Диссертация (1025173), страница 9
Текст из файла (страница 9)
2,46%.кг сжим.СН 4контур предварительного охлаждения (R22):Максимальная величина работы, которая могла бы быть возвращенапри охлаждении R22 от температуры T2ад=361.1 К до T3=313 К и передачеэтой теплоты ( i2ад − i3 ) в окружающую среду обратимым путем:lmax = (i2ад − i3 ) − TОС ⋅ ( s2ад − s3 ) = (458, 79 − 416,55) − 300 ⋅ (1,8255 − 1, 6997) = 4,518Этавеличинаопределяетдля компенсациипроизводстваминимальнонеобходимуюэнтропиивконцевомудельныезатратыкДжкг R22работухолодильникекомпрессора (КХ):Δl 'К.Х = lmax = 4,518кДжкг R22Необходимыеминимальныеработысжатиядля компенсации производства энтропии в конденсаторе (КОН):ΔS 'кон = qкон (1 TОС − 1 TK ) = (i3 − i4 ) (1 TОС − 1 TK ) = ( 416,55 − 249, 47 ) ⋅ (1 300 − 1 313 ) == 0, 023кДжкг R22 ⋅ КΔl 'кон = Т 0 ⋅ ΔS 'кон = 300 ⋅ 0, 023 = 6,9НеобходимыекДжкг R22минимальныеудельныезатратыработыдля компенсации производства энтропии при дросселировании:ΔS 'др = S5 − S4 = 1, 2286 − 1,1660 = 0, 0626кДжкг R22 ⋅ Ксжатия71Δl 'др =Т 0 ⋅ ΔS 'дрz=300 ⋅ 0, 0626кДж= 18,571, 011кг R22Необходимая минимальная работа сжатия для компенсации производстваэнтропии в теплообменнике нагрузки (т.е.
в испарителе) при передачетеплоты qх от охлаждаемого объекта рабочему телу цикла:ΔS 'исп = qх реал (1 T5 − 1 Tср ) = 137,58 ⋅ (1 233 − 1 259 ) = 0,059Δl 'исп = Т 0 ⋅ ΔS 'исп = 300 ⋅ 0, 059 = 17, 7кДжкг R22 ⋅ КкДжкг R22Величина затрачиваемой работы на компенсацию теплопритоков:B(Δlqо.с.
) B = qо.с.⋅ φ = 1,5 ⋅ 0,505 = 0, 7575кДжкг R22Сумма величин минимальных работ для компенсации производстваэнтропии в необратимых процессах во всех элементах ПКХМ:ΣΔl 'ХМ = [Δl 'К.Х + Δl 'кон + Δl 'др + Δl 'исп + (Δlqо.с. ) B ] ⋅ y + lmin охл.СН4 = [4,518 + 6,9 + 18,57 + 17,7 ++0,7575] ⋅1,111 + 25, 48 = 78,3кДжкг сжим.СН 4Удельная работа адиабатного сжатия R22 на 1 кг сжимаемого СН4:lадR22 ⋅ y = 70, 24 ⋅1,111 = 78, 04кДжкг сжим.СН 4Сходимость расчетных значений по фреоновому контуру:δ = 78,3 − 78, 04 = 0, 26кДж, т.е. 0,33%.кг сжим.СН 45.) Оценка сходимости расчётных значений энергозатрат для установкиожижения СН4.В результате энтропийно-статистического анализа расчётные значенияэнергозатрат по обоим контурам составляют:ΣΔli 'СН4 + ΣΔli 'ПКХМ = 431, 07 + 78,3 = 509,37кДжкг сжим.СН 4Расчетная сумма значений затрат энергии на сжатие метана и фреонасоответственно равна:lизCH4 + y ⋅ lадR22 = 420, 46 + 78, 04 = 498,5кДжкг сжим.СН 472Расхождение результатов вычислений затрат энергии находится в пределах2,1% ( δ = 509,37 − 498,5 = 10,87кДж).
Найденное распределение затраткг сжим.СН 4энергии по элементам всей низкотемпературной установки для ожиженияприродного газа схематически показано на Рис. 3.9.Рис. 3.9. Схематическое изображение распределения затрат энергиипо элементам установки, работающей по дроссель-эжекторному типу,со степенью термодинамического совершенства 0,296Затраты энергии на компенсацию производства энтропии в результатенеобратимости рабочих процессов в компрессорах определены следующимобразом:(Δl 'сж )СН4 =(Δl 'сж )R22 =lизCH4ηиз− lизCH4 = lизCH4 ⋅ (11кДж− 1) = 420, 46 ⋅ (− 1) = 280,307ηиз0, 6кг сжим.СН 4lадR2211кДж− lадR22 = lадR22 ⋅ (− 1) = 70, 24 ⋅ (− 1) = 17,56ηадηад0,8кг R22или в пересчете на 1кг СН4: (Δl 'сж )R22 = 1,111⋅17,56 = 19,51кДжкг сжим.СН 473Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что при анализецикла ПКХМ учтены необходимые затраты энергии на компенсациюпроизводства энтропии в результате необратимости процессов в концевомхолодильнике и конденсаторе, поэтому минимальная работа сжатиявычислена как адиабатная, то есть равная(i2ад − i1 ) .Заметим так же, чтоадиабатный КПД компрессора выражает степень термодинамическогосовершенства процесса сжатия в адиабатных условиях и учитываетпроизводство энтропии в результате необратимых процессов собственнов компрессоре.
