Диссертация (1024726), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Определены термобарические и расходные характеристикиРВКГ с энергообменными каналами постоянного сечения;- на основе метода «распада-разрыва» академика РАН С.К. Годуноваразработана математическая модель процесса энергообмена в каналах РВКГучитывающая свойства реального газа (метана). Расчетным путем выявленыосновные процессы и фазы в РВКГ. Впервые представлена методика расчетарабочих параметров роторного ВКГ основанная на классических уравненияхпроцесса выхлопа;-экспериментальнохарактеристик РВКГ.показанавозможностьулучшениярабочих9Практическая ценность результатов работы1.
Создана методика исследования термодинамической эффективностималотоннажных установок сжижения природного газа. На конкретных примерахпоказаны возможности расчета распределения затрат энергии по узлам установкис целью внесения корректив уже на стадии проектирования;2. Разработана и внедрена оригинальная, защищенная патентами РФ, схемацикла высокого давления с предварительным охлаждением на уровне 233 К идроссель-эжектором;3. Исследовано влияние содержания неконденсирующихся примесей висходном составе природного газа на термодинамическою эффективность циклавысокого давления с предварительным охлаждением на уровне 233 К. Определёндиапазон концентраций азота в исходном газе, при котором предложенныйдроссель-эжекторныйциклвысокогодавленияоказываетсяэффективнеедроссельного;4.
Наоснованиирасчетов,согласнопредставленнойвработематематической модели, разработана конструкция и создан опытный образецРВКГ;5. Для исследования процессов энергообмена в каналах РВКГ разработан исоздан экспериментальный стенд;6. Экспериментальнымпутемвыявленынаправленияповышенияэффективности РВКГ: снижение перетечек за счет уменьшения зазоров;уменьшение торможения потока газа на торце вертикальной стенки канала путемизменения ее геометрии;7. Экспериментально подтверждена устойчивая работа РВКГ в двухфазнойобласти ПГ и в условиях загрязненности примесями (вода, масло, тяжелыеуглеводороды);8. Разработана оригинальная, защищенная патентом РФ, схема циклаустановки среднего давления, использующей РВКГ в качестве источника холода.Реализация данной схемы позволит уменьшить капитальные затраты на созданиеожижителя примерно на 20-25 %;109.
На основании полученных в работе результатов предложена схемаустановки сжижения природного газа, работающей по циклу высокого давления спредварительным охлаждением на уровне 203 К.ВнедрениеРезультаты работы внедрены при создании ожижителя природного газапроизводительностью 1 т/ч на АГНКС №1 в п. Развилка Моск. обл., в установкахсжижения природного газа, серийно выпускаемых ПАО «Криогенмаш» наэкспорт, в учебных процессах кафедры «Холодильная и криогенная техника,системы кондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ им.
Н.Э. Баумана икафедры «Низких температур» МЭИ. Создание установки на АГНКС №1 вп. Развилка Московской области позволило после 30 летнего перерывавозобновитьпроизводствоСПГвМосковскомрегионеиразвиватьинфраструктуру его потребления [73, 79]. Также практическим результатомработыявляетсягазотурбовозаразработка и создание криогенной топливной системыГТУ-1 с потреблениемСПГ300-2500 кг/ч, находящегося вопытной эксплуатации на Свердловской железной дороге [80, 92].Апробация результатов диссертационного исследованияОсновные результаты работы докладывались: на VII международнойконференции GASSUF (Москва, 2009 г.), 11-й международной криогеннойконференции международного института холода IIR (Братислава, Словакия 2010г.), международной научной конференции «Холодильная и криогенная техника,промышленныегазы,системыкондиционированияижизнеобеспечения»(Москва, 2010 г.), на 3-ей международной конференции «Промышленные газы»(Москва, 2013г.) ина международных конференциях «Сжиженный природныйгаз» в рамках ежегоднойвыставки «Криоген-Экспо.
Промышленные газы»(Москва 2012, 2014, 2015 гг.)Личный вклад автораПостановка научных задач и исследований.Решение основных методических и практических вопросов, включаяматематическуюмодель,методикуанализа,расчётныеалгоритмы,11проектированиеисозданиеопытно-промышленнойустановкииэкспериментального стенда. Разработка методики проведения экспериментальныхисследований, обработки и анализа опытных данных. Автору принадлежатрасчетные и экспериментальные данные процессов энергообмена в каналах РВКГ.Опытные данные промышленной эксплуатации на установке с дроссельэжектором и предварительном охлаждением (п.
Развилка Моск.обл.) и наустановке с турбодетандером (г. Екатеринбург) получены при непосредственномучастии автора.Гл. 2 и разделы 3.1, 3.3, 3.4, 4.1, 4.5, 4.6, 5.3, 5.4 написаны на основе работвыполненных в соавторстве с к.т.н. С.Д. Красноносовой, раздел 5.1 – с к.т.н.С.Б. Малаховым. Опытные данные промышленной эксплуатации в разделе 3.4представленыС.Ю. ЛебедевымЗАОНПК«НТЛ»(г. ВерхняяСалда,Свердловской обл.).Определяющая роль в разработке стратегии данной работы принадлежитнаучному консультанту - заслуженному деятелю науки и техники РФ, докторутехнических наук, профессору A.M. Архарову.Автор выражает благодарность коллективу ПАО «Криогенмаш», ПК НПФ«ЭКИП», сотрудникам кафедры «Холодильная и криогенная техника, системыкондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ им.
