Диссертация (1024726), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

в испарителе) при передаче теплоты qхот охлаждаемого объекта рабочему телу цикла:S 'èñï  qõ ðåàë 1 T5  1 Tñð   137,58  1 233  1 259   0, 06l 'èñï  Ò0  S 'èñï  300  0, 06  18êÄæ,êã R22  ÊêÄæ.êã R22Величина затрачиваемой работы на компенсацию теплопритоков:(lqÎ Ñ. )B  qÎBÑ  φ  1,5  0,505  0,76êÄæ.êã R22Сумма величин минимальных работ для компенсации производстваэнтропии в необратимых процессах во всех элементах ПКХМ:85l 'Ï ÊÕÌ  [l 'Ê.Õ  l 'êî í  l 'äð  l 'èñï  (lqî .ñ. )B ]  y  lmin î õë.ÑÍ 4  [3, 24  6  18,57  18 0, 76] 1,17  23,98  78,51êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Удельная работа адиабатного сжатия R22 на 1 кг сжимаемого СН4:làäR22  y  70, 24 1,17  82, 25êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Сходимость расчетных значений по фреоновому контуру:δ  78,51  82, 25  3,74êÄæêã ñæ.ÑÍ, т.е. 4,8 %.4Оценка сходимости расчётных значений энергозатрат для установкиожижения метана.В результате энтропийно-статистического анализа расчётные значенияэнергозатрат по обоим контурам составляют:li 'ÑÍ 4  li 'Ï ÊÕÌ  544, 75  78,51  623, 26êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Расчетная сумма значений затрат энергии на сжатие метана и фреонасоответственно равна:lèçCH4  y  làäR22  530, 28  82, 25  612,53êÄæêã ñæ.ÑÍ.486Расхождение результатов вычислений затрат энергии находится в пределах2 % ( δ  623, 26  612,53  10, 73êÄæêã ñæ.ÑÍ), что приемлемо для достижения главной4цели - исследования распределения затрат энергии по элементам установкиожижения природного газа.Рис.

3.4. Схематическое изображение распределения затрат энергии по элементамустановки, работающей по дроссельному циклу, со степеньютермодинамического совершенства 0,287Затраты энергии на компенсацию производства энтропии в результатенеобратимости рабочих процессов в компрессорах определены следующимобразом:(l 'ñæ )ÑÍ 4 lèçCH4ηèç lèçCH4  lèçCH4  (11êÄæ 1)  530, 28  ( 1)  353,52ηèç0,6êã ñæ.ÑÍ,487(l 'сж )R22  17,56кДж, или в пересчете на 1кг СН4:кг R22(l 'ñæ )R22  1,17 17,56  20,56êÄæêã ñæ.ÑÍ4Действительная суммарная работа, затрачиваемая на сжатие СН4 и R22, дляобоих циклов равна:l äåéñòâ lèçCH4y l530, 281,17 70, 24êÄæ  àäR22  2377, 4ηèç  x x ηàä 0,6  0, 415 0, 415 0,8êã æèäê.ÑÍ 0,664êÂò  ÷.êã æèäê.ÑÍ 4Степень термодинамического совершенства установки ожижения СН4:ηòåðì lmin.î æèæ.ÑÍ 4l äåéñòâ683, 22 0, 287 .2377, 43.2.

Влияние исходных примесей в природном газе на эффективностьустановок, работающих по простому дроссельному циклу высокого давленияс предварительным охлаждением на уровне 233 К (минус 40 0С)Ориентировочный состав природных газов, используемый в качествесырья для установок сжижения.Природные газы, добываемые из газовых, газоконденсатных и нефтяныхместорождений, согласно [68], состоят из углеводородных компонентов (СН4 –С22Н46), а также неуглеводородных компонентов (H2S, N2, CO, CO2, Ar, H2, He).Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, содержат более 95 % метана(см.

