Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Energianalys av rörledning med överhettad vattenånga
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013), Department of Engineering and Chemical Sciences.
2014 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Energy analysis of pipeline with superheated steam (English)
Abstract [sv]

Värmetransport är ett viktigt fysikaliskt fenomen med många olika industriella tillämpningar, till exempel värmning eller kylning av en fluid som strömmar i en rörledning. Den viktigaste mekanismen för värmetransport i strömmande eller stillastående fluider är konvektion. En bättre kunskap och förståelse för den bakomliggande fysiken skulle innebära att designen av systemen skulle kunna optimeras för att erhålla en ekonomisk process genom att minimera energiförluster och kostnader för material.

En ångturbin i ett kraftvärmeverk producerar elektricitet genom att vattenånga strömmar igenom turbinen. Den överhettade vattenångan transporteras sedan från turbinen i en rörledning för att användas till uppvärmning av processer i ett närliggande massabruk.  I detta arbete har en energianalys genomförts på rörledningen med överhettad vattenånga efter turbinen för att bestämma temperaturfördelningen. Valet av material i rörledningen är beroende på tryck och temperatur och med för dålig kunskap om temperaturfördelningen längs röret riskerar konstruktionen att bli onödigt kostsam.

En matematisk modell ställdes upp med de energibalanser som verkar på rörledningen. En analytisk beräkning genomfördes för att analysera hur stor värmeförlusten från rörledningen är och hur mycket temperaturen på ångan sjunker. Därefter byggdes en dynamisk modell i programmet Simulink för att simulera den ackumulerande temperaturen i röret och isoleringen över tid. Även behovet av kylvatten simulerades. En litteraturstudie över förångningsprocessen av kylvattnet genomfördes för att hitta vilka parametrar som påverkar avdunstningen och därmed är viktiga för att bestämma tiden det tar innan allt förångats.

Resultaten från beräkningarna visar att temperatursänkningen på ångan i flödesriktningen blir väldigt liten. Detta beror på att den strömmande ångans energiinnehåll är mycket större jämfört med värmeförlusten genom rörväggen. Resultatet från den dynamiska simuleringen visar att isoleringen har en större tidskonstant, dvs större tröghet jämfört med stålröret. Detta presenteras i form av stegsvar.    

Det som kommer att påverka valet av material är således endast var kyldysan är placerad. I det här systemet är kyldysan inte optimalt placerad då den sitter ca 42 m efter inloppet från turbinen. Det skulle därför vara möjligt att flytta den tidigare och då byta till ett billigare material med lägre hållfasthet.     

Abstract [en]

Heat transfer is an important physical phenomenon with many different industrial applications, where the transport of a fluid in a pipe is an important part. The main mechanism of heat transfer in flowing or stagnant fluids is convection. A better knowledge and understanding of the underlying physics would imply that the design of the systems could be optimized in order to obtain an economic process by minimizing energy losses and cost of materials.

A steam turbine in a power plant produces electricity by superheated steam flowing through the turbine. The superheated steam is then transported from the turbine into a pipeline to be used for heating processes in a nearby pulp mill. In this work, an energy analysis was carried out on the pipeline with superheated steam in order to determine the temperature distribution. The choice of material in the pipeline is dependent on pressure and temperature, and with a lack of knowledge of the temperature distribution along the pipe, the construction could be unnecessarily costly.

A mathematical model was set up with the energy balances acting on the pipeline. An analytical calculation was carried out to analyze how much the heat loss from the pipe is and how much the temperature of the steam decreases. A dynamic model was then built in Simulink to simulate the accumulation of heat in the pipe and the insulation over time, and the mass flow of cooling water. A literature study of the vaporization of the cooling water was carried out to find the parameters that affect evaporation and thus is important in determining the time it takes until all have vaporized.

The results of the calculations show that the temperature drop of the superheated steam in the flow direction becomes very small. This is because the energy content of the flowing steam is very large compared to the heat loss through the pipe wall. The result from the dynamic simulation shows that the insulation has a larger time constant compared to steel pipe. This is presented in the form of the step response.

The choice of material will be affected by the position of the desuperheater. In this system the desuperheater is not optimally placed since it is about 42 m after the inlet of the turbine. It would therefore be possible to place it closer to the turbine and then switch to a cheaper lower strength material. 

Place, publisher, year, edition, pages
2014.
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-33165OAI: oai:DiVA.org:kau-33165DiVA: diva2:732549
Subject / course
Environmental and Energy Systems
Educational program
Engineering: Energy and Environmental Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-07-04 Created: 2014-07-04 Last updated: 2014-07-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2405 kB)478 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2405 kBChecksum SHA-512
37b0a1e70b2530fdd7a75de6e98e27a9eb079e5a0a0bac6dd2dc09327d874f3f50bee5e018bec70a19d443ee9c254a6896cc359a3419d05afcc7b238c0284000
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Engineering and Chemical Sciences
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 478 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 268 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf