Аналитическое и численное исследование эжекторных сисем в нефтехимическом оборудовании. Опыт компании ООО «Химмаш-Аппарат»

С.Ю. Агауров,  к.ф.-м.н Ласкин И.Н.

Струйные эжекторы являются разновидностью струйных насосов-компрессоров, которые используются для нагнетания жидких или газообразных веществ, транспортирования гидросмесей с повышением полного давления пассивной среды. Действие основано на увлечении нагнетаемого (откачиваемого) вещества струёй жидкости, пара или газа (соответственно различают жидкоструйные, пароструйные и газоструйные насосы). При этом расчёт газовых эжекторов на трансзвуковых режимах для многофазных сред является наиболее сложной математической проблемой.

Рис.1 Расчетная геометрия проектируемого жидкоструйного эжектора

Достоинство эжекторов — простота устройства, надёжность работы; отсутствие сложных движущихся частей и механизмов. Недостаток — невысокий КПД. Габаритная оптимизация эжектора является наиболее важным элементом проектирования для обеспечения качественной гидродинамики. Рабочее сопло (размеры, детализация), камера смешения и диффузор подлежат уточнению с помощью математического (компьютерного) моделирования на этапе окончательного проектирования. Также требуется определение кавитационного предела, максимальной степени сжатия эжектора, к.п.д., дроссельной характеристики. Т.е. требуется проведение НИОКР.

Наиболее проработанной для жидкостных эжекторов является аналитическая методика основанная на методе R.G. Cunningham. Данная модель представляет фундаментальную связь между коэффициентом эжекции M, геометрическими параметрами (основной – b, отношение площади сопла к площади камеры смешения) и приведенным перепадом N. Характеристическое уравнение получается «комбинацией» уравнений сохранения массы, импульсов и энергии для участков проточного тракта и сопла. Поверочный расчет предполагает использование математического моделирования (CFD анализ).

Рис.2 Поле скоростей в проектируемом жидкостном эжекторе

Наиболее сложными в проектировании для газовых сред являются эжекторы со сверхзвуковым соплом Лаваля (сужение-расширение), применяемые в системах вакуумирования. Именно сверхзвуковое сопло позволяет достичь нужного уровня разрежения. Подачу высоконапорного газа можно осуществлять и через сужающееся сопло, однако в большинстве случаев использование сверхзвукового сопла выгоднее, поскольку не приводит к недорасширению («разбуханию») эжектирующего потока в начальной части камеры смешения.

 

 Рис.4 Поле давления в паровом эжекторе со сверхзвуковым соплом Лаваля

Традиционная прямая методика сводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений с определяющим уравнением эжекции:

где λ - приведенная скорость, γ - показатель адиабаты, k – коэффициент эжекции, θ - перепад энтальпий.

Нами решена более сложная вариационная задача, а именно, задача проектирования оптимального эжектора. В частности, всегда представляет интерес нахождение эжектора с максимальной степенью сжатия при заданной эжекции, а также эжектора с максимальным к.п.д. Т.е. ставится задача на условный экстремум функционала. В первом случае величина противодавления и есть функционал, а нелинейные уравнения эжекции являются ограничениями. Учитывая нелинейность ограничений, задача решается численно с помощью метода сопряженных градиентов. Данная методика ограничена случаем идеального газа. Для поверочного расчета эжекторов с реальными газами, сложной геометрией привлекается CDF анализ или компьютерное моделирование.

Можно заключить, что разработка эжекторов требует высокого научного потенциала компаний разработчиков, а также большого опыта применения в различных процессах. Эжекторы компании «Химмаш-Аппарат», детально проработаны на высоком научном уровне. Сотрудничество с ведущими проектными институтами и крупнейшими машиностроительными заводами позволяет спроектировать, изготовить и поставить эжекторные системы любой сложности.

Компания «Химмаш-Аппарат» имеет необходимые опыт и возможности расчета, изготовления и поставки сложного оборудования, разработанные нами устройства и блочные системы на основе эжекторов успешно эксплуатируются на промышленных установках многих нефтеперерабатывающих и химических заводов России.

Помимо расчетов высокотемпературных процессов в реакторах, компания «Химмаш-Аппарат» обладает компетенциями по решению задач моделирования гидродинамики, расчета прочности, разработки технологических решений для конструирования нового оборудования, рекомендаций по оптимизации работы действующего оборудования и установок.

Специалисты компании гарантируют клиентам оптимальное решение задачи любой сложности. Проектирование и поставки оборудования осуществляются на основе оптимизации существующих и внедрении новых энергосберегающих технологических процессов.

Ключевой компетенцией «Химмаш-Аппарат» является проектирование. Уделяя большое значение деталям на стадии проекта, мы получаем высококачественный продукт. Управление проектами EPC – EPCM позволяет концентрировать весь цикл работ в одних руках — это гарантирует минимизацию ошибок, сокращение времени выпуска проекта, согласование с государственными органами контроля, в конце концов — более качественная поставка.

«Химмаш-Аппарат» - это особая бизнес-модель: тщательно подобранные квалифицированные кадры, постоянное расширение кругозора, использование передовых технологий и инжиниринговый подход к поставкам. Важнейшим конкурентным преимуществом компании является наличие сплоченной и целеустремленной команды профессионалов, стремящихся совершенствоваться и достигать новых горизонтов.

 

 

По вопросам разработки и заказа оборудования можно обращаться по e-mail: info@him-apparat.ru и тел.+7(495) 2-680-680 (многоканальный).