بخشی از مقاله
چکیده:
در برجهاي مورد استفاده در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی معمولا سیالی به نام آمین از بالا بر روي ورقهاي نازك دایرهاي بنام سینی ریخته میشود تا در اثر تماس با بخار آب که ازپایین وارد برج شده وبه سینی ها برخورد می کند،خواص اولیهي خود را بدست آورد. این سینیها به وسیلهي کلمپهایی به بدنهي برج متصل میشوند ولی اغلب این سینیها در اثربرخورد ناگهانی سیال ونیروهاي ناشی از این برخورد از جاي خودحرکت کرده و اصطلاحا ریزش مینمایند که این امر باعث افت عملکرد و کاهش بازدهی برج میگردد.
در این مقاله بمنظور جلوگیري از ریزش سینیها، به کمک شبیه سازي با نرم افزار آباکوس حداکثر نیروي قابل تحمل سینی تحت تاثیر نیرو هاي عنوان شده ناشی از بازکردن ناگهانی شیرمسیر ورودي آمین به داخل برج در مدت زمان واحد محاسبه شده است.
همچنین در راستاي تکمیل شدن بحث، نیرویی که از سمت گیره به سینی وارد میشود نیز بطور تجربی اندازه گیري شده است.که از حداکثر نیروي قابل تحمل سینی ها محاسبه شده که توسط روش نرم افزاري محاسبه شده کمتر بوده و منجر به ریزش سینی ها می شود.
مقدمه:
یکی از پرکاربرد ترین تجهیزات در صنایع مختلف، بخصوص نفت، گاز و پتروشیمی، برجهایی هستند که باتوجه به طراحی و تجهیزات داخلی آنها در شرایط مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از این نوع برج ها که در این تحقیق به آن پرداخته میشود، برج احیاي آمین است. این برج تشکیل شده است از 20 ردیف سینی از نوع ولو تري که در ردیف هاي زوج داون کامر در وسط و در ردیف هاي فرد داون کامر در بغل قرار می گیرد.
در این برج سیال از بالا بر روي سینیهایی ریخته شده و از پایین نیز در اثر تماس با بخار آب بوده که خواص اولیهي خود را بدست می آورد. این سینیها به وسیلهي کلمپهایی به بدنهي برج متصل میشوند ولی یکی از مسائلی که در این برجها اتفاق میافتد حرکت آنها از جاي خودیا به نوعی عدم توانایی آنها براي نگهداري نیرو ناشی از ریزش سیال می باشد و اصطلاحا ریزش سینی هاست که این امر باعث توقف عملکرد برج و در نتیجه موجب زیان اقتصادي میگردد.
براي بررسی علت ریزش سینیها، مطالعهي رفتار ورقها و پوسته ها که از اجزاي جدا نشدنی صنایع امروزي می باشند، ضروري است. اگرچه کاربرد پوسته ها بسیار بیشتر و وسیع تر از ورق هاست اما بدلیل فرمول بندي مشابه و فرضیات تقریبا یکسانی که در آنالیز آنها اعمال می گردد، این دو موضوع معمولا با هم عنوان می شوند.
نخستین بررسی چشم گیر ورقها در سال 1800 صورت پذیرفت. بعد از آن پیرامون حالت هاي مختلف خمش ورق ها کارهایی صورت گرفت:نظریه اصلی را در واقع ناویر3،کیرشف4 و لوي5 عنوان کردند. اما شیوه هاي عددي آنرا دانشمندان دیگري مانند گالرکین و وال ارایه دادند.
در سال1992 نیز ويایون6 و همکارش به بررسی پاسخ دینامیکی و بروز نقص تحت اثر بارهاي ناگهانی در ورقه هاي دایره اي گیردار پرداختند.
در سال 1998توسط ریزاي چادوري7 و همکارانش بروي اثر ضخامت در بزرگی تغییرشکل الاستیک در پوسته هاي لایه لایه پرداخته شد.
در سال 2007 مهديپور و همکارانش به شبیه سازي دینامیکی سینیهاي برج پرداختند، که شامل رژیم جریان و بازدهی سینیها از دیدگاه فرآیندي بود.
