Диссертация (1024726), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Ï ÃСтепень термодинамического совершенства установки:l min X 0,175 .lдКМРаспределение энергозатрат по узлам установки представляется следующим(Рис. 3.14 и Рис. 3.15).114Рис. 3.14. Схема распределения затрат энергии в установке среднего давления сТДКА для условий ГРС115Рис. 3.15. Соотношение энергозатрат в узлах установки среднегодавления с ТДКА для условий ГРСАнализ распределения энергозатрат по узлам установки на основеданных промышленной эксплуатации.Основным генератором холода исследуемого цикла является ТДКА.Поэтому определенный интерес представляет более детальный анализ работыэтого узла установки в промышленных условиях и сопоставление полученныхэкспериментальных данных с результатами расчета. Экспериментальные данные вхарактерных точках ТДКА, полученные в условиях промышленной эксплуатации,представлены в таблице 3.13.

Измерение температуры потоков газа в точках 1 и 2,указанных на Рис. 3.16 и в таблице 3.13, осуществлялось термопреобразователямисопротивления ТСПУ-205-Ех-2/160-0-1000С-0,25%%%-ОЕХiallCT6; в точках 3 и 4– термопреобразователями сопротивления ТСП Метран -256-160-В-3-1-Н10-БКУ1.1. В качестве преобразователей импульсов давления в электрический сигналдля всех указанных точках использовались датчики избыточного давленияМетран-100-Ех-ДИ-1161-02МП1-10-050-6,0 Мпа-42-М20-С116Рис. 3.16. Принципиальная схема ТДКА:ТД – турбодетандерная ступень; ТК – турбокомпрессорная ступень, МО –масляные опоры; ОХЛ – концевой охладитель компрессорной ступени.Состав газа приведен в таблице 3.11.

Значения расходов в соответствующихточках принимались равными расчетным.Таблица 3.13Данные промышленной эксплуатации ТДКА в характерных точках№точкиТемпература Давление Энтальпия Энтропия s,T, Kp, МПаi, кДж/кгкДж/кг КОтносительный расходG1277,62,85-460011,610,92523023,43-454811,70,9252ад290,63,43-457511,610,92532183,23-475710,910,78641620,68-483511,180,786Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в детандере ТД:S Ä  ( s4  s3 )  G 3  0, 21êÄæ,êã ñæ.

Ï Ã K117l Ä  TÎ Ñ STÄ  63êÄæ.êã ñæ. Ï ÃРабота расширения детандера ТД:lÄ (i3  i4 )G 3  61,3êÄæ.êã ñæ. Ï ÃДействительная работа сжатия компрессорной части ТК:L ÒÊ  (i2  i1 )G1  48,1êÄæ.êã ñæ. Ï ÃАдиабатная работа сжатия компрессорной части ТК:làäÒÊ (i2 àä  i1 )G1  23,1êÄæ.êã ñæ. Ï ÃМинимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии при сжатии в ТК:lÒÊ LÒÊ  làäÒÊ  25êÄæêã ñæ.

Ï ÃSÒÊ  ( s2  s1 )  G1  0, 08lÒÊ  TÎ Ñ STÊ  24илиêÄæ,êã ñæ. Ï Ã KêÄæ.êã ñæ. Ï Ã118Потери при передаче энергии от детандерной части ТДКА к компрессорной(в масляных опорах МО):lÌ Î  lÒÄ  läÒÊ  13, 2РезультатыанализараспределенияêÄæ.êã ñæ. Ï Ãэнергозатратнакомпенсациюпроизводства энтропии в ТДКА представлены на Рис. 3.17. Сопоставлениерезультатоврасчета,полученныхэнтропийно-статистическимметодомиполученных на основе данных промышленной эксплуатации, показывает, чтосуммарный вклад несовершенства процессов в ТДКА в общую неравновесностьпроцесса ожижения составляет более 25 %.Рис.

3.17. Сопоставление расчетных и экспериментальных суммарных значенийпотерь энергии и их составляющих в ТДКА3.5. Выводы по главе 31. Установка сжижения природного газа, работающая по циклу ЛиндеХэмпсона с предварительным фреоновым охлаждением на уровне 233 К при119работе 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 %.Основной примесью в ПГ является азот, увеличение входной концентрациикоторого негативно сказывается на эффективности работы установки.

Увеличениевходной концентрации азота до 5 % снижает этот показатель до величины 0,227.Характерное для АГНКС одновременное производство СПГ и заправкаавтомобилей КПГ приводит к дополнительному снижению эффективности. Притипичном для Ленинградского региона составе газа и средней современнойзагрузке АГНКС соотв. 10 % этот показатель не превышает 0,267.2. Установка сжижения природного газа работающая по циклу высокогодавления с предварительным охлаждением на уровне 203 К (-70 0C) имеетрасчетное значение термодинамической эффективности 0,325. Основной вклад вэнергозатраты, связанные с производством СПГ, вносят несовершенствопроцессов в метановом компрессоре – 28 % , дроссель – эжекторе – 12 % .Анализ экспериментальных данных, полученных в условиях промышленнойэксплуатации, показал что при уменьшении температуры окружающей средыпроисходит как уменьшение удельных затрат электроэнергии на производствоСПГ, так и снижение степени термодинамической эффективности.

При этомрасхождение расчетных и опытных данных по затратам энергии в самых«энергонагруженных» узлах не превышает 14 %.3. Единственная в РФ установка СПГ работающая по циклу Клода,расположенная на ГРС в г. Екатеринбурге, имеет степень термодинамическогосовершенства 16,7 %; при этом используется эффективный, но сложный идорогой детандерно–компрессорный агрегат (ТДКА) с расчетным адиабатнымКПД 0,75.4. Энтропийно-статистический анализ показал, что наибольший вклад всуммарную неравновесность процесса сжижения вносят следующие узлыустановки: «удаленный» компрессор магистрального трубопровода (КМ) – до12040 % и ТДКА -25 %.

При передаче энергии от детандерной ступени ТДКА ккомпрессорной значительная ее часть переходит в тепло и выводится из системыв виде тепла смазочного масла. Данное обстоятельство заметно снижаетэффективность установки в целом.121ГЛАВА 4. Исследование и создание малотоннажных установок сжиженияприродного газа4.1. Энтропийно – статистический анализ эффективности установки,работающей по циклу высокого давления с дроссель- эжектором ипредварительным охлаждением на уровне 233 К (минус 40 0С) для условийработы на чистом метанеЭнтропийно-статистическийанализустановки,работающейподроссельному циклу высокого давления, проведенный в предыдущей главе,показал, что наибольший вклад в энергозатраты на генерацию энтропии вносятнесовершенство процессов в компрессоре (около 40 % от суммы всех затрат) и вдросселе ( более 20 % от суммы всех затрат).

Таким образом, определены узлыустановки сжижения природного газа, совершенствование которого приведет кувеличению эффективности всей установки.Впервые идея усовершенствования дроссельных циклов посредствомвведения дроссель–эжекторной ступени вместо дроссельной была предложенапрофессором МГТУ им. Н.Э. Баумана Ф.М. Чистяковым применительно кпарокомпрессионным установкам холодильной техники [84] и получиладальнейшее развитие в установках сжижения природного газа, работающих поциклу Линде–Хэмпсона с предварительным охлаждением путем заменыосновного дросселя на дроссель-эжектор [93, 97]. Эффект от использованиядроссель-эжекторавместодросселявозможноопределитьспомощьюэнтропийно-статистического метода.Исходные данные для определения характеристик метанового цикла:TOC  300 Ê– средняя температура окружающей среды;Т3 = 238 К– температура предварительного охлаждения метана;RCH4  0,51834P1=24,5 МПакДжкг  К– газовая постоянная метана;– давление сжатия;122P13=1,25 МПа– давление всасывания;P8= 0,35МПа– давление в хранилище СПГ;T1  10 К– неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике № 1на уровне T1  300 К (величина недогрева обратногопотока);– неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике № 3T2  5 Кна уровне предварительного охлаждения T2  238 К ;qÎÂÑ  1,5êÄæêã ñæ.

ÑÍ– удельная величина теплопритоков из окружающейсреды к контуру В (предварительному теплообменнику4№1);qÎÀC  3,7êÄæêã ñæ. ÑÍcp  2, 227кДжкг  КρCH4  0, 667ηиз  0,6кгнм3– удельная величина теплопритоков из окружающей4среды к контуру А (к основному теплообменнику № 3);– теплоемкость метана при нормальных условиях;– плотность метана при нормальных условиях;– изотермический КПД процесса сжатия метана вкомпрессоре.Принципиальная схема установки, работающая по дроссель-эжекторномуциклу, показана на Рис. 4.1. Расчеты приведены к 1 кг сжимаемого метана навсасывании в компрессор. На Рис.

4.2 показано изображение цикла в T-sкоординатах.123Рис. 4.1. Принципиальная схема установки, работающей по дроссель–эжекторному циклу высокого давления:I – компрессор СН4 с системой отвода теплоты сжатия qсж, II – теплообменник№1(предварительный), III –парокомпрессионная холодильная машина с винтовымкомпрессором :К – компрессор R22; К.Х – концевой холодильник; КОН –конденсатор; Др – дроссель, IV – теплообменник №2 (фреоновый испаритель)V – теплообменник №3 (основной), VI – эжектор, VII – сепаратор, VIII – дроссель,IX – хранилище СПГ124Рис. 4.2. Схематическое изображение дроссель-эжекторного цикла для установкисжижения природного газа в T-S координатахОпределение основных параметров цикла.Результаты расчетов параметров характерных точек 1 – 13 дроссельэжекторного цикла приведены в таблице 4.1.Таблица 4.1Расчетные параметры цикла в характерных точкахТочкиДавление Температураp, МПаT, KЭнтальпияi, кДж/кгЭнтропияs, кДж/кгК12345125300873,933,99225280795,353,72325238640,833,12125Таблица 4.1 (продолжение)12345425205526,092,651,3155542,253,2861,3155323,331,8770,35129323,331,9680,35129221,91,1790,35129696,114,84101,3155716,434,4111,3233908,985,42121,252901039,175,94131,253001062,176,02Коэффициент ожижения x определяется из энергетического баланса дляконтура А (Рис.

4.1):i3  qÎAÑ  x  i8  (1  x)  i11; êã.æèäê. ÑÍ 4 i11  i3  qÎAÑ 908,98  640,83  3, 7x 0,385 .i11  i8908,98  221,9 êã.ñæ. ÑÍ 4 Тепловая нагрузка ПКХМ определяется по уравнению энергетическогобаланса для контура B (Рис. 4.1):i1  qÎÂÑ  i11  (1  x)  i3  i12  (1  x)  qï ð.î õë ;qï ð.î õë  i1  qÎÂÑ  i3  (i11  i12 )  (1  x)  873,93  1,5  640,83  (908,98  1039,17)  (1  0,384)  154,5êÄæêã ñæ. ÑÍ.4126Поток, засасываемый в эжектор – Э, определяем по уравнениюэнергетического баланса для контура С (Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации