Диссертация (1024726)
Текст из файла
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана______________________________________________________________________На правах рукописиУДК 62-133.26Семенов Виктор ЮрьевичРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХМАЛОТОННАЖНЫХ УСТАНОВОК СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА05.04.03 – Машины, аппараты и процессы холодильной и криогеннойтехники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияДиссертация на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква – 20162СОДЕРЖАНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………6Глава 1.
Современный уровень развития малотоннажного производстваСПГ…………………………………………………………………………….. 141.1. Установкивысокогодавлениясдросселированиемипредварительным охлаждением…………………………………………......141.2. Установки среднего давления…………………………………………..191.2.1. Установки среднего давления с контуром охлаждения на сырьевомприродном газе………………………………………………………………191.2.2. Установки с внешним азотным охлаждением……………………......231.3. Циклы, основанные на использовании смешанного хладагента(СХА)………………………………………………………………………......351.4. Выводы по главе 1………………………………………………………47Глава 2.
Методика энтропийно-статистического анализа малотоннажныхустановок ожижения природного газа………………………………………. 492.1. Современные методы анализа термодинамической эффективностикриогенных установок………………………………………………………..492.2. Термодинамические основы энтропийно-статистического анализамалотоннажных установок ожижения природного газа………………….532.3.
Исходные данные и определение основных характеристик рабочегоцикла установки……………………………………………………………….2.4. Определение изотермической иадиабатной работы55сжатиякомпрессора………………………………………………………..…………562.5. Энтропийно-статистический анализ распределения затрат энергии вконтуре природного газа (ПГ)………………………………………………592.6. Особенности энтропийно-статистического анализа распределениязатратэнергиивциклеспредварительнымохлаждениемпарокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ)………..…………..6432.7. Выводы по главе 2…………………………………………..…………..Глава3.Энтропийно-статистическийанализ69существующихмалотоннажных установок ожижения природного газа……….…………713.1. Анализ термодинамической эффективности установок, работающихпо простому дроссельному циклу высокого давления с предварительнымохлаждением на уровне 233 К (минус 40 °С) для условий работы начистом метане…………………………………………………………………713.2. Влияние исходных примесей в природном газе на эффективностьустановок, работающих по простому дроссельному циклу высокогодавления с предварительным охлаждением на уровне 233 К (минус40 °С)…………………………………………………………………..……...873.3.
Анализ термодинамической эффективности установки, работающейпо дроссель-эжекторному циклу высокого давления с предварительнымохлаждением на уровне 203 К (минус 70 °С)………………………………3.4.Анализтермодинамическойэффективности96малотоннажнойустановки сжижения природного газа, работающей по циклу среднегодавления………………………………..……………………………………..1043.5. Выводы по главе 3………………….…………………………………...119Глава 4. Исследование и разработка малотоннажных установок СПГ.….1214.1.
Энтропийно-статистический анализ эффективности установки,работающей по циклу высокого давления с дроссель-эжектором ипредварительным охлаждением на уровне 233 К (минус 40 °С) дляусловий работы на чистом метане…………….……………………………1214.2. Анализ влияния исходных примесей в природном газе наэффективностьустановки,работающейподроссель-эжекторномуциклу…………………………………………………………………………4.3.Сопоставлениеэффективностидроссельногои135дроссель-эжекторного цикла в зависимости от изменения состава входящегоприродного газа……………………………………………….……………..13844.4.Созданиеустановкисжиженияприродногогазапроизводительностью 1 т/ч, работающей по дроссель-эжекторномуциклу………………………………………………………………..…………1404.5.
Анализ термодинамической эффективности работы установки наоснове данных промышленной эксплуатации……………………..……….1454.6. Энтропийно-статистический анализ установки с двумя дроссельэжекторными ступенями и отдувкой низкокипящих компонентов………. 1514.7. Выводы по главе 4…………………………………………..………….156Глава 5.
Перспективы развития малотоннажных установок ожиженияприродного газа………………………………………………………..…….1585.1. Разработка и исследование роторного волнового криогенератора(РВКГ) для малотоннажных установок сжижения природного газа..….1585.1.1. Анализ принципов энергообмена в известных конструкциях«безмашинных» и низкооборотных РВКГ………………….……………...1595.1.2. Нелинейная газодинамическая модель расчета процессов в РВКГ1845.1.3. Экспериментальное исследование РВКГ……………………………1965.1.4. Сопоставление экспериментальных данных и результатов расчетасогласно нелинейной математической модели…………………………..… 2095.2. Энтропийно-статистическийанализтермодинамическойэффективности установки среднего давления с РВКГ для условий ГРС….
