Диссертация (1024726), страница 16
Текст из файла (страница 16)
4.14 и Рис. 4.15. Следуетотметить, что экспериментальные исследования проводились в условияхотличных от принятых в п. 4.1, что потребовало коррекции исходных данных ипроведения уточненного расчета для каждого эксперимента. При этом давлениесжатия компрессора принималось равным экспериментально полученномудавлению сжатия; давление всасывания принималось равным экспериментальнополученному давлению всасывания; давление отгрузки СПГ принималось равнымэкспериментально полученному давлению в емкости хранения.
Кроме того,учитывался реальный состав природного газа, соответствующий среднегодовомузначению состава природного газа (таблица 4.3), поступающего на компрессорыАГНКС №1 с Московского газоперерабатывающего завода (МГПЗ). Следуетотметить незначительные изменения состава ПГ в течение всего временипроведения исследований на установке (таблица П.1.4).Таблица 4.3Среднегодовой состав природного газа на АГНКС №1 МГПЗO2N2CH4C2H6СО2C3H8 iC4H10 nC4H10 iC5H12 nC5H12%, об%, об%, об%, об%, об%, об0,0921,087%, об97,291 1,077 0,042 0,305 0,047%, об%, об%, об0,0460,0080,005Остальные исходные данные соответствовали значениям, принятым вглаве 2.Рис. 4.15 иллюстрирует расчетные и экспериментальные данные пораспределению затрат энергии в узлах установки с дроссельно-эжекторным149циклом. В частности, в теплообменнике №1 (согласно Рис. 4.1) величины затратэнергии, полученные экспериментально, оказались заметно ниже их расчетныхзначений.Этообусловленоменьшимиэкспериментальнымивеличинамитемператур ПГ на входе в установку, что и привело к уменьшению нагрузки нааппарат.
В режимах №№1, 3, 6 затраты энергии в теплообменнике №2 оказалисьзаметно выше их расчетных значений, что обусловлено увеличенным расходомнагреваемого (обратного) потока (таблица П.1.1). Зафиксированные значениязатрат в дроссель-эжекторе близки к расчетным величинам. По сравнению сдроссельной установкой высокого давления рассмотренной в гл. 3 затратыэнергии в данном узле ожидаемо уменьшились примерно на 25 %.Следует отметить, что температура окружающей среды в реальныхусловиях Московского региона значительно ниже принятой при расчете согласногл. 2. Вследствие этого оказались заметно меньше расчетных значений величиныминимальной работы ожижения и затраты на компенсацию несовершенствапроцесса компрессии.Полученные экспериментальные данные позволили провести анализвлияния температуры окружающей среды на удельные затраты электроэнергии итермодинамическую эффективность рассматриваемой установки.
На Рис. 4.16показано, что при уменьшении температуры стока тепла происходит какуменьшение удельных затрат на ожижение так и снижение термодинамическойэффективностиустановки.Уменьшениестепенитермодинамическогосовершенства, величина которого определяется по формуле (2.5) обусловлено,очевидно, более быстрым снижением величины минимальной работы ожиженияпо сравнению с уменьшением величины удельных действительных затрат наожижение.150Рис.
4.15. Распределение затрат энергии на производство энтропии по элементам установки151ηLд,0,60,340,550,32кВтч/кгСПГ0,50,30,450,280,4η0,260,35lд0,240,30,220,250,20,2260270280290300Тос, КРис. 4.16. Зависимость удельных затрат электроэнергии и степенитермодинамического совершенства от температуры окружающей среды установкисжижения природного газа с дроссель-эжектором при одинаковых значениях кпдкомпрессорного оборудования4.6.Энтропийно–дроссельно–эжекторнымистатистический анализ установкиступенямииотдувкойсдвумянизкокипящихкомпонентовВ главе 3 было показано, что состав ПГ может заметно различаться взависимости от месторождения.
Данное обстоятельство особенно актуально длязаводов СПГ расположенных на малодебитных скважинах. Кроме растворимыхили ограниченно растворимых примесей в составе сырьевого ПГ могутвстречаться водород или гелий (см. таблицу 4.4), которые не образуют растворовс СПГ. Кроме того, в характерной для ожижителей ПГ области температур, гелийимеет отрицательный дроссель-эффект.
При малотоннажном производствеизвлечение гелия и водорода не представляет коммерческого интереса, однаконеобходимость отделения этих газов и вывод их за пределы установки диктуетсятребованиями ее нормального функционирования.152Таблица 4.4Характерный состав природного газа, используемый в качестве сырья дляустановок с двумя дроссель-эжекторамиO2+ArN2H2НеCH4C2H6C3H8 iC4H10 nC4H10 iC5H12 nC5H12 C6H14%, об%, об%, об%, об%, об%, об%, об0,004 0,572 0,0140,01592,194,531,43 0,251 0,435%, об%, об%, об0,142%, об%, об0,144 0,283Отличительной чертой представленной на Рис 4.17 схемы установкиявляется наличие двух дроссель-эжекторов и трех сепараторов, что позволяеторганизовать процесс отделения низкокипящих компонентов с минимальнымколичеством газа отдувки. Процесс дросселирования осуществляется до давления13 бар и 6 бар, что определяет наличие температурного напора в промежуточномхранилище с испарителем XII, где и происходит выделение обогащенного гелиемпара.153Рис.
