Диссертация (Разработка и исследование высокоэффективных малотоннажных установок сжижения природного газа), страница 32

П.5.1 и табл. П.5.2. Расчеты приведены к 1 кг сжимаемого природного газана всасывании в компрессор.295Таблица П.5.1Параметры в характерных точках контура природного газаДавление P,Температура T,Энтальпия i,Энтропия s,МПаKкДж/кгкДж/кг К1’0,12300-450311,102’2,3283–45649,413’2,2300-45219,575’2,18260,7-46129,256’2,18237,4-46679,037’2,17194-47798,518’2,16125,9-53525,019’2,13107,7-54174,4510’0,16108,4-54174,49ТочкиТаблица П.5.2Параметры в характерных точках азотного контураЭнтальпия Энтропияi, кДж/кг s, кДж/кг КРасход G,ТочкиДавлениеP, МПаТемператураT, K12345610,8300309,66,220,0220,8300309,66,221,034300302,95,7341,2,34300302,95,7355,87349,7354,75,771,00,002;0,005;0,9930,9935ад5,87335,5339,05,730,99365,87349,7354,75,770,98575,82300299,35,600,98585,79248,5239,65,390,985296ТаблицаП.5.2 (продолжение)12345695,69238,1227,55,340,985105,66200,1179,35,12111,2,35,66200,1179,35,12120,86125,3119,75,250,9850,055;0,002;0,9270,927130,86124,3118,45,240,982140,84174,1175,35,630,982150,84227,3232,75,920,982160,83231,5237,15,940,982170,8295304,46,210,982185,63126,5-7,043,890,055190,86101,5-7,044,030,055200,86101,588,134,970,055215,87349,7354,75,770,008220,11300311,16,820,016230,8310320,16,260,002Весь входящий в установку природный газ сжижается.Работа изотермического сжатия в компрессоре сжижаемого потока ПГ:lèç1  TÎ Ñ  ( s1'  s2' )  (i1'  i2' )  300  (11,10  9, 41)  (4503  (4564))  446êÄæ.êã ñæ.

Ï ÃДействительная работа сжатия природного газа в компрессоре сжижаемогопотока ПГ:lä1 lèç1 446êÄæ 743,33.ηèç1 0, 6êã ñæ. Ï Ã297Работа изотермического сжатия в компрессоре циркуляционного потокаазотного контура:lèç2  TÎ Ñ  ( s2  s3 )  (i2  i3 )N2  300  (6, 22  5, 73)  (309, 6  302,9)  140,3êÄæ.êã ñæ. N2Действительная работа сжатия в компрессоре циркуляционного потокаазотного контура:lä2 lèç2 140,3êÄæ 233,83.ηèç20, 6êã ñæ. N2Работа изотермического сжатия в компрессоре сжатия утечек осевыхуплотнений азотного контура:lèç3  G22  TÎ Ñ  (s22  s1 )  (i22  i1 )  N2  0,016   300  (6,82  6, 22)  (321,5  323,3)   2,86êÄæ.êã ñæ. N2Действительная работа сжатия в компрессоре сжатия утечек от осевыхуплотнений азотного контура:lä3 lèç3 2,86êÄæ 4, 68.ηèç3 0, 6êã ñæ. N2Работа адиабатного сжатия в компрессоре азотного контура (компрессореТДКА):298êÄælàä  G5   i5àä  i4  N2  0,993   339  302,9   35,85,êã ñæ.

N2lä4 làä35,85êÄæ 51, 21.ηàä10, 7êã ñæ. N2(Проверка:êÄælä4  G6   (i6  i7 )  (i4  i7 )  N2  0,985   (354,7  299,3)  (302,9  299,3)   51,02êã ñæ. N2Действительная удельная работа расширения детандера:lðàñø  (i11  i12 )  G12 N2  (179,3  119, 7)  0,927  55, 27êÄæêã ñæ. N2Минимальная удельная работа, необходимая для ожижения 1 кг ПГ придавлении на входе в установку и давлении отгрузки СПГ 0,115 МПа:lmin î æèæ.

Ï Ã  T0  (s1'  s10' )  (i1'  i10' )  300  (11,10  4, 49)  (4503  (5417))  1069êÄæêÂò  ÷ 0, 297.êã ÑÏ Ãêã ÑÏ ÃМинимальная работа охлаждения контура природного газа азотом:lmin î õë. Ï Ã  T0  ( s3'  s9' )  (i3'  i9' )  300  (9,57  4, 45)  (4521  (5417))  640êÄæ.êã ÑÏ ÃЭнтропийно-статистический анализ распределения затрат энергии.Расчетбылапроведенвсоответствиистатистического анализа, предложенной в главе 2.Контур природного газа.сметодикойэнтропийно-299Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в дросселе № 1:  s10'  s9'  4, 49  4, 45  0, 04SÄÐ1  TÎ Ñ  SÄÐ1  300  0,04  12lÄÐ1êÄæ,êã ñæ. Ï Ã KêÄæ.êã ñæ.

