Диссертация (1024726), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Схема цикла с дросселированием жидкой фазы СХА, отделяемой послемежступенчатого охладителя компрессора и дополнительным дроссельнымциклом в контуре сырьвого ПГДанная технология рекомендована фирмой производителем для установоксглаживания пиков потребления малой и средней производительности [82, 165].Логическим развитем предыдущей схемы представляется технологиязапатентованная фирмой Linde под названием LIMUM (Linde multistage mixedrefrigerant) [82]. Так же, как в предыдущей схеме, жидкость образующаяся вмежступенчатом охладителе и отделяемая в первом сепараторе С1 направляется впервый теплообменник криогенного блока и затем дросселируется до давленияобратного потока. Отличием представленной на Рис.
1.29 технологии являетсяналичие второго сепаратора С2, где образующаяся после концевого холодильникажидкость отделяется, дросселируется до давления межступенчатого сжатия иохлаждает поток жидкости после первого сепаратора С1 в отдельномтеплообменнике.
В общем случае в состав хладагента входят азот, метан, этан,пропан, бутан и пентан. Рекомендуется для заводов СПГ малой и среднйпроизводительности.42Рис. 1.29. Схема цикла с дросселированием жидкой фазы СХА, отделяемой какпосле межступенчатого, так и после концевого охладителя компрессораСхема упрощенного варианта предыдущего цикла представлена наРис. 1.30. В данном случае присутствуют только две ступени охлаждения придвух уровнях давления расширения с одним сепаратором жидкой фазы СХАпосле концевого охладителя компрессора. Запатентована фирмой Linde как Basicsingle flow LNG (Базовый однопоточный цикл).Рис.
1.30. Схема цикла c двумя уровнями давления расширения идросселированием жидкой фазы СХА, отделяемой после концевого холодильникакомпрессора43Процесс использован для снабжения СПГ паромов в г. Bergen (Норвегия),для снабжения автозаправок в Long Island, Laporte, Boise и Omaha(США), в г.Штутгарте (Германия). В качестве СХА чаще всего используется смесь азота сметаном [82].Схема цикла с тремя ступенями охлаждения и одним уровнем давлениярасширения под названием OFC (Open fluid cascade cycle – открытыйоднопоточный каскадный цикл) фирмы Linde представлена на Рис.
1.31.Используется в установках сглаживания пиков газопотребления. В процессемногоступенчатого охлаждения происходит выделение тяжелых фракций вжидком виде и их последующее дросселирование. Образовавшиеся парынаправляются на всасывание компрессора [82].Рис. 1.31. Схема цикла с тремя ступенями охлаждения и одним уровнем давлениярасширенияИнститут газовых технологий GTI (Gas Technology Ins.
США), с цельюсоздания максимально дешевой технологи сжижения природного газа, разработалсхему,представленнуюнаРис. 1.32.Процесссжиженияоснованнаиспользовании стандартного маслозаполненного винтового компрессора ивнешнего холодильного дроссельного цикла на многокомпонентной (азот, метан,этан, изобутан и изопентан) смеси. Наличие маслозаполненного винтовогокомпрессора требует специальной трехступенчатой системы очистки от масла:сепаратора и двух коалесцентных фильтров, которые удаляют 99,995 % масла.44Кроме того, в качестве смазки используется полиальфаолефиновое синтетическоесоединение, обладающее чрезвычайно низким давлением насыщенных паров [82,132].Рис.
1.32. Схема цикла с простым дросселированием СХА, основанная наприменении стандартного винтового маслозаполненного компрессораЛаборатория энергетических исследований Sintef (Норвегия) получилапатент на технологию под названием Mini LG, которая предназначена дляутилизациипопутногонефтяногогазаигазамалодебитныхскважин.Конденсация очищенного и осушенного газа осуществляется за счет холодавнешнего холодильного цикла. В качестве хладагента используется смесь метана,этана и азота.
Особенность представленной на Рис. 1.33 технологии заключается вмаксимально возможном использовании стандартного оборудования.45Рис. 1.33. Схема цикла с разделением обратного потока для реализации процессатеплообмена в стандартных аппаратах.Для этого обратный поток разделен на два потока, и процесс теплообменареализуется в ряде параллельных аппаратов [162, 163]. Технологическоеоборудование предназначенное для реализации данного процесса размещается вдвух ISO контейнерах, один из которых содержит систему очистки и осушки,другой – винтовой компрессор и криогенное оборудование.Технологию сжижения, совмещающую преимущества цикла Клименко ицикла высокого давления Линде предложил ПАО «Криогенмаш» [66,88]. Схемаустановки сжижения ПГ на базе АГНКС приведена на Рис.
1.34.46ВходПГПодготовкаОборудование АГНКССжатие иохлаждение ПГ1Ресиверы в/дОсушка ПГ24Оборудованиеустановки СПГ367511128910СПГРис. 1.34. Схема цикла ожижителя высокого давления с использованием цикла наСХА в качестве предварительного охлажденияПринцип работы установки заключается в следующем. Сжатый до давления19-20 МПа ПГ после охлаждения и отделения масла в маслоотделителяхкомпрессорной установки 1, подвергается осушке в адсорбционном блоке 2, затемнаправляют в теплообменник 3, в котором ПГ охлаждаетсядо температурыпорядка 200 - 230 К и дросселируется в дросселе 4 до промежуточного уровнядавления.