4.17. Установки с двумя дроссельно–эжекторными ступенями и отдувкойнизкокипящих компонентов:I – дожимающий компрессор с системой отвода теплоты сжатия qсж1; II –циркуляционный компрессор с системой отвода теплоты сжатия qсж2; III –теплообменник № 1 (предварительный); IV – парокомпрессионная холодильнаямашина (К – компрессор R22; К.Х – концевой холодильник; КОН – конденсатор;Др – дроссель); V – теплообменник № 2 (фреоновый испаритель); VI –теплообменник №3 (основной); VII – эжектор №1; VIII – эжектор №2; IX –сепаратор №1; X– сепаратор № 2; XI– сепаратор № 3; XII– хранилище СПГ; XIII–дроссель №1; XIV– дроссель №2; XV– дроссель №3154Реальносуществующаяустановкаоснащенадвумякомпрессорами:дожимающим производительностью 2300 нм3/ч с электродвигателем мощностью190 кВт и циркуляционным производительностью 4980 нм3/ч с электродвигателеммощностью 575 кВт.
Общая производительность: 1538 кг СПГ/ч; по сжимаемомугазу: GCH4 =4860 кг/ч. Для предварительного охлаждения используется ПКХМхолодопроизводительностью 210 кВт при температуре 238 К. Исходные данныедля проведения энтропийно-статистического анализа аналогичны приведенным впараграфе 4.1. Параметры потоков рабочего тела в характерных точках 1 – 24цикла сведены в таблице П.1.5. В результате проведенного энтропийностатистического анализа согласно методике, представленной в главе 2, оказалось,что действительная суммарная работа, затрачиваемая на сжатие ПГ и R22, равна:l äåéñòâ lèç Ï Ã 1 làä R22318,31 65,11êÄæêÂò ÷ 1762,5(0, 49),ηèç x x ηàä0,6 0,347 0,347 0,8êã ÑÏ Ãêã ÑÏ Ãа степень термодинамического совершенства:ηòåðì lmin î æèæ.
Ï Ã 391,9 0, 222 .l äåéñòâ1762,5При этом минимальная работа ожижения составляла величину:lmin î æèæ. Ï Ã T0 (s23 s19 ) (i23 i19 ) 300 (8,73 4,74) (4319 (5122)) 394êÄæêÂò ÷(0,109).êã CÏ Ãêã CÏ ÃСхематическое изображение распределения затрат электроэнергии накомпенсацию производства энтропии в узлах установки приведено на Рис. 4.18.155Рис. 4.18. Схематическое изображение распределения затрат энергии поэлементам установки с двумя дроссельно – эжекторными ступенями и отдувкойнизкокипящих компонентовПроведенный энтропийно-статистический анализ позволяет утверждать, чтонаибольшие энергетические потери происходят при сжатии в компрессорах и прирасширении в эжекторах, и для дальнейшего повышения термодинамическойэффективности необходимо совершенствовать данные узлы или заменять их.
В тоже время установки, работающие по данной схеме, являютсянаиболеевостребованными. На настоящий момент в разных странах мира успешнофункционируют более 20 малотоннажных заводов СПГ, где реализованавышерассмотренная технология.1564.7. Выводы по главе 41. На основании выводов сделанных в главе 3 в схеме ожижителя ЛиндеХэмпсона произведена замена дросселя на дроссель-эжектор, что позволилоуменьшить затраты на генерацию энтропии в этом узле на 25 % и снизитьудельные затраты электроэнергии на 12,7 %;2.
Предложен новый способ ожижения природного газа и разработаноустройство для его реализации – установка высокого давления с предварительнымохлаждением и дроссель–эжектором [93, 97] Создание этой установки позволилопосле 30 летнего перерыва возобновить производство СПГ в Московском регионеи развивать инфраструктуру его потребления;3. Установка сжижения природного газа, работающая по циклу ЛиндеХэмпсона с предварительным фреоновым охлаждением на уровне 233 К идроссель-эжектором при работе на чистом метане имеет термодинамическуюэффективность 0,296. При этом основной вклад в энергозатраты, связанные спроизводством СПГ, вносят несовершенство процессов в метановом компрессоре– 35 % и дроссель-эжекторе – 20 %;4.
Полученные на опытно-промышленной установке данные о реальныхвеличинах термодинамической эффективности и распределении энергетическихпотерь в установках, работающих по дроссель-эжекторному циклу Линде–Хэмпсона с предварительным охлаждением на температурном уровне 233 К и вдиапазоне изменения температуры окружающей среды от 262 К до 300 К,подтвердили результаты энтропийно-статистического анализа;5. Проведеносравнениетермодинамическойэффективностицикловвысокого давления с дросселем и дроссель эжектором при работе на ПГ вдиапазоне изменения входной концентрации азота 0-5 %.
Показано, что прихарактерной для Московского региона концентрации азота 0,5-1 % и совмещениипроизводства СПГ с заправкой автотранспорта КПГ схема цикла высокогодавления с дроссель-эжектором оказывается эффективнее;1576. Энтропийно-статистический анализ установки, работающей по циклувысокогодавлениясдвумядроссель-эжекторами,предназначеннойдляполучения СПГ из ПГ содержащего примеси неконденсирующихся газов сотрицательным дроссель-эффектом показал, что наличие в схеме дополнительныхузлов снижает ее термодинамическую эффективность до значения 0,222 висследованных условиях работы.158ГЛАВА 5. Перспективы развития малотоннажных установок сжиженияприродного газа5.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
