Диссертация (Исследование малотоннажных установок сжижения природного газа энтропийно-статистическим методом), страница 2

Все полученные данные могут быть повторновоспроизведены в результате эксперимента.Практическая ценностьВ проведенном исследовании анализируется ряд существующихмалотоннажных установок сжижения природного газа. На конкретныхпримерах показано, что предложенная методика позволяет решить рядконкретныхзадачнастадиипроектированиянизкотемпературныхустановок сжижения природного газа, включая определение эталонногозначения величины термодинамической эффективности установки.

Она даетвозможность анализировать и определять вероятные величины реальных(действительных) энергетических «потерь» в результате необратимости,идентифицировать узлы и компоненты установок, которые требуютусовершенствования,экономическиес проблемамиивитогехарактеристикиглобальногопрогнозироватьпроектируемыхпотепленияитехническиеустановок.увеличениемВисвязистоимостиэлектроэнергии в мире, проблема энергосбережения становится болееважной, и энтропийно-статистический метод предлагает способ частичногорешения этой проблемы на начальной стадии проектирования.Апробация работыОсновныерезультатыработыбылипредставленына11-ймеждународной криогенной конференции МИХ (Братислава, 2010г.), 2-ймеждународнойконференции«ПРОМЫШЛЕННЫЕГАЗЫ»(Москва,2011г.) и на международной конференции «Сжиженный природный газ»в рамках выставки «Криоген-Экспо.

Промышленные газы - 2015» (Москва,2015г.).ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 4 врецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, общимобъемом 1,74 п.л.:121. Красноносова С.Д. К анализу существующих установок ожиженияприродного газа малой производительности / А.М. Архаров, В.Ю. Семенов[и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 7.

С. 24–35.(1,386 п.л./0,462 п.л.)!2. Krasnonosova S. Entropic and Statistic Analysis of Low Capacity Plantsfor Liquid Natural Gas (LNG) Production / A. Arkharov, V. Semenov [и др.] //Proc. of the 11th Cryogenics IIR International Conference. 2010. С.92–100. (1,04п.л./ 0,462 п.л.)3. Красноносова С.Д. Энтропийно-статистический анализ установокмалой производительности для ожижения природного газа с содержаниемметана 92% / А.М. Архаров, В.Ю. Семенов [и др.] // Химическое инефтегазовое машиностроение.

2012. № 4. С. 19–27. (1,04 п.л./0,347 п.л.)4. Красноносова С.Д. Методика энтропийно-статистического анализамалотоннажных установок сжижения природного газа / А.М. Архаров,В.Ю. Семенов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2015. № 10.С.

10–12. (0,347 п.л./0,121 п.л.)5. Красноносова С.Д. Энтропийно-статистический анализ установкиожижения природного газа с внешним азотным циклом охлаждения / А.М.Архаров, В.Ю. Семенов // Химическое и нефтегазовое машиностроение.2015. № 11. С. 3–9. (1,04 п.л./0,347 п.л.)Личное участие в получении результатов:Главы 1-4 выполнены лично автором при консультациях с В.Ю.Семеновым. В главе 5 экспериментальные данные получены ЗАО НПК«НТЛ». Все расчеты и выводы главы 5 сделаны лично автором.Объём и структура работыДиссертационная работа состоит из пяти глав, основных выводов,списка использованной литературы (83 наименования) и приложения.Работа содержит 139 страниц текста, 50 иллюстраций, 26 Таблиц иприложение на 23 страницах.13В первой главе представлены методы термодинамического анализанизкотемпературныхсистем,показаноразвитиеэнтропийно-статистического метода и его применения для исследования криогенныхустановок в научных работах.

Приведен обзор научно-техническойлитературы по существующим малотоннажным установкам сжиженияприродного газа и способам их анализа. По итогам проведенныхисследований определены задачи исследования.Во второй главе приведена разработанная методика энтропийностатистического анализа малотоннажных установок сжижения природногогаза.В третьей главе приведены результаты энтропийно-статистическогоанализарядасуществующихмалотоннажныхустановоксжиженияприродного газа.

Показано, что данный метод исследования может бытьиспользован для различных циклов сжижения, работающих как на чистомметане, так и на природном газе с процентным содержанием метана от 92%.В четвертой и пятой главах описываются экспериментальныеустановки, методика измерений и результаты проведенных исследований.Проводитсяанализполученныхрезультатовиихсопоставлениес теоретическими расчетами, оценивается точность применения методикианализа для систем сжижения.Авторвыражаетблагодарностьнаучномуруководителю,д.т.н.,профессору А.М.

Архарову и научному консультанту, к.т.н., доценту, В.Ю.Семенову, д.т.н., профессору А.И. Смородину, коллективу ПК НПФ«ЭКИП», ОАО «Криогенмаш», ЗАО НПК «НТЛ» и сотрудникам кафедры«Э4» МГТУ им. Баумана за оказанную помощь и ценные указанияпри обсуждении в процессе работы.14ГЛАВА I. ТЕХНОЛОГИИ МАЛОТОННАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВАСПГ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИСжижение природного газа с помощью малотоннажных установок(производительностью до 10 т/ч) является перспективным направлениемразвития современной газовой и транспортной промышленности. Проблемаполучения жидкого природного газа на малотоннажных установках сталаособо актуальна в последнее время по ряду причин.Во-первых, с помощью СПГ в сжатые сроки можно обеспечитьприроднымгазомнаселенныенегазифицированныепункты,вкоторыеипоройтруднодоступныеэкономическинецелесообразнопрокладывать газопроводы. Данное направление весьма актуально в Россииввидуналичиябольшогоколичестваудаленныхрайонов,в индустриализованных, но слабо населенных странах, таких как, например,страны Скандинавии или островные страны Карибского и Средиземногоморей, юго-западной Азии [76].

В Норвегии планируется создание сетиСПГ, основанной на мало- и средне- тоннажных установках, соединенныхморским и сухопутным транспортом [50].Во-вторых, относительно низкая цена на природный газ создаетблагоприятныеэкономическиепредпосылкидляболееширокогораспространения малотоннажного производства СПГ. Примером можетслужить рынок природного газа в Северной Америке, где развитиетехнологии добычи сланцевого газа привело к появлению избыткаприродного газа. Из-за этого, с одной стороны, замедлились темпыреализации нескольких крупных проектов, направленных на импорт СПГв США, но, с другой стороны, это привело к рекордно низкой стоимостиприродного газа, сделав его экономически более целесообразным, чемдругиевидытоплива.Благодаряобразовавшемусядисбалансу,малотоннажное производство СПГ оказалось в центре повышенноговнимания [69].15В-третьих, в связи с увеличивающимся интересом к экологическимпроблемам и, в частности, к уменьшению парникового эффекта и болеерационального использования энергоресурсов, при помощи СПГ установокмалой производительности может быть решен ряд проблем, таких как:− утилизация попутного газа при добыче нефти на небольших газовыхместорождениях;− получение метана из угольных пластов при добыче угля;− утилизация газа с полигонов бытовых отходов и биогаза.ТакоеприменениемалотоннажногоСПГполучилоособенноераспространение в Китае, который в данный момент переживает взрывнойрост импорта и собственного производства СПГ в силу необходимостирешения экологических проблем [23].На Рис.

1.1 отражена динамика ввода малотоннажных установок в мирес момента начала их промышленного использования. Как можно видетьна представленном графике, количество малотоннажных установок СПГувеличивается из года в год. Лидером по введению в эксплуатациюустановок является Китай, Россия занимает 3 место с 12 работающимиустановками.Рис. 1.1.

Динамика ввода малотоннажных установок СПГ в мирепо пятилетним периодам [23]16Наконец, если брать во внимание особенности развития газовой отраслив России, помимо перечисленных выше причин, важной предпосылкойразвития малотоннажного сжижения природного газа является созданиемалых (до 1 т/ч) и средних (до 10…12 т/ч) установок получения СПГ,расположенных в районах потребления и совмещенных с использованиемГРС и АГНКС. Данная особенность связана с существующей проблемойповышения эффективности АГНКС, средняя загрузка которых для заправкигазобаллонного автотранспорта составляет не более 7-10%.

Созданныев 80е гг. для заправки 500 автомобилей в сутки, эти станции остаютсяубыточными, несмотря на свою высокую оснащенность и выгодноерасположение [9, 33]. Важно также помнить, что на долю Россииприходится почти 40% разведанных мировых ресурсов природного газа.Благодаря всем этим причинам интерес к теме малотоннажного сжиженияприродного газа растет с каждым днем.1.1.

Методы термодинамического анализа низкотемпературныхсистемПри анализе энергосистем можно применять различные методыисследования. Для установок сжижения природного газа основнымиметодамианализаявляютсяэнтропийно-статистическийметод,разработанный А.М. Архаровым [2, 5, 6], и эксергетический метод,разработанный В.М. Бродянским [11].

Выбор метода исследования зависитот конкретной анализируемой системы и решаемой задачи. Примерамитакихзадачможетбытьгенерацияхолода,генерацияработы(электроэнергии), криостатирование, ожижение газов и многие другие.Если целью рассматриваемой задачи является генерация работы(электроэнергии),работоспособностьтоприменениетеплоты,понятияявляетсяэксергии,рациональным.рассматриваемой задачи является генерация холода,определяющуюЕслицельюто логичнееиспользовать понятие энтропии, производство которой должно быть17компенсировано затратой энергии (работой, теплотой, электроэнергией).В этом случае, как было показано в [4], использование понятия «эксергиихолода»,отнесенноектеплоте,которуюможетвоспринятьсток,нерационально в едином термодинамическом пространстве, потому что этоискажает изначальное значение термина, данное Рантом в 1956г.

Введениетакого термина значительно усложняет применение эксергетическогоанализа для низкотемпературных систем. Если же генерация холодаосуществляетсязасчетзатратвысокопотенциальнойтеплоты,тоэксергетический вариант анализа можно рассматривать как рабочийинструмент.В работе [82] отмечено, что термодинамической мерой качествасистемы для низкотемпературного охлаждения и ожижения являетсяобратимость ее процессов. Определение величины увеличения энтропииявляется эффективным способом определения степени необратимости в техили иных процессах.

Для более наглядного представления роли возрастанияэнтропии, ее производство связывают с дополнительной работой, которуюнеобходимо затратить, чтобы компенсировать необратимость процессов.В [82] приведено сравнение нескольких систем для ожижения воздухана основе этого принципа.Анализ технических систем с использованием метода потоков эксергиисводится к рассмотрению либо всей системы, либо ее части, ограниченнойзамкнутой контрольной поверхностью от других систем или объектов (илидругих частей этой же системы) и к определению всех проходящих черезэту поверхность потоков эксергии.