 0,001÷10 Pa∙s). Оне се уграђују у апарате
пречника Du<1800 mm, при чему је уобичајено да
однос пречника апарата и пречника мешалице (dm,
m) износи Du/dm=2 ÷ 10, а најчешће је Du/dm<5. Број
обртаја мешалице се креће у границама n=1150
÷1750 o/min, у случају када се остварује директна
веза између електромотора и вратила мешалице
помоћу круте спојнице, а када се веза остварује
преко редуктора број обртаја је n=350 ÷420 o/min.
Турбинске мешалице са правим или закривљеним
лопатицама на диску и са закошеним правим
лопатицама се обично користе за течности мање
вискозности (уобичајени опсег 0,001÷10 Pa∙s),
а турбинске мешалице са перајама за течности
веће вискозности (уобичајени опсег 0,1÷20 Pa∙s).
Мешалице са перајама најчешће имају 2, 3, 4 или 6
пераја. Однос пречника апарата и мешалице обично
износи Du/dm=1,4 ÷ 2,5. Опсег броја обртаја износи
n=50 ÷150 o/min. За остале типове турбинских
мешалица однос пречника апарата и пречника
мешалице се креће у границама Du/dm=1,7÷5, а
најчешће је Du/dm=3. Број лопатица се креће у
границама 3÷12, а најчешће је 4 или 6. Опсег броја
обртаја је сличан као код пропелерских.
Рамске и хеликоидне мешалице се користе за рад
са врло вискозним течностима и мешавинама
течности и чврсте материје и то углавном за
интензификацију процеса преноса топлоте. Број
обртаја ових мешалица је у опсегу n=15÷80 o/min,
ПТ
Инжењерска пракса
а уобичајен однос пречника апарата и мешалице
Du/dm=1,02÷1,15. Рамске мешалице се користе
за тачности чија је вискозност 1÷100 Pa∙s, док се
хеликоидне мешалице користе за веома вискозне
течности чија је вискозност 10÷1000 Pa∙s.
Агломерација
•
•
•
•
Најчешће коришћене методе за укрупњавање
честица су компресија у калупима, истискивање
кроз калуп са одсецањем или ломљењем на
одређену величину, очвршћавањем материјала
насталог топљењем куглица мањих димензија,
и агломерација ваљањем или другим облицима
укрупњавања без везивних агенаса.
Однос дужине и пречника за ротирајуће добошасте
гранулаторе обично износи 2÷3, са бројем обрта
од 10÷20 o/min. Величина произведених гранула
зависи делимично од брзине ротирања, времена
задржавања материјала, и количине везивног
средства. Пречник добијених гранула је обично
2÷5 mm.
Уколико је хомогеност производа битна,
препоручује се употреба гранулатора са
ротационим диском.
Агломерација у флуидизованом слоју се одвија у
слоју дебљине 0,3÷0,6 m, при чему су уобичајене
брзине ваздуха три до десет пута већа од прве
критичне брзине флуидизације и износе 0,1÷2,5
m/s.
Литература
[1] Adams J. N., Quickly estimate pipe sizing with “Jack’s
Cube”, Chemical Engineering Progress, vol. 93, no. 12, pp.
55-59, 1997.
[2] Simpson L. L., Sizing piping for process plants, Chem.
Eng. Albany, vol. 75, June 17th, pp. 192-193, 1968.
[3] Piping Engineering, Tube Turns Inc., Louisvile, 1986.
[4] Walas S. M., Chemical Progress Equipment – Selection
and Design, Butterworth-Heinemann, Boston, 1990.
[5] Јаћимовић Б., Генић С., Топлотне операције и
апарати – део 1, Машински факултет, Београд, 2004.
[6] Генић С., Оптимизација пречника цевовода,
Инжењерска комора Србије, 2010.
[7] Durand A. A., Heuristics Rules for Process Equipement,
Chemical Engineering, October 2006.
[8] Durand A. A., Heuristics Rules and Criteria for Equipment Process Design, Revista Instituto Mexicano de ingenieros Quimicos, 1993.
[9] Brenan R. C., Rules Of A Thumb For Chemical Engineers, third edition, Elsevier 2002.
[10] Pope J. E., Rules Of A Thumb For Mechanical Engineers, Gulf Publishing Company, 1997.
[11] Perry R. H., Green D., Perry’s Chemical Engineers’
Handbook, McGraw-Hill, New York, 2008.
24
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Аутори
Никола Стојковић, ПРОЈМЕТАЛ a. д.,
Цвијићева 127, Београд
email: [email protected]
Дипломирао је на Машинском факултету
Универзитета у Београду 2003. на катедри
за процесну технику. Стручни испит
положио је 2008., а лиценце одговорног
пројектанта и одговорног извођача
радова стекао је 2009. године. Као
запослен у предузећу «Аероаква Инжењеринг» учествовао је
у ревизији и техничкој контроли идејног пројекта «Макиш 2»,
у надзору и изградњи постројења за пречишћавање отпадних
вода и производњу бакарног праха «Аква Бор». У оквиру
фирме «TRACO» учествује у организацији и руковођењу
извођења радова на термотехничким инсталацијама, као и на
производњи и монтажи процесне опреме и уређаја. Тренутно
је запослен у предузећу “ПРОЈМЕТАЛ” на пројектовању
процесних инсталација и опреме.
Марко Јарић, Иновациони центар
Машинског факултета Универзитета
у Београду д.о.о., Краљице Марије
16, 11000 Београд
email: [email protected]
тел: 063/435-779
Дипломирао је на Машинском
факултету Универзитета у Београду
2005. на катедри за процесну технику.
Од јула 2006. запослен је у Иновационом центру Машинског
факултета Универзитета у Београду, у својству истраживача
сарадника. Аудиторне вежбе одржавао је из предмата:
Опрема процесних инсталација, Цевоводи и арматура,
Конструисање процесне опреме, Апарати и машине у
процесној индустрији. Учествовао је на изради више
техничких документација, и пројеката које је финансирало
Министарство за науку и заштиту животне средине. До сада
је објавио 12 радова (часописи са SCI листе, међународни
часописи и конгреси, домаћи часописи и конгреси).
Никола Будимир, Иновациони центар
Машинског факултета Универзитета у
Београду, Краљице Марије 16, Београд
email:[email protected]
тел:
064/22-33-727
Дипломирао је на Машинском факултету
Универзитета у Београду 2005. на
катедри за процесну технику. Од јуна
2006. запослен је у Иновационом центру
Машинског факултета у Београду,
у својству истраживача сарадника. Аудиторне вежбе
одржавао је из предмата: Механички и хидромеханички
апарати и машине, Топлотни и дифузиони апарати,
Топлотне операције и апарати. Учествовао је у изради више
техничких документација, и пројеката које је финансирало
Министарство за науку. До сада је објавио 12 радова.
(часописи са SCI листе, међународни часописи и конгреси,
домаћи часописи и конгреси).
ПТ
Инжењерска пракса
Аутори
Бранислав М. Јаћимовић, Машински
факултет Универзитета у Београду,
Краљице Марије 16,
тел: 011/330 23 60
e-mail: [email protected]
Србислав Б. Генић, Машински
факултет Универзитета у Београду,
Краљице Марије 16,
тел: 011330 23 60, факс: 011/337 03 64
e-mail: [email protected]
Запослен на Машинском факултету
Универзитета у Београду од 1979., на
Катедри за процесну технику у звању
редовног професора. Предаје више предмета на свим
нивоима студија. Поред наставе ангажован је на пословима
пројектовања процесних и термотехничких постројења,
димензионисању, конструисању и испитивању апарата
и постројења, на изради студија, експертиза, вештачења,
итд. Објавио је преко 130 научних и стручних радова
и био учесник у више десетина пројеката и студија
финансираних од стране надлежних Министарстава.
Запослен на Машинском факултету
Универзитета у Београду од 1989., на
Катедри за процесну технику. Тренутно
у звању ванредног професора предаје на свим нивоима
студија. Поред наставе ангажован је на пословима
пројектовања процесних и термотехничких постројења,
димензионисању, конструисању и испитивању апарата
и постројења, на изради студија, експертиза, вештачења,
итд. Објавио је преко 100 научних и стручних радова
и био учесник у више десетина пројеката и студија
финансираних од стране надлежних Министарстава.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
25
ПТ
Инжењерска пракса
Оптимизација клипних компресора у
процесној индустрији
Зоран Стајић, Никола Танасић, Никола Карличић
К
липни компресори су најчешће коришћени тип
компресора у процесној индустрији. Веома су
флексибилни и ефикасни, и обезбеђују широк спектар
радних притисака (од неколико бара, до неколико хиљада
бара) независно од густине гаса. Укупна инсталисана
снага клипних компресора у свету је око два пута већа од
инсталисане снаге центрифугалних компресора [1]. На
слици 1 је приказан опсег примене клипних компресора у
процесној индустрији.
Примена клипних и центрифугалних
Слика 1. компресора [2]
Међутим, трошкови за одржавање клипних компресора
су у просеку три пута већи од оних за центрифугалне (због
потреба за одржавањем већег броја покретних делова).
Слика 2.
Основни делови клипног компресора
На слици 2. су представљени основни делови клипног
компресора. Клипни компресор сабија ваздух и друге
гасове помоћу клипа кога погони радилица [1]
26
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Конструкција компресора
На слици 2 је приказан клипни компресор са основним
деловима. Пажљивим избором кућишта компресора могу
се значајно побољшати његове перформансе. Клипњача
која је смештена у кућишту често утиче на проблеме у вези
са поузданошћу клипних компресора, а кућиште клипњаче
често може бити и место цурења потенцијално опасних
процесних гасова. Искуство показује да век трајања
кућишта клипњаче може бити продужен и до три пута,
додатком одговарајућег премаза-облоге (волфрам-карбид
се често користи као материјал за облагање клипњаче).
Код вишестепених клипних компресора обавезно је
хлађење компримованог гаса у међухладњацима због
тога што је температура компримованог гаса ограничена
безбедносним прописима. Приликом хлађења гаса из њега
се издваја влага а гас се затим шаље на следећи степен
сабијања. У сваком степену сабијања учествују један или
више цилиндара компресора. Оптимизацијом притиска
гаса након сваког степена сабијања могу се смањити
укупни експлоатациони трошкови компресора и пратеће
опреме. Оптимизација се може извршити проценом
инвестиционих и експлоатационих трошкова компресора
и пратеће опреме за различите међустепене притиске.
Међустепени притисци се повећавају током рада
при делимичном оптерећењу (тј. при раду са смањеним
протоком када је у функцији уређај за растерећење) док
је притисак гаса на усисној грани компресора променљив.
Код типичних конструкција клипних компресора, први
степен сабијања се одвија у једаном или више цилиндара
са штетним простором. Додатна посуда са вентилом који
има on/off регулацију, може бити постављена након сваког
цилиндра. Да би се избегао нежељени међустепени пораст
притиска, треба размотрити могућност постављања
додатних штетних простора на цилиндрима у првом
степену и рад при делимичном оптерећењу коришћењем
управљачког система копресора.
Правилним пројектовањем међустепених притиска,
може се осигурати исправан рад упркос делимичном
оптерећењу и варијацијама притиска на усису. Пројектовани
међустепени притисци би требало да буду око 15% виши од
међустепених притисака који су првобитно пројектовани
за примене са уобичајним делимичним оптерећењем (као
што су 25%, 50%, 75% и 100% од номиналног капацитета)
и код којих се очекује да раде при промени притиска на
усису од +/- 7%.
За одређене примене, клипни компресори морају
бити пројектовани на тај начин да раде поуздано и поред
значајних варијација усисног притиска, при чему морају да
ПТ
Инжењерска пракса
обезбеде номинални пројектовани проток при захтеваном
излазном притиску. Ови радни захтеви имају директан
утицај на димензионисање компресора, а нарочито на
постоље и рам компресора и потребну снагу мотора (на
пример, смањење притиска на усису за 20% од нормалног
захтева повећање снаге погонског електро мотора за 35%
[3]).
На слици 3 су приказане криве оптерећења за
коленасто вратило клипног компресора у индустрији
прераде нафте. Варијације усисног притиска (у овом
случају, смањење усисног притиска је око 7%) узрокују
веће оптерећење коленастог вратила. Као опште правило,
компресор треба да буде пројектован тако да максимално
очекивано оптерећење коленастог вратила не пређе 80% од
дозвољеног [1].
оптерећења за коленасто вратило одоговара капацитету од
50%, док период промене знака траје дуже од 70 степени.
У принципу, оптимална брзина за поуздан рад клипних
компресора је око 350 о/мин. За компресоре снаге испод
400 kW, брзина реда 450 о/мин је одговарајућа. Међутим,
за компресоре снаге испод 100 kW, прихватљиве су и веће
брзине (чак и до 700 о/мин).
Подмазивање цилиндара и кућишта клипњаче је
неопходно да би се продужио радни век компресора.
Међутим, у неким случајевима користе се компресори
без подмазивања. На пример у случајевима када постоји
опасност од контаминације компримованог гаса уљем што
није прихватљиво код неких технолошких операција.
За оптималан рад клипних компресора, неопходна
је довољна инерција, коју обезбеђује замајац, да би се
регулисао момент клипа. На слици 4 је приказан обртни
момент у односу на угао обртања радилице за један
типични клипни компресор у нафтној индустрији. Црвена
крива представљаја момент компресора за уобичајан рад
при номиналном капацитету а плава при капацитету 50 %
од номиналног.
Криве оптерећења коленастог
Слика 3. вратила за један типични клипни
компресор у процесној индустрији [1]
На слици је приказана промена оптерећење коленастог
вратила у односу на један обртај радилице компресора
(0÷360°). Појединачне криве показују оптерећење
коленастог вратила при различитим радним условима,
50%, 75% и 100% од номиналног капацитета компресора,
као и номинални проток са редукцијом притиска на усису
од 7%, тј. рад при 93% од номиналног усисног притиска.
Као што је приказано на слици 3, оптерећење коленастог
вратила, током једног обртаја радилице, мења знак из
негативног у позитиван, а затим поново у негативан,
да би се обезбедило правилно подмазивање механизма
(нарочито осовинице укрсне главе). Период промене знака
оптерећења не би требало да буде мањи од 15 степени од
угла радилице. Највеће оптерећење коленастог вратила
са супротним знаком не би требало да буде мање од 3%
од стварног комбинованог оптерећења са супротним
знаком. Ово је минимум захтева који би требало да буду
задовољени у свим могућим радним условима.
У многим случајевима, веће вредности периода
промене знака и максимум оптерећења се узимају у
обзир током пројектовања компресора да би се повећала
поузданост. На слици 3, минимално трајање промене знака
Слика 4.
Слика 4. На слици је приказана промена обртног
момента компресора представљена односом обртни
момент компресора /обртни момент мотора, у току једног
обртаја радилице компресора (0÷360°). Криве показују
обртни момент компресора у два радна режима — 50% и
100% од номиналног капацитета [1].
Систем за континуалну регулацију капацитета користи
хидраулички погоњени, прстенасти уређај за растерећење.
Овај уређај отвара усисни вентил у току дела циклуса
компресије при чему се постиже жељени капацитет.
Овај уређај за растерећење дејствује на усисне вентиле
цилиндра и држи их отвореним у одређеном периоду
током компресионог циклуса. Корисници би требало да
обрате пажњу на то да овакви уређаји за растерећење могу
узроковати оштећење заптивних елемента вентила и у том
погледу су захтевнији за одржавање.
Систем за континуалну регулацију капацитета се
препоручује за веће компресоре (преко 2 MW, када се
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
27
ПТ
Инжењерска пракса
очекују велике варијације у раду). У овим случајевима се,
услед природе процеса, интензивно користи континуална
регулација (рад у опсегу 20–100% капацитета).
Вентили и уређаји за растерећење су узрок близу
половине (око 45%) непредвиђених застоја у раду код
клипних компресора, тако да избор вентила и уређаја за
растерећење може имати знатан утицај на поузданост рада
компресора. Многи сматрају да су аутоматски вентили
цилиндра најкритичнији делови ових машина, јер су
главни узрок многих непланираних застоја у раду. За
велике компресоре (они који раде при релативно малим
брзинама са великим степеном сабијања), треба најпре
размотрити примену прстенастих вентила релативно
великих пречника (преко 100 mm) у комбинацији са
равним запорним растеретним вентилима, да би се избегли
проблеми са прстенастим уређајима за растерећење. С
обзиром да прстенасти вентили и равни запорни вентили
за растерећење нису доступни за компресоре мањих
капацитета (они који раде при већим брзинама), код таквих
јединица се обично користе плочасти засуни.
Током рада, обртни делови компресора, погон и
преносник се понашају као опруге везане у ред. Овај
торзиони динамички систем може створити резонанцу
(где се природна фреквенција поклапа са фреквенцијом
побуде обртног момента). У редно везаним јединицама
клипних компресора, увек постоји ризик од торзионе
резонанце и хаварије услед замора (оштећење делова
услед прекомерних цикличних оптерећења).
Спојнице које повезују погонски уређај са компресором
могу бити подешене на тај начин да се избегне торзиона
резонанција. Доступно је неколико могућих варијанти:
1. Директно, крута веза помоћу кованих прирубница
(без спојнице) између погона и компресора,
2. Спојница високе торзионе крутости, али уз
претходну торзиону анализу. С обзиром да су веријанте
са спојницама ограничене, постоји могућност да се не
пронађе одговарајућа спојница са неопходним торзионим
карактеристикама и фактором експлоатације, нарочито за
велике компресоре (преко 3 MW),
3. Еластична спојница (обезбеђује већу еластичност
и пригушење, али може захтевати чешћи ремонт због
еластичних делова којима је потребна чешћа замена).
Проблеми са торзионим вибрацијама најчешће настају
услед недостатака опсежних торзионо-вибрационих анализа
(вибро дијагностика), неодговарајуће примене и ремонта
спојница (нарочито еластичних) и недостатака прикладног
надзора. Као опште правило, пречник осовине електромотора
би требало а буде једнак или већи од пречника клипне
радилице (јер је кућиште радилице углавном исковано од
челика веће чврстоће у односу на ротор мотора).
Контрола стања
Контрола стања, када се изводи правилно, може се
исплатити у том смислу да пружа помоћ руковаоцу да
уочи могуће неисправности у раду система у раној фази.
Детаљана контрола стања би требало да обухвати проверу
следећих параметара:
28
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Вибрације
(укључујући
континуално
праћење
вибрација компресора и кућишта мотора, са могућношћу
алармирања и прекида рада):
• У општем случају, сензори брзине су повољнији од
сензора убрзања (због тога што мерене фреквенције
више одговарају сензорима за мерење брзине).
Најпогоднија конфигурација за постављање сензора
брзине како за компресор тако и за мотор је да се
постави по један сензор на сваки крај кућишта
радилице, на половини удаљености од основе у
линији са главним лежајем.
• Мерење убрзања укрсне главе (вођице) са
могућношћу алармирања
Мерење температуре:
• Висока температура компримованог гаса на излазу
из сваког цилиндара (алармирање и прекид рада)
• Температура клипњаче (аларм)
• Висока температура осовинице укрсне главе (аларм),
само за релативно велике компресоре (3MW и веће)
• Високе температире главног лежаја и лежаја мотора
(аларм)
• Температура вентила (контрола)
• Температура уља изван склопа компресора (аларм)
• Висока температура воде у расхладном омотачу
сваког цилиндра (аларм)
Осим тога, мерни сензори који су обично смештени
испод клипњаче, омогућују алармирање, али не и прекид
рада. Користе се за мерење положаја клипњаче и за
одређивање степена хабања или неправилности у раду.
