Диссертация (1024726), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Однако следует учесть, что природныйгаз поступает в установку из магистрального трубопровода под давлением2,2 МПа.Таким образом,электроэнергиисоставятдействительные ожидаемые0,692 кВтч/кг СПГ.удельныеСхематическоезатратыизображениераспределения затрат энергии по элементам установки с внешним азотнымконтуром охлаждения при увеличенных (относительно среднестатистическихзначений, принятых в гл. 2) величинах КПД машинного оборудования показанона Рис. 5.46.231Рис 5.46.
Схематическое изображение распределения затрат энергии, кДж/кг СПГ(кВт·ч/кг СПГ) по элементам установки с внешним азотным контуромохлаждения: ηиз1,2=0,6 и ηS=0,8 (сплошные линии); ηиз1,2=0,65 и ηS=0,835(штриховые линии)2325.5.Сопоставлениеэффективностинаиболееизвестныхцикловсжижения ПГ на смешанных хладагентах (СХА) с помощью методаэнтропийно-статистического анализаПредставляет интерес сопоставительный анализ самой распространенной вмире технологии сжижения ПГ на СХА – SMR [82, 175] и одной из наиболееперспективных – Limum [82]. Компонентный состав природного газа на входе вустановку приведен в таблице 5.4. Параметры в характерных точках определены спомощью программного комплекса Aspen Hysys [144]. В качестве уравнениясостояния использовалась зависимость Пенга-Робинсона.Таблица 5.4Состав природного газаКомпонентN2CH4C2H6C3H8i-C4H10i-C5H12%, об1,0197,490,90,50,050,05В процессе проведения расчетных исследований проводилась оптимизацияследующих технологических параметров: давления на входе в компрессор СХА,давления нагнетания СХА; расхода СХА, температур ПГ после теплообменниковТО-1 и ТО-2, состава СХА.
Целью оптимизации цикла является достижениеминимума значения удельных затрат электроэнергии при соблюдении заданнойминимальной разницы температурв теплообменных аппаратах. В процессерасчета оптимизатор поддерживает температурные напоры в теплообменникахТО-1,ТО-2 и ТО-3 равными 3,0 К, 2,5 К и 2,0 К, что является реальновозможными минимальными величинами для современных промышленныхтеплообменныхаппаратов.Таккакварьируемыепеременныезадаютсянеравенствами, для нахождения целевой функции использовался смешанныйметод, включающий метод Бокса и метод SQP (Sequential quadratic programming метод последовательного квадратичного программирования).
Полученные врезультате оптимизации данные являются параметрами исследуемых циклов в233характерных точках. Последующий энтропийно-статистический анализ былпроведен в соответствии с методикой, изложенной в главе 2. Исходные данные,параметры исследованных циклов в характерных точках, порядок расчетаприведены в таблице П.6.1 и таблице П.6.2.Схема цикла SMR представлена на Рис.
5.47.108105110111107С-2104С-0109106103102101Охл-3Др-4114116Др-3115117Др-2100 100`Охл-2120См-1118119113См-21128КМ-СХА-21КМ-СХА-12С-134567Др-1Охл-1ТО-1ТО-2ТО-39КМ-ПГРис. 5.47. Схема цикла SMR:Др-1, Др-2, Др-3, Др-4 – дроссели; КМ-ПГ – компрессор ПГ; КМ-CXA-1,КМ-CXA-2 –первая и вторая ступени компрессора СХА ; Охл-1, Охл-2,Охл-3 – аппараты воздушного охлаждения ; С-1 – система хранения; С-0, С2 –сепараторы; См-1, См-2 – смесители; ТО-1, ТО-2, ТО-3 –теплообменникиВ таблице 5.5 приведены результаты оптимизации схемы установки СПГработающей по циклу SMR.
Ожидаемым результатом оказалось (см. такжеРис. 5.48, а) уменьшение удельных затрат электроэнергии при снижениитемпературы окружающей среды ТОС.234Таблица 5.5Результаты оптимизационных расчетов установки, работающей по циклу SMRToc,КLуд,кВт·ч/кгСПГLmin,кВт·ч/кгСПГη3000,504745,72900,483280Состав СХА, % об.N2CH4C2H6C3H8C4H10C5H120,3752,6733,8140,89022,620692,40,3672,1633,9236,4217,929,5800,453639,90,3652,1734,3239,5317,236,7402700,421588,10,3632,1933,4844,4315,794,1102600,389537,20,3622,1433,8842,8617,223,902500,366487,10,3542,1932,5951,712,770,740,01При этом характерно уменьшение доли высококипящих компонентов СХА,что связано, очевидно, с ограничениями по отсутствию капельной жидкости навходе в компрессор принятыми при расчете схемы.
Рис. 5.48 также показывает,что с уменьшением температуры окружающей среды ТОС (и соответствующейвеличиныминимальнойработыожиженияLmin)происходиттермодинамической эффективности рассматриваемого цикла.снижение235ηтермLуд, кВтч/кг СПГ0,380,550,3750,50,370,450,3650,40,360,350,3550,30,350,250,3450,2250260270280290ηтермLуд300Тос, Ка)Lуд, кВтч/кгСПГηтерм0,380,550,3750,50,370,450,3650,40,360,350,3550,30,350,250,3450,2ηтерм475525575625675Lуд725Lmin, кДж/кг СПГб)Рис.