Ï ÃСуммарная работа изотермического сжатия в контуре природного газа:  lmin î æèæ. Ï Ã  lmin î õë. Ï Ã  12  1069  640  441l 'Ï Ã  lÄÐ1êÄæ.êã ñæ. Ï ÃСходимость расчета энергозатрат по контуру природного газа:lñæ Ï Ã  lèç1  446δ1  446  441  5êÄæ.;êã ñæ. Ï ÃêÄæ, т.е. 1,13 %.êã ñæ. Ï ÃАзотный контур.Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в турбодетандере:  TÎ Ñ  ( s12  s11 )  G12 N2  300  (5, 25  5,12)  0,927  36,15lTÄêÄæ.êã ñæ.

N2300Величины минимально необходимых удельных затрат энергии длякомпенсации производства энтропии в дросселе № 2 и № 3 также рассчитанысогласно формулам (2.2) и (2.9) и приведены в табл. П.5.3.Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии, обусловленные отводом теплоты сжатия в компрессореТДКА и тепла трения в опорах, отводимого с потоком масла:  (i11  i12 )  G12  (i7  i4 )  G5 N2  (179,3  119,7)  0,927  (299,3  302,9)  0,993 lÒÊÀ 58,85êÄæ.êã ñæ.

N2Отведенная теплота:q  lÒÄ  lä4  55, 27  51, 21  4, 06êÄæ.êã ñæ. N2Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в подшипниковых опорах ТДКА, обусловленные отводомтеплоты с потоком масла.lq  q TÌ  TÎ Ñ313  300êÄæ 4, 06  0,17.TÌ313êã ñæ. N2Необходимый расход азота для охлаждения 1 кг природного газа:yGN2 71360êã ñæ.

N2 13, 244.GÏ Ã 5388êã ñæ. Ï Ã301Производство энтропии из-за несовершенства процессов теплообмена втеплообменнике №1:s s   ( s17  s16 )  G17  ( s7  s8 )  G8 N2   5' 3'   (6, 21  5,94)  0,982 STO1 y Ï Ã(5,6  5,39)  0,985 Минимальныезатраты(П.5.1)9, 25  9,57êÄæ 0,03.13, 244êã ñæ.

N2  Kэнергии,необходимыедлякомпенсациипроизводства энтропии в теплообменнике № 1:  TÎ Ñ  STO1  300  0, 03  9lTO1êÄæêã ñæ. N2(П.5.2)Производство энтропии из-за несовершенства процессов теплообмена втеплообменнике № 2:s s 9, 03  9, 25  ( s16  s15 )  G16 N2   6' 5'   (5,94  5,92)  0,982 STO213, 244 y Ï Ã 0, 003Минимальныезатраты(П.5.3)êÄæ.êã ñæ.

N2  Kэнергии,необходимыедляпроизводства энтропии в теплообменнике №2:  TÎ Ñ  STO2  300  0, 003  0,9lTO2êÄæêã ñæ. N2 .компенсации302Производство энтропии из-за несовершенства процессов теплообмена вохладителе:S 'î õë  qî õë 1 TÎ Ñ  1 T K  (i6  i7 ) 1 TÎ Ñ  1 T K   354,7  299,3  1 300  2 (349, 7  300)   0, 01где T K êÄæ,êã ñæ.N2T6  T7.2Минимальныезатратыэнергии,необходимыедлякомпенсациипроизводства энтропии в охладителе:lîõë  TÎ Ñ  Sîõë  300  0, 01  3, 0êÄæêã ñæ. N2Величины генерации энтропии в теплообменниках 3 и 4, рассчитанысогласно уравнению (П.5.1), в теплообменнике № 5 – по уравнению (П.5.3).Значения минимальных затрат энергии на компенсацию производства энтропии вэтих аппаратах рассчитывались по формуле (П.5.2). Результаты расчетов такжеприведены в табл.

П.5.3.Минимальная работа, необходимая для охлаждения азота в холодильноймашине (подробный расчет фреонового контура холодильной машины изложен вгл. 3, результаты, применительно к данному случаю, приведены в табл. П.5.3):lmin î õë N2  G9  ÒÎ Ñ  (s8  s9 )  (i8  i9 )  N2  0,985   300  (5,39  5,34)  (239,6  227,5)   2,86êÄæ.êã ñæ.

