Диссертация (1025173), страница 11
Текст из файла (страница 11)
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).91Рис.3.17.установкиПринципиальнаясазотнымсхемацикломмалотоннажнойохлаждения,ожижительнойразработаннойОАО«Криогенмаш»:I – компрессор ожижаемого потока ПГ с системой отвода теплоты сжатияqсж1; II – компрессор циркуляционного потока азотного контура с системойотвода теплоты сжатия qсж2; III – компрессор сжатия утечек от осевыхуплотнений азотного контура с системой отвода теплоты сжатия qсж3; IV –система очистки от CO2; V – IХ теплообменники №№1-5; X – испарительхолодильной машины (фреон R22); XI – охладитель;XII – турбодетандеркомпрессорный агрегат ТДКА; XIII – дроссель № 2; XIV – дроссель №3;XV – дроссель №192Таблица 9СоставОбъемная доля, %Метан97,13Азот1,00Этан1,20Пропан0,45Изобутан0,08Бутан0,08Изопентан0,01Пентан0,01Гексан0,01Углекислый газ0,02Кислород0,011.) Исходные данные для определения характеристик цикла:В соответствии с методикой, изложенной в главе 2, в расчете былиприняты следующие значения для расчета:TOC = 300 КqОС1 = 1,5qОС2 = 5кДжкг сж.
R22кДжкг сж. ПГ– средняя температура окружающей среды;– удельная величина теплопритоков из окружающейсреды к теплообменнику Х и холодильной машине;– удельная величина теплопритоков из окружающейсреды к основным теплообменникам и азотномуконтуру;TM = 313 К– температура масла;ηиз1 ,ηиз2 ,ηиз3 = 0, 6– изотермический КПД процесса сжатия ПГ, сжатияазотавциркуляционномкомпрессоре икомпрессоре сжатия утечек соответственно (степеньтермодинамического совершенства сжатия);ηад1 = 0,7– адиабатный КПД процесса сжатия в компрессоре93ТДКА;– адиабатный КПД процесса сжатия во фреоновомηад2 = 0,8компрессоре;–ηS = 0,8адиабатныйКПДпроцессарасширенияв детандере ТДКА.Расчеты приведены к 1кг сжимаемого природного газа на всасываниив компрессор.2.) Определение основных характеристик рабочих процессов цикла иустановкиРезультаты расчетов параметров характерных точек цикла сведеныв Таблице 10.
В сепараторе очистки от СО2 отделяется 3 кг/ч, чтосоставляет 0,09% от потока ПГ, сжимаемого в компрессоре. В силумалости этой величины расход по контуру ПГ, отнесенный к сжимаемомупотоку, равен 1 по всему циклу ПГ.Таблица 10.Контур природного газаДавление P,Температура T,Энтальпия i,Энтропия s,МПаKкДж/кгкДж/кг К1’0.115300-450311.102’2.3283–45649.4073’2.2300-45219.5705’2.18260.7-46129.2486’2.175237.4-46679.0297’2.17194-47798.5068’2.155125.9-53525.0149’2.125107.7-54174.45110’0.115108.4-54174.493Точки94Таблица 10 (продолжение)Азотный контурТочкиДавление P, ТемператураЭнтальпия Энтропия s, Расход G,МПаT, Ki, кДж/кгкДж/кг Ккг N2кг сжим. N210.8300309.66.2240.01620.8300309.66.224134300302.95.72510.002;41,2,34300302.95.7250.005;0.99355.874349.7354.75.7710.9935ад5.874335.5339.05.7250.99365.874349.7354.75.7710.98575.824300299.35.6020.98585.794248.5239.65.3850.98595.694238.1227.55.3400.985105.664200.1179.35.1210.9850.055;111,2,35.664200.1179.35.1210.002;0.927120.86125.3119.75.2460.927130.86124.3118.45.2360.982140.84174.1175.35.6280.982150.835227.3232.75.9180.982160.83231.5237.15.9390.982170.8295304.46.2060.982185.634126.5-7.0423.8910.055190.86101.5-7.0424.0270.05595Таблица 10 (окончание)200.86101.588.134.9650.055215.874349.7354.75.7710.008220.11300311.16.8180.016230.8310320.16.2590.002Весь входящий в установку природный газ сжижается.
Расчетыс параметрами характерных точек азотного цикла обозначены с помощью[ ]N2 . Расчеты с параметрами цикла природного газа приведеныбез выделения.Работа изотермического сжатия в компрессоре сжижаемого потока ПГ:lиз1 = TОС ⋅ ( s1' − s2' ) − (i1' − i2' ) = 300 ⋅ (11,10 − 9, 407) − (−4503 − (−4564)) = 446,9кДж.кг сжим. ПГДействительная работа сжатия природного газа в компрессоре сжижаемогопотока ПГ:lд1 =lиз1 446,9кДж== 744,83.ηиз10, 6кг сжим. ПГРабота изотермического сжатия в компрессоре циркуляционного потокаазотного контура:lиз2 = [TОС ⋅ ( s2 − s3 ) − (i2 − i3 ) ]N2 = 300 ⋅ (6, 224 − 5, 725) − (309.6 − 302.9) = 143кДж.кг сжим.
N2Действительная работа сжатия в компрессоре циркуляционного потокаазотного контура:lд2 =lиз2 143кДж== 238,33.ηиз2 0, 6кг сжим. N2Работа изотермического сжатия в компрессоре сжатия утечек от осевыхуплотнений азотного контура:lиз3 = !%G22 ⋅ (TОС ⋅ ( s22 − s1 ) − (i22 − i1 ) )"& N2 = 0, 016 ⋅ (300 ⋅ (6,852 − 6, 269) − (321.5 − 323.3) ) == 2, 749кДж.кг сжим. N296Действительная работа сжатия в компрессоре сжатия утечек от осевыхуплотнений азотного контура:lд3 =lиз3 2, 749кДж== 4,581.ηиз30, 6кг сжим.
N2Работа адиабатного сжатия в компрессоре азотного контура (компрессореТДКА):кДжlад = !%G5 ⋅ ( i5 ад − i4 )"& N2 = 0,993 ⋅ ( 339 − 302,9 ) = 35,847кг сжим. N2lд4 =lад35,847кДж== 51, 21.ηад10, 7кг сжим. N2(Проверка:lд4 = !%G6 ⋅ ( (i6 − i7 ) − (i4 − i7 ) )"& N2 = 0,985 ⋅ ( (354, 7 − 299,3) − (302.9 − 299,3) ) =)кДж= 51, 02кг сжим. N2Действительная удельная работа детандера:lTД = [(i11 − i12 ) ⋅ G12 ]N2 = (179,3 − 119, 7) ⋅ 0,927 = 55, 274кДжкг сжим. N2Минимальная удельная работа, необходимая для ожижения 1кг ПГпри давлении на входе в установку и давлении отгрузки 0,115МПа:lmin ожиж.
ПГ = T0 ⋅ ( s1' − s10' ) − (i1' − i10' ) = 300 ⋅ (11,10 − 4, 493) − (−4503 − (−5417)) == 1068,1кДжкВт ⋅ ч= 0, 297.кг жидк.ПГкг жидк. ПГМинимальная работа охлаждения контура природного газа азотом:lmin охл. ПГ = T0 ⋅ ( s3' − s9' ) − (i3' − i9' ) = 300 ⋅ (9,57 − 4, 451) − (−4521 − (−5417)) = 639, 7кДж.кг жидк.ПГ3.) Энтропийно-статистический анализ распределения затрат энергиина компенсациюсжижительнойпроизводстваустановкиэнтропиивследствиевосновныхнеобратимостиузлахреальныхрабочих процессов.Расчет была проведенв соответствии с методикой энтропийно-статистического анализа, предложенной в главе 2.971. контур природного газа:Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в дросселе № 1:! = s10' − s9' = 4, 493 − 4, 451 = 0,042ΔSДР1кДжкг сжим. ПГ ⋅ K(3.1)кДжкг сжим.