Такви сензори могу веома брзо детектовати проблеме, као
што су извијање клипњаче, пукотине на клипњачи, прелом
укрсне главе или чак продор течности у цилиндар.
Побољшање одржавања
Да би се омогућило редовно одржавање, монтажа
сваког клипног компресора мора бити таква да обездбеди
прикладан приступ целокупном компресорском систему,
нарочито цилиндрима. Конкретно, мора се обезбедити
довољно места и адекватан простор за рад да би се омогућло
комплетно повлачење клипа, демонтажа хладњака, као
и простор за одлагање (због самог ремонта, демонтаже
делова и поправке).
Слично томе, потребно је правилно изабрати три
карактеристике кранске дизалице: Укупан капацитет
дизалице (за подизање делова ради рутинског прегледа),
укупна радна носивост дизалице (да би се обезбедило
да се могу подићи најтежи делови, обично мотор, током
генералног прегледа), и највећа инсталисана носивост
дизалице (компресор са носећом конструкцијом -постољем).
За типични редно спрегнути компресор снаге 7 MW
према стандарду АPI 618 који се користи у системима
за прераду нафте, капацитети споменутих кранова би
требало да буду око 11t, 55t и 100t а потребна висина крана
би требало да буде око 12m.
Сваки пут када је компресор потребно зауставити на
дужи временски период, требало би га једном недељно
покренути за четвртину хода клипа, користећи уређај који
ПТ
Инжењерска пракса
постепено покреће компресор да би се избегло блокирање и
други проблеми који се често јављају током дужих прекида
у раду клипних компресора. Ручни покретачки механизам
се може користити код малих компресора. Пнеуматски
покретачки механизам је неопходан код компресора снаге
преко 750 kW.
За веће компресоре (2 MW и више), ови уређаји су често
неопходни да би се извело рутинско одржавање клипних
компресора. Овај алат се не може једноставно набавити;
мора бити специјално конструисан и израђен за одређени
тип машине:
• Алат за скидање лежаја
• Алат за извлачење клипа
• Алат за скидање вентила
• Алат за подешавање клипа
• Хидраулични систем за заптивање
• Алат за склапање/монтажу укрсне главе (вођице)
• Специјални алати за подизање
• Алати за монтажу преградних плоча
• Алат за заптивне прстенове (карике)
При одржавању механичких делова компресора, битно
је водити рачуна о следећим критеријумима:
• Зазор цилиндра са спољашње стране би требало да
буде око 4–6 mm, а са унутрашње око 2–4 mm.
• Лежајеви, клипњаче, лежајеви коленастог вратила
и укрсне главе би требало да буду одржавани на
температури од 85°C, а осовиница укрсне главе, на
око 90°C
• Ниво вибрација кућишта радилице не би требало
да пређе 100 микона, а очекивани ниво вибрација за
цилиндар би требало да буде око 150 микрона
• Такође би требало редовно контролисати лежајеве,
заптивне прстенове (карике) и улежиштења на клипу.
Помоћна средства и опрема
Што се тиче помоћних средства и опреме, оптимална
конфигурација подразумева постављање локалног
управљачког панела у близини постоља компресора
(око 250 mm), на самостојећем раму као би се умањила
могућност оштећења услед вибрација.
Систем за подмазивање би требало да има најмање две
пумпе, капацитета који је за 20% већи од максималног
потребног протока уља за подмазивање компресора.
Такође је потребано предвидети или посуду за уље
постављену изнад компресора (суд од нерђајућег челика
који омогућава да уље природном циркулацијом подмазује
компресор у случају да обе пумпе откажу) или пумпу за
уље која се покреће преко радилице компресора. Такође
су неопходни двоструки растављиви добошасти хладњаци
уља, двоструки замењиви филтери уља и цевоводи од
нерђајућег челика за транспорт уља.
Не би смело да се дозволи акумулирање течности
унутар цилиндра компресора. За сваку примену потребно
је обезбедити разделник гаса на усису са дренажним
водом. Он треба да буде димензионисан у зависности од
потребног времена задржавања и брзине струјања гаса, а
ако је потребно треба предвидети и хватач нечистоћа. Овај
уређај може да буде део система за контролу пулзација.
Да би се пулзације контролисале, један вертикални суд
се понекад користи уједно и као разделник и као суд за
пригушење пулзација, али се ово не препоручује због тога
што се вертикални суд за пригушење пулзација повезује са
компресором преко релативно дугих цевовода што може
узроковати динамичке проблеме. Слично томе, понекад су
захтеви за пригушењем пулзација и сепарацију течности
на усису супротстављени, па овакав приступ спрезања
није пожељан. Овакав систем се може применити само
код малих компресора, испод 250kW, при раду са гасовима
мање густине , нпр. густине мање од густине азота.
Системи са расхладном водом се обично користе за
хлађење клипних компресора, да би се избегло прегревање
и побољшала стабилност и поузданост машине. Приликом
пројектовања расхладног система, улазни податак је
ослобођена количина топлоте. Затим се мора одредити
очекивани пораст температуре. Улазна температура
расхладне воде би требало да буде између 6°C и 16°C
изнад улазне температуре гаса. Следеће ставке се морају
узети у обзир при одабиру пумпе за довод расхладне воде
до цилиндара и кућишта компресора:
• Узимајући у обзир нагиб радне криве пумпе, изабрана
радна тачка не би требало да буде у равном делу радне
криве, већ у делу где је нагиб радне криве довољан за
правилан рад пумпе.
• Траба да постоји сталан пораст од одабране радне
тачке до тачке гашења.
• Такође би требало предвидети гашење пумпе при
прекорачењу притиска изнад задате радне тачке (пожељно
10%, а минимално 6%).
Приликом пројектовања расхладног система за сваки
клипни компресор потребно је предвидети резерву у
протоку расхладног флуида. Резерва је неопходна да
би систем могао правилно да ради у ситуацијама које
одступају од нормалног рада када се може јавити потреба
за додатним расхладним капацитетом ради уклањања
вишка топлоте. Препоручена резерва у капацитету пупме
за расхладни флуид је 10÷25% (тј., предвидети капацитет
пумпе 10÷25% већи од потребног).
Корисници би требало да размотре судове за
пригушење пулзација прикладне величине због пригушења
евентуалне резонанце пулзација настале у цевоводима,
уместо коришћења пригушних уређаја, као што су, бленде,
пригушнице, итд. Акустична провера би се требала да се
спроведе током пројектовања компресорског система, како
би се гарантовале све очекиване комбинације притисака,
брзине и степена оптерећења.
Препоручене границе пулзација су у опсегу 85÷95%
од граница препоручених према стандарду АPI 618 да би
се обезбедила резерва (5–15% од граничних вредности
препоручених према АPI 618) а тиме смањио ризик у
току изградње и монтаже, и успешно превазишли сви
непредвиђени проблеми и одступања. Слично томе, судови
за пригушење пулзација се у главном производе пре израде
пројекта повезивања цевовода и пратеће опреме тако да би
требало предвидети довољно резерве да би се елиминисали
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
29
ПТ
Инжењерска пракса
сви потенцијални проблеми у раду.
За скоро се примене, препоручују се хоризонтални
сабирници и разделници за компримовани ваздух. Велика
удаљеност између вертикалних судова за пригушење
пулзација и компресора повећава вероватноћу проблема са
пулзацијама.
Побољшање перформанси (радних карактеристика)
Највећа дозвољена температура компримованог гаса
за све клипне компресоре према стандарду АPI 618 за
примену у процесној индустрији, не сме прећи 150°C, и
135°C код гасова богатих водоником. Генерално, показало
се да температуре компримованог гаса испод 118°C
продужавају радни век деловима који се хабају.
Када се ради о оптималним вредностима пада притиска у
пригушницама пулзација и уређајима за растерећење, највећи
пад притиска је 1% апсолутног притиска. Препоручени пад
притиска за међухладњак је око 0,7 bar или 2% апсолутног
притиска. Уколико се за пригушење пулзација користе
бленде, требало би водити рачуна, нарочито када се ради о
брзим, једностепеним компресорима да то може допринети
значајном паду притиска.
Да би се боље пратили радни параметри клипних
компресора, требало би размотрити следеће криве:
• Усисни притисак – оптерећење
• Усисни притисак – проток
• Притисак компримованог ваздуха – оптерећење
• Притисак компримованог ваздуха – проток
• Усисни притисак – притисак компримованог
ваздуха, према степену оптерећења (за сваки степен
смањења протока користећи уређаје за растерећење,
уобичајено је 50%, 75%, 100%; 25% се ретко
користи због могућих проблема са поузданошћу и
подмазивањем компресора)
Споменуте криве обично показују минимални
оствариви проток у односу на максимални оствариви
проток у одређеним корацима повећања протока (нпр,
10%). (Дијаграм проток – притисак компримованог
ваздуха за специфичне усисне притиске, може бити
прихватљива алтернатива када су варијације усисних
притисака ограничене). Разматрање нагиба предложених
криви оптерећења може помоћи кориснику да брзо уочи
која крива оптерећења (и где) је превише стрма. У оваквим
ситуацијама, веома мале промене притиска, могу изазвати
значајне промене у оптерећењу и протоку. Компресоре са
стрмим кривама оптерећења је тешко аутоматизовати и
подесити. Стога, стрме криве оптерећења обично указују
на неправило димензионисање цилиндара.
