Диссертация (1025173), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Схематическое изображениераспределения затрат электроэнергии на компенсацию производстваэнтропии в узлах установки приведено на Рис. 3.11.Рис. 3.11. Схематическое изображение распределения затрат энергиипо элементам установки УСПГ-1,5, разработанной ОАО «Криогенмаш»со степенью термодинамического совершенства 0,21279Действительная суммарная работа, затрачиваемая на сжатие ПГ и R22,равна:l ∑ действ == 0,553l из ПГ 1 l ад R22331,172161,038кДж+ ⋅=+⋅= 1992=η из ⋅ x x η ад0,6 ⋅ 0,315 0,315 0,8кг жидк. ПГкВт ⋅ ч.кг жидк. ПГСтепень термодинамического совершенства установки ожижения СН4:η терм =l min ожиж.
ПГ 422,7== 0,212 .l ∑ действ1992Энтропийно-статистический анализ, проведенный с использованиемданных по неразделенному природному газу, получается более близкимк реальности, и позволяет оценить влияние состава поступающего газана показателиустановки.Сдругойстороны,сопоставлениес приведенными ранее расчетами в пунктах 3.2 и 3.3.1 убеждает в том, чторасчет, проведенный на чистом метане, несомненно, достоверен и даетдостаточно точное представление об энергетических потерях в элементахустановки, благодаря чему возможно определить узлы и агрегаты, которыенеобходимо совершенствовать или заменять, без проведения болеесложного анализа с учётом состава природного газа.Введение дополнительных элементов в установку для повышениячистоты продукта снижает эффективность цикла (термодинамический КПДснизился на 28%), но позволяет уменьшить содержание азота в продуктев 2 раза.
Поэтому важно отметить, что и схема, и конструктивное решениеустановки должны разрабатываться с учетом состава поступающегов установку природного газа.Проведенныйэнтропийно-статистическийанализутверждать, что наибольшие энергетические «потери»при сжатиивдля повышениякомпрессорахипритермодинамическойрасширениивэффективностипозволяетпроисходятэжекторах,инеобходимосовершенствовать данные узлы или заменять их. Сравнение трех установокмалой производительности для ожижения природного газа показывает, что80наименьшие затраты электроэнергии на сжижение 1 кг ПГ требуютсяв установке, работающей по дроссель-эжекторному циклу в посёлкеРазвилка.3.3.3.
С одной дроссель–эжекторной ступенью, предназначенные длясжижения природного газа с содержанием низкокипящих компонентовдо 9%Принципиальная схема установки приведена на Рис. 3.12. Исходныеданные для расчета были приняты аналогично значениям, использованнымдля анализа установок в предыдущих пунктах. Состав природного газауказан в Таблице 6. Характерные точки цикла были сведены в Таблицу 7.Таблица 6СоставОбъемная доля, %Метан92,29Этан0,31Пропан0,06Азот7,33СО20,0181Рис.3.12.Принципиальнаясхемамалотоннажнойожижительнойустановки c одной дроссель – эжекторной ступенью, предназначеннойдля сжижения природного газа с содержанием низкокипящих компонентовдо 9%I – компрессор ПГ; II – теплообменник №1 (предварительный); III –парокомпрессионная холодильная машина (К – компрессор R22; К.Х –концевой холодильник; КОН – конденсатор; Др – дроссель); IV –теплообменник №2 (фреоновый испаритель); V – теплообменник №3(основной); VI – сепаратор №1 с теплообменным элементом; VII –дроссель-эжектор; VIII – дроссель; IX – сепаратор №2; X – хранилищеСПГ; XI – дожимающий компрессор; XII – компрессор82Таблица 7ТочкиДавление P, ТемператураЭнтальпия Энтропия s,Расход G,кг ПГ/кгМПаT, Ki, кДж/кгкДж/кг К125300–42877,6721225272.6–43807.3431325238–45046.8561425206-46176.3481525154.1-47885.392161.4151.1-47776.0021.171.4151.1-50765.7100.88581.4155-52885.8980.44590.35128.5-52885.9910.445100.35128.5-54695.2150.344110.35128.5-46698.6550.100121.4155-44708.0440.439131.4231-42928.9860.439141.4299-41469.5440.4391525300-43107.6950.439161.4151.1-35487.2010.215171.4228-33888.0650.215181.4299-32528.5860.215194.5300-32728.0100.215204278-41238.9260.5612125300-42677.6520.561сжим.ПГЭнтропийно – статистический анализ установки был проведенсогласно предложенной в главе 2 методике.
