Диссертация (1025173), страница 8
Текст из файла (страница 8)
3.5.Рис. 3.5. Схематическое изображение холодильного фреонового (R22) циклав координатах T-s: 1 – 5 – характерные точки цикла4.) Определениеосновныххарактеристикрабочихпроцессовциклапредварительного охлаждения (на R22).Поисходнымданнымопределеныпараметрыточекциклапарокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ) (Рис.3.5), которыеприведены в Таблице 2.Таблица 2Давление P,Температура T,ЭнтальпияЭнтропия s,МПаKi, кДж/кгкДж/кг К10,104233388,551,825521,528383,62477,571,87592ад1,528361,1458,791,825531,528313416,551,699741,528313249,471,166050,104233249,471,2286Точки60В результате проведенного анализа установки с одной дроссельэжекторной ступенью с использованием предложенной в главе 2 методикибыло получено распределение затрат энергии по элементам установкисжижения природного газа. Распределение затрат энергии схематическипредставлено на Рис.
3.6 и сведено в Таблицу 19 приложения (столбец 1для чистого метана).Расхождение результатов вычислений затрат энергии находитсяв пределах 2%, что позволяет говорить о том, что в первом приближенииопределенноераспределениезатратэнергиипоэлементамвсейнизкотемпературной установки для ожижения природного газа верно.Рис. 3.6.
Схематическое изображение распределения затрат энергиипо элементамустановкисдроссельнымтермодинамического совершенства 0,287цикломсостепеньюДействительная суммарная работа, затрачиваемая на сжатие СН4 и R22, дляобоих циклов равна:l∑ действ == 0, 66lизCH4ηиз ⋅ x+y lадR22529,981,171 70, 24кДж⋅=+⋅= 2376,18=x ηад0, 6 ⋅ 0, 415 0, 415 0,8кг жидк.СН 4кВт ⋅ чкг жидк.СН 4Степень термодинамического совершенства установки ожижения СН4:ηтерм =lmin.ожиж.СН4l∑ действКак=682,32= 0, 2872376,18можновидетьпополученномураспределению,затратына компенсацию производства энтропии в дросселе составляют 22,5% иявляются,наряду с потерями на сжатие, наибольшими в цикле.Предложенные далее циклы сжижения природного газа совершенствуютрассмотренный дроссельный цикл с целью уменьшения «потерь»иповышения производительности.3.3.Установки с дроссельно-эжекторным циклом высокого давленияи предварительным фреоновым охлаждением3.3.1.
С одной дроссель – эжекторной ступенью (в поселке РазвилкаМосковской Области)В соответствии с [28], [29] установка с одной дроссель-эжекторнойступеньюпозволяетповыситьэффективностьдроссельногоциклаожижения, снижает «потери» энергии за счет использования кинетическойэнергии струи сжимаемого метана и ведет к уменьшению выброса метанав атмосферу за счет его улучшенной рециркуляции в установке.621.) Исходные данные для определения характеристик метанового цикла:Исходные данные для расчета были приняты аналогично значениям,использованным для расчета дроссельного цикла.
Далее приведены данные,характерные только для дроссель-эжекторного цикла:Pсж = 25МПа– давление сжатия;Pвс = 1,25МПа– давление всасывания;Pотгр = 0,35МПа– давление при отгрузке жидкости.В соответствии с методикой, предложенной в главе 2, былииспользованы следующие статистические величины:ΔT1 = 10К– неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике №1на уровне T1=300K (величина недогрева обратногопотока);ΔT2 = 5К– неполнота рекуперации теплоты в теплообменнике №3на уровне предварительного охлаждения T2=238K;ВqОС= 1,5АqОС= 3,7кДжкг сж.СН4– удельная величина теплопритоков из окружающейкДжкг сж.СН 4– удельная величина теплопритоков из окружающейηиз = 0, 6среды к предварительному теплообменнику №1;среды к основному теплообменнику №3;– изотермический КПД процесса сжатия природного газавкомпрессоре(степеньтермодинамическогосовершенства сжатия).Принципиальнаясхемаустановки,работающаяподроссель-эжекторному циклу, показана на Рис.
3.7. На Рис. 3.8 приведеноизображение цикла в T-s координатах.63Рис. 3.7. Принципиальная схема установки с дроссель-эжекторным цикломвысокого давления и предварительным фреоновым охлаждением:I – компрессор ПГ с системой отвода теплоты сжатия qсж; II –теплообменник№1(предварительный);III–парокомпрессионнаяхолодильная машина с винтовым компрессором «Grasso» (К – компрессорR22; К.Х – концевой холодильник; КОН – конденсатор; Др – дроссель); IV –теплообменник №2 (фреоновый испаритель); V – теплообменник №3(основной); VI – эжектор; VII – сепаратор; VIII – дроссель; IX – хранилищеСПГ64Рис. 3.8. Схематическое изображение дроссель-эжекторного цикла дляустановки сжижения природного газа в T-s координатах2.) Определение основных характеристик рабочих процессов цикла иустановки.Результаты расчетов параметров характерных точек 1-13 дроссельэжекторного цикла сведены в Таблицу 3.