Оптимални услови
Када се разматра један компресорски систем са
клипним компресорима, апсолутно је неопходно имати
најмање две технички прихваћене понуде квалификованих
добављача. Мали и средњи компресори би требало да се
испоручују потпуно састављени као батерија компресора
на једном постољу (раму). Већи компресори се обично
испоручују као систем готових склопова за монтажу
30
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
(укључујући кућиште радилице, дистантне делове, итд.)
са демонтираним цилиндрима. Склопљени цилиндри се
обично испоручују одвојено и монтирају се накнадно.
Уобичајно је да добављачи обезбеде надзор за монтажу
цилиндра у склопу договорене цене.
Литература
[1] Almasi, A., Optimizing Reciprocating Compressors for CPI
Plants, Chemical Engineering, vol. 117, no 13, pp 39-43, 2010.
[2] Sinnott, R.K., Coulson&Richardson’s Chemical Engineering, Volume 6 – Chemical Engineering Design, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1999.
[3] Almasi, A., Reciprocating Compressor Optimum Design
and Manufacturing with respect to Performance Reliability
and Cost, World Academy of Science, Engineering and Technology 52, 2009.
Аутори
Зоран Стајић, Emerson Climate
Technologies GmbH, менаџер продаје
за Источну Европу, Русију и Турску
e-mail: [email protected]
Дипломирао и магистрирао на Катедри
за термотехнику Машинског факултета
у Београду, где је и радио као асистент
на предмету Расхладни уређаји до
2004. Од тада ради посао менаџера
продаје у области индустријског хлађења. Носилац лиценци за
пројектовање и извођење термотехничких инсталација. Члан
је неколико домаћих и иностраних струковних организација
и њихових тела и комисија. Аутор или коаутор 5 књига и 33
научно-стручна рада, елабората или експертизе.
Никола Танасић,
e-mail: [email protected]
тел: 011/3302310
Дипломирао 2006. године на Машинском
факултету Универзитета у Београду на
одсеку за термотехнику. Од јула 2007.
запослен као сарадник на катедри за
процесну технику где је ангажован
у настави из више предмета. Аутор је већег броја научних
радова објављених на домаћим и међународним скуповима
и часописима. Учествовао је на изради више техничких
документација и пројеката које је финансирало Министарство
за науку и технолошки развој.
Никола Карличић,
e-mail: [email protected]
тел: 065/6056067
Студент завршне године Мастер студија,
Машинског факултета у Београду, смер
Процесна техника и заштита животне
средине. Основне академске студије
уписао 2006. године. 2009. године стекао
звање - Инжењер машинства (B.Sc.) Стручну праксу обављао
у ЈКП “Београдске електране” и компанији “Соко Штарк”.
Тренутно ради на изради завршног (Мастер) рада. Стипендиста
Фонда за младе таленте Републике Србије.
Цртеж бр.
Страна од
Јединична цена
Број ком.
Артикал бр.
Број налога:
КЛИПНИ КОМПРЕСОР
СПЕЦИФИКАЦИОНИ ЛИСТ
Спецификација опреме бр:
Намена:
Произвођач
Модел
Тип:
BHP
Флуид засићен са:
Средња молекулса маса
(o/min)
Врста флуида
Пројектована брзина (o/min)
Опсег брзине
(o/min)
КОМПРЕСОР (Радни услови)
Број ступњева сабијања/Број
цилиндара по ступњу
Класа или тип
Ход клипа (mm)
Коефицијент стишљивости флуида
(1/Pa)
Експонент квазистатичке адијабате
флуида κ=cp/cv
Специфична запремина флуида на
усису (m³/kg)
Запреминска ефикасност на усису (%)
Пречник клипњаче (mm)
Врста усисног и потисног вентила
Оптерећење клипњаче, радно/
максимално (kN)
Запремински проток при једном ходу
клипа (l/s)
Дејство компресора (једноструко/
двоструко)
Проток флуида на усису (m³/h)
Дозвољени пад притиска између два
ступња сабијања (bar)
Радни зазор (%)
Пречник цилиндра (mm)
Испитни притисак цилиндра (bar)
Температура на усису (°C)
Димензија усисног цевовода и
прирубнице (mm)
Димензија потисног цевовода и
прирубнице (mm)
Материјал цилиндра, клипњаче, главе и
чауре компресора
Тип уљне пумпе
Притисак компримованог флуида (bar)
Тип уређаја за растерећење
Температура компримованог флуида
(°C)
Степен сабијања компресора
Маса компресора (kg)
Проток сувог компримованог флуида
на потису (m³/h)
Притисак флуида на усису (bar)
Неуравнотежене силе
ПОГОН КОМПРЕСОРА
Тип
Напон
(V)
Врста спојнице/преноса
Пара
Гориво
Произвођач
Број фаза
Снага
Фреквентна регулација
брзине
Коеф. ефикасности преноса
Излазни притисак и
температура паре
(bar)
(°C)
Доња топлотна моћ (kJ/kg)
Улазни притисак и
температура паре
(bar)
(°C)
Врста горива
Број обртаја
Рам/носач
(V)
Проток паре
(o/min)
(kg/h)
Потрошња горива при
номиналном оптерећењу
(kg/h)
РАСХЛАДНИ СИСТЕМ
Тип
Температура расхладне воде
Хладњак цилиндара
Снага хладњака
(kW)
Снага хладњака
(kW)
Хладњак уља за подмазивање
Улазна темп.
Улазна темп.
(°C)
(°C)
(°C)
Притисак расхладне воде
(bar)
Излазна темп.
(°C)
Излазна темп.
(°C)
Проток воде
(kg/h)
Проток воде
(kg/h)
Пад притиска
(bar)
Пад притиска
(bar)
Ревизија
Ревизија
Ревизија
НАПОМЕНЕ
Оверио
Проверио
Одобрио
Датум
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
31
ПТ
Процесне технологије и нови производи
Сигурносни дискови – Основни појмови и примена
Ненад Жаркић
Сигурносни дискови или одомаћен назив “Рапчер
дискои“ представљају један од најзначајних елемената у
процесној техници (слика 1). Користе се као сигурносни
елементи на посудама под притиском, цевоводима,
уређајима и осталим местима где постоји потреба
спречавања појаве хаваријског притиска или вакума.
Највећа примена је у хемијској, фармацеутској и
прехрамбеној индустрији.
Прва примена рапчер дискова у процесној индустрији
забележена је 1931. године, током развоја долазило се до
различитих конструктивних решења а нека од њих се и
данас користе.
разликују на основу дејстава силе притиска, односно да ли
сила делује на конвексну или конкавну површину (слика 2).
силе притиска на конвексну и
Слика 2. Дејство
конкавну провршину
Однос максималног радног притиска и дефинисаног
притиска отварања диска назива се радни однос
сигурносног диска. Код дискова са конвексном површином
радни однос се креће од 80-85% а код дискова са конкавном
провршином до 95%. У почетку развоја и употребе
сигурносних дискова најширу примену су имали доскови
са конвексном површином али са повећањем потребе
ширења за нове апликације односно повећања радног
односа произвођачи су били принуђени да посвете посебну
пажњу досковима са конкавном површином. Важно је
напоменути да дискови са конвексном површином имају
мању прецизност али због свог конструктивног решења
незаменљиви су на местима екстрено високих притисака
и температура (преко 6.000 bar-а).
Слика 1. Сигурносни дискови
Сигурносни диксови су најчешће израђени од метала
али и комбинације метала, тефлона, графита и сл. Основне
предности у односу на стандардне сигурносне вентиле
представљене су пре свега великим избором материјала,
нижом ценом, малим трошковима одржавања (није
потребно вршити једногодишње атестирање), брзином
реагованја (отварања), мањим габаритима, достизање
великих димензија (пречника и до 1200mm), једноставном
уградњом, применом на системима са веома вискозним
флуидима итд. Један од најсликовитијих примера где
сигурносни дискови немају алтернативу су ваздушни
јастуци у аутомобилима и другим превозним средствима,
због своје брзине реаговања и отварања целог попречног
пресека омогућавају брзо надувавање ваздушног јастука.
Постоје два основна типа сигурносних дискова која се
32
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Слика 3. Графитни сигурносни дискови
Други критеријум поделе је на дискове који
фрагментирају и који не фрагментирају. Сви дискови са
конвексном површином су дискови који фрагментирају
и као такви нису погодни на местима где делови диска
могу доспети у цевовод, посуду, запорне вентиле, вентиле
сигурности и сл. Делови диска могу изазвати поремећаје у
производњи, додатне отпоре у цевоводу, блокирање делова
Процесне технологије и нови производи
цевовода, оштећење налегајућих површина вентила и
блокирање сигурносних вентила. Један од најбољих
примера фрагментујућих дискова су графитни дискови,
често се користе на системима расхладне воде размењивача
топлоте (слика 3).
ПТ
5). Као што је познато у фармацеутској индустрији посвећује
се велика пажња на стерилизацију посуда, цевовода и других
елемената у производњи. Циљ стерилизације је избегавање
контаминације, сигурноси вентили напротив врло често
представљају велики проблем због опруга и других
покретних и непокретних елемената које је јако тешко
стерилисати. Равна поршина, једноставност уградње и
минимални трошкова одржавања позиционирају сигурносне
дискове на прво место у овој грани индустрије.
Слика 4. Држачи сигурносних мембрана
Поред сигурносних дискова не треба занемарити
важност држача (слика 4) чија је основна функција да
обезбеди одговарајуће заптивање на месту спојева са
сигурносним диском и прирубничком везом цевовода. За
најједноставнија технчка решења држача сила притиска
на месту споја држач-диск и држач-прирубница, остварује
се преко завртњева на прирубницама цевовода. У новије
време све више су у употреби савременија решења
држача који одговарајућу силу притиска на месту споја са
диском остварују преко независних завртњева. Предност
савременијих решења је једноставнија уградња, остаривање
прецизних сила притиска на месту спојева и уштеда у фази
визулне контроле сигуносне мембране јер према препоруци
произвођача за “стара“ техничка решења држача након
визуелне контроле потребно је угадити нови диск како би
се избегла могућа пропуштања на местима спојева.
