Диссертация (1025173), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Длительность экспериментазависела от количества сжиженного природного газа, который требовалосьпроизвести, и составляла от 2 до 5 ч. Для расчета принимались значения приустановившемся режиме работы установки.4.3.Методика обработки и сопоставления полученных данныхДля каждого эксперимента, представленного в Таблице 22 приложения,был проведен отдельный «уточненный» расчет согласно методике анализамалотоннажных установок сжижения природного газа (см. главу 2).
Данныйрасчет сделан с учетом реальных данных для каждого эксперимента и,соответственно, более приближен к реальным условиям, чем общий расчет,приведенный в пункте 3.3.1. В расчете использовались следующие значениядавления и температуры:"температура окружающей среды: TОС=300К;118"температура предварительного охлаждения метана: Тпр.охл=238К;"давлениесжатия,равноеэкспериментальнополученномудавлению сжатия;"давление всасывания, равное экспериментально полученномудавлению всасывания;"давление при отгрузке жидкости, равное экспериментальнополученному давлению всасывания.Расчет был проведен для природного газа, состав которого указанв Таблице 13. Приведенные значения соответствуют средним значениямприродного газа, поступающего на компрессоры АГНКС с Московскогогазоперерабатывающего завода.Таблица 13СоставОбъемная доля, %Кислород0.092Азот1.087Метан97.291Этан1.077CO20.042Пропан0.305Изобутан0.047Норм.
бутан0.046Изопентан0.008Норм. пентан0.005В соответствии с методикой энропийно-статистического анализа былиприняты следующие величины:ΔT1 = 10К– неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике №1на уровне T1=300K (величина недогрева обратногопотока);ΔT2 = 5К– неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике №3119на уровне предварительного охлаждения T2 =238K;ВqОС= 1,5АqОС= 3,7кДжкг сж.СН4– удельная величина теплопритоков из окружающейкДжкг сж.СН 4– удельная величина теплопритоков из окружающейсреды к предварительному теплообменнику №1;среды к основному теплообменнику №3;– изотермический КПД процесса сжатия природного газаηиз = 0, 6вкомпрессоре(степеньтермодинамическогосовершенства сжатия).По приведенным начальным данным с помощью [40] были определеныпараметры потоков природного газа, указанные в Таблице 22 приложения.Присравненииполученныхзначенийсозначениямирасчета,приведенного в пункте 3.3.1, можно видеть, что в расчет были внесеныследующие основные изменения:"давление сжатия на ~5 МПа меньше по сравнению с расчетомдроссель-эжекторного цикла; давление отгрузки выше на 0,2 МПа;"расчет проведен для природного газа с содержанием метанана уровне 97,3%, а не для чистого метана.В результате экспериментального расчета были получены следующиезначения:1.Коэффициент ожижения цикла x и поток газа на сжатие в эжектор Э.Расчетныезначениякоэффициентаожиженияиопределялисьиз энергетических балансов в соответствии с пунктом 3.3.1.Экспериментальныезначениякоэффициентаожиженияциклабылиполучены по измеренному расходу в установку (F1) и получаемомупродукту, определенному по уровню жидкости в резервуаре (L1):x=GСПГ ( L1 )F1.120Экспериментальные значения потока газа на сжатии в эжектор былиполучены по измеренному расходу в установку (F1) и расходу газана сжатие в эжектор (F3):Э=F3F1Величины коэффициента ожижения и потока в эжектор в опытнопромышленнойустановкесжиженияприродногогаза,полученныев результате расчета и эксперимента, представлены в Таблицах 14 и 15соответственно.Таблица 14.Коэффициент ожижения№ экспериментах, %123456Расчет35,636,836,335,835,634,9Эксперимент35,135,835,035,235,132,6Таблица 15.Поток в эжектор№ экспериментаЭ, %2.123456Расчет7,97,38,87,57,47,5Эксперимент6,77,55,57,56,35,7Энергетические «потери» в основных узлах установки:- в теплообменнике 1 по измеренным значениям температур T1, T2, T11, T12и давлений P4, P6 и соответствующим параметрам энтропий по уравнению(2.8) предложенной методики (глава 2);- в теплообменнике 3 по измеренным значениям температур T1, T3, T4, T10,T11 и давлений P4, P6 и соответствующим параметрам энтропийпо уравнению (2.8) предложенной методики (глава 2);- в дроссель-эжекторе по измеренным значениям температур T1, T3, T4, T9и давлений P4, P5 и соответствующим параметрам энтропий по уравнению(2.10) предложенной методики (глава 2);121- в дросселе по измеренным значениям температур T1, T6, T7 и давлений P5,P6исоответствующимпараметрамэнтропийпоуравнению(2.9)предложенной методики (глава 2);- затраты работы на компенсацию теплопритоков из окружающей средыпо измеренным значениям температур T1, T3, T8, T9, T13, и давлений P4, P6и по соответствующим параметрам энтальпий и энтропий по уравнению(2.13) предложенной методики (глава 2).3.Минимальная работа охлаждения природного газа.Минимальная работа охлаждения природного газа определяласьпо измеренным значениям температур T1, T2, T3 и давления P4 ипо соответствующим параметрам энтальпий и энтропий по уравнению (2.4)предложенной методики (глава 2).