Полученные результатысведены в Таблицу 19 приложения (столбец 6) и представлены на Рис. 3.13.83Рис. 3.13. Схематическое изображение распределения затрат энергиипо элементам установки c одной дроссель – эжекторной ступенью,предназначеннойдлясжиженияприродногогазассодержаниемнизкокипящих компонентов до 9%На предложенной установке можно получить природный газс содержанием метана 99,1% и снизить содержание азота до минимального(0,36%). Затраты в дроссельной группе сопоставимы со значениями«потерь»для цикла с одним дроссель-эжектором. Но для реализации84цикла в установку вводится дополнительный элемент – сепаратор с витымзмеевиком, который вносит дополнительные «потери» в цикл (до 7,5%).Это приводит к снижению термодинамического КПД на 5% по сравнениюс циклом с одним дроссель-эжектором, но дает возможность получитьпочти чистый сжиженный метан на выходе из установки.3.3.4.
С дроссельно-эжекторной ступенью и предварительнымохлаждением на температурном уровне -70°СПредставляет интерес анализ влияния температуры предварительногоохлаждения на термодинамическую эффективность цикла установки.В связи с этим было проведено исследование установки с дроссельэжекторнымцикломипредварительнымфреоновымохлаждениемдо уровня -70°С. В нижней ступени для охлаждения природного газадо температур 200-210К был использован фреон R23, который в своюочередь охлаждался верхней ветвью каскада, работающей на фреонеR404A.
Применение двух ветвей фреона позволяет снизить «потери»в испарителе ПКХМ (поз.VI Рис. 3.14). Такая установка с предварительнымохлаждением до -70°С работает на базе АГНКС в г. ПервоуральскСвердловской области. Принципиальная схема установки приведенана Рис. 3.14. Более подробное описание установки представлено в главе 5,где приводятся экспериментальные данные по ее работе.85Рис. 3.14.
Принципиальная схема опытно-экспериментальной установкис дроссель-эжекторным циклом высокого давления и предварительнымфреоновым охлаждением на температурном уровне -70°С:I – компрессор ПГ с системой отвода теплоты сжатия qсж; II –теплообменник№1(предварительный);III–парокомпрессионнаяхолодильная машина, работающая на R404А (К – компрессор R404А; К.Х– концевой холодильник; КОН – конденсатор; Др – дроссель); IV –испаритель R404А, конденсатор R23; V – холодильная машина,работающая на R23 (К – компрессор R23; К.Х – концевой холодильник;Рек. – рекуператор; Др – дроссель); VI – теплообменник №2 (испарительR23); VII – теплообменник №3 (основной); VIII – эжектор; IX – сепаратор;X – дроссель; XI – хранилище СПГХарактерные точки контуров метана и фреона представлены в Таблице 8.86Таблица 8.Параметры в характерных точках цикла установки с дроссель-эжекторнымциклом и предварительным фреоновым охлаждением на температурномуровне -70°СМетановый контурДавление P,ТемператураЭнтальпия i,Энтропия s,МПа (изб)T, KкДж/кгкДж/кг К122300-48548,181222274,4-49507,846322203-52316,664422188,9-52826,40351,15154,1-52587,00161,15154,1-54235,93470,38134,6-54235,98580,38134,6-54995,41790,38134,6-50378,851101,15154,1-50238,525111,15198-49119,17121,15290-470010,05131,15300-467610,12ТочкиR23Давление P,Температура T,ЭнтальпияЭнтропия s,МПаKi, кДж/кгкДж/кг К1’’0,06201-94602,3052’’1,4326,8-93832,3542’’ад1,4308,8-93982,3053’’1,4310-93972,3094’’1,4255,1-96191,458Точки87Таблица 8(продолжение)5’’1,4254,4-96201,4546’’0,06199,4-96201,5047’’0,06199,4-94612,3R404AДавление P,Температура T,ЭнтальпияЭнтропия s,МПаKi, кДж/кгкДж/кг К1’0,14246,7-89892,1532’1,34318,4-89442,1822’ад1,34310,5-89532,1533’1,34302,4-89712,1254’1,34302,4-90971,6795’0,14246,1-90971,715ТочкиРаспределение затрат энергии на производство энтропии по элементамустановки представлено схематически на Рис.
3.15 и в Таблице 19приложения (столбец 7).Рис. 3.15. Схематическое изображение распределения затрат энергиипо элементамустановкисдроссель-эжекторнойступеньюпредварительным охлаждением на температурном уровне -70°Си883.3.5. Перспективная схема установки сжижения с одной дроссель –эжекторной ступенью и предварительным охлаждением каскаднойхолодильной машинойНаиболеереальные пути для повышения термодинамическойэффективности малых установок ожижения природного газа (Рис. 3.3 иРис.
3.7) открываются при уменьшении производства энтропии при сжатиирабочих тел, и при использовании для предварительного охлажденияхолодильных машин каскадного типа или машин, работающих на смесяххолодильных агентов, обеспечивающих уменьшение разности температурохлаждаемого метана и рабочего тела холодильного цикла.
На основеанализа полученных данных была предложена перспективная схемас одной дроссель-эжекторной ступенью и предварительным охлаждениемкаскадной холодильной машиной. Принципиальная схема установкипоказана на Рис. 3.16.Расчетустановкибылпроведендляначальныхусловий,применявшихся для расчета цикла с предварительным охлаждениемна температурномуровне-70°Свпункте3.3.4.Предварительноеохлаждение природного газа контуром R22 осуществлялось до 238К, аконтуром R23 до 203К. Степень сжатия рассматриваемого цикла:pнг/pвс=22,0/1,15=19,13 (pвс=1,15 МПа).
Результаты расчета представленыв главе 5 и Таблице 19 приложения (столбец 8).89Рис. 3.16. Принципиальная схема установки в дроссель-эжекторнымциклом высокого давления и каскадным фреоновым охлаждением:I – компрессор ПГ с системой отвода теплоты сжатия qсж; II –теплообменник№1(предварительный);III–парокомпрессионнаяхолодильная машина, работающая на R22 (К – компрессор R22; К.Х –концевой холодильник; КОН – конденсатор; Др – дроссель); IV –теплообменник №21 (испаритель R22, конденсатор R23); V – холодильнаямашина, работающая на R23 (К – компрессор R22; Др – дроссель); VI –теплообменник №22 (испаритель R23); VII – теплообменник №3(основной); VIII – эжектор; IX – сепаратор; X – дроссель; XI – хранилищеСПГ903.4.Ожижительприродногогазасвнешнимазотнымрефрижераторным детандерным циклом (ОАО Криогенмаш)Как было показано ранее в пункте 1.1, циклы с внешним азотнымохлаждением имеют ряд преимуществ при организации малотоннажногосжижения природного газа.
В соответствии с [23] такого рода установкизанимаютвтроеместопоколичествусуществующихвмиремалотоннажных установок. По этой причине была исследована установкадля получения жидкого природного газа, производительностью 7 т/ч.Схема установки показана на Рис. 3.17.Расчетустановкибылпроведендляначальныхусловий,применявшихся для расчета цикла с предварительным охлаждениемна температурномуровне-70°Свпункте3.3.4.Предварительноеохлаждение природного газа контуром R22 осуществлялось до 238К, аконтуром R23 до 203К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
