Диссертация (1025173), страница 7
Текст из файла (страница 7)
При этом давлениекипенияхладонавыбираетсяминимальным,безопасности, величиной не менее атмосферного.но,потребованиямСредняя температураконденсации определяется типом выбранного хладона и абсолютноймаксимальной температурой теплого периода года для данной местности[36] с учетом недорекуперации ΔT=5..10 К.Далее по исходным данным определяются параметры цикла ПКХМв характерных точках согласно алгоритму, изложенному в п.
2. На данномэтапе все расчеты удобнее привести к 1 кг хладагента, сжимаемогов компрессоре ПКХМ.Полная удельная холодопроизводительность цикла:!х.полн = !вс − !к! ,!!где iвс – энтальпия хладона на всасывании в компрессор ПКХМ, iк –энтальпия хладона на выходе конденсатора.Реальная холодопроизводительность:!х.реал = !х.полн − !о.с. !.Минимальная необходимая работа генерации холода:!!"#ПКХМ = !х.полн!оо !!х.кон!х.кон!.Адиабатная работа сжатия:!ад = !ад − !вс !,!где iад – энтальпия хладона при адиабатном сжатии.Действительная затрачиваемая работа:!сж =!ад!!.(2.19)С другой стороны!сж = !сж − !х.полн !,!(2.20)51где !сж = !н − !к – теплота сжатия хладона, !н – энтальпия хладонана нагнетаниикомпрессора.Правильностьрасчетаподтверждаетсябалансом величин, полученных решением уравнений (2.19) и (2.20).Степень термодинамического совершенства цикла ПКХМ:!!ПКХМ =!!"#ПКХМ!сж!.Величина холодильного коэффициента:- при адиабатном сжатии: !х =!х.полн!ад!,- действительный холодильный коэффициент: !х.действ =!х.полн!сж!.Для приведения затрат энергии в контуре внешнего холодильногоцикла к затратам в метановом контуре необходима величина соотношениярасходов природного газа и внешнего хладагента.
Необходимый расходхладагента определяется следующим образом:!пр.охл!=!!!!х.полнгде !пр.охл – тепловая нагрузка ПКХМ.Величина тепловой нагрузки определяется на стадии определенияосновных характеристик рабочего процесса путем решения уравненийэнергетического и материального баланса ступени предварительногоохлаждения [5, 40].
При использовании программного комплекса Hysys,отношение расходов определяется при сходимости расчета цикла.Затраты работы в ПКХМ:!ПКХМ = !!сж !Оценка эффективности использования ПКХМ в цикле (степеньтермодинамического совершенства ПКХМ в цикле ожижения):!=!!"# охл.!!"#ПКХМ !!!!,где !!"# охл. – величина минимальной работы предварительного охлажденияПГ; определяется по зависимости (2.4), при этом!вх − !вых −!изменениеэнтропии и (!вх − !вых ) – изменение энтальпии ПГ в испарителе ПКХМ.52Величина изменения энтропии при теплообмене в конденсаторе ииспарителе ПКХМ определяется по уравнению (2.17).
В случае реализациипроцесса при постоянной разности температур это уравнение упрощается:!!!Х!Г′Δ!исп.,конд= !исп.,конд ( − ),(2.21)!исп.,конд – тепловая нагрузка испарителя или конденсатора, !Х! –гдетемпература кипения хладона (для испарителя) или окружающей среды !ОС(для конденсатора), !Г! – средняя температура ПГ (для испарителя) иликонденсации хладона (для конденсатора).Суммарная работа, затрачиваемая на компенсацию производстваэнтропии в контуре ПКХМ:′ΣΔ!!ПКХМ= Σ!оо Δ!!′ + Δ!!′ ! + !!"# охл.(2.22)где Σ!оо Δ!!′ - суммарные затраты энергии на компенсацию производстваэнтропии в узлах контура предварительного охлаждения ПКХМ (таких какиспаритель, конденсатор, дроссель), вычисляемые по уравнениям (2.21),(2.9); Δ!!′ - затраты работы на компенсацию теплопритоков к контурупредварительного охлаждения, вычисляемые по уравнению (2.13); !!"# охл.– величина минимальной работы предварительного охлаждения ПГ,определяется по зависимости (2.4).Сходимость расчетных значений затрат энергии по контуру ПКХМ:′Δ = !ад ! − ΣΔ!!ПКХМ.Очевидно, что суммарные теоретические «потери» по всем контурам –это расчетная сумма затрат энергии на сжатие всех компрессоров, ивеличина дисбаланса этих величин есть точность расчета распределениязатрат энергии по всей установке:′′ПКХМΔ = ΣΔ!!ПГ+ ΣΔ!!ПКХМ− !из.сж + !!!ад.Действительная суммарная работа сжатия компрессоров, затрачиваемаяна функционирование установки сжижения (приведенная к 1 кг полученногоСПГ):53!Σ =!из! !ад+ ! !,!!!из !! ! !адгде х – коэффициент ожижения; определяется на стадии расчета основныхпараметровустановкитрадиционнымпутемрешенияуравненийэнергетического и материального баланса нижней (дроссельной) ступениустановки [5, 40].Величина степени термодинамического совершенства определяетсясогласно уравнению (2.5).Выводы по главеПредложена методика применения энтропийно-статистического методадля определения затрат для компенсации производства энтропии в узлахустановок сжижения природного газа для анализа их эффективности.Определены зависимости и показаны особенности расчета затратэнергии в отдельных узлах цикла сжижения природного газа и циклаПКХМ.Описанная методика может быть использована для исследованиямалотоннажных установок сжижения природного газа, как будет показанов последующих главах.54ГЛАВА III.РЕЗУЛЬТАТЫАНАЛИЗАСУЩЕСТВУЮЩИХМАЛОТОННАЖНЫХ УСТАНОВОК СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГОГАЗА ЭНТРОПИЙНО-СТАТИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ3.1.Сопоставлениерезультатованализаэксергетическимиэнтропийно-статистическим методом классических циклов ЛиндеХемпсона и Капицы, применительно к сжижению природного газаВ [64] был проведен анализ классического цикла высокого давления(Линде-Хемпсона) и цикла Капицы для ожижения природного газа.По приведеннымрезультатамэксергетическая(термодинамическая)эффективность цикла Линде-Хемпсона получается на уровне 11% из-занеобратимости процессов в неидеальном теплообменнике и компрессоре.Распределениезатратэнергиибылорассчитаноспомощьюэксергетического метода и приведено на Рис.
3.1а. В [5] предложен анализцикла Линде-Хемпсона для ожижения воздуха с помощью энтропийностатистического метода. Аналогичный анализ энтропийно-статистическимметодом был проведен применительно к случаю сжижения природного газана те же параметры, что предложены в [64]. Полученное распределениезатрат энергии в отдельных элементах цикла показано на Рис. 3.1б.Наибольшие затраты происходят в компрессоре и дросселе.абРис. 3.1. Распределение затрат энергии в цикле Линде-Хемпсона дляcжижения природного газа: а – по результатам эксергетического анализа[64]; б – по результатам энтропийно-статистического анализа [5].55Аналогичным образом в [64] был проанализирован цикл Капицы.
Какможно заметить, «потери»в результате необратимости в дросселесоставляют менее 1% по сравнению с 29% в ожижителе Линде-Хемпсона.Меньшие «потери»в дросселе объясняются тем, что в расширенииучаствует предварительно охлажденная жидкость с разницей температурв 20К по сравнению с расширением перегретого пара с разницей температур110К.Данный выигрыш в работе вместе с уменьшением «потери»затраченной работы компрессора приводит к более высокой эффективностицикла, которая составляет 22.54% (23.02% по анализу энтропийностатистическим методом, Рис. 3.2).абРис. 3.2.
Распределение затрат энергии в цикле Капицы для ожиженияприродного газа: а – по результатам эксергетического анализа [64]; б –по результатам энтропийно-статистического анализа [5].Результаты, полученные разными методами анализа, отличаютсяв пределах 5%. При энтропийно-статистическом анализе из «потерь»в результате необратимости в теплообменнике отдельно выделяются«потери»из-за теплопритоков от окружающей среды и «потери»в результате недокуперации в теплообменнике.563.2.Установкисдроссельнымцикломвысокогодавленияипредварительным фреоновым охлаждением (в г. Петергоф и др.)В основу расчета была положена установка сжижения природного газана АГНКС-8 (г.
Петергоф, Ленинградская обл.). Установка работаетпо дроссельному циклу с внешним контуром предварительного охлажденияна фреоне (R22). Принципиальная схема показана на Рис. 3.3. На Рис. 3.4показано изображение цикла в T-s координатах.1.) Исходные данные для определения характеристик метанового цикла:Tпр.охл = 238К– температура предварительного охлаждения метана;Pсж = 24,5МПа– давление сжатия;Pвс = 0,6МПа– давление всасывания;Pотгр = 0, 6МПа– давление при отгрузке жидкости;Давление сжатия в данной и последующих рассмотренных установкахнаходится на уровне 20-25 бар, что соответствует давлению природного газана выходе из компрессоров АГНКС.
В связи с этим вопрос оптимизациидавления сжатия в малотоннажных установках не был рассмотрен в работе.Для определения других исходных данных были использованысреднестатические величины в соответствии с пунктом 2.2. Подробныйпример расчета установки сжижения природного газа с помощью методикиэнтропийно-статистического анализа будет рассмотрен далее в разделе 3.3.1.Реально существующая установка оснащена 2 компрессорами, каждыйпроизводительностью 1740 нм3/ч с электродвигателем мощностью 295кВт.Общая производительность по жидкому метану 961 кг жидк. СН4/ч,по сжимаемомуДля предварительногопоршневаягазу:охлажденияхолодильнаямашинаG.СН4 = 2 ⋅1740примененаК-127,нм3кгкг⋅ 0, 667 3 = 2324 .чнмчпарокомпрессионнаяхолодопроизводительностью(холодильной мощностью) 175 кВт при температуре 238К.57Рис. 3.3. Принципиальная схема установки с дроссельным циклом высокогодавления и предварительным фреоновым охлаждением:I – компрессор ПГ с системой отвода теплоты сжатия qсж; II –теплообменник №1(предварительный); III – двухступенчатая поршневаяпарокомпрессионная холодильная машина К-127 (К – компрессор R22; К.Х.– концевой холодильник; КОН – конденсатор; Др – дроссель); IV –теплообменник№2(фреоновыйиспаритель);№3(основной); VI – дроссель; VII – хранилище СПГV–теплообменник58Рис.
3.4. Схематическое изображение дроссельного цикла дляустановки сжижения природного газа в T-s координатах2.) Определение основных характеристик рабочих процессов цикла иустановки.Результаты расчетов характерных точек дроссельного цикла 1-10сведены в Таблицу 1.Таблица 1Давление P,ТемператураЭнтальпия i,Энтропия s,МПаT, KкДж/кгкДж/кг⋅К124,5300875,744,002224,5280803,593,754324,5238641,573,127424,5206520,452,58050,6139520,453,32860,6139257,681,43470,6139706,724,67180,6233920,035,85290,62901045,896,335100,63001068,466,411Точки593.) Исходные данные для определения характеристик цикла ПХКМ на R22при предварительном охлаждении:ТХнач=280 К– начальная температура метана на входе в испаритель ХМ;ТХкон=238К – конечная температура метана на выходе из испарителя ХМ.Схема цикла ПКХМ приведена на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
