Расчет потерь азота при подаче через трубопровод разной длины, страница 2

Принимаем, что металл охлаждается за один цикл подачи, т.е. за время одной процедуры, а охлаждение изоляции происходит за три цикла подачи:

         

Рассчитываем тепловые потоки от металла и изоляции:

, 

Отношение суммы тепловых потоков к теплоте парообразования азота позволит рассчитать расход жидкого азота на охлаждение трубы:

Вторым источником испарения азота будет являться теплоподвод из окружающей среды. Величина теплоподвода из окружающей среды определяется по формуле:  ,                                                     где К – это коэффициент теплопередачи:

  Для упрощения расчетов принимаем, что теплоотдача со стороны жидкого азота составляет: ,

теплопроводность изоляции: ,     .

Наружный диаметр изоляции определяется как диаметр трубы + удвоенная толщина изоляции. Для описания теплообмена с внешней стороны трубопровода полагаем, что коэффициент теплоотдачи окружающей среды не превышает:

Время подвода теплоты от окружающей среды к трубопроводу определяется по выражению:

Соответственно расход азота связанный с теплопритоками от окружающей среды определится из выражения: .

 Потери азота от дросселирования определяются по выражению: , где - степень сухости пара после дросселирования определяется по таблицам состояния жидкого азота.

Далее определяем все затраты азота при подаче через магистраль, они определяются как сумма всех затрат:

Зная текущий расход жидкого азота и время процедуры, можно определить потери азота в магистрали за время одной процедуры:

 Т. к. время одного цикла заправки равно времени трех процедур, то это позволяет нам определить количество азота потерянное в магистрали за один цикл заправки: .

Для иллюстрации эффективности работы магистрали определим отношение потерь азота в магистрали к общему количеству азота поданного через магистраль:.

Между двумя соседними циклами заправки, установка работает, используя для проведения процедур жидкий азот, накопленный в сосуде, соответственно необходимо определить межпроцедурное (заправочное) время простоя.

Это время определится, как: отношение количества азота поданного в сосуд к расходу азота во время процедуры и составит 960 секунд.

Зная время межзаправочного простоя, определяем количество теплоты, которое будет подведено из окружающей среды к магистрали, между циклами заправки: 

Далее рассчитываем количество азота на компенсацию теплопритоков из окружающей среды:

Для второго цикла заправки количество израсходованного азота определится из выражения:

Для расчета количества азота использованного в течение первого часа работы используем  выражение: ,

а для последующих часов выражение .

В результате можно определить суточные потери азота, которые зависят от количества пройденных часов, (рабочая нагрузка принимается равной 5 часам):

 Среднепроцедурные потери азота связанные с подачей криоагента по магистрали определяются по выражению:  .

Рассчитаем количество азота, которое мы экономим за счет утилизации паров:  ,

  – теплота перегрева паров.

Количество сэкономленного азота определяется как произведение суточных потерь на отношение:

Зная количество криоагента сэкономленного за счет утилизации паров , можно определить фактический расход азота с учетом экономии, в течении одних суток:

Тогда действительные затраты связанные с подачей криоагента к комплексу через магистраль определится из формулы:

Отношение действительных затрат к потребному количеству азота, для проведения заданного количества процедур, называется затратным коэффициентом магистрали:

Описанный выше алгоритм расчета выполнен для 4-х вариантов магистрали, с помощью электронного редактора “EXCEL² и представлен в табличном варианте см. Таблицу 4.

Таблица 4. Расчет потерь азота при подаче через трубопроводы разной длины.