Расчеты приведены к 1кгсжимаемого метана на всасывании в компрессор. Реально существующаяустановка оснащена 4 компрессорами, каждый производительностью900 нм3/чсэлектродвигателемпроизводительностьпомощностьюжидкомуметану125925кгкВт.Общаяжидк.СН4/ч;3по сжимаемому газу: GСН = 4 ⋅ 900 нм ⋅ 0, 667 кг3 = 2401 кг .4чнмчДля предварительного охлаждения использована парокомпрессионнаявинтоваяхолодильнаямашинафирмыхолодопроизводительностью 110 кВт при температуре 238К.«Grasso»,65Таблица 3Давление P,ТемператураЭнтальпия i,Энтропия s,МПаT, KкДж/кгкДж/кг К125300873,933,987225280795,353,716325238640,833,116425205526,092,59951,3155542,2463,28061,3155323,331,86870,35129323,331,95680,35129221,91,17190,35129696,114,843101,3155716,434,403111,3233908,985,418121,252901039,175,938131,253001062,176,016ТочкиДалее представлен подробный анализ распределения затрат энергиипо узлам установки сжижения природного газа.
Анализ цикла проведенс использованием предложенной в главе 2 методики. Рассмотренныев пунктах 3.2 и 3.3.2-3.3.5 установки были исследованы аналогичнымобразом.Коэффициент ожижения x определяется из энергетического балансадля контура А (Рис. 3.7):Аi3 + qО.С− x ⋅ i8 = (1 − x) ⋅ i11А# кг жидк.СН 4 $i11 − i3 − qО.С908,98 − 640,83 − 3, 7x=== 0,385 %&i11 − i8908,98 − 221,9' кг сжим.СН 4 (Тепловая нагрузка парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ)определяется по уравнению энергетического баланса для контура B(Рис. 3.7):66Вi1 + qОС+ i11 ⋅ (1 − x) = i3 + i12 ⋅ (1 − x) + qпр.охлВqпр.охл = i1 + qОС− i3 + (i11 − i12 ) ⋅ (1 − x) = 873,93 + 1,5 − 640,83 + (908,98 − 1039,17) ⋅ (1 − 0,384) == 154,5кДжкг сжим.СН 4Поток, поступающий в эжектор - Э, определяется по уравнениюэнергетического баланса для контура С (Рис.
3.7):i4 + i9 ⋅ Э = i10 ⋅ (1 − x) + i6 ⋅ ( x + Э)Э=i10 ⋅ (1 − x) + i6 ⋅ x − i4 716, 43 ⋅ (1 − 0,384) + 323,33 ⋅ 0,384 − 526, 09==i9 − i6696,11 − 323,33= 0,105кг Экг сжим.СН 4(т.е. 10,5% от потока на входе в компрессор отводится в парообразномсостоянии из сборника жидкости и сжимается в эжекторе)Полная удельная холодопроизводительность цикла (Рис. 3.8):qx полн = i13 − i1 + i2 − i3 = 1062,17 − 873,93 + 795,35 − 640,83 = 342,76кДжкг сжим.СН4Работа изотермического сжатия в компрессоре:lизCH4 = T13 ⋅ ( S13 − S1 ) − (i13 − i1 ) = 300 ⋅ (6,016 − 3,987) − (1062,17 − 873,93) == 420, 46кДжкг сжим.СН 4Действительная работа сжатия метана (при ηиз=0,6):lдCH4 =lизCH4ηиз=420, 46кДж= 700,770,6кг сжим.СН 4Минимальная удельная работа, необходимая для ожижения 1кг СН4при давлении на входе в установку 1,25МПа и давлении отгрузки 0,35МПа:lmin ожиж СН4 = T0 ⋅ ( s13 − s8 ) − (i13 − i8 ) = 300 ⋅ (6,016 − 1,171) − (1062,17 − 221,9) == 613, 23кДжкВт ⋅ ч= 0,17кг жидк.СН 4кг жидк.СН 4673.) Исходные данные для определения характеристик цикла ПКХМ на R22при предварительном охлажденииИсходныеданныедляциклапредварительногоохлажденияипараметры точек ПКХМ аналогичны данным, приведенным при расчетедроссельного цикла (Рис.
