Диссертация (1024726), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Для предварительного охлаждения применена ПКХМ на основепоршневого компрессораК-127, холодопроизводительностью (холодильноймощностью) 175 кВт при температуре 238 К.Исходные данные для определения характеристик метанового цикла:TO.C.  300K– средняя температура окружающей среды;Т3 = 238 К– температура предварительного охлаждения метана;RCH4  0,51834Джкг  К– газовая постоянная метана;P1 = 24,5 МПа- давление сжатия;P10 = 0,6МПа- давление всасывания;P6 = 0,6 МПа- давление при отгрузке жидкости;T1  10К- неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике №1на уровне T1  300К , (величина недогрева обратного72потока);- неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике №3T2  5Кна уровне предварительного охлаждения T2  238К ;ВqО.С 1,5кДжкг сж.СН 4- удельная величина теплопритоков из окружающейсреды к контуру В (предварительному теплообменнику№1);АqО.С 3,7кДжкг сж.СН 4C p  2, 227кДжкг  КCH  0,6674кгнм3ηиз = 0,6- удельная величина теплопритоков из окружающейсреды к контуру А (к основному теплообменнику №3);- теплоемкость метана при нормальных условиях;- плотность метана при нормальных условиях;- изотермический КПД процесса сжатия метана вкомпрессоре.Принципиальная схема установки, работающая по дроссельному циклу,показана на Рис.

3.1.Расчеты приведены к 1 кг сжимаемого метана навсасывании в компрессор. На Рис. 3.2 показано изображение цикла в T-Sкоординатах.73Рис. 3.1. Принципиальная схема установки, работающей по дроссельному циклу спредварительным охлаждением ПКХМ на температурном уровне 233 К [102, 103]:I– компрессор СН4 с системой отвода теплоты сжатия qсж, II – теплообменник№1(предварительный), III – двухступенчатая поршневая парокомпрессионнаяхолодильная машина К-127:К – компрессор R22; К.Х.

– концевой холодильник;КОН – конденсатор; Др – дроссель, IV – теплообменник №2 (фреоновыйиспаритель), V – теплообменник №3(основной)VI – дроссель,VII – хранилище СПГ74Рис. 3.2. Схематическое изображение дроссельного цикла для установкисжижения природного газа в T-s координатахОпределение основных характеристик рабочих процессов цикла иустановки.Результаты расчетов параметров установки в характерных точках цикласведены в таблицу 3.1.Таблица 3.1Параметры установки в характерных точкахТочкиДавление Температураp, МПаT, KЭнтальпияi, кДж/кгЭнтропияs, кДж/кгК12345124,5300875,744,00224,5280803,593,75324,5238641,573,1375Таблица 3.1 (продолжение)12345424,5206520,452,5850,6139520,453,3360,6139257,681,4370,6139706,724,6780,6233920,035,8590,62901045,896,34100,63001068,466,41Коэффициент ожижения x определяется из энергетического баланса дляконтура А (Рис.

3.1):i3  qÎA.Ñ  x  i6  (1  x)  i8 , êã.æèäê.ÑÍ 4 i8  i3  qÎA.Ñ 920, 03  641,57  3, 7x 0, 415 .i8  i6920, 03  257, 68 êã.ñæ.ÑÍ 4 Тепловая нагрузка ПКХМ определяется по уравнению энергетическогобаланса для контура B (Рис. 3.1):i1  qÎB.Ñ  i8  (1  x)  i3  i9  (1  x)  qï ð.î õë ,qï ð.î õë  i1  qÎB.Ñ  i3  (i8  i9 )  (1  x)  875,74  1,5  641,57  (920,03  1045,89)  (1  0, 415)  162, 02êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Полная удельная холодопроизводительность цикла:76qx ï î ëí  i10  i1  i2  i3  1068, 46  875,74  803,59  641,57  354,74êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Работа изотермического сжатия в компрессоре:lèçCH4  T10  (s10  s1 )  (i10  i1 )  300  (6, 41  4,00)  (1068, 46  875,74)  530, 28êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Действительная работа сжатия метана (при ηиз = 0,6):läåéñòâ.CH4 lèçCH4ηèç530, 28êÄæ 883,80,6êã ñæ.ÑÍ.4Минимальная удельная работа, необходимая для ожижения 1 кг СН4 придавлении на входе в установку и давлении отгрузки 0,6 МПа:lmin î æèæ.ÑÍ 4  T0  (s10  s6 )  (i10  i6 )  300  (6, 41  1, 43)  (1068, 46  257,68)  683, 22êÄæêã æèäê.ÑÍ 0,194êÂò  ÷êã æèäê.ÑÍ.4Цикл предварительного охлаждения (на R22).Исходные данные для определения характеристик цикла ПКХМ на R22при предварительном охлаждении:Т Xнач  280 К – начальная температура метана на входе в испаритель ХМ;Т Xкон  238 К – конечная температура метана на выходе из испарителя ХМ;ТО.С.

