bài giảng thiết kế mô phỏng thiết bị quay

1
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG
THIẾT BỊ QUAY
 Cung cấp cho học SV cách thức sử dụng hysys để tính
toán mô phỏng các loại thiết bị quay như:
 Máy nén ly tâm và máy nén Pistong
 Turbo giãn nỡ khí.
 Máy bơm ly tâm và máy bơm Pistong.
 SV phải nắm vững cơ sở lý thuyết của máy nén, máy
bơm, turbo expander để hiểu được cơ chế tính toán
trong mô phỏnh.
MỤC TIÊU
2
 Hiệu suất của máy nén ly tâm được xác định theo
phương trình sau (nén đoạn nhiệt):
 Hiệu suất của turboExpander (đẵng entropi):
 Hysys tính toán mô phỏng máy nén và Turbo giãn nỡ
theo 01 trong 04 cách sau:
MÁY NÉN - COMPRESSOR
Nếu chưa có thông tin về đường đặc tuyến của máy
nén/Turbo giãn nỡ
 Cách1:
 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào??.
 Xác định suất đầu ra máy nén.
 Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén (HS nén đoạn
nhiệt hoặc nén đa biến).
 Hysys sẽ tính toán năng lượng cần thiết cung cấp cho
máy nén, nhiệt độ khí đầu ra, hiệu suất???
 ??? Đường đặc tuyến của máy nén cho biết điều gì???
MÁY NÉN - COMPRESSOR
3

Nếu chưa có thông tin về đường đặc tuyến của máy
nén/Turbo giãn nỡ
 Cách 2:
 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào
 Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén (HS nén đoạn
nhiệt hoặc nén đa biến) và công suất của máy.
=> Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí
đầu ra, hiệu suất???
MÁY NÉN - COMPRESSOR
Nếu biết trước đường đặc tuyến của máy nén
 Cách 1:
 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào.
 Khai báo hiệu suất làm việc của máy nén.
 Hysys sử dụng đường đặc tuyến của máy nén/giãn nỡ
để tính vận tốc quay, độ tăng/giãm áp suất đầu ra thiết
bị.
= >Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí
đầu ra, hiệu suất???
MÁY NÉN - COMPRESSOR
4
Nếu biết trước đường đặc tuyến của máy nén
 Cách 1:
 Cho trước thông số công nghệ dòng đầu vào.
 Khai báo vận tốc của máy nén.
 Hysys sử dụng đường đặc tuyến của máy nén/giãn nỡ
để tính hiệu suất, độ tăng/giãm áp suất đầu ra thiết bị.
= >Hysys sẽ tính toán áp suất đầu ra máy nén, nhiệt độ khí
đầu ra, hiệu suất???
MÁY NÉN - COMPRESSOR
1. Truy xuất mô hình

Compressor/Turbo expander
theo 02 đã được học.
2. Tại mục connection của Tab
Design đặt tên cho máy nén,
khao báo tên Inlet/Outlet của
dòng vào/ra thiết bị và dòng
năng lượng Energy cung cấp
cho máy nén.
3. Tại mục Parameter chọn
Operating mode chon thiết bị là
Centrifual nếu là máy nén ly tâm
hoặc Reciprocating – máy nén
pistong.
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN/TURBO GIÃN NỠ
5
4. Nếu chưa biết đường đặc tuyến
thì nhập:
 Hiệu suất của máy tại Tab
Parameters. Thông thường hiệu
suất làm việc của máy từ 75 – 85
%. Chỉ được nhập một trong 02
dạng hiệu suất là adiabatic
efficiency hoặc polytropic
efficiency.
 Nhập một trong 02 thông số sau:
 Áp suất của dòng Outlet đầu ra
máy nén tại Tab worksheet hoặc
click trực tiếp vào dòng Outlet.
 Công suất của máy nén tại mục
Duty, Tab Parameters.

QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ
5. Nêu biết đường đặc tuyến
thì nhập:
 Đường đặc tuyến (Curve)
của máy nén tại Tab
Rating nhập.
 Lưu ý không nhập mục
Efficiency của Tab
Parameters.
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ
6
 Cách nhập đường đặc tuyến
của máy nén:
1. Tại Tab Rating nhấn nút Enable
Curve.
2. Chọn cách biểu diễn hiệu suất
máy nén theo adiabatic hoặc
Polytropic
3. Nhấn nút Add Curves.
4. Nhập các thông số flow, head,
efficiency.
5. Nhấn nút Plot Curves để xem
đường đặc tuyến.
 Khi mô phỏng thiết kế mới =>
sử dụng trường hợp 1.
 Khi đánh giá hoạt động thiết bị
=> sử dụng Curves
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ
 Nếu chỉ có 1 đường đặc tuyến thì nhập các thông số sau (với điều
kiện là thành phần và nhiệt độ dòng đầu vào biết trước):

 Inlet Pressure và Flow Rate
 Inlet Pressuer và Duty
 Inlet Pressure và Outlet Pressure.
 Inlet Pressure và Efficiency tương ứng với đường đặc tuyến.
 Nếu có nhiều hơn 02 đường đặc tuyến lúc này chỉ hysys tính toàn
gần đúng. Các thông số cần nhập là: Inlet Pressure và một trong
các thông số sau:
 Flow rate
 Duty
 Outlet Pressure
 Efficiency.
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN TURBO GIÃN NỠ
7
 Cho dòng khí có thành phần như hình bên.
1. Mô phỏng thiết bị máy nén để xác định công suất của
thiết bị nếu biết áp suất đầu vào là 75 barg, nguyên liệu
đầu vào 100% pha khí, lưu lượng 120.000 sm3/h, áp đầu
ra là 110 barg, hiệu suất làm việc của máy nén ly tâm là
75%, máy nén pistong là 85%.
2. Áp suất đầu ra máy nén thay đổi thế nào nếu công suất
của máy giảm 50% so với kết qủa tính ở mục 1.
3. Giả sử máy nén có đường đặc tuyến như đính kèm, xác
định áp suất đầu ra máy nén.
4. Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần
như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45 barg, lưu
lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1 => xác định
áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công
giãn nỡ (giãn nỡ lấy = 75%).
5. Điều chỉnh áp suất đầu ra expander để áp suất đầu ra
máy nén là 90 barg.

BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
CấuCấu tửtử MoleMole
fractionfraction
N2N2 0.00020.0002
H2SH2S 0.04050.0405
CO2CO2 0.01510.0151
C1C1 0.72500.7250
C2C2 0.08150.0815
C3C3 0.04550.0455
ii C4C4 0.01500.0150
NN C4C4 0.01800.0180
ii C5C5 0.01200.0120
NN C5C5 0.01300.0130
C6C6 0.00900.0090
C7+C7+ 0.02520.0252
H2OH2O 0.00000.0000
1. Cho dòng khí có thành phần như hình bên.
 Mô phỏng thiết bị máy nén:
Truy cập mô hình máy nén và đặt tên dòng vào, dòng ra và
dòng năng lượng của máy nén.
 Khai báo thông tin dòng vào máy nén (02 cách: click trực tiếp
vào dòng hoặc vào worksheet: Thành phần, P=75 barg, pha =1,
Mole flow = 120.000sm3/h.
 Chọn model máy nén pistong: Design => Parameter =>
Operating mode chọn Reciprocating.
 Hiệu suất máy nén: Design => Parameter => Efficiency: Nhập
hiệu suất = 85% vào mục Polytropic efficiency.
 Nhập áp suất đầu ra máy nén = 110 barg: 02 cách (Click vào
dòng ra hoặc vào worksheet)
 Vào worksheet xem các thông tin về dòng, vào

Design/Parameter xem công suất, vào Performance xem, hiệu
suất, tốc độ quay… của máy nén.
BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
8
2.Áp suất đầu ra máy nén thay đổi thế nào nếu
công suất của máy giảm 50% so với kết qủa
tính ở mục 1.
 Ghi lại giá trị công suất của máy nén (có thể sử
dụng data book).
 Xóa áp suất đầu ra máy nén: 02 cách (Click vào
dòng ra hoặc vào worksheet)
 Vào Design/Parameter nhập công suất máy
nén.
 Click vào dòng hoặc vào worksheet xem áp suất
đầu ra máy nén
BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
4. Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành phần như phần nén từ áp
suất 110 barg xuống 45 barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha =
1 => xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử dụng 95% công giãn
nỡ (hiệu suất nén/giãn nỡ lấy = 75%).
 Truy cập mô hình expander
 Khai báo dòng vào, dòng ra, dòng năng lượng của expander.
 Nhập thông tin dòng vào expander: Pha =1, Mole flow=150000 sm3/h,
P-110 barg, Composition:
Click vào dòng vào => Nhấn “Define from other stream” =>Available
stream chọn Dòng vào máy nén => Copy stream conditions chọn
Composition
 Nhập áp suất đầu ra expander = 45 barg: 02 cách (Click vào dòng ra
hoặc vào worksheet)
 Hiệu suất expander (75%): Design => Parameter => Efficiency: Nhập

hiệu suất = 75% vào mục Polytropic efficiency.
 Vào Design parameter của máy nén xóa duty.
 Sử dụng Set để cài đặt công của máy nén = công giãn nỡ
BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
9
4. Giả sử Turbo expander dùng để giãn nỡ khí có thành
phần như phần nén từ áp suất 110 barg xuống 45
barg, lưu lượng khí đầu vào là 150.000 sm3/h, pha = 1
=> xác định áp suất đầu ra máy nén nếu máy nén sử
dụng 95% công giãn nỡ (hiệu suất nén/giãn nỡ lấy =
75%).
 Sử dụng Set để cài đặt công của máy nén = công giãn
nỡ
 Target Value Object chọn Tên dòng năng lượng máy
nén, Varriable chọn Power.
 Source: Object chọn Tên dòng năng lượng của
expander
 Tại mục Parameter chọn M=0.95, Offset = 0
BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
5. Điều chỉnh áp suất đầu ra expander để áp suất đầu ra
máy nén là 130 barg.
 Sử dụng thuật toán Adjust:
 Adjusted value: Object chọn Dòng ra Expander,
Varriable chọn Pressure.
 Target value: Object chọn Dòng ra máy nén, Varriable
chọn Pressure.
 Specified target value: nhập 130 barg.
 Vào Parameter nhập giới hạn min/max: (ví dụ min=1,
max=110 barg).
 Khai báo sai số cho phép (Torelance): Theo yêu cầu độ

chính xác (ví dụ 0.01 bar).
 Nhập số bước lặp (Iteration): Tùy chọn
BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
10
 Nguyên lý làm việc của máy nén Pistong : Nén một lượng khí từ thể tích
lớn => thể tích nhỏ hơn.
 Máy nén Pistong được sử dụng khi hệ số nén lớn và lưu lượng khí nén
nhỏ.
 Có 02 lại máy nén pistong: Single acting và double acting
MÁY NÉN PISTONNG – RECIPROCATING COMPRESSOR
 Qui trình mô phỏng tương tư như
máy nén ly tâm
1. Truy xuất mô hình
Compressor/Turbo expander theo
02 đã được học.
2. Tại mục connection của Tab
Design đặt tên cho máy nén, khao
báo tên Inlet/Outlet của dòng
steam vào/ra thiết bị và dòng năng
lượng Energy cung cấp cho máy
nén.
3. Tại mục Operating mode Tab
Parameters chọn Reciprocating
(máy nén pistong).
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN PISTONNG –
RECIPROCATING COMPRESSOR
11
Tuy thuộc vào mục đích mô phỏng nhập 05 trong
07 thông số sau:
1. Temperature của dòng Inlet

