CC BY
33
9
С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Ns 10 (115)
2. Разработана и реализована компьютерная модель многостадийного процесса получения метанола из природного газа с применением моделирующей программы СНЕМСАГ).
3. Выявлены «узкие места» действующего производства метанола из природного газа, проведена его модернизация.
Библиографические ссылки
1. Гартман Т.Н. Компьютерное моделирование энерго - и ресурсосберегающих химических производств./ Т.Н. Гартман // Программные продукты и системы, 2002. № 4. С.29-32.
2. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. / О.Б. Брагинский. М.: Наука, 2003. 279с.
3. Опыт применения программы СНЕМСАО для моделирования реакторных процессов/ Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин, Д.К. Новикова // Теоретические основы химической технологии, 2009. Том 43. № 6. С. 702-712.
4. Компьютерное моделирование технологического узла ректификации производства метанола с применением пакетов программ СНЕМСАО/ Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин. // Химическая техника, 2010. № 4. С. 12-14.
5. Научные основы процессов ректификации /Ю.А. Комиссаров, Л.С. Гордеев, Д.П. Вент/под редакцией Л.А. Серафимова. В 2-х томах. М.: Химия, 2004. 270с. (1), 415с. (2).
6. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа /Н.С. Печу-ро, В.Д. Капкин, О.Ю. Песин. М.: Химия, 1986. 349с.
7. Разработка компьютерной модели технологического процесса для проектирования энерго- и ресурсосберегающего производства метанола из природного газа/Т.Н. Гартман, Ф.С. Советин, Д.К. Новикова. // Химическая техника, 2009. № 12. С. 29-31.
УДК: 658.012.01:621.64 А.В. Бабенко
Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ САПР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДАХ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
In the given report a problem of determine a flow regimes of two phase flows in technological pipelines was considered. The three up-to-date mechanistic methods were analyzed: Taitel
9
С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 10 (115)
& Dukler, Barnea, Pétalas & Aziz. Based on these methods the algorithms for determine a flow regimes were created. After that the algorithms were translated into С++ language and contented as a calculating module, determining a flow regimes. This module was tested and prepared to integration.
В данной работе рассмотрена проблема определения режимов течения двухфазных потоков в технологических трубопроводах. Рассмотрены три современные механистические модели Taitel и Dukler, Barnea, Pétalas и Aziz, на основе которых созданы алгоритмы определения режимов течения. Указанные алгоритмы переведены на язык С++ и оформлены в виде расчетного модуля, определяющего режим течения. Модуль протестирован и подготовлен к интеграции.
В наши дни остро стоит проблема гидравлических расчетов трубопроводов, где помимо однофазных потоков:
• L (жидкость),
• V (газ),
могут встречаться как двухфазные:
• VL (газожидкостные),
• LL (2 несмешивающиеся жидкости - например нефть и вода),
• VS (газ с твердыми включениями),
• LS (жидкость с твердыми включениями), так и трехфазные:
• VLL (например газ и нефть с водой).
Гидравлические расчеты многофазных течений очень важны, они помогают добиться:
• оптимизации затрат на трубопроводы;
• правильного подбора насосов и другого оборудования;
• достижения оптимальных условий протекания процессов.
Многофазные течения встречаются во многих отраслях промышленности, например:
• Технологические установки (VL):
о Трубопроводы систем обогрева и охлаждения:
■ обогревающие спутники, внутренние и наружные подогреватели емкостей, резервуаров, теплообменников;
■ системы охлаждения промышленных холодильных установок.
о Трансферные трубопроводы и аналогичные им (подачи в колонны).
о Трубопроводы систем аварийного сброса.
о Системы газового пожаротушения.
• Пароконденсатопроводы электростанций (в том числе АЭС) (VL).
• Трубопроводы геотермальных месторождений (VL).
• Трубопроводы систем обвязки нефтегазовых месторождений (VLLS).