= 300 К – средняя температура окружающей среды.Выбраны значения следующих величин:Tн  233К– средняя температура рабочего тела (R22) в испарителе (т.е.теплообменнике нагрузки) при давлении 1,04 бар;Tк  313К– средняя температура конденсации R22 при давлении сжатия7715,28 бар;ηад = 0,8–адиабатныйКПДтермодинамическогокомпрессора, выражающийсовершенствапроцессастепеньсжатиявадиабатных условиях;qо.с.=1,5êÄæêã.R22– средняя величина удельных теплопритоков из окружающейсреды к холодному блоку.Схема цикла ПКХМ дана на Рис. 3.3.Рис. 3.3. Схематическое изображение холодильного фреонового (R22) цикла вкоординатах T-S:1 – 5 – характерные точки цикла, параметры которого приведены в таблице 3.2Определение основных характеристик рабочих процессов циклапредварительного охлаждения (на R22).По исходным данным определены параметры точек цикла ПКХМ (см.Рис.

3.3), которые приведены в таблице 3.2.78Таблица 3.2Параметры в характерных точках ПКХМТочки1Давление ТемператураP, МПаT, K1,04233Энтальпияi, кДж/кг388,55Энтропияs, кДж/кг К1,83215,28383,62477,571,882ад15,28361,1458,791,83315,28313416,551,7415,28313249,471,1751,04233249,471,23Полная удельная холодопроизводительность цикла:(qх)полн= i1 – i4 = i1 – i5 = 388,55 – 249,47 = 139,08êÄæ.êã.R22Реальная («полезная») удельная холодопроизводительность:(qх)реал= (qх)полн- qо.с.