2165.3. Энтропийно–статистическийанализтермодинамическойэффективности установки высокого давления с предварительнымохлаждениемвкаскаднойхолодильноймашинеидроссель-эжектором……………………………………………………………………..2215.4. Энтропийно–статистический анализ эффективности установки свнешним азотным рефрижераторным детандерным циклом……………..2255.5. Сопоставление эффективности наиболее известных циклов сжиженияПГ на смешанных хладагентах (СХА) с помощью метода энтропийностатистического анализа……………………………………………………..23255.6.Оценкатермодинамическойэффективностисовременныхмалотоннажных установок сжижения природного газа……….………….2415.7. Выводы по главе 5……………………………………………………….243ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ245СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ…………..247СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………251ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….
2756ВВЕДЕНИЕВ настоящее время все более широкое применение находит производство ииспользование СПГ в малотоннажном масштабе. Интерес к этому обусловленследующими факторами:-необходимостью газоснабжениянаселенныхпунктовиобъектовпромышленности, удаленных от магистральных газопроводов, что особенноактуально для периферийных районов РФ;- использованием СПГ в качестве моторного топлива транспортных средств[69];- необходимостью сглаживания пиков потребления газа (так называемыеpeak-sheaving установки), которые сжижают ПГ из газопроводов в периодынизкого спроса, накапливают СПГ и регазифицируют его в периоды повышенногоспроса;- возможностью коммерциализации ранее не востребованного газамалодебитных скважин или месторождений газа с низким содержаниемуглеводородов (биогаз, шахтный и попутный газ).Термин «малотоннажное» производство СПГ определен только в РФ.
ТакГОСТ Р 55892–2013 [33] относит все объекты по производству и потреблениюСПГ производительностью до 10 т/ч и менее к малотоннажному производству. Вобщемировой практике такой четко обозначенной цифры нет: одни фирмысчитают производительность 100 т/ч и менее малотоннажным производством,другие эту границу переносят на производительность 50 т/сут. В данной работетермин «малотоннажное» производствоСПГ соответствует определению,данному в [33].По данным авторитетного справочника [57] количество малотоннажныхустановок в мире составляетоколо 200 единиц.
Динамика роста количествамалотоннажных установок составляет 7-10 % в год. Данная тенденция сложиласьотносительно недавно (в США в 90-е годы XX века, КНР и РФ в 2000-2010 гг.),поэтому анализ эффективности установок малотоннажного производства СПГ7малоизучен, что является сдерживающим фактором развития этого направлениятехники.Исследованиявданномнаправленииначатыавторомв2001 г.одновременно в ПК НПФ «ЭКИП» и на кафедре «Холодильной и криогеннойтехники,системГосударственногокондиционированияТехническогоижизнеобеспечения»УниверситетаимениМосковскогоН.Э.
Бауманаипродолжаются по сегодняшний день в ПАО «Криогенмаш». Таким образом,диссертация обобщает более чем 15-летний опыт исследований и практическойработы, выполненной непосредственно автором и под его руководством.Цель работы – разработка и создание высокоэффективных установоксжиженияприродноготермодинамическойгазанаосновеэффективности,развитияанализаиметодовисследованияобобщениярезультатованалитических и экспериментальных исследований.Приоритетными задачами исследования являются следующие:1. Классификация и анализ основных термодинамических циклов ожиженияприродного газа, используемых в малотоннажных установках;2. Определениеосновныххарактеристикисоставаоборудованиямалотоннажных установок сжижения природного газа, используемых в мировойпрактике;3.
Выбор и совершенствование метода исследования термодинамическойэффективности установок сжижения природного газа. Разработка методикианализа термодинамической эффективности;4. Определение термодинамической эффективности и распределения затратэнергии в существующих циклах малотоннажного производства СПГ;5. Экспериментальное подтверждение разработанной методики анализатермодинамической эффективности;6. Разработка и исследование криогенератора нового типа – роторноговолнового криогенератора (РВКГ);7.
Создание математической модели рабочих процессов РВКГ;8. Экспериментальное исследование рабочих характеристик РВКГ;89. Определение путей совершенствования эффективности РВКГ;10. Разработкаиреализацияновыхвысокоэффективныхцикловмалотоннажных установок СПГ.Научная новизна и положения, выносимые на защиту:- впервые разработана и экспериментально подтверждена методикаэнтропийно-статистическогоанализатермодинамическойэффективностиираспределения затрат энергии в узлах малотоннажных установок СПГ;- выполнен анализ распределения энергетических потерь в основныхсуществующихприродногоиперспективныхгаза.Определенотехнологияхвлияниемалотоннажногосоставаисходногосжижениягазанатермодинамическую эффективность установок СПГ с дроссельным и дроссельноэжекторным циклом Линде-Хэмпсона;- экспериментальным и расчетным путем показано, что с уменьшениемминимальнойработыожиженияснижаетсявеличинатермодинамическойэффективности установок СПГ при принятых среднестатистических значенияхКПД «машинного» оборудования;- разработаны схемы высокоэффективных установок СПГ, новизна которыхподтверждена патентами РФ;-впервыевмиреразработанроторныйволновойкриогенератор,реализующий принцип волнового энергообмена в области криогенных температуррасширяемого газа.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
