Диссертация (1024726), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Ввиду примерно постоянного значения «противодавления»АН данный процесс можно классифицировать как выхлоп. Для расчета значениятемпературы выходного активного газа можно использовать зависимости,рекомендованные в [7].На Рис. 5.35 показано сопоставление экспериментальных данных срезультатами расчета по разработанной математической модели и даннымирасчета согласно формулам описывающим процесс выхлопа. Анализ полученныхрезультатов показывает, что обе предложенные модели описывают процессы вРВКГ с точностью ~10 %. Это позволяет использовать известные зависимостидля процесса выхлопа при разработке схемных решений установок сжижения ПГ.Однако при проектировании РВКГ требуется применение разработаннойматематической модели.213Рис.
5.35. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений адиабатногоКПД РВКГ от степени расширения при значении δ=0,045 мм:– расчет по уравнению выхлопа Т 3 T1аак (1 P3аак(k 1))P1аак[7];k– расчет по математической модели;– экспериментальные данныеНа Рис. 5.36 показано сопоставление экспериментальных данных срезультатами расчета величины изменения температуры сжатия пассивного газаот степени расширения активного потока.
Расхождение результатов расчета сполученными опытными данными не превышает ~20 % в области степенейрасширения πк ≥ 2,0 и 30 % при πк < 2,0.214Рис. 5.36. Сопоставление экспериментальных и расчетных значений величиныизменения температуры сжатия пассивного газа от степени расширения активногопотока при значении δ=0,045 мм:– расчет согласно математической модели– экспериментальные данныеСопоставление опытных данных и результатов расчета зависимостизначенийотносительногорасхода пассивногопотокаGп/Gа от степенирасширения активного показано на Рис. 5.37. В области значений степенирасширения πк ≥ 2,0 расхождение результатов расчета с полученными опытнымиданными не превышает ~7 %, что фактически представляет собой погрешностьизмерений.
Заметное расхождение (~24 %) расчетных и опытных данных приπк < 2,0 объясняется большой погрешностью измерения малых значений расходапассивного газа. Очевидно, что данное обстоятельство также вносит вклад врасхождение экспериментальных данных с результатами расчета величиныизменения температуры сжатия пассивного газа (Рис. 5.36). При этом расчетное215значение расхода активного газа совпадает с экспериментальными данными навсем интервале степеней расширения в пределах погрешности измерения.Рис.
5.37. Сопоставление опытных данных и результатов расчета зависимостизначений относительного расхода пассивного потока от степени расширенияактивного:- - - - - результаты расчета согласно математической моделипри среднем осевом зазоре 0,045 мм;- экспериментальные данные при среднем осевом зазоре 0,045 мм2165.2. Энтропийно–статистическийанализтермодинамическойэффективности установки среднего давления с РВКГ для условий ГРСАнализ термодинамической эффективноститехнологии сжижения ПГ вусловиях ГРС с помощью ТДКА, проведенный в гл. 3, показывает, чтокоэффициент ее термодинамического совершенства не превышает 17 %, а затратыэнергии на компенсацию производства энтропии в ТДКА оставляют свыше 25 %суммарных. Надо отметить, что и другое решение проблемы созданиявысокоэффективных малотоннажных производств СПГ, а именно – с помощьювнешнего азотного цикла, подразумеваетиспользование ТДКА в качествегенератора холода.В МГТУ им.
Н.Э. Баумана был разработан принципиально новый типгенератора холода – роторный волновой криогенератор (РВКГ). Особенностиработы РВКГ заключаются в том, что также как и в ТДКА компрессияосуществляется за счет энергии расширяющегося газа, но в отличие от последнегостепень повышения давления примерно равна степени сжатия, а величинакомпримируемого потока составляет 20-25 % от величины детандерного. Исходяиз этого, предложена следующая схема установки сжижения (Рис.
5.38.).Дроссельный поток проходит очистку от диоксида углерода, охлаждаетсяпоследовательно в теплообменных аппаратах и частично сжижается послерасширения в дроссель-эжекторе ЭЖ. Другая часть газа расширяется в детандередо давления 0,71 МПа. Газовая фаза после отделения в сосуде-сепараторе в видепотока низкого давления (0,71 МПа) после дроссельного теплообменниканаправляется в теплообменник, где обратным потоком охлаждает поток газанаправляемыйнадросселирование[98].Отличительнойособенностьюпредлагаемой схемы является увеличение потока направляемого на ожижение бездополнительных затрат работы «удаленного» компрессора КМ путем отборачасти обратного потока низкого давления после верхнего теплообменника, сжатиеего до давления прямого в компрессионной части РВКГ и смешения с217дроссельным на входе в верхний аппарат.
Тепло сжатия при этом сбрасывается вокружающую среду с помощью аппаратов воздушного охлаждения.Рис. 5.38. Схема установки c двухступенчатым РВКГ [98]:КМ – «удаленный» компрессор магистрального газопровод; РВКГ 1, РВКГ 2 –первая и вторая ступени РВКГ; ТОА1, ТОА2- основной и дроссельныйтеплообменники; АВО1, АВО2 – аппараты воздушного охлаждения; Сеп1 –сепаратор, Сеп2 – хранилище СПГ; Др 1 – дроссель ожижителя, Эж – дроссель –эжекторИсходныеданные,необходимыедляпроведенияэнтропийно–статистического анализа, идентичны данным приведенным в гл.
3. НеобходимыепараметрыРВКГпринималисьнаосноверезультатовисследования,представленных в предыдущем параграфе. Характеристики в расчетных точкахцикла были определены с помощью программного комплекса Aspen HYSYS [144]и приведены в таблице П.3.1. В качестве уравнения состояния использоваласьзависимость Ли - Кеслера. Порядок расчета и результаты энтропийно–218статистического анализа затрат энергии на генерацию энтропии в основных узлахтакже приведены в приложении П.3 и в таблице П3.1.Изображение цикла с РВКГ в T-S диаграмме приведено на Рис.
5.39.Рис. 5.39. Схематическое изображение цикла установки сжижения природногогаза c РВКГ в T-S координатахСхема распределения затрат энергии на генерацию энтропии по узламустановки приведена на Рис. 5.40.Результаты энтропийно статистического анализа показали, что установкасжижения природного газа, работающая по циклу среднего давления с РВКГ,имеет термодинамическую эффективность 0,171. При этом основной вклад вэнергозатраты, связанные с производством СПГ, вносят несовершенствопроцессов в детандерной части РВКГ - 23 %,теплообменнике ТОА1 – 6 %,дроссель – эжекторе – 6 %. Следует отметить отсутствие потерь при передаче219мощности от детандерной части РВКГ к компрессионной, что являетсяпринципиальным отличием РВКГ от традиционных турбодетандеров.Рис. 5.40. Схема распределения затрат энергии в установке СПГ среднегодавления использующей цикл с РВКГ для условий ГРСВтаблице 5.1приведенытермодинамическиепараметрыустановоксжижения природного газа среднего давления для условий ГРС основанных наприменении турбодетандера традиционной конструкции и РВКГ.220Таблица 5.1Термодинамические параметры установок сжижения природного газа среднегодавления для условий ГРС, основанных на применении турбодетандератрадиционной конструкции и РВКГКоличествоперерабатываемого газа,кг/чПроизводительность поСПГ при давленииотгрузки 3,5 бар, кг/чМинимальная работаожижения , кДж/кг СПГРасчетная суммадействительныхэнергозатрат,кДж/кг СПГКоэффициент ожиженияСтепеньтермодинамическогосовершенстваСходимость расчетныхзначений энергозатрат %НесмотрянаУстановка с ТДКА( Екатеринбург, ГРС-4)Установка с РВКГ2766027660300025006157203663(1,01 кВт·ч/кг СПГ)4078(1,13 кВт·ч/кг СПГ)0,1080,08870,1750,1711,70,5несколькоболеенизкийкоэффициентожижениятермодинамическая эффективность установки, использующей двухступенчатыйРВКГ, близка по эффективности к турбодетандерной технологии вследствиеболее рационального использования энергии расширения.На основе затрат на изготовление опытного образца РВКГ была проведенапримерная оценка стоимости промышленного агрегата для установки сжиженияприродного газа производительностью 3 т/ч СПГ.
Как и ожидалось, затраты наизготовление РВКГ оказались в 4-5 ниже цен на традиционные турбодетандеркомпрессоры, широко используемые в криогенной технике. Общая ожидаемаяэкономия может составлять до 25 % от общей стоимости установки. Провестиболее подробный сравнительный анализ себестоимости не представляется221возможным ввиду того, что структура цены изготовления представляеткоммерческую тайну каждого предприятия.5.3. Энтропийно–статистическийэффективностиустановкивысокогоанализдавлениятермодинамическойспредварительнымохлаждением в каскадной холодильной машине и дроссель эжекторомРезультаты энтропийно-статистического анализа установки, работающей подроссельному циклу высокого давления с предварительным охлаждением науровне 203 К (-70 0С), приведённые в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