ПГ(3.2)! = TОС ⋅ ΔS ДР1! = 300 ⋅ 0, 042 = 12, 6ΔlДР1Суммарная работа изотермического сжатия в контуре природного газа,затрачиваемая на компенсацию части lmin и производства энтропии:! + lmin ожиж. ПГ − lmin охл. ПГ = 12, 6 + 1068,1 − 639, 7 = 441ΣΔl 'ПГ = ΔlДР1кДж.кг сжим. ПГСходимость расчета энергозатрат по контуру природного газа:lсж ПГ = lиз1 = 446,9кДж.;кг сжим. ПГδ1 = 446,9 − 441 = 5,9кДж, т.е.
1,34 %.кг сжим. ПГ2. азотный контур:Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в детандере:! = [TОС ⋅ ( s12 − s11 ) ⋅ G12 ]N2 = 300 ⋅ (5, 246 − 5,121) ⋅ 0,927 = 34, 778ΔlTДкДж.кг сжим. N2Величины минимально необходимых удельных затрат энергиидля компенсации производства энтропии в дросселе № 2 и № 3 рассчитанысогласно уравнениям (3.1) и (3.2) и приведены в Таблице 11.Минимальнонеобходимыеудельныезатратыэнергиидля компенсации производства энтропии, обусловленные отводом теплотысжатия в компрессоре ТДКА и тепла трения в масляных опорах:! = [(i11 − i12 ) ⋅ G12 − (i7 − i4 ) ⋅ G5 ]N2 = (179,3 − 119, 7) ⋅ 0,927 − (299,3 − 302,9) ⋅ 0,993 =ΔlТКА= 58,848кДж.кг сжим.
N2Отведенная теплота: q = lрасш − lд4 = 55, 274 − 51, 21 = 4, 064кДж.кг сжим. N298Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в ТДКА, обусловленные отводом теплотыс потоком масла.Δlq" = q ⋅TМ − TОС313 − 300кДж= 4, 064 ⋅= 0,169TМ313кг сжим. N2Необходимый расход азота для охлаждения 1 кг природного газа:y=GN2 71360кг сжим.
N2== 13, 244GПГ5388кг сжим. ПГПроизводство энтропии из-за несовершенства процессов теплообменав теплообменнике №1:!s −s "$ = [( s17 − s16 ) ⋅ G17 − ( s7 − s8 ) ⋅ G8 ]N2 + ' 5' 3' ( = (6, 206 − 5,924) ⋅ 0,982 −ΔSTO1) y * ПГ9, 248 − 9,57кДж−(5, 602 − 5,37) ⋅ 0,985 += 0, 024.13, 244кг сжим. N2 ⋅ KМинимальныезатратыэнергии,необходимыедля(3.3)компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике №1:! = TОС ⋅ ΔSTO1! = 300 ⋅ 0, 024 = 7, 266ΔlTO1(3.4)кДжкг сжим. N2Производство энтропии из-за несовершенства процессов теплообмена втеплообменнике №2:!s −s "9, 029 − 9, 248$ = [( s16 − s15 ) ⋅ G16 ]N2 + ' 6' 5' ( = (5,939 − 5,918) ⋅ 0,982 +ΔSTO2=13, 244) y * ПГкДж= 0, 004.кг сжим.
N2 ⋅ KМинимальныезатратыэнергии,необходимыедля(3.5)компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике №2:! = TОС ⋅ ΔSTO2! = 300 ⋅ 0,004 = 1, 228ΔlTO2(3.6)кДжкг сжим. N2Величины минимально необходимых удельных затрат энергии длякомпенсациипроизводстваэнтропиивтеплообменниках№№3,4рассчитаны согласно уравнениям (3.3) и (3.4), а в теплообменнике № 5 –по уравнениям (3.5) и (3.6). Результаты расчетов также приведеныв Таблице 11.99Минимальнаяв холодильнойработа,машиненеобходимая(подробныйдлярасчетохлажденияфреоновогоазотаконтурахолодильной машины изложен в пункте 3.2.1, результаты расчетаприменительно к данному случаю приведены в Таблице 11):lmin охл N2 = !%G9 ⋅ (Т ОС ⋅ ( s8 − s9 ) − (i8 − i9 ) )"& N2 = 0,985 ⋅ (300 ⋅ (5,385 − 5,34) − (239, 6 − 227,5) ) =кДж= 1,379.кг сжим.
N2Величина предварительного охлаждения:qпр_охл = [i3' − i5' + qОС1 ]ПГ + !%( (i7 − i9 ) ⋅ G7 + (i16 − i17 ) ⋅ G16 ) ⋅ y "& N2 = (−4521) − (−4612) + 1,5 ++ ( (299,3 − 227,5) ⋅ 0,985 + (237,1 − 304, 4) ⋅ 0,982 ) ⋅13, 244 = 153, 445кДжкг сжим. N2Коэффициент удельных затрат энергии для генерации холода в цикле.Изотермический дроссель эффект природного газа:ΔiПГ = i1' − i3' = (−4503) − (−4521) = 18кДжкг сжим. ПГИзотермический дроссель эффект азота:ΔiN2 = [(i1 − i3 ) ⋅ G2 + (i4 − i7 ) ⋅ G7 ]N2 = [(309, 6 − 302,9) ⋅1 + (302,9 − 299,3) ⋅ 0,985]N2 == 10, 25кДж.кг сжим. N2Полная генерированная холодопроизводительность цикла:! Δi"кДж! 18"qполн = $ ПГ + ΔiN2 + lрасш % = $+ 10, 25 + 55.274 % = 66,88.кг сжим.
N2' N2& y' N2 &13, 244Реальная генерированная холодопроизводительность цикла:!q "5кДжqреал = $ qполн − ОС2 % = 66,88 −= 66,5.y ' N213, 244кг сжим. N2&Коэффициент удельных затрат энергии для генерации холода в цикле:lиз1446,9+ lиз2 + lиз3+ 143 + 2,749y13, 244φиз === 2,753 .qреал66,5100Величина, затрачиваемая на компенсацию теплопритоков из окружающейсреды:qОС25кДж⋅ φиз =⋅ 2,753 = 1,039y13, 244кг сжим. N2В итоге суммарная работа сжатия в азотном контуре, затрачиваемая! =ΔlОС2на производство энтропии:! + ΔlДР2! + ΔlДР3! + ΔlТКА! + Δlq! + Δlохл! + ΔlТО1! + ΔlТО2! + ΔlТО3! + ΔlТО4! + ΔlТО5! + ΔlОС!−ΣΔl 'N2 = (ΔlTД−lmin охл.
N2 ) ⋅ y + lmin охл. ПГ = (34,778 + 0,337 + 2, 242 + 58,848 + 0,169 + 2,758 + 7, 277 + 1, 228 + 8,912 ++16,15 + 2,709 + 1,039 − 1,379) ⋅13, 244 + 639,7 = 2428,57кДж.кг сжим. ПГРабота сжатия азотного контура:lсж N2 = (lиз2 + lиз3 + lад ) ⋅ y = (143 + 2, 749 + 35,847) ⋅13, 244 = 2405,1δ2 = 2428,57 − 2405,1 = 23,56кДж;кг сжим. ПГкДж, т.е. 0,98 %.кг сжим. ПГ4.) Оценка сходимости расчётных значений энергозатрат для установкисжижения с азотным контуромВ результате энтропийно-статистического анализа расчетные значенияэнергозатрат по всем контурам установки (природный газ, азот и контурхолодильной машины) составляют:ΣΔl 'ПГ + ΣΔl 'N2 + ΣΔl 'ПКХМ = 441 + 2428,57 + 76, 05 = 2945, 62кДж.кг сжим. ПГРасчетная сумма значений затрат энергии на сжатие природного газа,азота и фреона холодильной машины соответственно равна:lсж ПГ + lсж N2 + lсж ХМ = 446,9 + 2405,1 + 82,94 = 2934,93кДж.кг сжим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