2. Áp suất của dòng Inlet
3. Lưu lượng của dòng Inlet
4. Áp suất của dòng Outlet
5. Nhiệt độ của dòng Outlet
6. Duty của máy nén
7. Efficiency của máy nén
VD:
 Đối với thiết kế mới: Cần nhập T , P đầu vào,
lưu lượng đầu vào hiệu suất của máy nén và áp
suất đầu ra để tính công suất máy nén.
 Để đánh giá hiệu suất làm việc của máy nén
sau thời gian vận hành???
 Đánh giá khả tăng lưu lượng khí qua máy nén
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG MÁY NÉN PISTONNG –
RECIPROCATING COMPRESSOR
 Cho dòng khí có thành phần như hình bên.
1. Mô phỏng thiết bị máy nén để xác định công
suất của thiết bị nếu biết áp suất đầu vào là 75
barg, nguyên liệu đầu vào 100% pha khí, lưu
lượng 120.000 sm3/h, áp đầu ra là 110 barg,
hiệu suất làm việc của máy nén ly tâm là 75%,
máy nén pistong là 85%.
2. So sánh công suất của máy nén pistong so với
máy nén ly tâm tính toán ở mục 1, bài tập 1 từ
đó đưa ra nhận xét.
3. Xác định hiệu suất của máy nén nếu biết công
suất nhiệt của máy nén gấp 1.2 lần so với mục
1. thông số đầu vào/ra thiết bị không đổi.
4. So sánh hiệu suất của máy nén Pistong ở theo
tính toán tại mục 5 => có nhận xét gì về kết

quả?
BÀI TẬP THỰC HÀNH 1
CấuCấu tửtử Mole fractionMole fraction
N2N2 0.00020.0002
H2SH2S 0.04050.0405
CO2CO2 0.01510.0151
C1C1 0.72500.7250
C2C2 0.08150.0815
C3C3 0.04550.0455
ii C4C4 0.01500.0150
NN C4C4 0.01800.0180
ii C5C5 0.01200.0120
NN C5C5 0.01300.0130
C6C6 0.00900.0090
C7+C7+ 0.02520.0252
H2OH2O 0.00000.0000
12
 Bơm được sử dụng để vận tăng áp suất của chất lỏng.
 Năng lượng cần thiết để tăng áp suất của chất lỏng được xác định theo
công thức:
 Hiệu suất làm việc của bơm được xác định theo công thức:
BƠM (PUMP)
 Khi dòng chất lỏng qua bơm được xác định (lưu lượng, áp
suất, thành phần) Hysys sẽ tính toán các thông số của bơm
khí biết 2 trong 03 thông số sau đây:
 Chênh áp qua bơm (Pressure drop) hoặc áp suất đầu ra bơm.
 Efficiency – Công suất của bơm
 Pump energy – Năng lượng cung cấp cho bơm.
 Ngoài ra Hysys còn có khả năng thực hiện việc tính toán Back
Forward các thông số khác khi cần.

 Ví dụ về tính toán back forward???
BƠM (PUMP)
13
1. Truy xuất vào mô hình máy bơm trong hysys.
2. Đặt tên cho bơm, dòng vào/ra và dòng năng lượng cho bơm tại mục
connection của Tab Design.
3. Nếu chưa có thông tin về được đặc tuyến của bơm thì khai báo 02 trong
03 thông số nêu ở trên.
4. Nếu có đường đặc tuyến của bơm thì nhập đường đặc tuyến của bơm và
01 trong 02 thông số Efficiency hoặc Duty.
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG BƠM (PUMP)
Cách nhập đường đặc tuyến của bơm như sau:
1. Nhấn chọn vào mục Curves Page trong Tab Design
2. Nhập các hệ số của phương trình đường đặc tuyến của bơm
như đính hình vẽ.
3. Click vào mục Activate Pump Curve
QUI TRÌNH MÔ PHỎNG BƠM (PUMP)
14
1. Bơm P-01 sử dụng để nâng áp suất của condensate từ bồn
chứa đến xe bồn vận chuyển đi tiêu thụ. Thành phần
condensate được cho như đính kèm.
2. Xác định công suất của bơm nếu lưu lượng đầu vào bơm là
85 m3/h, xăng được bảo quản tại các bồn chứa ở điều kiện
môi trường (P = 1 atm , T=32 oC).
3. Nếu tăng lưu lượng của bơm lên 120 m3/h thì áp suất đầu
ra của bơm thay đổi như thế nào nếu công suất bơm không
đổi?
THỰC HÀNH MÔ PHỎNG BƠM