3.5 и Таблица 2).Полная удельная холодопроизводительность цикла:qх полн = i1 – i4 = i1 – i5 = 388,55 – 249,47 = 139,08кДжкг R22Реальная («полезная») удельная холодопроизводительность:qх реал = qх полн - qо.с. = 139,08 - 1,5 = 137,58кДжкг R22Соотношение полной и полезной холодопроизводительностей:z=qx полн 139, 08== 1, 011qx реал 137,58Минимально необходимая работа для генерации холода qх полн:lmin = qx полн ⋅T0 − Tx300 − 238кДж= 139,08 ⋅= 36, 23Tx238кг R22Адиабатная работа сжатия:lад = i2ад − i1 = 458, 79 − 388,55 = 70, 24кДжкг R22Действительная затрачиваемая удельная работа сжатия (с учетом ηад ≈ 0,8):lcжR22 =lад 70, 24== 89,02 кДжηад0,8кг R22[проверка:lсж = qсж − qх полн = i2 − i4 − (i1 − i4 ) = 477,57 − 249, 47 − 139, 08 = 89, 02Степень термодинамического совершенства цикла ПКХМ:ηПКХМ =lminlсж.R22=36, 23= 0, 40789, 02Величина холодильного коэффициента при адиабатном сжатии:εx =qх полн 139, 08кДж (холода)== 1,98lад70, 24кДж (работы)кДж ]кг R2268Действительный холодильный коэффициент:(ε x ) д =qх полн 139, 08кДж (холода)== 1,562lсж.R2289, 02кДж (работы)Величина коэффициента удельных затрат мощности при адиабатном сжатиив этом цикле:φ=11кДж (работы)== 0,505ε x 1,98кДж (холода)Действительный коэффициент удельных затрат мощности:φд =11кДж (работы)== 0, 64(ε x )д 1,562кДж (холода)Необходимый расход фреона для охлаждения 1кг CH4 в установившемсярежиме:y=qпр.охл(qх )полнкДжкг сжим.СH 4кг R22= 1,111кДжкг сжим.СH 4139, 08кг R22154,519=Затраты работы в парокомпрессионной холодильной машине:lПКХМ = y ⋅ lcж = 1,111кг R22кДжкДж⋅ 89, 02= 98,9кг cжим.СН 4кг R22кг сжим.СН 4Минимальная работа, необходимая для охлаждения метана, равна:lminохл.СН4 = Т 0 ⋅ (S2 − S3 ) − (i2 − i3 ) = 300 ⋅ (3, 716 − 3,116) − (795,35 − 640,83) = 25, 48кДжкг сжим.СН44.) Энтропийно-статистический анализ распределения затрат энергии накомпенсацию производства энтропии в основных узлах и процессахожижительной установки1.метановый контур:Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике 1:! = ( s12 − s11 ) ⋅ (1 − x) − ( s1 − s2 ) = (5,938 − 5, 418) ⋅ (1 − 0,385) − (3,987 − 3, 716) =ΔSTO1= 0, 049кДжкг сжим.СН 4 ⋅ K! = TОС ⋅ ΔSTO1! = 300 ⋅ 0, 049 = 14, 657ΔlTO1кДжкг сжим.СН 469Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в теплообменнике 3:! = ( s11 − s10 ) ⋅ (1 − x) − ( s3 − s4 ) = (5, 418 − 4, 403) ⋅ (1 − 0,385) − (3,116 − 2,599) =ΔSTO3= 0,107кДжкг сжим.СН 4 ⋅ K! = TОС ⋅ ΔSTO3! = 300 ⋅ 0,107 = 32, 201ΔlTO3кДжкг сжим.СН 4Следует обратить внимание на то, что минимально необходимыеудельные затраты энергии для компенсации производства энтропиипри предварительном охлаждении метана в испарителе ПКХМ (поз.IVна Рис.
3.7) должны быть отнесены к циклу ПКХМ, в котором генерируетсяхолод на температурном уровне предварительного охлаждения (см. ниже).Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в эжекторе:! = s5 ⋅ (1 + Э) − s4 − s9 ⋅ Э = 3, 28 ⋅ (1 + 0,105) − 2,599 − 4,843 ⋅ 0,105 =ΔSЭЖ= 0,516885кДжкг сжим.СН 4 ⋅ K! = TОС ⋅ ΔSДР.ЭЖ!ΔlЭЖ= 300 ⋅ 0,516885 = 155, 065кДжкг сжим.СН 4Минимально необходимые удельные затраты энергии для компенсациипроизводства энтропии в дросселе:! = ( s7 − s6 ) ⋅ ( x + Э) = (1,956 − 1,868) ⋅ (0,385 + 0,105) = 0, 043ΔSДР! = TОС ⋅ ΔSДР! = 300 ⋅ 0, 043 = 12,987ΔlДРкДжкг сжим.СН 4 ⋅ KкДжкг сжим.СН 4Затраты работы на компенсацию теплопритоков из окружающей средык контуру «А»:φА =lизΔiTпр.охл=420, 46= 1,5280, 29A! ) A = qОС(ΔlОС⋅ φ A = 3, 7 ⋅1,5 = 5,55кДжкг сжим.СН 470В итоге суммарная работа изотермического сжатия в метановом контуре,затрачиваемая на компенсацию части lmin и производства энтропии:! + ΔlTO3! + ΔlЭЖ! + ΔlДР! + (ΔlОС! )A + (lmin ожиж.СН4 ⋅ x − lmin охл.СН4 ) = 14,657 + 32, 201 +ΣΔl 'СН4 = ΔlTO1+155,065 + 12,987 + 5,55 + (613, 23 0,385 - 25, 48) = 431,07кДжкг сжим.СН 4Сходимость расчета энергозатрат по метановому контуру:lизCH4 = 420, 46кДжкг сжим.СН 4δ = 431,01 − 420, 46 = 10,62.кДж, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