=139,08 - 1,5 = 137,58êÄæ.êã.R22Соотношение полной и полезной холодопроизводительностей:z(qx )полн 139,08 1,011 .(qx ) реал 137,58Минимально необходимая работа для генерации холода (qх)полн:lmin  (qx )ï î ëí T0  Tx300  238êÄæ 139,08  36, 23.Tx238êã.R2279Адиабатная работа сжатия:làä  i2 àä  i1  458, 79  388,55  70, 24êÄæ.êã.R22Действительная затрачиваемая удельная работа сжатия (с учетом ηад≈ 0,8):lcжR 22 lадад70, 24 89,02 êÄæ ,0,8êã.R22[проверка:lñæ  qñæ  (qõ )ï î ëí  i2  i4  (i1  i4 )  477,57  249, 47  139, 08  89, 02êÄæ].êã.R22Степень термодинамического совершенства цикла ПКХМ: ПКХМ l minlсж.R 2236,23 0,407 .89,02Величина холодильного коэффициента при адиабатном сжатии:Õ  qõ ï î ëílàä139, 08êÄæ (õî ëî äà) 1,98.70, 24êÄæ (ðàáî òû )Величина коэффициента удельных затрат мощности при адиабатном сжатиив этом цикле:1Õ1êÄæ (ðàáî òû ) 0,505.1,98êÄæ (õî ëî äà)80Необходимый расход фреона для охлаждения 1 кг CH4 в установившемсярежиме:yêÄæêã ñæ.ÑH 4êã R22 1,17.êÄæêã ñæ.ÑH 4139, 08êã R22162,92qï ð.î õë(qõ )ï î ëíЗатраты работы в парокомпрессионной установке:êã R22êÄæêÄæ 89,02 104, 24êã cæ.ÑÍ 4êã R22êã ñæ.ÑÍ 4 .lÏ ÊÕÌ  y  lñæ .R 22  1,17Минимальная работа, необходимая для охлаждения метана, равна:lmin.î õë.ÑÍ 4  Ò0  (s2  s3 )  (i2  i3 )  300  (3,75  3,13)  (803,59  641,57)  23,98êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Величина работы, минимально необходимая для генерации холода (q х)полн,равная в пересчете на 1 кг СН4:l 'min  lmin  y  36, 23 1,17  42, 43ЭффективностьиспользованияПКХМêÄæ.êã ñæ.ÑÍ 4дляожижительной установке:ψlmin î õë.ÑÍ 4l 'min23,98 0,565 ,42, 43охлажденияметанав81или, другими словами, степень термодинамического совершенства ПКХМ вожижительном цикле снижается до значений:(ηòåðì ) 'Ï ÊÕÌ  (ηòåðì )Ï ÊÕÌ  ψ  0, 407  0,565  0, 23 ,(Проверка: (ηòåðì ) 'Ï ÊÕÌ lmin î õë.ÑÍ 4lÏ ÊÕÌ23,98 0, 23 !).104, 24Энтропийно-статистический анализ распределения затрат энергии накомпенсацию производства энтропии в основных узлах и процессахожижительной установки.Метановый контур:Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике 1:  (s9  s8 )  (1  x)  (s1  s2 )  (6,34  5,85)  (1  0, 415)  (4,0  3,75) STO1 0, 04êÄæ,êã ñæ.ÑÍ 4  K  TÎ Ñ  STO1  300  0,04  12lTO1êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике 3:  (s8  s7 )  (1  x)  (s3  s4 )  (5,85  4,67)  (1  0, 415)  (3,13  2,58) STO3 0,14êÄæ,êã ñæ.ÑÍ 4  K82  TÎ Ñ  STO3  300  0,14  42lTO3êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в дросселе:  s5  s4  3,33  2,58  0,75SÄÐêÄæ,êã ñæ.ÑÍ 4  K  TÎ Ñ  SÄÐ  300  0, 75  224, 4lÄÐêÄæêã ñæ.ÑÍ.4Затраты работы на компенсацию теплопритоков из окружающей среды:φÀ lèçiTï ð.î õë529,98 1,84 ,288,78(lÎ Ñ )A  qÎAÑ  φA  3, 7 1,84  6,81êÄæêã ñæ.ÑÍ.4В итоге суммарная работа изотермического сжатия в метановом цикле,затрачиваемая на компенсацию части lmin и производства энтропии:  lTO3  lÄÐ  (lÎ Ñ ) A  (lmin.î æèæ.ÑÍ 4  x  lmin î õë.ÑÍ 4 )  12  42  224, 4  6,81 l 'ÑÍ 4  lTO1(683, 22  0, 415  23,98)  544,75êÄæêã ñæ.ÑÍ.4Сходимость расчета энергозатрат по метановому контуру:83lèçCH4  530, 28êÄæêã ñæ.ÑÍδ  544, 75  530, 28  14, 47êÄæêã ñæ.ÑÍ,4, т.е.

2,7 %.4Контур предварительного охлаждения (R22):Максимальная величина работы, которая могла бы быть возвращена приохлаждении R22 от температуры T2 ад = 361,1 К до T3 = 313,0 К и передаче этойтеплоты ( i2ад  i3 ) в окружающую среду обратимым путем:lmax  (i2àä  i3 )  TÎ Ñ  (s2àä  s3 )  (458,79  416,55)  300  (1,83  1,7)  3, 24ЭтавеличинаопределяетминимальнонеобходимуюêÄæ.êã R22работудлякомпенсации производства энтропии в концевом холодильнике компрессора(КХ):l 'Ê.Õ  lmax  3, 24НеобходимыеминимальныеêÄæ.êã R22удельныезатратыработысжатиядлякомпенсации производства энтропии в конденсаторе (КОН):S 'êî í  qêî í 1 TÎ Ñ  1 TK   (i3  i4 ) 1 TÎ Ñ  1 TK    416,55  249, 47   1 300  1 313  0, 02êÄæ,êã R22  Ê84êÄæ.êã R22l 'êî í  Ò0  S 'êî í  300  0, 02  6Необходимыеминимальныеудельныезатратыработысжатиядлякомпенсации производства энтропии при дросселировании:S 'äð  S5  S4  1, 23  1,17  0, 06l 'äð Ò0  S 'äðzêÄæ,êã R22  Ê300  0,06êÄæ 18,57.1,011êã R22Необходимая минимальная работа сжатия для компенсации производстваэнтропии в теплообменнике нагрузки (т.е.

Характеристики

Список файлов диссертации