Диссертация (1025173), страница 13
Текст из файла (страница 13)
3.20. Сравнение распределения энергетических затрат по элементамцикла природного газа, % (от общих затрат): * - цикл, рассчитанныйна метане, ** - цикл, рассчитанный на природном газе1102.На примере цикла с азотным охлаждением (пункт 3.4) былопроанализировано влияние КПД входящих машин на «потери»в результатенеобратимости.компрессоровс0.6до0.65УвеличениеэнергииизотермическогоавтоматическисокращаетКПД«потери»в компрессоре природного газа и азота, что приводит к общему снижениюзатрат на 8.2% и росту эффективности установки на 8%.
При этомувеличение изотермического КПД не приводит в изменению распределенияэнергетических «потерь» в цикле установки.Менее очевидно влияние эффективности турбодетандера в ТДКА.При увеличении КПД (с 0.800 до 0.835), можно видеть, что «потери»в результате необратимости уменьшились в турбодетандере (на 15%), нонемного увеличились в ТДКА. С повышением эффективности детандера,сокращаются затраты на сжатие в основном компрессоре азотного контура ив дожимающем компрессоре (на 19% и на 15% соответственно).В результате этого сокращаются суммарные затраты азотного контура, чтоприводит к увеличению степени термодинамического совершенства всейустановки.3.В результате проведенного анализа можно наглядно видеть путисовершенствования дроссельного цикла с предварительным охлаждением.Введение дополнительного дроссель – эжектора для рециркуляции параиз хранилища СПГ в прямой поток, как показано в установке с дроссельэжекторным циклом в пункте 3.3.1, уменьшает общие затраты в результатенеобратимости всей установки на 9%, снижая энергозатраты в дроссельнойгруппе на 19% (1,7% от общих затрат).
Благодаря этому степеньтермодинамического совершенства повышается на 3,1%.Применение предварительного охлаждения до -70°С (пункт 3.3.4)позволяет дополнительно снизить затраты в дроссельной группе такимобразом, что они составляют 13% от общих энергетических «потерь»в установке. Затраты энергии на сжатие в компрессоре снижаются с 34,7%в цикле с одним дроссель-эжектором до 27,8% в цикле с предварительным111охлаждением до -70°С. Это позволяет достичь степени термодинамическогосовершенства 0,325, что на 10% выше, чем в цикле с одним дроссельэжектором, и на 13% выше, чем в дроссельном цикле.Дополнительное совершенствование установки с использованиемкаскадного цикла охлаждения (пункт 3.3.5, более подробно также далеев главе 5) дает возможность сократить затраты на производство энтропииво фреоновом контуре R23 на 38%, что позволяет повысить степеньтермодинамического совершенства до 0,341, что еще на 5,5% большепо сравнению с установкой с предварительным охлаждением до -70°С.Таким образом, наиболее термодинамически эффективной получиласьустановка с каскадным охлаждением.112ГЛАВА IV.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕУСТАНОВКИСИССЛЕДОВАНИЕДРОССЕЛЬНО-ЭЖЕКТОРНЫМЦИКЛОМИПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ФРЕОНОВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ4.1.Опытно-промышленная установкаЭкспериментальные данные были получены на базе существующейустановкисжиженияприродногогаза,работающейподроссель-эжекторному циклу, находящейся на территории АГНКС в поселке РазвилкаМосковской области.
Фотографии установки сжижения природного газапредставлены на Рис. 4.1-4.3. Принципиальная схема установки приведенана Рис. 4.4.Рис. 4.1. Общий вид установки сжижения природного газа113Рис.4.2.Хранилище(стационарныйСПГРис.криогенный4.3.Винтовойхолодильныйкомпрессор Grassoрезервуар РЦВ 25/1.6)Природный газ поступает на АГНКС из магистрального трубопровода.Состав газа относительно постоянен с содержанием метана на уровне 9798%.Данные по составу природного газа были получены по официальнымрезультатаманализаприродногогазанавходеМосковскогоГазоперерабатывающего Завода, на котором находится АГНКС.
Составприродного газа во время эксперимента приведен в Таблице 19 приложения.Природныйгазсжимается4компрессорамиАГНКС,каждыйпроизводительностью 900 нм3/ч с электродвигателем мощностью 125 кВт.Измерение затрат электроэнергии на сжатие осложняется тем, чтокомпрессоры являются частью АГНКС, и возможно определение толькообщих затрат на всю АГНКС.Входящий природный газ сжимается с 12 бар до 250 бар, поступаетв противоточный теплообменник, где охлаждается обратным потокомприродного газа.
Дальнейшееохлаждение природного газа происходитв холодильной машине до температуры 238 К. Холодильная машинаработает на фреоне R22 и включает в себя винтовой холодильныйкомпрессор Grasso мощностью 110 кВт. После холодильной машины114природный газ охлаждается в основном теплообменнике и поступаетв дроссель-эжектор, где расширяется в сверхзвуковом сопле до 13 бар.Парожидкостная смесь разделяется в сепараторе.Пар природного газавозвращается обратно в цикл, охлаждая прямой поток теплообменников, ажидкость после дросселирования до 3.5 бар поступает в хранилище СПГ(стационарный криогенный резервуар РЦВ 25/1.6).
Жидкий продуктвыдается потребителю либо из хранилища, либо в режиме реальноговремени сразу из установки.Рис. 4.4. Принципиальная схема установки СПГ в пос. Развилка:I – компрессор ПГ; II – теплообменник №1(предварительный); IV –теплообменник №2 (фреоновый испаритель); V – теплообменник №3(основной); VI – эжектор; VII – сепаратор; VIII – дроссель; IX – хранилищеСПГ1154.2.Измеряемые параметры, методика проведения экспериментаНа установке измерялись следующие ключевые параметры цикла(Рис. 4.4):"расход газа на входе в установку в точке (F1), расход газа навходе в компрессоры АГНКС (F2) и расход газа на сжатие в эжектор (F3);"давление газа на входе в эжектор (P4), давление на сжатиев эжектор (P5) и давление газа обратного потока в теплообменнике №3 (P6);"температура газа на входе в установку (T1), температура газапосле теплообменника №1 (T2), температура газа после теплообменника №2(T3),температурагазанавходевэжектор(T4),температурапарожидкостной смеси после дросселя (T7), температура газа на сжатиев эжектор (T8), температура газа обратного потока в теплообменнике №3(T9), температура газа обратного потока в теплообменнике №1 (T10) итемпература газа на входе компрессоров АГНКС (T11);"уровень жидкости в резервуаре хранения (L1) и сепараторе (L2).Для измерения указанных параметров на установке сжиженияприродногогазабылаустановленасоответствующаяконтрольно-измерительная аппаратура.Для измерения давления использовались манометры класса точности 1.Измерениятемпературпотоковпроизводилисьплатиновымитермодатчиками ТПТ-6-3 класс B.
Паспортные погрешности прямыхизмерений приведены в приложении в Таблице 23. Вторичная тарировкадатчиков температуры проводилась с помощью определения температурыв трех реперных точках: при кипении жидкого азота при атмосферномдавлении, в смеси «лед-вода», при кипении воды при атмосферномдавлении. Во всех случаях определялось атмосферное давление.Вкачествевторичныхизмерительныхприборовприменялисьвосьмиканальный универсальный измеритель-регулятор ОВЕН ТРМ 138 имногоканальный регистрирующий прибор Альфалог-100М.116Погрешности косвенных измерений были определены в соответствиис методом сложения погрешностей в [10, 26] и представлены в Таблице 24приложения.Расходприродногогазаопределялсяспомощьюстандартнойдиафрагмы, перепад давления на диафрагме устанавливался с помощьюдифференциального манометра САПФИР-22Р.
Исключением являлосьизмерение расхода природного газа, подаваемого на установку (манометрF1).Из-завысокогодавлениясредыималойвеличиныдиаметратрубопровода, определение расхода газа, подаваемого на установку,осуществлялосьследующимспособом.Отличительнойособенностьюметода сжижения природного газа в данной установке является наличиедроссель-эжектора со сверхзвуковым соплом, в критическом сечениикоторогодостигаетсядля определенияместнаярасходаскоростьнеобходимызвука.измеренияТакимобразом,параметровгаза(температуры и давления) перед соплом.
Данные параметры (Т4 и Р4)измерялись стандартными приборами, описанными выше.Среднее значение показателя адиабаты при изоэнтропном расширениинаходится решением системы уравнений (1)-(6):!=!"!(!!! !! )!"!(!! !!! ),(4.1)где pp0 и vp0 – измеренные величины (давление и удельный объем), pk и vk –задаваемые параметры расширения.Газодинамическая функция π (отношение давления изоэнтропнодвижущегося газа и давления торможения) при достижении скорости газаместной скорости звука будет равна:!=!!!!!!!!.(4.2)Давление в критическом сечении:!! = ! ∙ !!! .(4.3)117Скорость звука в критическом сечении:!кр =!!!!!∙ !!! ∙ !!!.(4.4)Массовая скорость в критическом сечении:!кр =!кр(4.5)!!!Расход газа, подаваемого в установку, при заданном диаметретрубопровода ! = 0.003:!! = !кр ∙ !,(4.6)где f – площадь сечения трубопровода.
Полученные параметры былисведены в Таблицу 20 приложения.Экспериментальныеисследованияпроводилисьвусловияхпромышленной эксплуатации установки. В общей сложности былопроведено 6 опытных режимов, в течение которых регистрировалисьтемпература, давление и расход в указанных выше точках и полученныезначениявыводились на диаграммную ленту. Диаграммные лентыэкспериментов приведены в приложении в П2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