Држачи се производе у складу са свим важећим
стандардима прирубничких веза и налегајућих површина,
а према важећим прописима сигурносни диск и држач
морају бити од истог произвођача, у супротном уколико
дође до хаварије није могуће утврдити одговорност.
•
•
•
Постоје три начина уградње:
Диск без држача,
Диск са држачем,
Диск са држачем и вентилом сигурности.
Диск без држача – користи се на системима релативно
малих вредности надпритиска или подпритиска са циљем
очувања мембрана или других осетљивих и прецизних
елемената који се могу оштетити уколико се прекорачи
одређена вредност притиска. Овај тип уградње такође има
велику примену у фармацеутској индустрији где се уграђуј у
комбинацији са стандардном “tri clamp“ прирубницом (слика
диск са применом у
Слика 5. Сигурносни
фармацеутској индустрији
Диск са држачем – представља начин уградње који
има најширу примену на местима високог притисака и
температуре. Функција држача је да обезбеди одговарајуће
заптиванје између рапчер диска и прирубничке везе
цевовода. Поред тога често служи као носач помоћних
елемент за пробијање диска а за графитне дискове има
функцију заштитног елемента у фази монтаже.
Диск са држачем и вентилом сигурности – овај тип
уградње користи се искључиво на процесним системима
код који је радни флуид “агресиван“ и има за циљ да
изолује вентил сигурности од радног флуида. У пракси се
показало да уколико на систему са агресивним флуидом
постоји само вентил сигурности долази до нагризања
налегајућих површина односно процуривања флуида.
Један од најважнијих услова поред димензионисања и
избора одговарајућег материјала код овог типа уградње
је да диск у фази пуцања не дефрагментира односно не
долази до одвајања делова материјала од кога је направљен
како би се избегла могућност блокирања сигурносног
вентила. Како је познато сигурносни вентили на процесним
системима морају се једном годишње атестирати што би у
подразумевало у већини случајева демонтажу вентила, са
овим типом уградње вентил се може испитати без демонтаже
јер диск гледано са стране вентила трпи неколико пута већи
притисак у односу на притисак флуида у систему.
Додатну сигурност на процесним системима
обезбеђују сензори који се препоручују за неприступачне
позиције где је тешко извршити визуелну контролу
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
33
ПТ
Процесне технологије и нови производи
(слика 6). Сензори се најчешће користе у комбинацији са
сигурносним дисковима али су такође применљиви и за
системе са вентилом сигурности. Састоје се од мембране у
коју је утиснуто затворено електрично коло. Када дође до
пуцања сигурносног диска радни фулид врши притисак на
мембрану сензора која се ломи и прекида електрично коло.
Након прекидања електричног кола сигнал се преноси до
места на коме се врши надзор система. На овај начин ствара
се прилика за брзо реаговање на решавању проблема који
је узроковао поремећаје у систему.
Слика 6. Сензори за сигурносне мембране
На приступачним и лако видљивим местима могу се
користити и манометри који детектују повишење притиска
у случају пуцања диска. Ограничавајући фактор су угавном
хемијски агресивни радни флуиди, висока температура и
притисци, баждарење итд.
За материјал мембране најчешће се користе разне
врсте полимера које
штите
електрично
коло и обезбеђују
е л е к т р о и з о л а ц и ј у.
Сензори су доступни
у
стандардним
величинама до 12“
(300mm), са опсегом
температура од -40°С
до 260°С, у зависности
од
услова
рада
производе се и већи
пречници.
Димензионисање
односно
избор
одговарајуће
величине диска врши
се помоћу методе
отпора истицања или
методе коефицијента
истицања.
Метода
отпра
Слика 7. Шематски приказ истицања подразумева
34
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
анализу вредности протока кроз попречни пресек цеви
на коју се поставља сигурносна мембрана. Коришћењем
познатих метода врши се прорачун пада притиска услед
трења у цеви, локалних губитака на кривине, рачве,
вентиле итд. Оно што представља новину у односу на
уобичајене прорачуне пада притиска је утицај сигурносне
мембране и држача. Овом методом сигурносна мембрана и
држач разматрају се на исти начин као и остали елементи
цевовода, а изражава се преко коефицијента отпора
који је добијен експериментално и дефинисан од стране
произвођача опреме. Најутицајнији фактори на вредност
коефицијента отпора су физичка својства флуида, проток
и тип сигурносног диска и држача.
На слици 7 је дат шематски приказ услова за примену
Методе коефицијента истицања за димензију сигурносног
диска 1“. Методом коефицијента истицања сигурносни диск
се третира као вентил сигурности, за овај прорачун користе
се позанте формуле за димензионисање вентила сигурности
и константан коефицијент истицања чија вредност износи
0.62 (слика 7). Ова метода не узима директно разматрање
утицај цевовода па се из тога разлога може користити ако су
испуњени следећи услови:
-
дужина цевовода испред сигурносног диска не
сме бити дужа од 8 пречника цевовода,
-
дужина цевовода иза сигурносног диска не сме
бити дужа од 5 пречника цевовода,
-
истицање се врши на атмосферски притисак,
-
пречник цевовода испред и иза сигурносног
диска може бити једнак или већи од номиналног пречника
сигурносног диска.
Имајући у виду све наведене предности сигурносних
дискова а нарочито висок ниво поузданости, једноставно
техничко решење и минималне трошкове одржавања
може се закључити да је све већа употреба у процесним
системима оправдана како са техничког тако и са
економског аспекта.
На светском тржишту постоји велики број произвођача
а неки од лидера су:
•
BS&B Safety Systems, www.bsbsystems.com
•
Fike, www.fike.com
•
ZOOK, www.zookeurope.cc
Аутор
Ненад Жаркић, Бинемиком доо,
Тоше Јовановића 11, Београд,
тел. 011/754 71 35,
моб. 064/640 28 34,
e-mail: [email protected]
ЗДипломирао је на Машинском
факултету Универзитета у Београду
2005. године на Одсеку за процесну технику. Запослен
је као консултант и инжењер продаје за реномиране
произвођаче процесне опреме (BS&B Safety Systems,
Armstrong International, CRANE Xomox valves, ITT Fluid
Technology).
ПТ
Процесне технологије и нови производи
3D пројектовање процесних постројења помоћу
специјализованих софтверских апликација најновије
генерације
Миша Јочић, Никола Јаћимовић
Д
анас се све више у пројектовању постројења
и анализама појединих компоненти користе
експертске
софтверске
апликације.
Израда
пројеката применом 2D технологије постаје прошлост,
и све више се прелази на израду 3D модела. Коришћење
3D моделирања у пројектовању знатно побољшава
квалитет пројекта, пре свега зато што је то комплетнији
поступак од 2D пројектовања. Као резултат, многе људске
грешке које могу да се догоде током 2D пројектовања
се избегавају. У прошлости, многи проблеми, као што
су судари компоненти, нетачне количине материјала и
делови који не одговарају, су се појављивали због тога
што током 2D израде пројекта пројектант мора да држи
огромну количину информација у глави. У овом раду ће
се показати које су кључне предности 3D израде пројекта,
као и упознати читаоце са Intergraph CADWorx & Analysis
Solutions експертским софтверима.
Слика 1. CADWorx Plant
1. Увод
Данас постоји мноштво софтвера за 3D моделирање
постројења и анализе цевовода и посуда под притиском.
Најзначајније компаније које са баве овим софтверима су
пре свега INTERGRAPH (у чијем је власништву од скоро
и COADE), AVEVA, BENTLEY и у скорије време и AUTODESK. Компанија INTERGRAPH је сигурно једна
од најбољих и највећих компанија које се баве овим
проблемом. Софтвери који ће бити представљени су: CADWorx Plant Professional, CAESAR II, PV Elite и CADWorx
fieldPipe. Оно што одваја INTERGRAPH од конкуренције
је пре свега одлична двосмерна веза између пројектовања
и анализе о којој ће такође бити речи.
2. О CADWorx Plant Professional
CADWorx Plant Professional представља моћан алат
за 3D моделирање постројења. Тренутно је овај софтвер
најкомплетније решење за ефикасно пројектовање
постројења засновано на платформи AutoCAD-а. Цео
поступак моделирања у овом софтверу се заснива на
такозваном параметарском моделирању, што значи да
корисник само уноси потребне податке (нпр. пречнике,
дужине, материјале, спецификације,...), док софтвер
аутоматски приказује резултујући 3D модел на екрану.
Због ове функције, као и чињенице да је софтвер базиран
на AutoCAD-у, овим софтвером се овладава веома брзо и
лако. Програм се састоји од три основна модула:
1. CADWorx Plant (слика 1);
2. CADWorx Equipment (слика 2);
3. CADWorx Steel (слика 3).
36
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Слика 2. CADWorx Equipment
CADWorx Plant служи за моделирање цевовода, CADWorx Equipment за параметарско моделирање посуда под
притиском и пумпи, док се CADWorx Steel користи за
моделирање челичних конструкција. Основна разлика
између CADWorx 3D модела и “обичних” AutoCAD
3D модела је у томе што су модели из CADWorx-а тзв.
“интелигентни модели”. То значи да они у себи садрже
све потребне информације (нпр. пречник цевовода,
спецификације, материјале, масе, итд.). Ови подаци служе
како за креирање изометрија и саставница цевовода, тако
и за комуникацију и аутоматско пребацивање података
Процесне технологије и нови производи
ПТ
Слика 5. CAESAR II
Слика 3. CADWorx Steel
II, табеларни приказ резултата
Слика 6. CAESAR
прорачуна
Слика 4. Clash detection
из CADWorx-а у друге софтвере за анализу и прорачун
цевовода, посуда под притиском , размењивача топлоте и
челичних конструкција. Ова веза која постоји је двосмерна,
што значи да је остварена потпуна и сигурна комуникација
између пројектанта и инжењера који ради прорачун.