5.48. Зависимость величины термодинамической эффективности иудельных затрат электроэнергии цикла SMR от температуры окружающей среды(а) и минимальной работы ожижения (б)Схема цикла Limum, смоделированного в программе Hysys, представлена наРис. 5.49.236116107118121113С-3Др-3104С-2106105103Др-2120См-2Охл-1124125126См-3123122111108Др-0101100 100`102Охл-2109119117См-1С-1115КМ-СХА-2КМ-СХА-1ТО-01121141105Др-112С-47834Др-4Охл-3ТО-1ТО-2ТО-36КМ-ПГРис. 5.49. Схема цикла Limum:КМ-ПГ – компрессор природного газа; КМ-СХА-1, К-СХА-2 – первая и втораяступени компрессора СХА ; Охл-1, Охл-2 – аппараты воздушного охлажденияСХА; Др-0, Др-1, Др-2, Др-3 – дроссели потока СХА; Др-4 – дроссельприродного газа; См-1,См-2, См-3 – смесители; С-1, С-2, С-3, С-4 – сепараторыСХА и ПГ; ТО-0 – теплообменник предварительного охлаждения СХА; ТО-1,ТО-2, ТО-3 – теплообменникиВ таблице 5.6 приведены результаты оптимизации схемы установки СПГработающей по циклу Limum.
Результатом также оказалось (см. также Рис. 5.50)ожидаемоеуменьшениеудельныхтемпературы окружающей среды ТОС.затратэлектроэнергииприснижении237Таблица 5.6Результаты оптимизационных расчетов установки, работающей по циклу LimumToc,КLуд,кВт·ч/кгСПГLmin,кВт·ч/кгСПГη3000,5097852900,471280Состав СХА, % об.N2CH4C2H6C3H8C4H10C5H120,4337,327,6236,87,611,479,22728,40,4297,5828,637,458,1511,566,660,445672,50,4277,8728,6439,568,838,796,32700,432617,40,4047,7729,0938,7310,318,016,082600,4075630,3947,8931,7137,4511,938,342,68Остальные результаты анализа аналогичны выводам, полученным прианализе цикла SMR (см. Рис.
5.50).238ηтерм0,50,550,480,50,450,460,4ηтерм0,35Lуд0,440,420,30,40,250,380,2260270280290300Тос, Ка)Lуд, кВтч/кг СПГηтерм0,480,470,460,450,440,430,420,410,40,390,380,550,50,450,40,35ηтермLуд0,30,250,2550600650700750800Lmin, кДж/кг СПГб)Рис. 5.50. Зависимость величины термодинамической эффективности иудельных затрат электроэнергии цикла Limum от температуры окружающейсреды (а) и минимальной работы ожижения (б)Распределение затрат энергии для компенсации производства энтропии поэлементам и узлам установок, работающих по циклу SMR и циклу Limum,представлены на Рис. 5.51 и Рис. 5.52.239Рис. 5.51. Распределение энергетических потерь по узлам установок, работающихпо циклу SMR и циклу Limum:Цикл LimumЦикл SMRСогласно таблице 5.5 и таблице 5.6 отличительной особенностью циклаLimum является повышенное (по сравнению с циклом SMR) содержание240высококипящихкомпонентоввСХА.Поэтомупослемежступенчатогоохладителя компрессора в цикле Limum происходит частичная конденсация СХА,чтопозволяеторганизоватьдополнительнуюступеньпредварительногоохлаждения (теплообменник ТО – О и дроссель Др-1 на Рис.
5.49).ΔL, кДж/кг СПГ900,0800,0700,0600,0500,0Limum400,0SMR300,0200,0Охладите…См-3См-2См-1ΔLосТО-3ТО-2ТО-1ТО-0Др-4Др-3Др-2Др-1Сеп-ПГДр-ПГКМ СХАКМ ПГLmin ожиж0,0Lmin охл…100,0Рис. 5.52. Сопоставление затрат энергии по узлам установок, работающих поциклу SMR и циклу Limum:СХА – компрессор смесевого хладагента; ПГ – компрессор природного газа;Сеп- ПГ – сепаратор ПГ; Др-1– дроссель ПГ; Др-2, Др-3, Др-4 – дросселиСХА; ТО-О, ТО-1, ТО-2, ТО-3 – теплообменные аппаратыДанное обстоятельство дает возможность уменьшить величину относительногорасхода СХА, что в свою очередь, приводит к снижению затрат энергии вкомпрессоре СХА и теплообменниках ТО-1, ТО-2.
Таким образом, величинатермодинамическойтермодинамическойэффективностиэффективностициклациклаLimumSMRнаисследованном диапазоне температур окружающей среды.большевеличины10-12 %вовсем2415.6. Оценкатермодинамическойэффективностисовременныхмалотоннажных установок сжижения природного газаНа Рис.
5.53 приведены зависимости термодинамической эффективности отминимальной работы ожижения для различных циклов ожижения, построенныена основе данных, полученных в настоящей работе и результатов имеющихся воткрытых источниках информации. Исходными данными, принятыми прианализе, являются значения изотермического и адиабатного КПД компрессора 0,6и 0,8, соответственно, а также величина адиабатного КПД детандера 0,8.Величина термодинамического совершенства, минимальная работа ожижения,действительная затраченная работа рассчитывались по формулам (4), (5), (6) и (7)гл.
2, соответственно. Во всех случаях (за исключением турбодетандерного цикласреднего давления) использовался ПГ с давлением выше критического значения,что предопределяет малые значения минимальной работы ожижения. Снижениеминимальной работы ожижения возможно вследствие следующих факторов:низкая температура окружающей среды (например, в условиях Арктики икрайнего севера), высокое давление ПГ на входе в установку, получаемыйпродукт (СПГ) находится под давлением выше атмосферного, повышенноесодержание высококипящих компонентов.242η0,50,450,40,350,30,250,20,150,10,0502503504505506507508509501050lmin, кДж/кг СПГРис.5.53. Зависимость термодинамической эффективности малотоннажныхустановок СПГ от минимальной работы ожижения при принятых в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