همانطور که عنوان شد این سینیها بدلیل جریان سیال بر روي آنها تحت تاثیر تنش خمشی قرار میگیرند و اگر این تنش از حد تحمل کلمپهایی که در انتهاي سینیها، وظیفه نگهداري آنها را برعهده دارند بیشتر شود، می تواند منجر به ریزش سینیها شده و در کار فرآیندي خلل وارد کند.
از آنجایی که در هر لحظه امکان مشاهدهي داخل برج و در نتیجه امکان مشاهدهي لحظهي ریزش سینیها وجود ندارد، لازم است حداکثر نیروهاي وارد شده بر سینی ها محاسبه شود تا از بروز ریزش جلوگیري به عمل آید. لذا در این مقاله با شبیه سازي به کمک نرم افزار آباکوس حداکثر نیروي وارد برسینی ها در حین باز کردن ناگهانی شیر مسیر ورودي آمین به برج که شامل انواع نیروهاي استاتیکی و دینامیکی بوده محاسبه شده تا در حین فرآیند از بروز مشکل ریزش سینیها جلوگیري گردد.
تحلیل تجربی:
براي بررسی تجربی موضوع، یک نمونه از کلمپهایی که در برج مورد استفاده قرار میگیرند، ساخته شد. سپس مطابق شکل - 1 - کلمپها به کمک پیچهایی بر روي رینگ با ابعاد مقطع 5*10 سانتیمتر قرار گرفتند. براي سفت کردن پیچ-ها از ترك متر استفاده شد. میزان گشتاور لازم جهت سفت کردن پیچها طبق استاندارد و نظرطراح برج20 نیوتن متر برآورد گردید. بر اساس گشتاور اعمال شده می توان نتیجه گرفت که تنشی که از سمت گیره به سینی وارد میشود طبق شکل - - 1 معادل 111.2مگاپاسکال است. این موضوع بیانگر این است که اگر میزان تنش حاصل از ریزش سیال بر روي سینیها بیشتر از میزان ذکرشده باشد، سینیها در زیر کلمپها شروع به لغزش مینمایند.
شکل – 1تنش وارد شده به سینی
شکل – 2 نحوهي استقرار کلمپها بروي رینگ
تحلیل نرم افزاري:
در این تحقیق سینی از جنس استنلس استیل8 با مدول یانگ معادل 193 گیگا پاسکال و ضریب پواسون 0/3 و به قطر 175 سانتیمتر و ضخامت 3 میلیمتروچگالی 8000کیلوگرم بر متر مکعب با المان شل9 مدل شد.
همچنین قطعهي دیگر - رینگ - از جنس فولاد با مدول یانگ 200 گیگا پاسکال و ضریب پواسون 0/3 و با قطر خارجی 175 و قطر داخلی 165 سانتیمتر و ضخامت 50 میلیمتر با المان سالید10 مدل شد.
سطحی که قرار است سیال بر روي آن بریزد با پارتیشن بندي بر روي سینی مشخص شده و بار بر روي آن ناحیه به صورت استاتیکی قرار میگیرد. شرایط مرزي براي رینگ نگهدارنده مطابق شکل - 3 - ، در تمام جهات محدود شده و نیز سطح تماس بین دو قطعه بدون اصطکاك در نظر گرفته شده است.البته لازم به توضیح است چون در نمونه عملی برج که در پالایشگاه ها موجود می باشد همواره یک سطح با ارتفاع 5 سانتی متر از سیال برو ي سینی موجود می باشد که نیروي وزنی آنرا براساس نیروي استاتیکی محاسبه وبه نرم افزار با مقدار580نیوتن معرفی می شود.اما هنگامی که شیر ورودي به ناگهان باز می شود مطابق مشخصات ولو مذکور - - CV،حجمی معادل 0.57 متر مکعب در ثانیه وارد برج می شود و طبق محاسبات براساس معادلات انتگرالی سیال نیرویی معادل 31860 نیوتن به سطح وارد می کند
