Lämpöteknisen mitoituksen integrointi mekaaniseen suunnitteluun

Abstract

Opinnäytetyön toimeksiantajana oli Sahala Works Oy. Toimeksiantajan tavoitteena oli löytää ohjelmistoalusta, jolla pystyy suorittamaan putkilämmönsiirtimien lämpöteknisen mitoituksen, mekaanisen suunnittelun sekä antamaan kustannusarvion samalla kertaa. Nykyään Sahala Works tekee nämä eri suunnittelun vaiheet eri ohjelmistoalustoilla, mikä haittaa laitesuunnittelua etenkin lämmönsiirtimen tarjous- ja myyntivaiheessa, kun tulokset täytyisi saada nopeasti. Työ rajattiin koskemaan syöttöveden korkeapaine-esilämmittimiä.

Toimeksiantaja osti kyseiseen tarkoitukseen AspenTech ohjelmiston. Tavoitteena oli selvittää, kykeneekö tämä ohjelma suorittamaan laskennan oikein ja riittävällä tarkkuudella. Opinnäytetyö toteutettiin mitoittamalla AspenTech ohjelmalla valittu kp-esilämmitin, joka oli jo aiemmin mallinnettu vanhalla mitoitusohjelmalla. Valitun esimerkin vanhalla ohjelmistolla laskettujen arvojen tiedettiin toimivan käytännössä. AspenTechillä tavoitteena oli päästä lähelle niitä arvoja. Työssä keskityttiin enemmän lämpötekniseen mitoitukseen ja tärkein vertailtava arvo oli esilämmittimen lämpöpinnan määrä.

AspenTechillä lämpöteknisen laskennan tuloksissa ei päästy täysin haluttuihin arvoihin. Lämpöpinnan määrässä oli esimerkki kp-esilämmittimen tulistuksenpoisto-osan ja lauhteenjäähdyttimen osalta suuriakin eroja verrattuna vanhan järjestelmän tuloksiin. Kokonaislämpöpinnan määrä erosi ohjelmien välillä kuitenkin vähemmän, noin 10 %. Mekaani-nen suunnittelu epäonnistui esimerkin osalta täysin, kun AspenTech ei suostunut mekaa-nista laskentaa suorittamaan. AspenTechin suhteen ei kuitenkaan kannata vielä luovuttaa työn tulosten perusteella. AspenTechin tuomat edut laitesuunnitteluun olisivat niin suuret, että suositeltavaa olisi testata ohjelmaa yksinkertaisemmalla lämmönsiirtimellä, ja katsoa antaako ohjelma luotettavia tuloksia.

The thesis was assigned by Sahala Works Oy. Their goal was to find a software program which is able to handle thermal engineering, mechanical design and give cost estimates for shell and tube heat exchangers at the same time. At the moment, Sahala Works was using different software platforms for each of these stages in design, which is a drawback in designing equipment, especially when giving quotations and selling the heat exchangers. The quotation process of a heat exchanger needs to be quick. The thesis focused on high pressure feedwater heaters.

Sahala Works bought AspenTech software for this purpose and the object was to study if the program was able to execute calculations correctly and with sufficient precision. The thesis was conducted by designing a selected high pressure feedwater heater using AspenTech, which had been previously designed using the old program. Thermal calcula-tions with the old program were known to be somewhat correct so the goal was to get similar results with AspenTech. The most important value in the results was the compari-son of the heating surface between AspenTech and the old system.

The results of the thermal engineering calculation using AspenTech were not entirely, what was expected. The heating surface area of the desuperheating zone and drain cooler in the example high pressure feedwater heater differed significantly from the results achieved using the old program. The Overall heating surface area differed less between these programs, by about 10 %. Mechanical designing for the selected example failed badly, because AspenTech did not compute mechanical calculations at all. However, there is no reason to quit using AspenTech yet, based on thesis results. The advantages for equipment design would be so big that it would be recommended to test AspenTech with a simpler heat exchanger to see if the program gives reliable results.