Диссертация (1024726), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

При этом величина недокуперации втеплообменном аппарате №2 оказалась выше принятых среднестатистическихзначений (5 К) и составляла 6,7-14,9 К. В остальных узлах установки значениярасчетных и полученных в результате эксперимента величин потерь энергиисовпадают с расхождением не более 4 %. Суммарные затраты энергии всейустановки в условиях с близким к среднестатистическому значению температурыокружающей среды 300 К отличаются не более чем на 9 % от полученныхрасчетных значений.На основании полученных экспериментальных и расчётных данных(Рис. 3.11) показано, что при уменьшении температуры окружающей средыпроисходит как уменьшение удельных затрат на ожижение так и снижениетермодинамическойэффективностиустановки.Уменьшениестепенитермодинамического совершенства, величина которого определяется по формуле(2.5), обусловлено, очевидно, более быстрым снижением величины минимальнойработыожиженияпосравнениюдействительных затрат на ожижение.суменьшениемвеличиныудельных104Рис.

3.11. Зависимость удельных затрат электроэнергии и степенитермодинамического совершенства от температуры окружающей среды установкисжижения природного газа с дроссель-эжектором и предварительнымохлаждением на температурном уровне 203 К (минус 70 0С) при постоянныхзначениях КПД компрессоров3.4. Анализтермодинамическойэффективностималотоннажнойустановки сжижения природного газа работающей по циклу среднегодавленияВнастоящеевремясамымкрупнымотечественнымзаводомпопроизводству СПГ пока остается ожижитель производительностью 3 т/ч на ГРС4 Свердловской обл.

В основу данной установки заложена традиционная схемаожижителя Клода с отбором части потока магистрального газа высокогодавления, осушкой, разделением на детандерный и дроссельный потоки, очисткойдроссельного потока от диоксида углерода и последующим двукратнымдросселированием (Рис. 3.12). В результате получается СПГ под давлением3,5 бар. Коэффициент ожижения не превышает 10 %, а оставшаяся часть газасбрасывается, в конечном итоге, в магистраль низкого давления [56].105Несомненным достоинством данной схемы является минимизация блокаочистки прямого потока от диоксида углерода путем разделения прямого потокана продукционный (дроссельный) и детандерный [32, 55].

При указанных втаблица 3.11 входных концентрациях СО2 в соответствии с данными порастворимости приведенными в работе [137], оказалось возможным проводитьочистку только для продукционного потока. Однако и в этом случае до 25 %очищенного газа сбрасывается в магистраль низкого давления и не участвует впроцессе ожижения. На практике реализация даже такой рациональной схемыприводит к необходимости использовать два адсорбера высотой 7 и диаметром1,5 м каждый.Рис. 3.12. Схема установки, работающей по турбодетандерному циклу Клода:КМ – компрессор магистрального газопровода («удаленный» компрессор); ТДтубодетандерная и ТК –компрессорная ступени турбодетандернокомпрессорного агрегата (ТДКА); ТОА1- основной теплообменник; ТОА2конденсатор – переохладитель; Сеп1 –сепаратор; Сеп2 – хранилище СПГ; Др1,Др2 – первый и второй дроссели ожижителя; Эж –эжектор; БП - байпасныйвентиль компрессорной ступени ТДКА; МО - масляные опоры ТДКА106Конструктивнойособенностьюданногоциклаявляетсяналичиевысокооборотного турбодетандерного агрегата (ТДКА), основной элементкоторого – вал с консольно расположенными компрессионным (ТК) ирасширительным (ТД)колесами.

Работоспособность даннойконструкцииобеспечивается принудительной обильной смазкой несущих опор. При этомтребуетсяустройство для дегазации масла и его интенсивного охлаждения.Компрессионная ступень ТДКА позволяет увеличить давление на входе вустановку сжижения примерно на 20 % , т.е. до 3,72 МПа.

Адиабатный КПДдетандера при расчете принят равным 0,75.Нижеприведенный анализ проведен для следующих часто встречающихсяусловий работы ГРС.Исходные данные для расчета установки сжижения природного газа наГРС:TO.C .  300К– средняя температура окружающей среды;P1  3,1МПа–давлениесжатиякомпрессора магистральногогазопровода;P0  0,72МПа– давление всасывания компрессора магистральногогазопровода;P9  0,35МПа– давление при отгрузке СПГ;T  5К– неполнота рекуперации на уровне TО.С.

 300К ;из  0,6– КПД дожимающего компрессора ТК;из  0,6– КПД компрессора магистрального газопровода КМ;qО.С  2,0кДжкг.сж.СН 4Gож  28750кгч– удельная величина теплопритоков из окружающейсреды;– количество газа направляемого на сжижение.107Таблица 3.11Состав природного газа, используемый в качестве сырья для установки сжиженияна ГРС-4 Свердловской областиCH4C2H6 С3Н8 i- C4H10 n-C4H10 n-C5H12 n- C6H14N2О2СО2%,об %,об %,об%,об%,об%,об%,об%,об %,об %,об97,60,040,050,010,031,180,690,320,020,06Процесс сжижения природного газа в T-S координатах представлен наРис. 3.13.Рис.