Образовавшуюся парожидкостную смесь разделяют в сепараторе 5:паровую фазу направляют в теплообменники 6 и 7 для дальнейшего охлаждения,а жидкость дросселируется до давления обратного потока. Охлажденная втеплообменнике 6 большая часть прямого потока дросселируется в основномдросселе 8 до давления обратного потока, в сепараторе 9 отделяется сжиженныйприродный газ (СПГ), который затем отводится в хранилище 10, а пары изсепаратора 9 в качестве обратного потока направляются в теплообменник 7. Дляподдержания состава циркулирующего в цикле газа служит дроссель 12, черезкоторый отводят излишки высококипящих компонентов в сепаратор 9.
Данная47технология позволяет, по мнению специалистов ПАО «Криогенмаш», уменьшитьна 8 % затраты электроэнергии на производство СПГ по сравнению страдиционным циклом высокого давления с предварительным охлаждением иизбежать затрат на приобретение фреоновой холодильной машины. Однакореализация данной схемы представляется затрудненной вследствие сложностиподдержания оптимального состава хладагента в открытом совместном контуреПГ и СХА.1.4.
Выводы по главе 11. Анализ мирового уровня развития малотоннажного производства СПГпоказывает, что определяющими факторами при выборе технологии являютсянизкие капитальные затраты, надежность, простота обслуживания, модульность,максимально возможное использование стандартного оборудования;2. В подавляющем большинстве случаев эффективность процесса ожиженияПГ определяется только величиной удельных затрат электроэнергии;3.
Все многообразие технологий, используемых для сжижения ПГ, можноклассифицировать по способу получения холода и виду рабочего тела следующимобразом: циклы высокого давления с дросселированием и предварительнымохлаждением (циклы Линде – Хэмпсона), циклы, использующие СХА (различныемодификации цикла А.П. Клименко), турбодетандерные циклы с внешнимазотным охлаждением и дросселированием (циклы Клода и обратный циклБрайтона) и турбодетандерные циклы, использующие ПГ в качестве хладагента;4. Из всей гаммы присутствующих на мировом рынке технологий сжиженияприродногогазадоминирующимявляетсяпроцесссоднимвнешнимхолодильным циклом на СХА запатентованный фирмой APCI (Air Products andChemicals Inс.) под аббревиатурой SMR (Single mixed refrigerant – единственныйсмешанный хладагент). По данным [57] доля малотоннажных установок СПГреализующих данный процесс достигает 80 % от их общего мирового количества.Менее широко представлены установки реализующие цикл высокого давления с48предварительным охлаждением (цикл Линде – Хэмпсона) и технологии,использующие внешнее азотное охлаждение (цикл Клода и обратный циклБрайтона).49ГЛАВА 2.
Методика энтропийно-статистического анализа малотоннажныхустановок ожижения природного газа2.1. Современные методы анализа термодинамической эффективностикриогенных установокСовременный подход к анализу эффективности криогенных установокзаключается в обязательном учете первого и второго начал термодинамики. Приэтом строго соблюдается принцип сохранения энергии и дается представление оминимально возможных затратах работы на трансформацию теплоты вобратимых процессах.
Степень необратимости процессов, а также величинаработы,требующаясядлякомпенсациинеобратимости,характеризуетсявеличиной T0ΣΔS (производством энтропии в каждом узле установки).Существует два метода анализа термодинамической эффективности: методэксергетических потоков (эксергетический метод) и вычитания эксергетическихпотерь (энтропийный метод). Метод эксергетических потоков заключается ввычислении потоков энергии, изменение которых позволяет анализироватьэффективность различных узлов и элементов установки. Энтропийный методпозволяет без расчета всех энергетических потоков рассчитать потери, которыезатем суммируются.
Это позволяет вычислить действительные затраты напродукцию криогенной установки как сумму потерь и минимально возможнойзатраты энергии в обратимом цикле.«Эти методы анализа строго обоснованы и оба приводят к вернымрезультатам. Различие между ними имеет главным образом методологическийхарактер». (Техника низких температур. Архаров А.М. [и др.].
2-е изд.М.:Энергия. 1975. 511 с.). «Предпочтение той или иной разновидноститермодинамического метода в значительной степени зависит от представлениячитателяопростотеанализа».(ГохштейнД.П.Современныеметодытермодинамического анализа энергетических установок. М.:Энергия. 1969.368 с.).50В настоящее время энтропийный метод получил дальнейшее развитие. Вработах А.М.
Архарова и. В.В. Сычева [3, 4, 6, 13] реализована попыткавзаимосвязать два источника информации - энтропийный метод анализаэнергетических потерь и накопленную в течение более ста лет практическойдеятельности экспериментальную статистическую информацию о степенитермодинамической эффективности созданных машин и установок. Развиваяидеи Карно, Клаузиуса, Гюи-Стодолы о необходимости дополнительных затратработы для компенсации производства энтропии в необратимых процессах,авторыпредлагаюттермодинамическогоучитыватьстатистическуюсовершенстваконкретныхинформациюустановок.оВстепенирезультатепоявляется возможность расчета вероятного значения величины действительныхэнергетических затрат уже на стадии проектирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
