Автореферат (1024725), страница 3
Текст из файла (страница 3)
,(21)′где Σ00 Δ - суммарные затраты энергии на компенсацию производстваэнтропии в узлах контура предварительного охлаждения ПКХМ, вычисляемыепо уравнениям (9) и (20); Δ′ - затраты работы на компенсацию теплопритоковк контуру предварительного охлаждения, вычисляемые по уравнению (13);min охл. – величина минимальной работы предварительного охлаждения ПГ,определяется по зависимости (4).Сходимость расчетных значений затрат энергии по контуру ПКХМ:9′Δ = ад − ΣΔПКХМ.Расчетные суммарные затраты энергии на компенсацию производстваэнтропии и ее равновесное перераспределение во всех контурах – это расчетнаясумма затрат энергии на сжатие всех компрессоров. Величина дисбаланса этихвеличин есть точность расчета распределения затрат энергии во всех узлах′′ПКХМ) − (из.сж + адустановки: Δ = (ΣΔПГ+ ΣΔПКХМ).Действительная суммарная работа сжатия компрессоров, затрачиваемаяна функционирование установки сжижения (приведенная к 1 кг СПГ):из адΣ =+,из адгде х – коэффициент ожижения; определяется на стадии расчета основныхпараметров установки решением уравнений энергетического и материальногобаланса нижней (дроссельной) ступени установки.В третьей главе приведены результаты энтропийно-статистическогоанализа существующих малотоннажных установок сжижения ПГ.Первый раздел посвящен анализу термодинамической эффективностиустановок, работающих по простому дроссельному циклу высокого давления спредварительным охлаждением на уровне 233К для условий работы на чистомметане.Анализ термодинамической эффективности, проведенный в соотв.
сметодикой, изложенной в гл. 2. показал, что рассматриваемая установка приработе на чистом метане имеет термодинамическую эффективность 0,287. Приэтом основной вклад в энергозатраты, связанные с производством СПГ, вносятнесовершенство процессов в метановом компрессоре – 37,4 %, дросселе –23,8 % и фреоновом компрессоре – 8,8 %.Второй раздел посвящен анализу влияния исходных примесей в ПГ наэффективность установок, работающих по простому дроссельному циклувысокого давления с предварительным охлаждением на уровне 233 К. Согласнотаблице 1 основной примесью в ПГ, поступающем на ожижение, являетсяазот.Таблица 1. Типовой состав природного газа, рекомендуемый киспользованию в качестве сырья для установок сжижения природного газаЗависимость термодинамической эффективности от концентрации азотав сырьевом ПГ и величины отдувки потока ПГ высокого и низкого давленияприведена на Рис.
3.10а)б)Рис. 3. Зависимость термодинамической эффективности от входнойконцентрации азота при различных объёмах отдувки потока ПГ высокого (а) инизкого (б) давленияПри типичном для Ленинградского региона (локализация установокданного типа в РФ) составе газа и средней современной загрузке АГНКС соотв.10 % этот показатель не превышает 0,267.В третьем разделе приведен энтропийно-статистический анализустановки, работающей по дроссель-эжекторному циклу высокого давления спредварительным охлаждением на уровне 203К (локализация установки – г.Первоуральск Свердловской обл.). Результаты анализа, приведенные на Рис.4показывают, что установкаимеет расчетное значение термодинамическойэффективности 0,325. При этом основной вклад в энергозатраты, связанные спроизводством СПГ, вносят несовершенство процессов в метановомкомпрессоре – 28 % и дроссель – эжекторе – 12 % .Рис.
4. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных пораспределению затрат энергии в узлах установки.Анализ экспериментальных данных, полученных в условияхпромышленной эксплуатации показал (см. Рис. 5), что при уменьшении11температуры окружающей среды происходит как уменьшение удельных затратэлектроэнергии на производство СПГ так и снижение степенитермодинамической эффективности.Рис. 5. Зависимость удельныхLд,ηзатрат электроэнергии и0.4кВтч/кгСПГстепени термодинамического0.5совершенства от температуры0.350.4 ηокружающей среды установки0.3сжижения природного газа с0.3 lддроссель-эжектором и0.250.2предварительным охлаждениемна температурном уровне 203 К0.20.1при постоянных значениях КПД0.150компрессоров.260270280290300 Тос, КЧетвертыйразделэффективности малотоннажнойпосвящен анализу термодинамическойустановки сжижения ПГ работающей поциклу среднего давления с турбодетандером (циклу Клода).
Анализраспределения затрат энергии показал, что наибольший вклад в суммарнуюнеравновесность процесса сжижения вносят следующие узлы установки(Рис. 6): «удаленный» компрессор магистрального трубопровода (КМ) – до40 % и турбодетандерно-компрессорный агрегат (ТДКА) - 25 %. При этомдостигнутое значение термодинамического совершенства составляет 17,5%.Рис. 6. Соотношение энергозатрат вузлах установки среднего давления сТДКА для условий ГРСПолученноераспределениезатрат энергии в ТДКА установки подтверждено данными промышленнойэксплуатации (Рис. 7) установки сжижения на ГРС-4 в г. Екатеринбурге.Рис.