таблицу 3.3).88Таблица 3.3Ориентировочный состав газа газовых месторожденийСО2 ОтносительнаяМесторождениеплотностьоб. % об. % об. % об. % об. % об. % об. %1СН4С2Н6234567890,290,160,05–0,40,20,56Северо98,9СтавропольскоеС3Н8 С4Н10 С5Н12N2Уренгойское98,840,10,030,020,011,70,30,56Шатлыкское95,581,990,350,10,050,781,150,58Медвежье98,780,10,02––1,00,10,56Содержание азота и кислых газов (СО2и Н2S) может составлять десяткипроцентов.

Содержание метана на газоконденсатных месторождениях – 75-90 %(см. таблицу 3.4)Таблица 3.4Ориентировочный состав газа газоконденсатных месторожденийСН4С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12Вуктыльское74,807,703,901,80Оренбургское84,005,001,60Ямбургское89,674,39Уренгойское88,285,29МесторождениеN2СО26,404,300,100,8820,701,803,50,50,6801,640,742,360,260,940,7132,421,002,520,480,010,707Относительнаяплотностьоб.

% об. % об. % об. % об. % об. % об. %В процессе подготовки к ожижению природный газ проходит несколькоступней очистки. Газы, поставляемые в магистральные газопроводы, попоказателям качества должны соответствовать требованиям и нормам, указаннымв таблице 3.5 [94].89Таблица 3.5Требования к составу газа, поставляемому в магистральные газопроводыНаименование показателя11. Компонентный состав, молярная доля, %2. Температура точки росы по воде приабсолютном давлении 3,92 МПа (40,0 кгс/см2), °С,не выше: зимний период/летний период3.

Температура точки росы по углеводородам(при абсолютном давлении от 2,5 до 7,5 МПа), °С,не выше: зимний период/летний период4. Массовая концентрация сероводорода, г/м3, неболее5. Массовая концентрация меркаптановой серы,г/м3, не более6. Массовая концентрация общей серы, г/м3, неболее7. Теплота сгорания низшая при стандартныхусловиях, МДж/м3 (ккал/м3), не менее8. Молярная доля кислорода, %, не более9. Молярная доля диоксида углерода, %, неболее10. Массовая концентрация механическихпримесей, г/м3, не более11. Плотность при стандартных условиях, кг/м3Значение длямакроклиматических районовумеренныйхолодный23Определение обязательно-10,0/-10,0-20,0/-14,0-2,0/-2,0-10,0/-5,00,0070,0160,03031,800,0202,50,001Не нормируют,определение обязательноЭти показатели достигаются подготовкой газа к транспортировке помагистральным трубопроводам путем сепарации от высококипящих примесей ивлаги прямо на месторождении.

Типовой состав природного газа, рекомендуемыйкиспользованию в качестве сырья для малотоннажных установок сжиженияприродного газа, приведен в таблице 3.6.90Таблица 3.6Типовой состав природного газа, рекомендуемый к использованию в качествесырья для установок сжижения природного газаHeN2CO2CH4C2H6C3H8C4H10C5+об. %об. %об. %об. %об. %об. %об.

%об. %0-11-70-0,581-970,9 - 70,5 - 2,80,05-10,05-0,8-0,5-6,30,7-1,484-962,1-5,60,4 - 1,0Непосредственно перед ожижением требуется0,31-0,38[128][51]очистка газа от кислыхпримесей (Н2S и СО2) до концентрации 5 и 50 ppm соотв., от паров воды доконцентрации 1 ppm, от серы, оксида углерода и меркаптановой серы доконцентрации 30 мг/м3 и от ртути и тяжелых металлов до 10 нг/м3, чтообеспечивает отсутствие твердых отложений в криогенных теплообменниках и ихработоспособность в течение всего срока эксплуатации [105].Состояние оставшихся после очистки примесей и основного компонента –метана, в процессе ожижения определяется фазовым равновесием газ – жидкостьдля многокомпонентной смеси.