В то же время изотермический КПД компрессора учитываетпроизводство энтропии в результате необратимости не только в процессесжатия, но и в сопутствующих ему процессах охлаждения. Поэтомузначение ηиз обычно меньше значения η ад .Действительная суммарная работа, затрачиваемая на сжатие СН4 и R22равна:l∑ действ == 0,576lизCH4ηиз ⋅ x+y lадR22420, 461,111 70, 24кДж⋅=+⋅= 2073,53=x ηад0, 6 ⋅ 0,385 0,385 0,8кг жидк.СН 4кВт ⋅ чкг жидк.СН 4Степень термодинамического совершенства установки ожижения СН4:η терм =lmin ожиж.СН4Поl∑ действ=613, 23= 0, 2962073,53результатамдроссельно-эжекторныйпроведенногоцикланализа можноболееутверждать, чтопредпочтителендлямалыхожижительных установок. Введение эжектора в цикл хотя и не обеспечиваетгенерирование дополнительной холодопроизводительности, но полностьюисключает «потери»продукта при отгрузке и позволяет реализоватьожижительный цикл при более оптимальных параметрах, не усложняяпри этом теплообменную аппаратуру (имеется в виду использованиетрехпоточныхустановоктеплообменников).степеньПоказано,термодинамическогочтодляисследованныхсовершенстваустановки,74работающей по этому циклу, на 3,1% больше, чем установки, работающейпо простому дроссельному циклу.3.3.2.
Сдвумядроссель-эжекторнымиступенями(серийновыпускаемые установки ОАО Криогенмаш на экспорт)При анализе установок сжижения природного газа (СПГ) важноучитывать, что состав природного газа (ПГ), поступающего в установку,может существенно отличаться по разным месторождениям.
В связи с этимнеобходимо обращать внимание на эффективность рабочих процессовв установке,учитываясоставполучаемогопродукта.Иногдав проектируемые системы вводят дополнительные элементы, позволяющиеповысить качество и уменьшить долю примесей в получаемом СПГ.Установка ОАО «Криогенмаш», серийно выпускаемая на экспорт, оснащенадвумя эжекторами и тремя дополнительными сепараторами, что позволяетудалять низкокипящие компоненты из ПГ.Принятый в расчетах состав природного газа на входе в установкуприведен в Таблице 4 в соответствии с данными ОАО «Криогенмаш».Установки, рассмотренные в пунктах 3.2 и 3.3.1, были проанализированыс учетом состава ПГ по предложенной методике расчета, и полученныерезультаты были сведены в Таблицу 19 приложения (столбцы 2 и 4соответственно). Анализ установок с учетом состава природного газапозволил более точно сопоставить их эффективность и сравнить результатырасчетов с данными, полученными на чистом метане.Таблица 4СоставОбъемная доля, %Метан92,189Этан4,530Пропан1,430Изобутан0,25175Таблица 4 (продолжение)Бутан0,435Изопентан0,142Пентан0,144Гексан0,283Азот0,572Гелий0,015Водород0,014Кислород+Аргон0,0041.) Исходные данные для определения характеристик метанового цикла:Принципиальная схема установки, работающей по циклу с двумядроссель-эжекторами, показана на Рис.
3.10. Исходные данные для расчетабыли приняты аналогично значениям, использованным для анализаустановки с дроссель-эжекторным циклом, включая давления сжатия,всасывания и отгрузки жидкости.Реальносуществующаяустановкаоснащенадвумягазовымикомпрессорами: ожижаемого потока ПГ производительностью 2300 нм3/чс электродвигателем мощностью 190 кВт и компрессором циркуляционногопотокаПГпроизводительностью4980нм3/чсэлектродвигателеммощностью 575 кВт. Общая производительность по жидкому метану 1538кг жидк. СН4/ч; по сжимаемому газу:GСН4 = 4860кг .чДля предварительногоохлаждения применена холодильная машина холодопроизводительностью210 кВт при температуре 238К.2.) Определение основных характеристик рабочих процессов цикла иустановкиПараметры потоков рабочего тела в характерных точках 1 – 24 циклаустановки УСПГ-1,5 сведены в Таблицу 5.76Таблица 5Расход G,ДавлениеТемператураЭнтальпияЭнтропияP, МПаT, Ki, кДж/кгs, кДж/кг К125299,2–35896,9871225275,5–36606,741325238–37796,2731425204,4–38905,773151,2148,1–35836,7761,11161,2148,1–33227,0930,2471,2148,1–48615,2210,18880,78140,4–48615,2340,18890,78141,5–41087,0340,792100,78139,3–33617,2510,646110,78139,3–50325,1730,573120,3124,6–50325,2080,573131,2124,7–36974,4030,24141,2124,7–39614,7830,001151,2124,7–37124,4010,239160,78119,8–37124,4120,239170,78128,2–42194,8110,427180,3126,8–45638,6490,257190,3126,8–51294,6730,684201,2233–31607,9600,684211,2289,2–30568,3590,68421’1,2300–30368,4270,6842225300–31666,7580,684233300–43138,8120,3152425300–45007,3690,315Точкикг ПГ/кгсжим.
ПГ77Рис. 3.10. Принципиальная схема малотоннажной ожижительной установкиУСПГ-1.5, разработанной ОАО «Криогенмаш»I – компрессор ожижаемого потока ПГ с системой отвода теплоты сжатияqсж1; II – компрессор циркуляционного потока ПГ с системой отводатеплоты сжатия qсж2; III – теплообменник № 1 (предварительный); IV –парокомпрессионная холодильная машина (К – компрессор R22; К.Х –концевой холодильник; КОН – конденсатор; Др – дроссель); V –78теплообменник № 2 (фреоновый испаритель); VI – теплообменник №3(основной); VII – эжектор №1; VIII – эжектор №2; IX – сепаратор №1X– сепаратор № 2; XI– сепаратор № 3; XII– хранилище СПГ; XIII– дроссель№1; XIV– дроссель №2; XV– дроссель №3Результаты анализа установки сжижения природного газа сведеныв Таблицу 19 приложения (столбец 5).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