3.13.Схематическое изображение турбодетандерного цикла для установкисжижения природного газа в T-S координатахХарактеристики в расчетных точках определены с помощью программногокомплекса AspenHYSYS v.7.2. В качестве уравнения состояния использоваласьзависимость Ли-Кеслера.Результаты расчетов параметров в характерных точках представлены втаблице 3.12108Таблица 3.12Параметры установки в характерных точкахЭнтропия Расход ОтносительнТемпература Давление Энтальпияый расходs, кДж/кгG,T, Kp, МПа i, кДж/кгКкг/чG03000,72-452612,5431 090113003,1-454911,7431 09011’3003,1-454911,7428 7500,92523003,72-455511,6428 7500,92533003,72-455511,6442980,13842203,72-476210,8342980,1385159,83,72-52438,2442980,1386141,80,72-52438,3342980,1387141,80,72-53627,8335680,1158129,10,35-53627,8535900,1159129,10,35-54287,4832010,103102183,72-476810,824 4500,78611154,30,72-485911,0824 4500,78612141,60,72-466110,757300,02413154,80,72-484511,0025 1800,81014187,20,72-476811,525 1800,810152950,72-453112,525 1800,81016129,10,35-478611,10367,20,012172940,35-443512,86367,20,01218294,60,72-453212,49278900,897193003.72-455511,6424 4500,786203003,1-454911,7423400,07521290,60,72-453412,4727070,087Изотермическая работа сжатия «удаленного» компрессора КМ:109lèçÊÌ  (TÎ Ñ ( s0  s1 )  (i0  i1 ))G 0  217êÄæ.êã ñæ.

Ï ÃПо статистическим данным для данного типа компрессора:  изКМ  0,6LÊÌ lèçÊÌèçÊÌ 361,7êÄæ.êã ñæ, Ï ÃИзотермическая работа сжатия в компрессорной ступени ТК:lèçÒÊ  (TÎ Ñ ( s1  s2 )  (i1  i2 ))G 2  22, 2êÄæ.êã ñæ. Ï ÃПо статистическим данным для данного типа компрессора: изТК  0,6Действительная работа компрессора ТК:LÒÊ lèçÒÊêÄæ 37.èçÒÊêã ñæ. Ï ÃИзотермический эффект дросселирования, обусловленный сжатием вкомпрессоре КМ:qÊÌ i0  i1  23êÄæ.êã ñæ. Ï ÃИзотермический эффект дросселирования, обусловленный сжатием вкомпрессоре ТК:qÒÊ i1  i2  6êÄæ.êã ñæ. Ï ÃСуммарная холодопроизводительность цикла:110qX  l Ä  qÊÌ  qÒÊ  100,5êÄæ.êã ñæ.

Ï ÃМинимальная работа ожижения:lmin  TÎ Ñ ( s0  s9 )  (i0  i9 )  616, 0lmin õ  lmin G9  63, 4êÄæ,êã ÑÏ ÃêÄæ.êã ÑÏ ÃЭнтропийно-статистический анализ распределения затрат энергии накомпенсацию производства энтропии в основных узлах и процессахожижительной установки с ТДКА.Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике ТОА1:STOA1  (s15  s14 )  G14  (s17  s16 )  G16  (s3  s4 )  G 4  (s19  s10 )G10  0,06lTOA1  TÎ Ñ  STOA1  18êÄæ,êã ñæ. Ï Ã KêÄæ.êã ñæ.

Ï ÃМинимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике ТОА2:STOA2  ( s14  s13 )  G13  ( s4  s5 )  G 5  0, 05lTOA2  TÎ Ñ  STOA2  15êÄæ,êã ñæ. Ï Ã KêÄæ.êã ñæ. Ï Ã111Необходимые удельные затраты энергии для компенсации необратимостирабочих процессов в компрессоре КМ:lÊM  LÊÌ  lèçÊÌ  144, 7êÄæ.êã ñæ. Ï ÃМинимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в детандере ТД:êÄæ,êã ñæ. Ï Ã KS Ä  ( s11  s10 )  G10  0,16l Ä  TÎ Ñ STÄ  48êÄæ.êã ñæ. Ï ÃРабота расширения детандера:lÄ (i10  i11 )G10  71,5êÄæ.êã ñæ.

Ï ÃНеобходимые удельные затраты энергии для компенсации необратимостирабочих процессов в компрессоре ТК:lÒÊ  LÒÊ  lèçÒÊ  14, 4êÄæ.êã ñæ. Ï ÃПотери при передаче энергии от детандерной части ТДКА к компрессорной(в масляных опорах МО):lÌÎ l Ä  LÒÊ  34,5êÄæ.êã ñæ. Ï Ã112Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в дросселе Др1:S Äð1  ( s6  s5 )  G5  0, 01l Äð1  Tî ñS Äð1  3êÄæ,êã ñæ. Ï Ã KêÄæ.êã ñæ. Ï ÃМинимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в дросселе Др2:S Äð 2  ( s8  s7 )  G 7  0, 003l Äð 2  Tî ñS Äð 2  0,9êÄæ,êã ñæ. Ï Ã KêÄæ.êã ñæ. Ï ÃМинимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в эжекторе ЭЖ:Sýæ  s21  G 21  s17  G17  s20  G 20  0, 05lýæ  Tî ñSýæ  15êÄæ,êã ñæ.

Ï Ã KêÄæ.êã ñæ. Ï ÃЗатраты работы на компенсацию теплопритоков из окружающей среды:lизКМ 2,15 ,qХ113lÎ Ñ  qÎ Ñ    4,3êÄæ.êã ñæ. Ï ÃОценка сходимости расчётных значений энергозатрат для установкиожижения метана.Суммарное расчетное значение энергозатрат:l  lTOÀ1  lTOÀ2  l Ä  lÒÊ  lÌlÝÆ  lÎ Ñ  lmin X  217,5Î l ÄÐ1  l ÄÐ2 êÄæ.êã ñæ. Ï ÃРасхождение расчета  lèçÊÌ  l  0,5êÄæ, т.е. 0,2 %.êã ñæ.

Характеристики

Список файлов диссертации