Все существующие в настоящее время расчетныепрограммныекомплексыпромышленногоназначениядляопределениятеплофизических свойств смесей используют различные модификации уравненияВан-дер-Ваальса: Соава, Пенга-Робинсона, Ли-Кеслера и т.д. Исследованияпроведенные в Институте газа НАН Украины, в ООО «Газпром–ВНИИГАЗ» иПАО «Криогенмаш» показывают, что наиболее достоверные результатыполучаются при использовании уравнений Ли-Кеслера и Пенга-Робинсона [37,42].Анализвлиянияпримесейнаэффективностьустановоксжиженияприродного газа проведен с помощью программного комплекса Aspen HYSYS вверсии 7.3[144], позволяющего моделировать такие сложныехимико-технологические процессы, как сжижение природного газа.

В качестве уравнениясостояния, описывающего свойства многокомпонентной смеси, использоваласьзависимостьПенга-Робинсона.СостависходногоПГхарактерендля91Ленинградского региона. Приведённые в таблице 3.7 результаты расчетовпоказали, что оставшиеся после очистки примеси в процессе ожиженияоказываются в следующем состоянии: все гомологи метана находятся в жидкойфазе (в растворе), а азот оказывается частично растворенным в жидкости и вбольшей части находится в паровой фазе.Таблица 3.7Характерные изменения состава ПГ при отсутствии отдувки и различныхначальных концентрациях азота для схемы ожижителя, приведенной на Рис. 3.1Исходный состав ПГ,% обСостав обратного потока,% обСН4 С2Н6 С3Н8N2СO2 СН4 С2Н6 С3Н8N298,4 0,230,2810,0693,6 0,220,265,8910,06 57,6Состав СПГ,% обСO2 СН4 С2Н6 С3Н8 N2009098,40,230,280042,4093,60,220,261СO20,065,8 0,06Очевидно, что количество азота в потоке, направляемом на сжатие вкомпрессор, будет определять эффективность работы установки сжижения.

Такимобразом,дальнейшийнеконденсирующейсяинтереспримесипредставляетввидеазотаисследованиенавлияниятермодинамическиехарактеристики цикла ожижения.Анализвлияниясодержанияазотависходномгазенатермодинамическую эффективность установки.Для расчета коэффициента ожижения, тепловой нагрузки холодильноймашины, полной удельной холодопроизводительности, изотермической работысжатиякомпрессораприродногогаза,минимальнойработыожижения,адиабатной работы сжатия компрессора холодильной машины, расхода фреона вконтуре предварительного охлаждения, действительной суммарной работы истепени термодинамического совершенства установки ожижения использовалисьзависимости (2.1)-(2.9) соответственно.

Параметры в характерных точках92определялись путем решения материально–энергетического баланса установки впрограммной среде HYSYS.На Рис. 3.5 показана зависимость коэффициента сжижения и удельныхзатрат электроэнергии от исходной концентрации азота и величины отдуваемогопрямогопотокавысокогонеконденсирующейсяпримесидавления.ввидеазотаУвеличениеприводитконцентрациикуменьшениюкоэффициента ожижения, увеличению затрат электроэнергии и, как следствие, - куменьшению термодинамической эффективности установки (Рис.

3.5 и Рис. 3.6).Для уменьшения негативного влияния этого процесса в холодильной икриогенной технике обычно используют технологическую операцию отдувка,котораязаключаетсяв удалении за пределы контрольной поверхноститермодинамической системы части d того или иного материального потока, темсамым достигается обновление состава циркулирующего газа. Как показано наРис. 3.6, отдувка потока высокого давления дает положительный эффект приконцентрации азота C на входе более 1,5 %, причем с увеличением величиныотдувки диапазон ее положительного влияния уменьшается.

Так отдувка 1 %потокавысокогодавлениядаетположительныйэффектпривходнойконцентрации азота более 1,5 % об., а отдувка 10 % потока высокого давлениястановится эффективной только при входной концентрации азота более 4 % об.При этом отдувка 3 % становится более эффективной, чем отдувка 1 % привходной концентрации азота более 2 % об.; отдувка 5 % более эффективна, чемотдувка 3 % при входной концентрации азота 3,5 % об.; отдувка 7-10 % менееэффективна отдувки 3- 5 % во всем исследованном диапазоне концентраций азотана входе.93Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации