Диссертация (1024726), страница 15
Текст из файла (страница 15)
4.5. Зависимость термодинамической эффективности от входнойконцентрации азота при различных объёмах отдувки потока высокого давленияОтдувка части потока низкого давления при повышении концентрациивходного азота приводит к увеличению коэффициента ожижения, уменьшениюзатратэлектроэнергиитермодинамическойнасжатиеэффективностиконцентраций азота (Рис. 4.6 и Рис. 4.7).и,вокакследствие,всем-кисследованномувеличениюдиапазоне137Lд, кВтч/кг СПГх0,40,90,85d=0%d=1%d=3%0,350,80,30,250,75d=7%0,7d=10%0,650,60,20,1500,010,020,030,04d=5%d=0%d=1%d=3%0,55d=5%0,5d=7%0,05d=10%Концентрация азота, СРис. 4.6.
Зависимость коэффициента ожижения и удельных затрат электроэнергииот входной концентрации азота при различных объёмах отдувки обратного потоканизкого давленияОднако последовательный прирост эффективности, происходящий с ростомвеличины отдувки, последовательно уменьшается. Так увеличение отдувкипотока низкого давления с 0 % до 1 % дает увеличение термодинамическойэффективности на 7,2 %, увеличение отдувки с 1 % до 3 % дает увеличениетермодинамической эффективности на 8 %, а увеличение отдувки с 7 % до 10 %дает прирост термодинамической эффективности только на 2,3 % при одинаковойво всех случаях входной концентрации азота 4 % об.
Следует отметить, чтодиапазон положительного влияния технологической операции «отдувка» вданном случае шире, чем для установки использующей простой дроссельныйцикл, что, очевидно, объясняется бóльшей концентрацией азота в обратномпотоке.138η0,330,310,29d=0%0,27d=1%0,25d=3%0,23d=5%0,21d=7%0,19d=10%0,170,1500,010,020,030,040,05концентрация азота, СРис. 4.7. Зависимость термодинамической эффективности от входнойконцентрации азота при различных объёмах отдувки обратного потока низкогодавления4.3. Сопоставлениеэффективностидроссельногоидроссель-эжекторного цикла в зависимости от изменения состава входящегоприродного газаПредставляется интересным сравнение термодинамической эффективностиустановок, работающих по дроссельному и дроссель-эжекторному циклу. НаРис.
4.8 и Рис. 4.9 показана зависимость отношения степени термодинамическогосовершенствадроссельно-эжекторногоциклаηдр-эжкстепенитермодинамического совершенства дроссельного цикла ηдр от концентрации азотаво входном ПГ и величины отдувки потока высокого и низкого давления. Приотсутствии отдувки дроссельно-эжекторный цикл оказывается эффективнеедроссельного в области низких концентраций азота во входном природном газе(при С≤0,5 %). При превышении этой концентрации использование дроссельногоцикла представляется предпочтительнее.139ηдр-эж/ηдр1,061,04d=0%1,02d=1%1d=3%0,980,96d=5%0,94d=7%0,920,90,8800,010,020,030,040,05Концентрация азота, СРис.
4.8. Сопоставление термодинамической эффективности дроссельэжекторного и дроссельного циклов при различной концентрации азота вовходном природном газе и различной величине отдувки потока высокогодавленияВведениетехнологическойоперации«отдувка»делаетдроссельно-эжекторный цикл более эффективным при бóльших концентрациях азота.ηдр-эж/ηдр1,061,04d=0%1,02d=1%1d=3%0,98d=5%0,960,94d=7%0,92d=10%0,90,8800,010,020,030,040,05Концентрация азота, СРис.
4.9. Сопоставление термодинамической эффективности и дроссельэжекторного и дроссельного циклов при различной концентрации азота вовходном природном газе и различной величине отдувки потока низкого давленияПричем отдувка потока низкого давления оказывает бóльшее влияние, чемотдувка газа высокого давления. Так дроссельно-эжекторный цикл оказывается140эффективнее дроссельного во всем исследованном диапазоне концентраций азотапри отдувке более 10 % потока высокого давления или при отдувке более 7 %потока низкого давления.
Как было показано в главе 3, реально действующиеустановки (как в г. Петергофе Ленинградскойобласти так и в п. РазвилкаМосковской области) работают с природным газом с концентрацией азота около1 % и совмещают производство СПГ с заправкой автотранспорта КПГ. Долязаправок автомобилей КПГ составляет 10-15 % проектной загрузки АГНКС, чтоэквивалентно отдувке 5-6 % потока высокого давления.
Таким образом, можноутверждать, что предложенный дроссельно–эжекторный цикл в реальныхусловиях эффективнее дроссельного. Степень термодинамического совершенстваустановки, работающей по дроссель-эжекторному циклу, составляет 27,4 %.4.4.Созданиеустановкисжиженияприродногогазапроизводительностью 1 т/ч, работающей по дроссельно-эжекторному циклу(п. Развилка Моск.обл.)В апреле 2005 г.
после почти 30-летнего перерыва было возобновленопроизводство СПГ в московском регионе. Установка сжижения природного газапредставляет собой криогенный модуль, использующий компрессорную базустандартной АГНКС -500. Существующая в п. Развилка Московской областиАГНКСоснащенадевятьюкомпрессорами«Matricola»,производительностью 900 нм3/ч с электродвигателем мощностью 125 кВт.каждый141Рис. 4.10. Общий вид криогенного оборудования установки сжижения природногогаза в п. Развилка Моск. обл.:Слева - арматурные стойки управления процессом и площадка для размещения иобслуживания эжектора (на антресоли); справа – теплообменные аппараты; надальнем плане – емкость для хранения СПГВ целях ожижения используется четыре компрессора с суммарнойпроизводительностью 2400 кг/ч.
На Рис. 4.10 показан общий вид криогенногооборудования установки сжижения природного газа согласно принципиальнойсхемеприведеннойнаРис. 4.1.Компрессора,осуществляющиесжатиеприродного газа, система осушки, а также аккумуляторы компримированного газанаходятся в отдельных зданиях АГНКС. Для предварительного охлажденияприменена парокомпрессионная холодильная машина фирмы «Gea Grasso»холодопроизводительностью (холодильной мощностью) 110 кВт при температуре238 К. Винтовой компрессор холодильной машины и часть фреоновогооборудования расположены в отдельном помещении (Рис. 4.11).142Рис. 4.11.
Маслозаполненный винтовой компрессор « Gea Grasso» фреоновойхолодильной машины:на заднем плане – маслоотделитель, местный щит управления и линейныйресиверПлощадь, занимаемая оборудованием установки, составляет 0,25 га. Даннаявеличина определяется, в первую очередь, требованиями безопасности [86],регламентирующими расстояния между зданиями и сооружениями и системойхранения СПГ.
В качестве хранилища используется вертикальная цилиндрическаяемкость с вакуумной изоляцией объёмом хранимого СПГ 25 м3 производстваПАО «Криогенмаш». Данный резервуар показан на Рис. 4.12 вместе с элементамисистемы противопожарной безопасности.143Рис. 4.12. Система хранения на базе вертикальной емкости с объемом хранимогоСПГ 25 м3Отпуск СПГ потребителю осуществляется через систему трубопроводов иколонку выдачи (Рис. 4.13). Причем возможно как наполнение крупнойавтомобильной цистерны – перевозчика, так и заправка автомобильных баковтранспорта, использующего СПГ в качестве моторного топлива.
Процессзаправки автоцистерны емкостью 56 м3 показан на Рис. 4.14.144Рис. 4.13. Площадка выдачи СПГ:слева – весы для большегрузного транспорта с элементами противопожарнойзащиты, на переднем плане – колонка выдачи; на дальнем плане – ёмкость дляхранения СПГРис. 4.14. Автомобильная цистерна – перевозчик СПГ ёмкостью 56 м3,установленная на весы для контроля процесса заправки1454.5.Анализ термодинамической эффективности работы установки наоснове данных промышленной эксплуатацииЭкспериментальные исследования проводились в условияхпромышленнойэксплуатацииустановки.Вобщейопытно-сложностибылозафиксировано 6 режимов, в течение которых регистрировались температура,давление и расход, указанные в таблице П.1.1.
Длительность экспериментаопределялось количеством сжиженного природного газа, которого требовалосьпроизвести, и составляла от 2 до 5 ч.Для измерения давления использовались манометры класса точности 1.Измерения температур потоков производились термодатчиками ТПТ-6-3 класс Bс платиновыми чувствительными элементами. Паспортные погрешности прямыхизмеренийприведенывтаблицеП.1.2.Вторичнаятарировкадатчиковтемпературы проводилась путем определения температуры в трех реперныхточках: при кипении жидкого азота при атмосферном давлении, в смеси «ледвода», при кипении воды при атмосферном давлении. Во всех случаяхфиксировалось атмосферное давление.Вкачествевторичныхизмерительныхприборовприменялисьвосьмиканальный универсальный измеритель-регулятор ОВЕН ТРМ 138 имногоканальный регистрирующий прибор Альфалог-100М.Расходы определялись путем измерения перепада давления на стандартныхдиафрагмах с помощью дифференциального манометра САПФИР-22Р.Отличительнойособенностьюисследуемойтехнологиисжиженияприродного газа является наличие дроссель-эжектора со сверхзвуковым соплом,в критическом сечении которого достигается местная скорость звука.
Такимобразом, для определения расхода потока газа высокого давления достаточноизмерения параметров газа (температуры и давления Т4 и р4 согл. схемепредставленной на Рис. 4.1) перед соплом. Величина расхода, в соответствии с[85], определялась решением системы уравнений (4.1)-(4.6).Среднее значение показателя адиабаты при изоэнтропном расширении146⁄,⁄(4.1)где p4 и v4 – измеренные величины (давление и удельный объем),pk и vk – задаваемые параметры расширения.Газодинамическаяфункцияπ(отношениедавленияизоэнтропнодвижущегося газа и давления торможения) при достижении скорости газаместной скорости звука будет равна:().(4.2).(4.3)Давление в критическом сечении:Скорость звука в критическом сечении:√.(4.4)Массовая скорость в критическом сечении:.(4.5)Расход газа, подаваемого в установку, при заданном диаметре узкогосечениям,(4.6)147где f – площадь сечения трубопровода.Погрешности косвенных измерений были определены в соответствии сметодом сложения погрешностей в [15, 60] и представлены в таблице П.1.3.В результате экспериментальных исследований получены следующиехарактеристики установки:- коэффициент ожижения x и коэффициент эжекции Э.
Экспериментальныезначениякоэффициентаожиженияциклабылиполученыотношениемизмеренного расхода на входе ПГ в установку (здесь и далее согласно таблицеП.1.1) к величине полученного СПГ, определенному поизменению уровняжидкости в резервуаре. Экспериментальные значения коэффициента эжекциибыли получены отношением измеренного расхода ПГ на входе в установку красходу ПГ на сжатие в эжектор. Полученные значения приведены в таблице 4.2;Таблица 4.2Сопоставление расчётных и экспериментальных значений коэффициентовожижения х и эжекции Э№ эксперимента123456Расчет35,636,836,335,835,634,9Эксперимент35,135,835,035,235,132,6Расчет7,97,38,87,57,47,5Эксперимент6,77,55,57,56,35,7х, %Э, %- энергетические затраты на генерацию энтропии: в теплообменнике №1 поизмеренным значениям температур T1, T2, T11, T12 и давлений P4, P10; втеплообменнике №3 по измеренным значениям температур T3, T4, T10, T12, идавлений P4, P6; в дроссель-эжекторе по измеренным значениям температур T4, Т9,T10 и давлений P4, P5, Р10; в дросселе по измеренным значениям температур T7, Т10и давлений P9, P10;- затраты работы на компенсацию теплопритоков из окружающей среды поизмеренным значениям температур T1, T2, T3, T12 и давлений P4, P10;148- минимальная работа охлаждения природного газа определялась поизмеренным значениям температур T1, T3, Т11,Т12 и давления P4, Р10;- минимальная работа ожижения природного газа была определена поизмеренным значениям температур T7, Т12 и давлениям P5, P10;- энергетическиезатратывследствиенеобратимостипроцессоввкомпрессоре были рассчитаны согласно измеренным значениям температур T1,T12 и давлениям P4, P10.Полученные результаты приведены на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
