Диссертация (1025173), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Это может говорить о неполнойтепловой нагрузке аппарата. Недокуперация в теплообменном аппарате №2126по результатам эксперимента составляет 2-6К, что хорошо коррелируетсясо статистическим значением в 5К, принятым для расчета.Наибольшиеэнергетические«потери»вустановке сжиженияприродного газа, не считая затрат на сжатие в компрессоре, происходятв дроссель-эжекторе.Врезультатеэкспериментальногорасчетаэнергетические «потери» в этом узле оказались на 1.2-3.2% выше, чем былополучено в общем расчете.Энергетические «потери» в дросселе в результате экспериментальногорасчета оказались в два раза меньше, чем значения в общем расчете, чтообъясняется более высоким давлением отгрузки во время эксперимента.Экспериментальные значения «потерь» для этого узла получились близкик расчетным в пределах 0.3% от общих затрат.Значенияминимальнойработыохлаждениявобщемиэкспериментальном расчете оказались равны.
Экспериментальное значениеполучилось в два или более раза меньше, что связано с охлаждениемприродного газа с более низкого температурного уровня. По той же причинеэкспериментальные значения минимальной работы ожижения оказалисьдо 8% от общих затрат ниже, чем расчетные (и до 10% от общих затратниже, чем в общем расчете).Снижение давления сжатия на 5МПа в экспериментальном расчетепривело к снижению энергетических «потерь»в компрессоре на 4%.Полученные экспериментальные значения работы сжатия оказались на 11%ниже, чем расчетные, так как сжатие происходит на более низкомтемпературном уровне.Выводы по главе.Расхождение расчетных и экспериментальных составляет менее 5%,что говорит о том, что можно успешно использовать предложеннуюметодику для анализа установок сжижения природного газа.127Экспериментальныеданныеподтвердилираспределениеэнергетических «потерь» в результате необратимости по основным узламустановки.
Наибольшие «потери» происходят в дроссель-эжекторном узлеи составляют 21,8%. Но, как можно видеть по проведенному анализув пунктах 3.2 и 3.3.1 и на Рис. 3.18, введение дроссель-эжектора в циклпривело к снижению общих затрат на дросселирование на 1,7% от общихзатрат. Таким образом, удалось повысить эффективность цикла ожиженияпутем внедрения дешевого, простого и надежного устройства.Экспериментальныезначениязатратэнергиитакжепоказалистабильность работы установки, так как полученные значения во всех узлахустановки близки между собой и к расчетным величинам.На основе полученных данных можно также утверждать, что расчетустановки сжижения природного газа на чистом метане дает достаточноблизкие значения распределения энергетических затрат по элементампромышленной установки. Это упрощает расчет проектируемых установоки позволяет проводить близкий к реальности анализ.128ГЛАВА V.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕУСТАНОВКИСИССЛЕДОВАНИЕДРОССЕЛЬНО-ЭЖЕКТОРНЫМПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМФРЕОНОВЫМЦИКЛОМИОХЛАЖДЕНИЕМНА ТЕМПЕРАТУРНОМ УРОВНЕ -70°С5.1.Опытно-промышленная установкаЭкспериментальныеданныебылиполученынасуществующейустановке сжижения природного газа, расположенной на АНГНКСв г. Первоуральск Свердловской области. Принципиальная схема установкипоказана на Рис. 3.12, некоторые узлы представлены на Рис.
5.1-5.2. Сжатиеприродного газа происходит в двух компрессорах АГНКС (Компрессорныеустановки «Борец» 2 ГМ4-1,3/12-250 производительностью 900÷950 нм3/часкаждый). Природный газ, пройдя осушку, под давлением 25 МПа поступаетиз системы АГНКС в установку сжижения природного газа. В блокевхода/выхода удаляются механические примеси (Рис.
5.1) и измеряетсярасход в прямом и обратном потоке цикла.Рис. 5.1. Блок входа/выхода природного газа129Природный газ охлаждается в трех теплообменных аппаратах.В первом и третьем теплообменном аппарате охлаждение происходитобратным потоком природного газа. Во втором теплообменном аппаратеприродный газ охлаждается фреоном R23 до температуры -70°С.После предварительного охлаждения до -75° − -80°С природный газдросселируетсядо1,2МПаспомощьюдроссель-эжекторов.Парожидкостная смесь попадает в сепаратор, где разделяется на СПГ и парыСПГ.
Пары СПГ поступают в обратный поток и возвращаются черезтеплообменные аппараты на вход в установку. СПГ дополнительнодросселируется до давления выдачи 0,4 МПа и поступает в резервуарнакопитель СПГ.Используемая холодильная установка имеет два контура. Верхнийконтур фреона 404А охлаждает нижний контур, работающий на фреоне R23.Рис. 5.2.
Колонка выдачи готового продукта1305.2.Измеряемые параметры, методика проведения эксперимента.В ходе эксперимента были измерены следующие величины:2расход газа на входе и выходе из установки (точки 1 и 12 Рис. 2.12);2давление газа на входе в эжектор, давление на сжатие в эжектор идавление газа обратного потока в теплообменнике №3 (точки 4, 9 и 10Рис.
3.12соответственно),давлениефреоновогопотокаR23после теплообменника №2 (точка 1’);2температура газа на входе в установку (точка 1), температура газапослетеплообменника№1(точка2),температурагазапосле теплообменника №2 (точка 3), температура газа на входе в эжектор(точка 4), температура парожидкостной смеси после дросселя (точка 7),температура газа на сжатие в эжектор (точка 9 ), температура газа обратногопотока в теплообменнике №3 (точка 10), температура газа обратного потокав теплообменнике №1 (точка 11), температура газа на входе компрессоровАГНКС(точка12),температурафреоновогопотокаR23после теплообменника №2 (точка 1’).Состав природного газа в эксперименте приведен в Таблице 16.Таблица 16СоставОбъемная доля, %Метан97.66Пропан0.32Изобутан0.04Норм.
бутан0.05Норм. гексан0.03Кислород0.02Азот1.81Норм. пентан0.01CO20.06131В ходе исследования было проведено 4 опытных режима. Полученныеданные сведены в Таблицу 25 приложения.5.3.Методика обработки и сопоставления полученных данныхРасчет установки был проведен по предложенной в главе 2 методикеэнтропийно-статистического анализа. Параметры характерных точек цикла,полученные в результате расчета, приведены в Таблице 8 раздела 3.3.4.Параметры точек цикла, полученные в результате эксперимента, сведеныв Таблицу 26 приложения. Расчет затрат энергии на производство энтропиив узлах экспериментальной установки был проведен аналогично расчетудроссельно-эжекторнойэкспериментальнойустановки(раздел4.3).Распределение затрат на производство энтропии в цикле сжиженияприродного газа представлено в Таблице 17 и на Рис.
5.3.Таблица 17.Сравнительные данные анализа удельных затрат энергии в установкесжижения природного газа с каскадным охлаждениемРасчетЭксперимент1234320,86333,43Минимальная работаожижения587,9476,97 485,68lmin ожиж. ПГ, кДж/кг жидк. ПГУдельные затраты в контуре ПГ, кДж/кг сжим. ПГ:теплообменник 121,498,5410,3710,88,05теплообменник 311,115,776,484,464,94дроссель-эжектор116,35126,72125,71102,69105,549,976,717,007,827,644,574,764,863,774,01269,13232,7235,96190,19195,98дросселькомпенсация теплопритоковиз окружающей средыкомпрессор132Таблица 17 (продолжение)Удельные затраты в контуре R23, кДж/кг сжим. ПГ:lmin R2375,156,857,9631,8926,74концевой холодильник0,360,820,686,146,94дроссель26,3517,1316,0915,3012,27испаритель69,1948,2748,0838,5539,08рекуператор0,532,222,632,112,681,040,810,790,790,7227,4921,5721,3521,7720,42компенсация теплопритоковиз окружающей средыкомпрессорУдельные затраты в контуре R404A, кДж/кг сжим.
ПГ:lmin R404А25,6516,0716,093,393,233концевой холодильник35,0132,1531,9524,7623,59конденсатор3,6513,5413,4622,3521,29дроссель38,8449,7849,4821,6020,58испаритель16,720,0219,639,378,931,822,162,151,151,1032,8233,1232,9220,9019,9118111661169213041345(0,503)(0,461)(0,47)0,3250,2870,287компенсация теплопритоковиз окружающей средыкомпрессорРасчетная сумма затратэнергии на ожижение lΣдейств,кДж/кг жидк. ПГ (кВт·ч/кг(0,362) (0,374)жидк. ПГ)Степеньтермодинамическогосовершенства установкиожиженияηтдм = lmin ожиж. ПГ/ lΣдейств0,2460,24813335.00#контур ПГУдельные затраты энергии,%30.00#25.00#20.00#15.00#контур R404А10.00#контур R235.00#0.00#Предварительный#расчет#Эксперимент#1#Эксперимент#2#Эксперимент#3#Эксперимент#4#Рис. 5.3.
Распределение затрат энергии в установке сжижения природного газа, % (от общих затрат)1345.4.Анализ полученных результатов.Как можно видеть, результаты экспериментов 1-2 отличаютсяот экспериментов 3-4. Это связано с тем, что первые два экспериментапроводились летом при температуре 298К, а вторые два экспериментабыли проведены в ноябре при температуре окружающей среды 262К.Соответствующим образом минимальная работа ожижения и минимальнаяработа охлаждения получились ниже в эксперименте 3-4.
Общие «потери»всего цикла в двух последних экспериментах получились меньше на 27%,чем в первых двух, но это все равно привело к снижению степенитермодинамического совершенства почти на 17%.Расхождениерасчетныхиэкспериментальныхрезультатовв теплообменных аппаратах №1 и 2 (0,6-1%) объясняется также тем, чтопредварительный расчет был проведен на чистом метане, в то время какприродный газ в цикле установки содержал лишь до 98% метана(Таблица 1).
К тому же недокуперация в теплообменном аппарате №2 былавыше принятых статистических значений (5К) и составляла 6,7-14,9К, чтотоже отразилось на величине «потерь» .Энергетические «потери» в дроссель-эжекторе в эксперименте на 3,3%выше, чем при предварительном расчете. В дросселе расчетные иизмеренныезначения«потерь»одинаковы.Затратынасжатиев компрессоре на 1,9% ниже, чем расчетные значения.Во фреоновом контуре R23 экспериментальные значения «потерь»близки к расчетным с расхождением не более 1,5%. Во фреоновом контуреR404А затраты энергии близки к расчетным значениям с расхождениемне более 1,8%. Доля энергетических затрат во фреоновых контурахот суммарных затрат во всей остановке во время эксперимента составляет31-33%, что соответствует расчетному значению.135Общие затраты энергии во всей установки в эксперименте 1-2отличаются на 9% от полученных расчетных значений. Расхождениепо отдельным узлам установки составляет не более 4% от общих затрат.Результаты анализа показывают, что схему сжижения природного газаможно усовершенствовать, если природный газ предварительно охлаждатьне одной нижней ветвью каскада R23, а обеими фреоновыми ветвямикаскада R22 и R23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