Н.Э. Баумана, специалистамПАО Газпром ВНИИГАЗ д.т.н., проф. С.П. Горбачеву и к.т.н. Ю.А. Лаухину,сотруднику ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» О.Л. Мишину за внимание иподдержку.Работа состоит из пяти глав, введения и приложений. В конце каждой главыприведены соответствующие выводы.В первой главе подробно рассмотрен современный уровень развитиятехнологий сжижений природного газа и классифицированы циклы ожижения,используемыевмалотоннажноммасштабе.Определенодоминирующееположение одной из существующих технологий.С другой стороны, в процессе анализа информационных источниковвыявлено отсутствие данных о термодинамической эффективности того или12иного процесса ожижения. Степень совершенства используемых цикловопределяется в подавляющем большинстве случаев по величине удельных затратэлектроэнергии. Кроме того, отсутствует научно обоснованная методика анализатермодинамической эффективности используемых циклов ожижения.Во второй главе представлена методика энтропийно-статистическогоанализа малотоннажных установок СПГ.
Методика построена на основе первого ивторого начал термодинамики и на свойстве аддитивности энтропии. При этомиспользуются два источника информации – расчетные величины дополнительныхзатрат работы для компенсации производства энтропии в необратимых процессахреальных установок и статистическая информация о степени термодинамическогосовершенства машин и механизмов.Согласно разработанной методике, в третьей главе проведен анализтермодинамической эффективности и получено распределение затрат энергии поузлам существующих установок СПГ. Определены основные узлы установок,несовершенство процессов в которых определяет эффективность установки вцелом. Получены данные промышленной эксплуатации и проведено ихсопоставление с результатами энтропийно-статистического анализа.Четвертая глава посвящена разработке, созданию и исследованиюустановок сжижения природного газа, работающих по разработанному дроссельэжекторному циклу. Исследовано влияние неконденсирующихся примесей (азот,гелий)висходномэффективностьсоставеприродногорассматриваемойгазаустановки,натермодинамическуюпроведеносопоставлениетермодинамической эффективности установок, работающих по циклам высокогодавления с дросселем и дроссель-эжектором в зависимости от концентрации азотависходномгазе.Разработанныйнаосновепроведенногоэнтропийно-статистического анализа способ ожижения был реализован при созданииожижителя природного газа на базе АГНКС №1 в п.
Развилка Московскойобласти. Получены опытные данные промышленной эксплуатации и проведеносопоставление с результатами энтропийно-статистического анализа.13Пятая глава посвящена разработке перспективных циклов малотоннажныхустановоксжиженияприродногогаза.Показаны путиихдальнейшегосовершенствования. В частности, на основе анализа принципов энергообмена визвестных конструкциях «безмашинных» и низкооборотных расширительныхустройствах предложен криогенератор нового типа – роторный волновойкриогенератор . Разработана математическая модель процессов энергообмена вРВКГ.
Экспериментальным путем получены термобарические характеристики ипроведено сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными.Исследовано влияние режимных и геометрических параметров на эффективностьРВКГ. Предложена перспективная схема цикла установки сжижения, гдеиспользуется разработанное устройство. С помощью энтропийно-статистическогоанализапредлагаемойсхемыпроведеносопоставлениесизвестнымидействующими установками для условий ГРС.Разработаны схемы и проведен энтропийно-статистический анализ циклавысокого давления с предварительным охлаждением в каскадной холодильноймашине и дроссель-эжектором, а также установки с внешним азотнымрефрижераторным детандерным циклом Коллинза.Спомощьюметодаэнтропийно-статистическогоанализапроведеносопоставление эффективности наиболее известных циклов сжижения ПГ насмешанных хладагентах (СХА).14ГЛАВА 1.
Современный уровень развития технологий малотоннажногопроизводства СПГ1.1. Установкивысокогодавлениядросселированиемcипредварительным охлаждениемОдинизпервыхвРФминизаводовпополучениюСПГпроизводительностью 1 т/ч построен на АГНКС №8 в г. Петергоф Ленинградскойобласти представляет собой (Рис. 1.1) классический дроссельный цикл высокогодавления с предварительным охлаждением с помощью фреоновой холодильноймашины (Цикл Линде – Хэмпсона).
Технология обеспечивает сжижение порядка40 % объема газа поступающего в установку. В дальнейшем данная технология вразличныхмодификацияхиспользоваласьприсозданииустановокСПГпроизводительностью 1 т/ч в г. Кингисепп Ленинградской области и двухустановок производительностью 1,5 т/ч в г. Калининграде [89, 102, 103].Рис. 1.1. Схема дроссельного цикла высокого давления с предварительнымохлаждением холодильной машиной на температурном уровне 233 К15Циклы высокого давления с предварительным охлаждением применительнок сжижению природного газа оказалось возможным усовершенствовать путемзамены дросселя на дроссель - эжектор, где кинетическая энергия струирасширяющегося газа используется для сжатия паров ПГ из емкости - хранилища.Впервыетакойдроссельно–эжекторныйциклвысокогодавленияспредварительным охлаждением [93, 97] реализован при создании опытнопромышленной установки на АГНКС№1 в п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