N2Величина предварительного охлаждения:303qï ð_î õë  i3'  i5'  qÎ Ñ1 Ï Ã   (i7  i9 )  G7  (i16  i17 )  G16   y  N2  (4521)  (4612)  1,5   (299,3  227,5)  0,985  (237,1  304, 4)  0,982  13, 244  153, 44êÄæ.êã ñæ. N2Коэффициент удельных затрат энергии для генерации холода в цикле.Изотермический дроссель эффект природного газа:iÏ Ã  i1'  i3'  (4503)  (4521)  18êÄæêã ñæ. Ï ÃИзотермический дроссель эффект азота:iN2  (i1  i3 )  G2  (i4  i7 )  G7 N2  (309,6  302,9) 1  (302,9  299,3)  0,985N2  10, 25êÄæ.êã ñæ.

N2Полная генерированная холодопроизводительность цикла: iêÄæ 18qï î ëí   Ï Ã  iN2  lðàñø    10, 25  55, 27   66,88.y13,244êãñæ.N2 N2 N2 Реальная генерированная холодопроизводительность цикла:q 5êÄæqðåàë   qï î ëí  Î Ñ2   66,88  66,5.y  N213, 244êã ñæ. N2Коэффициент удельных затрат энергии для генерации холода в цикле:304lèç1446 lèç2  lèç3 140,3  2,86y13, 244φèç  2, 66 .qðåàë66,5Величина, затрачиваемая на компенсацию теплопритоков из окружающейсреды:lÎ Ñ2 qÎ Ñ25êÄæ φèç  2,66  1.y13, 244êã ñæ. N2В итоге суммарная работа сжатия в азотном контуре, затрачиваемая напроизводство энтропии:  lÄÐ 2  lÄÐ 3  lÒÊÀ  lq  lîõë  lÒÎ 1  lÒÎ 2  lÒÎ 3  lÒÎ 4  lÒÎ 5  lÎ Ñl 'N2  (lTÄlmin î õë.

N2 )  y  lmin î õë. Ï Ã  (36,15  0,34  2, 24  58,85  0,17  3  9  0,9  8,91 16,15  2, 71  1  2,86) 13, 244  640  2448, 6êÄæ.êã ñæ. Ï ÃРабота сжатия азотного контура:lñæ N2  (lèç2  lèç3  làä )  y  (140,3  2,86  35,85) 13, 244  2370,81δ2  2448, 6  2370,81  77, 79êÄæ;êã ñæ. Ï ÃêÄæ, т.е. 3,18 %.êã ñæ. Ï ÃОценка сходимости расчётных значений энергозатрат для установкиожижения с азотным контуром ожижения.305В результате энтропийно-статистического анализа расчетные значенияэнергозатрат по всем контурам установки (природный газ, азот и контурхолодильной машины) составляют:l 'Ï Ã  l 'N2  l 'Ï ÊÕÌ  441  2448, 6  76, 05  2965, 65êÄæ.êã ñæ.

Ï ÃРасчетная сумма значений затрат энергии на сжатие природного газа, азотаи фреона холодильной машины соответственно равна:lñæ Ï Ã  lñæ N2  lñæ ÕÌ  446,9  2370,81  82,94  2900, 65êÄæ.êã ñæ. Ï ÃРасхождение результатов вычислений затрат энергии находится в пределах( δ3  2965, 65  2900, 65  652,2 %êÄæ).êã ñæ. Ï ÃТакимобразом,впервомприближении можно утверждать, что найденное распределение затрат энергии поэлементам всей низкотемпературной установки для ожижения природного газа,верно.Таблица П.5.3Распределение затрат энергии по узлам установки с внешним азотнымохлаждениемПроизводствоОсновные узлы иэнтропии в основныхпроцессы ожижительнойузлах,установкикДж/кг СПГ∙К12Минимальнонеобходимые затратыэнергии длякомпенсациипроизводства энтропии,кДж/кгСПГ3Контур природного газаДроссель № 10,0412306Таблица П.5.3 (продолжение)123Азотный контурТурбодетандер ТДКА-478,77Дроссель № 20,026Дроссель № 30,130Компрессор ТДКА-779,4Опоры ТДКА-2,25Охладитель-39,73Теплообменник №10,4120Теплообменник №20,0412Теплообменник №30,39117Теплообменник №40,71213Теплообменник №50,1236Теплоприток-13,24Фреоновый контурДроссель № 40,0721Конденсатор0,039Концевой холодильник-5,59Испаритель0,0221,68Теплоприток-0,91Затраты энергии на компенсацию производства энтропии в результатенеобратимости рабочих процессов в компрессорах определены следующимобразом:(l 'ñæ )Ï Ã lèç111êÄæ lèç1  lèç1  ( 1)  446  ( 1)  297,33,ηèçηèç0,6êã ñæ.