Диссертация (1172966), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Например, открытые циклы с детандерами применяются только вмалотоннажном производстве, а каскадные процессы с двумя или тремя циклами– в средне- или крупнотоннажном. Анализ литературных источников, в которыхприведены данные по производительности одной технологической линии по тойили иной технологии, позволил автору разработать диаграмму, представленнуюна рисунке 3.22.8Крупнотоннажное производство7Млн. т СПГ в год6543Среднетоннажное производство210Макс.0,01Макс.0,025Малотоннажное производствоДрЦВД ДтЦВД ОЦСХА АХЦ-1Д АХЦ-2Д АХЦ-3Д C3-MRDMRCPOCAPXРисунок 3.22 – Сопоставление технологий сжижения природного газа ипроизводительности технологических линий: ДрЦВД – дроссельный циклвысокого давления; ДтЦВД – детандерный цикл высокого давления; ОЦСХА –однопоточная технология на СХА; АХЦ-1(2,3)Д – азотный холодильный цикл содним, двумя или тремя детандерами; C3MR – каскадный процесс с пропановымциклом предварительного охлаждения и основным циклом охлаждения на СХА;DMR – каскадный процесс с двумя циклами на СХА; CPOC – каскадный процессна чистых компонентах; APX – каскадный процесс с циклами на пропане, СХА иазоте(Источник: составлено автором)1893.2.3.4 Основное оборудование установок сжиженияНаряду со сбором и обработкой информации по технологиям сжижения,была проведена работа по исследованию оборудования, задействованном впроцессах сжижения.
В результате анализа были выявлены основные группыоборудования, которые являются ключевыми для данных процессов, описаны иххарактеристики. Подробная систематизация оборудования холодильных цикловприведена в монографии [7]. Основные результаты проведенной нами работыпредставлены в нижеследующем материале.Установки СПГ, независимо от производительности, используют большойассортимент оборудования. К основным типам и видам оборудования относятсятеплообменники, компрессоры и их приводы, расширительные устройства –дроссели и детандеры.Криогенныекрупнотоннажном,теплообменникиявляютсявуникальнымпроизводствеСПГ,оборудованием:ониособеннодолжныобеспечивать теплообмен при противотоке нескольких потоков с минимальнойразностью температур.
При этом потоки могут находиться в различныхагрегатных состояниях, при разных давлениях, и в одном или нескольких потокахвозможны фазовые переходы. Этому требованию удовлетворяют два типатеплообменных аппаратов: спиральновитые и паяные ребристо-пластинчатыетеплообменники.Спиральновитые теплообменные аппараты представляют собой пучкиалюминиевых трубок, спирально намотанных на сердечник и помещенных вцилиндрический корпус. По данным компаний-производителей, эти аппаратыобладают поверхностью теплообмена от 25 000 до 50 000 м2.Спиральновитые теплообменные аппараты большой производительностипоставляются на заводы СПГ преимущественно двумя компаниями: APCI и Linde(Ошибка!Источникссылкиненайден.3.23).APCIпроизводитэтитеплообменники, в основном, из алюминия, в то время как компания Lindeизготавливает их из алюминия и нержавеющей стали.190Рисунок 3.23 – Схема многопоточного спиральновитого теплообменногоаппарата: A, B, C, D – теплообменивающиеся потоки(Источник: Linde)Теплые потоки B, C, D – это, как правило, природный газ и два потокахладагентов высокого давления, проходящие по трубным пучкам.
Холодныйпоток A – это поток хладагента низкого давления, направляющийся сверху вниз вмежтрубном пространстве и охлаждающий потоки, поднимающиеся снизу вверх.Алюминиевые трубки теплообменников, производимых компаниейAPCI,выдерживают внутреннее давление до 8,2 МПа. Один трубный пучок можетвключать несколько сотен километров трубок.
Данные аппараты способныработать с производительностью до 4 млн. тонн СПГ в год. Их габаритныеразмеры зависят от числа навитых труб, толщина стенок которых зависит отвнутреннего давления потоков, размеров бандажей, поддерживающих трубныепучки во избежание их провисания, и ограничены по диаметру корпуса для191возможности транспортировать аппарат через дорожные туннели.
Диаметрспиральновитых теплообменников составляет от 3 до 6 м, а высота – от 10 до50 м. Масса теплообменника достигает 250 тонн. [93, 94]Алюминиевыеребристо-пластинчатыетеплообменникипредставляютсобой пакеты ребристых пластин, собранных в корпусе, и отличаются высокойэффективностью. Теплообменивающиеся потоки подаются между тонкимигофрированнымипластинами.Поразмерамребристо-пластинчатыетеплообменники уступают спиральновитым – самый большой пластинчатыйтеплообменниксоставляетвсегооднудесятуючастьспиральновитоготеплообменника APCI. Поэтому они не используются в процессах с высокойпроизводительностью.СредипроизводителейтакихаппаратовнаиболееизвестныLinde(Германия) и Chart (США).