Поред тога, софтвер има и могућност аутоматске
провере да ли има судара у систему (тзв. clash detection слика 4), чиме се елиминише могућност настанка грешке
у пројекту.
3. Софтвер за анализу цевовода - CAESAR II и
интеграција са CADWorx Plant Professional
Завршен модел цевовода може директно да се пошаље
у INTERGRAPH-ов софтвер за анализу напрезања и
крутости цевоводних система CAESAR II (слика 5).
Наравно да постоје и други софтвери за анализу цевовода
(Bentley Autopipe и ROHR2), али CAESAR II представља
најнапреднији и водећи софтвер у свету ове врсте. Прорачун
се врши према скоро свим важћим светским стандардима.
Алати из софтвера, као што је аутоматско креирање
кривина за самокомпензацију, помажу да се премости јаз
II, графички приказ резултата
Слика 7. CAESAR
прорачуна
између знања и искуства уношењем елемаената вештачке
интелигенције. Помоћу ових алата се елиминишу сувишне
итерације у циљу добијања оптималног решења из
тачне анализе као и из предлагања практичних промена
у пројектовању. Поред провере цевоводних система у
погледу термичких оптерећења, масе и оптерећења услед
унутрашњег притиска, CAESAR II врши анализе утицаја
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
37
ПТ
Процесне технологије и нови производи
ветра, слегања ослонаца, сеизмичких оптерећења и таласа,
као и динaмичке анализе. Нелинерани ефекти, као што су
подизање ослонаца, затварање зазора и трење су такође
укључени у анализу.
Резултати добијени прорачуном могу да се покажу или
табеларно (слика 6) или графички (слика 7).
Модел који је прошао анализу се затим враћа у CADWorx Plant Professional. Пример ове везе и процес анализе
једне гране цевовода од почетка до краја приказани су
на слици 8. На слици 8а је приказан модел једног дела
постројења у CADWorx Plant Professional. Приказана грана
цевовода се из тог модела извози у CAESAR II (слика
Слика 8. Интеграција CADWorx Plant Professional и CAESAR II
38
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Процесне технологије и нови производи
8б), у коме се после извршене анализе види да модел не
задовољава све услове према одабраном стандарду (слика
8в). Затим се коришћењем додатка за аутоматско креирање
петљи додаје П-кривина у модел (слика 8г), чиме грана
добија већу флексибилност и на тај начин пролази све
захтеве према стандарду. Овакав модификован модел се
сада враћа у модел постројења у CADWorx Plant Professional (слика 8д), где може да се провери да ли има судара
и може додатно да се мења.
4. Софтвер за анализу процесне опреме (посуда
под притиском, колона и размењивача топлоте)
- PV Elite и интеграција са CADWorx Plant Professional
Поред већ поменуте везе са софтвером CAESAR II,
CADWorx Plant Professional поседује и сличну двосмерну
везу са у INTERGRAPH-овим софтвером за механички
прорачун процесне опреме - PV Elite (слика 9). Овај
софтвер преставља комплетно решење за дизајн, анализу
и процену процесне опреме. У софтверу су подржани
светски стандарди за прорачун: ASME Section VIII Divisions 1 & 2, PD 5500 и EN 13445. Поред тога, софтвер
поседује и могућност процене тренутног стања опреме
и као и преосталог радног века према правилима из API
579 (Fitness for Service). PV Elite поседује и могућност
повезивања са другим софтверским пакетима за анализу
методом коначних елемената (FEA), дизајн темеља и
израду цртежа.
ПТ
5. Израда модела постојећег стања цевовода
(INTERGRAPH CADWorx fieldPipe)
Поред напредних софтвера за пројектовање постројења
и анализу цевовода и опреме, INTERGRAPH је у сарадњи
са компанијом ‘’Leica Geosystems AG’’ из Швајцарске
развио и најнапреднији начин снимања постојећег стања
цевовода. У питању је потпуна повезаност опреме за
ласерско снимање са CADWorx Plant Professional. Овиме
се остварује ласерска прецизност при снимању стања
на терену, каква до сада није била могућа. Постоје две
основне опције за CADWorx fieldPipe. Прва подразумева
ласерско снимање мањих цевовода тачку по тачку (CADWorx fieldPipe for Leica fieldPro Edition – слика 10), при
чему се само моделирање обавља на лицу места. Овај начин
снимања подразумева брзо и прецизно снимање ситуације
на терену и углавном се примењује за мања постројења.
Друга опција (CADWorx fieldPipe for Leica CloudWorx Edition – слика 11) представља коришћење тзв. ‘’скенера’’ који
за веома кратко време снимају на милионе тачака чиме
се добија тзв. ‘’облак тачака’’ (Point cloud). Облак тачака
за снимљени део постројења може да се увезе у CADWorx (слика 11а), где се затим веома лако и брзо изолује
жељена грана цевовода (слика 11б), а затим се преко
овог изолованог облака тачака израђује модел постојећег
цевовода (слика 11в). Треба напоменути да софтвер
аутоматски препознаје пречнике и дужине цевовода, како
би се израда модела олакшала и убрзала. Предност овог
поступка је што за веома кратко време може да се сними
цело постројење, док се модел израђује на другој локацији.
Слика 9. PV Elite
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
39
ПТ
Процесне технологије и нови производи
Слика 9. CADWorx fieldPipe for Leica fieldPro Edition
Главна мана овог начина снимања је у томе што је сама
опрема скупа (реда величине 150,000.00÷200,000.00 USD),
па се због тога овај поступак користи углавном за снимање
великих постројења.
6. Закључак
Софтвери за пројектовање и анализу који су данас
доступни инжењерима могу много да олакшају и убрзају
израду пројеката, а тиме и да уштеде новац и време. Један
од главних предуслова за ефикасно коришћење софтвера
је пре свега квалитетна обука корисника, али треба имати
на уму да увек треба бити обазрив при коришћењу ових
програма. Не сме се да заборавимо да су сви софтвери
ипак само алати који помажу инжењеру да брже и лакше
стигне до циља, односно да је софтвер само онолико добар
колико и инжењер који ради у њему.
Аутор
Никола Јаћимовић,
тел: 063/888-50-68
e-mail: [email protected]
Дипломирао
је
на
Машинском
факултету Универзитета у Београду
2010. године на Катедри за процесну
технику. Од новембра 2009. године ради
као стални сарадник фирме “PIPETECH
Jocic”, Баден, Швајцарска, у области пројектовања цевовода
и посуда под притиском применом софтвера фирме COADE/
INTERGRAPH. Асистирао у организацији и одржавању
стручних курсева “Анализа напрезања и флексибилности
цевовода применом софтвера CAESAR II”.
Слика 11. CADWorx Plant
40
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Процесне технологије и нови производи
Аутор
Миша Јочић ,
PIPETECH Jocic у Бадену, Швајцарска,
тел: +41 79 832 9223,
e-mail: [email protected]
Професионални инжењер са преко 29 година искуства у свим пољима пројектовања процеcних постројења
у Европи, Аустралији, и на Блиском Истоку. Радио на пројектовањy и анализи цевоводних система,
пројектовањy и изради документације посуда под притиском, размењивача топлоте и складишних
резервоара, припремe инжењерских спецификација и надзор на градилишту. Користи више компјутерских
софтвера за анализу напрезања и флексибилности цевоводних система, пројектовање процесних постројења и анализу
компоненти цевовода и процесне опреме методом коначних елемената. Кроз дyгогодишњи рад стекао је велико искуство са
одличним познавањем стандарда (ASME, ANSI и API) и постао признати експерт у области анализе напрeзања и флексибилности
цевоводних система применом софтвера CAESAR II.
ПТ
ПТ
Инжењерска пракса
Преглед критеријалних релација за одређивање
коефицијента прелаза топлоте и коефицијента трења
при једнофазном струјању флуида кроз цевне змије
Стеван Будимир, Марко Јарић
Р
азмењивачи топлоте са цевном змијом се састоје
од цевне змије смештене у цилиндрични омотач
(резервоарски простор) и користе се као проточни
или шаржни апарати.
Код проточних апарата је карактеристично да је
проток течности кроз цевну змију значајно мањи од
протока течности која струји око змије, као што је случај
код хладњака дестилата у дестилеријама за производњу
алкохолних пића (топлији флуид је алкохолни дестилат, а
хладнији вода) или хладњака воде која се ради одсољавања
одводи из котлова, при чему је хладнији флуид свежа вода
која се после загревања уводи у дегазатор [1].
Шаржни апарати са цевном змијом се веома често
користе за извођење хемијских и биохемијских операција,
када је потребно одржавати температуру у резервоарском
простору.
При струјању флуида кроз цевну змију услед постојања
центрифугалне силе интезитет процеса размене топлоте
и пад притиска су већи у односу на струјања флуида у
правим цевима [2]. Апарати са цевном змијом се користе
уместо класичних добошастих размењивача топлоте у
случају када су протоци радних медијума кроз апарат мали
и када су разлике притисака велике (изнад 10bar).
Критеријалне једначине за одређивање коефицијента
трења и коефицијента прелаза топлоте у цевним змијама
се у општем случају могу поделити према следећим
критеријумима:
•
према режиму струјања, на ламинарни и
турбулентни режими струјања,
•
према типу струјања, на једнофазно струјање и
струјање флуида са променом фазе.
У наредном поглављима биће дат преглед најчешће
коришћених критеријалних релација за одређивање ових
величина при једнофазном струјању флуида.
1
Релације за прорачун
трења у цевним змијама
коефицијента
У доступној литератури може се пронаћи неколико
емпиријских релација за одређивање коефицијента отпора
трења при једнофазном струјању флуида у цевним змијама.
Основна подела ових релација базира се на томе да ли се
струјање одвија у ламинарном или у турбулентном режиму
[4]. На слици 1.1 приказани су основни геометријски
параметри цевних змија, при чему су коришћене следеће
ознаке:
•
du, m унутрашњи пречник цеви,
•
ds, m, спољашњи пречник цеви,
•
dz, m, пречник завојнице цевне змије.
42
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Слика 1. Геомeтријске карактеристике цевне змије
Ламинарни режим
Уајт (1929) је један од првих који је предложио
релацију за одређивање коефицијента отпора трења у
цевним змијама
0, 25
(1.1)
pc = ps $
11, 6 0,45 1/0,45
m E 1
'1 - ;1 - c
De
где су:
•
Re, Рејнолдсов број,
w $ du $ t
Re =
n
•
•
•
•
•
ρ, kg/m³густина флуида,
µ, Pa∙s, коефицијент динамичке вискозности
w, m/s, брзина струјања флуида кроз цевну змију,
ξc коефицијент отпора трења за цевне змије,
ξs коефицијент отпора трења за праве цеви.
Коефицијент отпора трења за праве цеви се одређује
према следећој релацији
64 (1.2)
ps =
Re
Осим ове у литератури се може пронаћи Итова и
Шмитова релација за прорачун коефицијента трења за
струјање у цевним змијама у ламинарном режиму. Итова
релација се даје у облику
86 $ De
(1.3)
pc = ps $
^1, 56 + log Deh5,7
Динов број се дефинише на следећи начин
d 0,5
(1.4)
De = Re $ c u m dz
ПТ
Инжењерска пракса
Коефицијент отпора трења израчунат помоћу Итове
релације даје мање вредности у односу на вредности
добијене коришћењем Вајтове релације [4]. Шмитова
релација за одређивање коефицијента отпора трења се даје
у облику
i
d 0,97
(1.5)
pc = ps $ ;1 + 0, 14 $ c u m $ Re E dz
при чему се величина i израчунава на следећи начин
d 0,312
(1.6)
i = 1 - 0, 6664 $ c u m
dz
Вредности коефицијента трења срачунате Шмитовом
релацијом не разликују се много од вредности добијене
коришћењем Вајтове релације [5].
Турбулентни режим
У поређењу са релацијама за ламинарни режим, за
турбулентни режим постоји већи број предложених
релација. Вајт је предложио прву релацију за одређивање
коефицијента отпора трења за турбулентни режим и за
глатке цевне змије, која се изражава у облику [4]
pc = 0, 31 $ ;log `
d
Re j +
(1.7)
0, 04 $ c u m E dz
7
Осим ове релације у литератури се могу пронаћи Итова
релација [6]
pc =
0,50
-2
0, 304
du m0,5
0,25 + 0, 029 $ c
dz
Re
релација Шмита [5]
Re cr = 2300 $ ;1 + 8, 6 $ c
du m-0,5 E-0,2
dz
2
Релације за прорачун нуселтовог броја
при једнофазном струјању флуида кроз цевне
змије
За прорачун Нуселтовог броја односно (коефицијента
прелаза топлоте) при једнофазном струјању флуида у
цевним змијама се најчешће користе Шмитове једначине у
зависности од режима струјања.
За Re=100÷Recr може се користити следећа израз за
Нуселтов број
Nu = '3, 65 + 0, 08 $ ;1 + 0, 8 $ c
Nu =
(1.8)
•
•
•
•
(1.9)
(1.10)
У доступној литератури могу се пронаћи истраживања
Акагаве, Морија, Ватанбе, Унала и Гуоа, међутим њихови
резултати у области турбулентног струјања показују
незнатна одступања од Итове релације [5].
Критеријуми прелаза из ламинарног у турбулентни
режим струјања
За одређивање критичног Рејнолдсовог броја, којим
се дефинише прелаз из ламинарног у турбулентни режим
струјања у цевним змијама најчешће се користе релација
Ита [8]
Re cr = 20000 $ c
du m0,32
dz
релација Сринивасана [4]
d 0,5
Re cr = 2100 $ ;1 + 12 $ c u m E dz
(1.11)
(1.12)
u
0,194
z
a $ du
, m
(2.2)
α, W/(m²∙K), коефицијент прелаза топлоте,
λ, W/( m∙K), коефицијент топлотне проводности,
Pr, Прантлов број,
Prz, Прантлов број за температуру на зиду цеви.
При Re>22000 једначина гласи
Nu =
du m0,275
$ Re-0,4 dz
d
du m0,9 E 0,33
Pr m0,14
$ Pr $ Re0,5 + 0,29 $c d m 1 $ c
Prz
dz
(2.1)
где су:
•
Nu, Нуселтов број,
и Рафелова релација (добијена је на основу истраживања
у храпавим цевним змијама)[4]
pc = 0, 06 + 0, 12 $ c
(1.13)
Слагање претходних релација за критични Рејнолдсов
број, са подацима добијених експерименталним
истраживањима уочена је њихова добра поузданост у
опсегу односа пречника цевне змије и пречника завојнице
du/dz <0,05 [4].
Сринивасанова релација [7]
pc = 1, 084 $ ; Re $ c
du m0,45 E
dz
pc
$ ^Re - 1000h
d 2/3
Pr m0,14
8
$ ;1 + c u m E $ c
Pr
l
cz
z
pc
1 + 12, 7 $
$ ^ Pr2/3 - 1h
8
(2.3)
где је lcz дужина цевне змије, а коефицијент трења
прорачунава помоћу једначине (1.8).
У опсегу
Re=Recr÷22000 врши
интерполација коришћењем израза
се
Nu = h 6 prema (2.1) za Re cr @ + ^1 - hh $ Nu 6 prema (2.3) za Re = 22000 @
где је
h=
22000 - Re
22000 - Re cr
линеарна
(2.4)
(2.5)
ЛИТЕРАТУРА
[1]
Јаћимовић, Б., Генић, С., Топлотне операције
и апарати, друго издање, Машински факултет
Београд&Ведес, Београд, 2004.
[2] Цыганков, П., Брагоректификационные установки,
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
јун 2011.
43
ПТ
Инжењерска пракса
Пищевая промышленностъ, Москва, 1970.
[3] Ito, H., Friction factors for turbulent flows in curved
pipes, Journal Engineering, 81, pages 123-134, 1959.
[4] Guo, L., Feng, Z., Chen, X., An experimental investigation of the frictional pressure drop of steam-water two phase
flow in helical coils, International journal of heat and mass
transfer 44 (2001), pages 2601-2610
[5] Schmidt, E. F., Warmeubergang und nicht isothermer
Druckverlust bei erzwungener Stromung in schraubenforming
Gekrummten Rohren-Braunsch Weig 1967
[6] Subhasish, D., Secondary boundary layer and wall shear
for fully developed flow in curved pipes, Proceedings of the
royal society, pages 283-298, London 2002
[7] Shaukat, A, Pressure drop correltaions for flow through
regular helical coil tubes, Fluid dynamics research, pages 295310, Japan, 2001.
Аутор
Стеван Будимир,
Институт Гоша, Милана Ракића
35, Београд
e-mail: [email protected]
тел: 064/336-7552
Дипломирао је на Машинском
факултету
Универзитета
у
Београду 2009. на катедри за Процесну технику и
заштиту животне средине. Од маја 2010. запослен је
у Институту Гоша у својству истраживача сарадника.
Тренутно похађа докторске студије на Машинском
факултету Универзитета у Београду.
Марко Јарић, Иновациони центар
Машинског факултета Универзитета у
Београду д.о.о., Краљице Марије 16,
11000 Београд
email: [email protected]
тел: 063/435-779
Дипломирао је на Машинском факултету
Универзитета у Београду 2005. на катедри
за процесну технику. Од јула 2006. запослен
је у Иновационом центру Машинског факултета Универзитета у
Београду, у својству истраживача сарадника. Аудиторне вежбе
одржавао је из предмата: Опрема процесних инсталација,
Цевоводи и арматура, Конструисање процесне опреме, Апарати
и машине у процесној индустрији. Учествовао је на изради
више техничких документација, и пројеката које је финансирало
Министарство за науку и заштиту животне средине. До сада
је објавио 12 радова (часописи са SCI листе, међународни
часописи и конгреси, домаћи часописи и конгреси).
ПТ
Економски индикатори
Економска анализа процесних постројења –
тренд у 2010. години
Војислав Генић
К
рајем 2009. и почетком 2010. први пут
након почетка глобалне рецесије из 2008,
сви најважнији CPI индикатори су коначно
превазишли годишњи дефицит, што је значајна
прекретница ка економском расту. Пословни
индикатори су се током 2010. даље побољшавали,
па се процењује да ће се тај тренд наставити и у
2011. и 2012. години.
У исто време Chemical Engineering индекси су
такође показали побољшање, што све доводи до
закључка да је глобална економска криза прошла.
CEPCI (CHEMICAL ENGINEERING PLANT COST
INDEX) индекси за 2010. годину су дати у табели 1,
а M&S (MARSHALL & SWIFT EQUIPMENT COST
INDEX) индекси у табели 2. Годишњи CEPCI индекс
за 2010. годину је 550,8, док је M&S индекс 1457,4.
Промене CEPCI и M&S индекса за последњих 8
година су приказане у табели 3.
Табела 2. MARSHALL & SWIFT EQUIPMENT COST INDEX - 2010
1
2
3
4
M&S INDEKS
2010 – квартално
1448,3
1461,3
1473,3
1476,7
Процесна индустрија, просек
1510,3
1522,1
1534,4
1537,0
Цемент
1508,1
1519,2
1530,0
1532,5
Хемикалије
1481,8
1493,5
1505,2
1507,3
Производи од глине
1496,0
1505,6
1518,3
1521,4
Стакло
1403,0
1416,4
1428,5
1432,7
Боја
1515,1
1527,6
1542,1
1545,8
Папир
1416,4
1430,1
1444,5
1447,6
Нафтрни производи
1615,6
1625,9
1637,0
1640,4
Гума
1551,0
1564,2
1579,3
1581,5
Електроенергетика
1389,6
1414,0
1419,2
1434,9
Рударство
1552,1
1569,1
1576,7
1579,4
Хлађење
1772,2
1786,9
1804,8
1809,3
Термоенергетика
1475,0
1488,0
1502,3
1506,4
Друге индустријске гране
Табела 1. CHEMICAL ENGINEERING PLANT COST INDEX (CEPCI) - 2010.
2010
Јануар
Фебруар
Март
Април
Мај
Јун
Јул
Август
CEPCI
532,9
539,1
541,8
555,3
558,2
556,4
550,7
549,5
Септембар Октобар Новембар
552,5
556,3
556,7
Децембар
560,3
Опрема
631,8
641,1
645,5
666,0
670,2
668,1
659,2
657,3
662,3
667,5
669,0
674,6
Размењивачи
топлоте и
резервоари
571,9
587,3
592,5
622,6
629,9
628,7
611,1
605,8
611,8
617,8
618,3
627,1
Процесне
машине
601,9
610,3
614,0
625,4
631,8
632,1
626,0
621,7
625,1
627,0
627,0
627,6
Цевоводи,
вентили и
фитинзи
794,5
796,1
801,7
829,5
828,3
818,5
821,7
827,1
834,1
840,2
847,0
854,3
Процесни
инструменти
419,8
420,5
421,0
426,7
424,8
419,4
416,8
416,9
422,0
426,0
426,1
426,2
Пумпе,
компресори,
вентилатори
903,0
903,4
903,4
902,4
903,1
898,4
902,4
902,5
902,9
902,5
904,0
903,6
Електрична
опрема
469,2
468,4
472,1
472,5
473,2
482,2
481,6
482,7
482,5
484,7
487,1
488,4
Носеће
конструкције и
друго
640,2
660,0
665,6
688,7
697,5
697,5
679,7
675,6
680,9
689,6
688,2
696,3
Радна снага
331,0
330,2
328,2
327,3
327,8
326,7
328,7
330,0
328,9
331,0
328,8
328,1
Зграде
494,8
500,5
504,3
508,9
513,9
509,4
506,7
503,0
502,4
503,3
501,4
503,3
Инжењеринг и
надзор
342,4
342,4
341,8
341,4
339,7
339,1
338,4
337,9
337,3
336,6
336,1
335,6
Табела 3. Промена CEPCI за последњих 8 година
Година
46
2003–2004
2004–2005
2005–2006
2006–2007
2007–2008
2008–2009
2009–2010
CEPCI, %
10,5
5,4
6,7
5,2
9,5
-9,3
5,5
M&S INDEKS
4,9
5,6
4,6
5,5
5,5
0,0
0,6
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Аутор
Војислав Генић,
Siemens IT Solutions and Services,
Париске комуне 22, 11070 Београд
Тел. +381 65 2015757
E-mail: [email protected]
На
Машинском
факултету
Универзитета
у
Београду
дипломирао 1992, на Одсеку
за процесну технику. Након 3 године проведене у Лола
Инжењерингу, прелази у TradeCom MN, а затим у Spinnaker New Technologies где је обављао посао генералног
директора, да би 2008. постао подпредседник и члан
управе ComTrade Group, Председник управе и директор
ComTrade IT Solutions and Services. Од 2010. запослен
у Siemens IT Solutions and Services. Руководио је
компанијама са до 1000 запослених, бавио се стратешким
и финансијским планирањем и реализацијом планова,
управљањем операцијама и продајом, те организацијом
рада у предузећима.
ПТ
Инжењерска библиотека
1. Монографије из машинства
Милован Живковић и
Ташко Манески
ТЕРМОМЕХАНИЧКИ
НАПОНИ ЦЕВОВОДА И
ПОСУДА
Цена: 750 дин.
Димитрије Вороњец и
Ђорђе Козић
ВЛАЖАН ВАЗДУХ –
ТЕРМОДИНАМИЧКЕ
ОСОБИНЕ И ПРИМЕНА
(IV издање)
Борис Слипчевић
РАЗМЕЊИВАЧИ
ТОПЛОТЕ
(II издање)
Милан Рикаловић
ДОБОШАСТИ
РАЗМЕЊИВАЧИ
ТОПЛОТЕ
Цена: 900 дин
Цена: 700 дин
Милош Кубуровић и
Мирослав Станојевић
БИОТЕХНОЛОГИЈА
Бранислав Тодоровић
и Милица МилинковићЂапа
РАЗВОД ВАЗДУХА У
КЛИМАТИЗАЦИОНИМ
СИСТЕМИМА
(III издање)
Цена: 600 дин
Цена: 550 дин
Цена: 800 дин
Срђан Раичковић
КОМПРЕСИБИЛНИ
И МЕХАНИЧКИ
ЗАПТИВАЧИ
Родољуб Вучетић
ЗДРАВЉЕ ЖИВОТНЕ
СРЕДИНЕ & ПРОМЕНА
КЛИМЕ
Стеван Шамшаловић
ТОПЛОТНА ПУМПА Технологија одрживе
производње енергије
Цена: 600 дин
Цена: 400 дин
Цена: 1350 дин
Светислав Зарић
ПРИРУЧНИК ИЗ
ИНДУСТРИЈСКЕ
ПНЕУМАТИКЕ
Богосав Миленковић
ПРИРУЧНИК ЗА
МЕРЕЊЕ ПРОТОКА
ФЛУИДА (мерним
блендама,
млазницама,
Вентуријевим цевима
и др.)
2. Приручници из машинства
Бранислав Живковић и
Зоран Стајић
МАЛИ
ТЕРМОТЕХНИЧКИ
ПРИРУЧНИК
Цена: 500 дин
Цена: 450 дин
Цена: 450 дин
Родољуб Вучетић
ПРИРУЧНИК О
УРАВНОТЕЖАВАЊУ
ЦЕВНИХ МРЕЖА У
ГРЕЈАЊУ, ХЛАЂЕЊУ И
КЛИМАТИЗАЦИЈИ
Цена: 600 дин
48
јун 2011.
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
Стеван Шамшаловић
ТЕХНОЛОГИЈА
ХЛАЂЕЊА И
СМРЗАВАЊА ХРАНЕ
Цена: 450 дин
Небојша Граховац
ПРИРУЧНИК
ЗА ВЛАЖАН
КОМПРИМОВАНИ
ВАЗДУХ
Цена: 450 дин
Инжењерска библиотека
ПТ
Живојин Перишић
ВЕНТИЛАЦИЈА
ПОРОДИЧНИХ И
КОМЕРЦИЈАЛНИХ
КУХИЊА
Цена: 450 дин
3. Приручници из електротехнике
Драган Вићовић &
Зоран Хаџић
ЕЛЕКТРИЧНЕ
ИНСТАЛАЦИЈЕ
НИСКОГ НАПОНА
Драган Вићовић &
Зоран Хаџић
ЗАШТИТА ОБЈЕКАТА
ОД АТМОСФЕРСКОГ
ПРАЖЊЕЊА
Цена: 1250 дин
Цена: 1200 дин
Љиљана Рашајски,
Гојко Дотлић и Марија
Мрђанов
МАЛИ
ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТСКИ
ПРИРУЧНИК (МЕП)
(IV издање, 2009)
Цена: 950 дин
4. Техничка регулатива из машинства, електротехнике и додирних дисциплина
ПРАВИЛНИЦИ ИЗ
ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКЕ
Постројења,
надземни водови,
заштита од статичког
електрицитета и од
пожара
Приредила Марија
Мрђанов
Цена: 700 дин
КАБЛОВИ,
САМОНОСЕЋИ
КАБЛОВИ, УЖАД И
КРАТКИ СПОЈ
Изводи из техничких
стандарда у
електроенергетици
Приредила Марија
Мрђанов
Цена: 700 дин
Миодраг Исаиловић и
Мартин Богнер
ТЕХНИЧКИ ПРОПИСИ
О ПОСУДАМА ПОД
ПРИТИСКОМ
Драгана & Стеван
Шамшаловић
ВОДИЧ КРОЗ
СТАНДАРДЕ И
ПРОПИСЕ О ГРЕЈАЊУ,
ХЛАЂЕЊУ И
КЛИМАТИЗАЦИЈИ
Цена: 800 дин
Миодраг Исаиловић
ТЕХНИЧКИ ПРОПИСИ
О ЗАШТИТИ
ОДПОЖАРА И
ЕКСПЛОЗИЈА
(IV издање, 2007)
Цена: 900 дин
Цена: 850 дин
5. Остало
Надежда МитровићЖитко и Стеван
Вукотић
ПРИРУЧНИК ЗА
ПРИПРЕМУ ОПШТЕГ
ДЕЛА СТРУЧНОГ
ИСПИТА ЗА РАДНИКЕ
ТЕХНИЧКИХ СТРУКА
Цена: 450 дин
ЗБИРКА ЗАКОНА И
ПРАВИЛНИКА
о планирању и
грађењу објеката
и изради техничке
документације
(IV издање)
Приредила Марија
Мрђанов
Цена: 750 дин
ПРОЦЕСНА ТЕХНИКА
НАУЧНО-ТЕХНИЧКИ
ПЕТОЈЕЗИЧНИ
РЕЧНИК (ГРЕЈАЊЕ,
ХЛАЂЕЊЕ,
КЛИМАТИЗАЦИЈА)
Цена: 950 дин
јун 2011.
49
Download

ПТ - SMEITS