Минимальная работа охлаждения должнабыть отнесена к энергетическим потерям во фреоновом контуре, который небыл рассмотрен во время эксперимента, потому значение минимальнойработы охлаждения было вычтено из суммарных затрат контура природногогаза.Минимальнаяработаожиженияприродногогазабылаопределенапо измеренным значениям температур T1, T8, T13 и давления P5, P6 ипо соответствующим параметрам энтальпий и энтропий по уравнению (2.4)предложенной методики (глава 2).4.Энергетические «потери» в компрессоре.Энергетические «потери» в результате необратимости в компрессоре былипосчитаны по измеренным значениям температур T1, T13 и давления P4, P5и по соответствующим параметрам энтальпий и энтропий с соответствиис предложенной методикой:Δl 'сж =lиз1− lизCH4 = lиз ⋅ (− 1)ηизηизПолученные расчетные и экспериментальные данные приведены наРис.
4.6 - Рис. 4.8.Энергетические потери, кДж/кг жидк СПГ122800.00700.00600.00500.00400.00300.00200.00100.000.00Теплообменник№1Теплообменник№2ДроссельэжекторДроссельОкр. СредаМин работаохлажденияМин работаожиженияПотери вкомпрессореОбщий расчет38.2083.60402.9033.7014.4066.18613.23728.10Расчет 125.2377.16385.8819.8118.0866.58530.10708.08Эксперимент 13.59184.95385.9317.0916.0730.58403.83615.11Расчет 224.4172.91383.5414.7317.4666.63521.30694.78Эксперимент 211.7082.33384.3914.2819.4639.15444.87649.78Расчет 325.2274.18370.3716.0417.6766.68523.80698.75Эксперимент 311.75131.15404.7914.1417.7633.90427.43648.77Расчет 425.8075.92384.7516.3318.0270.38525.50702.72Эксперимент 424.1988.31345.2515.2216.3834.15418.29624.45Расчет 525.8577.98387.5615.9318.1069.64524.60702.91Эксперимент 512.91104.81354.0913.6515.0216.74359.20579.38Расчет 626.4481.08387.9717.4718.3771.95526.40705.78Эксперимент 613.72165.97400.4714.9617.4619.52371.03630.69Рис.
4.6. Распределение энергетических затрат на производство энтропии в узлах установки сжижения природного газас дроссель-эжекторным циклом охлаждения, кДж/кг жидк. СПГ12345.00#40.00#Удельные затраты энергии, %35.00#30.00#25.00#20.00#15.00#10.00#5.00#0.00#Теплообменник№1Общий расчетТеплообменник Дроссель-эжектор№2Эксперимент 1Эксперимент 2ДроссельЭксперимент 3Окр. СредаМин работаохлажденияЭксперимент 4Мин работаожиженияЭксперимент 5Потери вкомпрессореЭксперимент 6Рис. 4.7. Распределение энергетических затрат на производство энтропии в узлах установки сжижения природного газас дроссель-эжекторным циклом охлаждения, %Степень термодинамического совершенства1240.3000.2730.2500.200Эксп.10.2340.2750.273Эксп.20.259Эксп.30.2430.271Эксп.40.2560.2700.269Эксп.50.241Эксп.60.2200.1500.100Эксп.1Эксп.2Эксп.3Эксп.4Эксп.5Эксп.6Номер экспериментаРасчет установки, проведенный на основе среднестатистических данных потемпературе окружающей среды и давленияЭкспериментальные данныеРасчет установки при реальных условиях проведения экспериментаРис.
4.8. Степень термодинамического совершенства установки сжиженияприродного газа с дроссель-эжекторным циклом охлаждения4.4.Анализ полученных результатов.С учетом внесенных изменений в расчетные значения экспериментана Рис. 4.6 можно видеть, что энергетические затраты оказались ниже, чемзначения, полученные в общем расчете, приведенном в пункте 3.3.1.В теплообменном аппарате №1 значения энергетических затрат,полученных экспериментальным методом, значительно ниже расчетныхзначений. Это обусловлено тем, что и в общем, и в уточненном расчетебыло принято, что природный газ предварительно охлаждается с уровнятемпературы окружающей среды 300К.
Это температура излучения Землив космическое пространство итрадиционно используется для научныхрасчетов, но она является завышенной для Московской области, гденаходитсяустановка.Всвязисэтимлогично,чтонагрузка125на теплообменник №1 и, соответственно, энергетические «потери» былиниже в реальности, так как природный газ охлаждается с более низкоготемпературного уровня.Также важно отметить, что в эксперименте температура газа на входев установку была всегда выше температуры окружающей среды, в то времякак в расчете эти две температуры были равны.
Чем меньше разница междуэтими температурами (Δ на Рис. 4.9), тем ближе экспериментальныезначения были к расчетным значениям (эксп. 2 и 4).300"50"45"Температура,*К*290"40"35"280"30"270"25"20"260"Твх"Тос"Δ"15"10"250"5"240"0"1"2"3"4"5"6"Рис. 4.9. Соотношение температуры природного газа на входе в установку(Твх) и температуры окружающей среды (Тос), К.Наибольшая нагрузка по охлаждению природного газа приходитсяна теплообменныйаппарат№2.Расхождениярасчетныхиэкспериментальных значений в эксп. 1, 3, 5 и 6 также объясняются разницеймежду температурой входного газа и окружающей среды (Δ).По предложенной в главе 2 методике недокуперация в теплообменныхаппаратах №1 и №2 была принята на уровне 10К и 5К соответственно.По полученнымэкспериментальнымданнымнедокуперацияв теплообменном аппарате №1 составляет 1-2К, что значительно нижепринятого статистического значения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