7. Сопоставление расчетных иэкспериментальных суммарныхзначений потерь энергии и ихсоставляющих в ТДКАЧетвертая глава посвящена исследованию и созданию малотоннажныхустановок сжижения природного газа.12В первом разделе приведены результаты анализа эффективностиустановки, работающей по циклу высокого давления с дроссель-эжектором ипредварительным охлаждением на уровне 233 К (минус 40 0С) для условийработы на чистом метане.
Энтропийно-статистический анализ установки,работающей по дроссельному циклу высокого давления, проведенный впредыдущей главе показал, что наибольший вклад в энергозатраты нагенерацию энтропии вносят несовершенство процессов в компрессоре (около40 % от суммы всех затрат) и в дросселе (20 % от суммы всех затрат). Авторомпредложено усовершенствовать схему установки (Рис. 8) путем заменыосновного дросселя на дроссель-эжектор.Рис. 8. Принципиальная схемаустановки, работающей по дроссель– эжекторному циклу высокогодавления: I – компрессор СН4 ссистемой отвода теплоты сжатия qсж,II – теплообменник №1 (предварительный), III – ПКХМ свинтовым компрессором :К – компрессор R22; К.Х – концевойхолодильник; КОН – конденсатор;Др – дроссель, IV – теплообменник№2 (фреоновый испаритель); V –теплообменник №3 (основной), VI –эжектор, VII – сепаратор, VIII –дроссель, IX – хранилище СПГВ результате уменьшились затраты на генерацию энтропии в дроссельномузле на 25 % что привело к снижению удельных затрат электроэнергии на12,7 %.
При этом достигнутая величина термодинамического совершенствапри работе на чистом метане составляет 0,296.Во втором разделе приведен анализ влияния исходных примесей в ПГ наэффективность установки работающей по дроссельно-эжекторному циклу.Зависимость термодинамической эффективности от концентрации азота всырьевом ПГ и величины отдувки потока ПГ высокого и низкого давленияприведена на Рис.
9.13а)б)Рис.9. Зависимость термодинамической эффективности от входнойконцентрации азота при различных объёмах отдувки потока ПГ высокого(а) и низкого (б) давленияВ третьем разделе приведено сопоставление эффективностидроссельного и дроссель-эжекторного цикла в зависимости от изменениясостава входящего природного газа. На Рис. 10 показана зависимостьотношения степени термодинамического совершенства дроссельноэжекторного цикла ηдр-эж к степени термодинамического совершенствадроссельного цикла ηдр от концентрации азота во входном ПГ и величиныотдувки потока высокого и низкого давления. При характерной дляМосковского региона концентрации азота 0,5-1 % и совмещениипроизводства сжиженного ПГ и компримированного ПГ схема циклавысокого давления с дроссель-эжектором оказывается эффективнее.а)б)Рис.10.
Зависимость термодинамической эффективности от входнойконцентрации азота при различных объёмах отдувки потока ПГ высокого (а)и низкого (б) давленияЧетвертый раздел посвящен созданию установки сжижения природногогаза производительностью 1т/ч, работающей по дроссельно-эжекторному циклу(п. Развилка Моск. обл.), основное оборудование которой показано на Рис. 11.14а)б)Рис.11. Общий вид криогенного оборудования (а) и компрессор ПКХМ (б)установки сжижения природного газа в п.
Развилка Моск. обл.Создание этой установки позволило после 30 летнего перерывавозобновить производство СПГ в Московском регионеи развиватьинфраструктуру его потребления.В пятом разделе приведен анализ термодинамической эффективностиработы установки на основе данных промышленной эксплуатации. Врезультате экспериментальных исследований полученыследующиехарактеристики установки: коэффициент ожижения x и коэффициент эжекцииЭ; энергетические затраты на генерацию энтропии в теплообменниках №1 и№3, в дроссель-эжекторе и в дросселе; затраты работы на компенсациютеплопритоков из окружающей среды; минимальная работа охлаждения иминимальная работа ожижения ПГ; энергетические затраты вследствиенеобратимости процессов в компрессоре. Расчетные и экспериментальныеданные значений коэффициентов эжекции и ожижения приведены в таблице 2.Таблица 2. Сопоставление расчётных и экспериментальных значенийкоэффициентов ожижения х и эжекции ЭПолученныенаустановкеданныеореальныхвеличинахтермодинамической эффективности и распределении энергетических потерь вдиапазоне изменения температуры окружающей среды от 262 К до 300 К,подтвердили результаты энтропийно-статистического анализа.На Рис.
12 показано, что при уменьшении температуры стока теплапроисходит как уменьшение удельных затрат на ожижение так и снижениетермодинамической эффективности установки, что обусловлено, очевидно,15более быстрым снижением величины минимальной работы ожижения посравнению с уменьшением величины удельных действительных затратРис. 12. Зависимость удельныхзатрат электроэнергии и степенитермодинамическогосовершенства от температурыокружающей среды приодинаковых значениях кпдкомпрессорного оборудованияВ шестом разделе приведен энтропийно – статистический анализустановки с двумя дроссельно – эжекторными ступенями и отдувкойнизкокипящих компонентов, серийно выпускаемых ПАО «Криогенмаш» наэкспорт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