9
С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N>10(115)
Проблема состоит в том, что методики гидравлических расчетов, дающие хорошую точность для однофазных потоков (3%), плохо подходят для двухфазных. Именно поэтому точность гидравлических расчетов может быть недопустимо низкой (до 30%). Это происходит из-за некоторых особенностей многофазных течений.
Рис. 1. Режимы газожидкостного течения в горизонтальных трубах [1]
В данная работе рассматривается газожидкостное установившееся адиабатическое течение.
Особенности двухфазного газожидкостного течения.
• Разные скорости фаз:
о различие расходного и истинного содержания фаз;
о необходимо дополнительное соотношение для относительной скорости фаз либо истинного объемного содержания фаз.
• Существовать принципиально различных режимов течения с разным поведением и взаимодействием фаз.
• Малая скорость звука в двухфазном потоке:
о больше вероятность околозвукового и критического течения;
о необходимость учета скоростного напора.
• Возможность изменения состава продукта для многокомпонентных потоков:
о сепарация на тройниках. Определение режимов течения очень важно, поскольку является начальной стадией гидравлических расчетов двухфазных потоков. Только поняв, в каком режиме движется продукт по трубопроводу (рис.1), можно выбрать адекватную методику именно для этого режима течения, что повысит точность расчетов до 10%. Также может возникнуть ситуация, когда полу-
С 11 € X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Ns 10 (115)
ченный режим течения недопустим или нежелателен в рассматриваемой системе, и появляется возможность вовремя обнаружить и исправить это.
Существует множество методик определения режимов течения, как эмпирических: Baker, Beggs и Brill [5], так и относительно новых, которые объединяет механистический подход: Taitel и Dukler(1976) [2], Barnea(1987) [3], Petalas и Aziz(1998) [4]. В основу последних трех методик положено моделирование механизмов смены режимов течения на основе уравнений механики жидкости и газа. Данные методы имеют более широкую область применения и получили в последнее время широкое признание. Поэтому именно они были выбраны для изучения и реализации.
На основе данных методик были составлены компьютерные алгоритмы, реализованные в виде функций на языке С++. Также разработан интерфейс, использующий эти функции в качестве расчетного ядра, который показывает диаграммы режимов течения и позволяет определить режимы в конкретных точках трубопровода при заданных параметрах течения: G [кг/м2с] - массовая скорость движения продукта, X [-] - массовое расходное газосодержащие,
а также свойства продукта и трубы.
С помощью разработанной нами программы были получены наглядные результаты и сопоставлены с результатами авторов методик, а также с экспериментальными данными и сделаны соответствующие выводы.
Проведенная работа позволит внедрять полученные алгоритмы в сложные инженерные расчетные программы (например, Гидросистема, разрабатываемая ООО "НТП "Трубопровод"), что позволит определять режимы течения в технологических трубопроводах и рассчитывать гидравлическое сопротивление по новым и более точным методикам (с точностью до 10%). В настоящее время такая работа уже ведется, и в дальнейшие версии Гидросистемы будут включены модули, основанные на разработанных нами алгоритмах. Также в ближайшем будущем планируется начать изучение и реализацию методик определения гидравлического сопротивления трубопроводов в зависимости от режима течения.
Библиографические ссылки
1. Ove Bratland. Pipe Flow 2 Multi-phase flow assurance, 2010. 354 c.
2. A Model for Predicting Flow Regime Transitions in Horizontal and Near Horizontal Gas-liquid Flow /Yemada Taitel and A. E. Dukler., 1976.
3. D. Barnea. A unified model for predicting flow-pattern transitions for the whole range of pipe inclinations, 1987. 12 p.
4. Khalid Aziz, A mechanistic model foe multifase flow in pipes, 1998. 16 p.
5. Two-Phase Flow Patterns and Flow-Pattern Maps|Lixin Cheng, Gherhardt Ribatski, John R. Thome||Fundamentals and Applications, 2008. 28 p.