Теплообменники изготавливаются с применениемпроцесса пайки под вакуумом при температуре 600 ºС. [95] Этот типтеплообменников встречается на заводах СПГ любой производительности,преимущественно – на заводах для покрытия «пикового» спроса на газ. Они оченькомпактны – удельная поверхность теплообмена у этих аппаратов свыше1000 м2/м3, но область применения их ограничена. Ребристо-пластинчатыетеплообменники чувствительны к большим и резким перепадам температур,поэтомуонименеетеплообменниками.надежныТакже,поприсравнениисравнениюсососпиральновитымиспиральновитымитеплообменниками, конструкция распределительной камеры не обеспечиваетравномерного распределения двухфазных потоков по ходам теплообменника.Представляет большую сложность обеспечить равную длину пути по ходамтеплообменника для разных частей одного потока. На крупнотоннажных заводахтакие теплообменники используются в циклах предварительного охлаждения.
[96]Схема ребристо-пластинчатого теплообменника представлена на рисунке 3.24.192Рисунок 3.24 – Схема многопоточного ребристо-пластинчатого теплообменногоаппарата: A, B, C, D – теплообменивающиеся потоки(Источник: Linde)КомпанияLindeприводитследующиетехническиехарактеристикиребристо-пластинчатых теплообменников:−максимальные габариты блочного элемента (ШхВхД) – 1,5х3,0х8,2 м;−максимальная удельная поверхность теплообмена – 1500 м2/м3;−толщина пластин – от 0,2 до 0,6 мм;−расчетный температурный диапазон – от минус 269 до плюс 65 ºС;−максимальное расчетное давление – 11,1 МПа. [97]Компрессоры являются неотъемлемой частью процесса сжижения наустановках любой производительности. Они используются в холодильных циклахдля сжатия хладагента, для поддержания давления испаренного газа вхранилищах и сепараторах технологической линии процесса сжижения, наприемных терминалах.
Компрессоры представляют собой одну из самых193дорогостоящихгруппоборудованияиоказываютсильноевлияниенаэффективность производства СПГ. Компрессоры холодильных циклов сложны поконструкции из-за высоких чисел Маха, потоков большого объема и низкихтемператур на входе.В зависимости от критериев применения, в производстве СПГ используютсякак объёмные, так и турбокомпрессоры. В процессах основной технологическойлинии используются преимущественно турбокомпрессоры: центробежные иосевые.
Объемные компрессоры находят применение на вспомогательныхустановках. На крупнотоннажных заводах СПГ применяются преимущественноцентробежные компрессоры мощностью до 44 МВт и осевые компрессорыпроизводительностью до 80 МВт. Классификация компрессоров, применяемыхпри производстве СПГ, представлена на схеме (Рисунок ).Аэродинамические(Турбокомпрессоры)Центробежные(радиальные)ОсевыеКомпрессорыОбъемныеПоршневыеРоторныеРисунок 3.25 – Классификация компрессоров производства СПГ(Источник: составлено автором)В качестве приводов компрессоров в производстве СПГ применяетсяследующее оборудование:− паровые турбины;− газовые турбины;− аэродеривативные (авиационные) газовые турбины;194− электрические двигатели.Применениепаровыхтурбинтребуетдополнительныхустановокподготовки воды и производства пара, большого числа вспомогательногооборудования (насосов, котлов) и мощного охлаждения.
Мощность паровыхтурбин может регулироваться, тогда как для газовых турбин существуетдискретный ряд значений выходной мощности и ограниченное число допустимыхскоростей вращения. В частности, в таблице 3.3 приведен номенклатурный рядгазовых турбин производства компании General Electric. [19]Таблица 3.3 – Мощность газовых турбин производства компании General ElectricМодельМощность, кВтGE Frame 5 B22 300GE Frame 5 C24 200GE Frame 5 D27 900GE Frame 637 200GE Frame 7 EA73 500GE Frame 9106 200Источник: составлено автором по материалам General ElectricВыходная мощность газовых турбин сильно зависит от температурыокружающеговоздуха.Газовыетурбины,нетребующиеразмещениявспомогательных установок, намного компактнее паровых. Одновальные газовыетурбины требуют особой процедуры запуска, что приводит к использованиюдополнительныхустройстввкачествестартеров(электродвигателей,турбодетандеров или паровых турбин малой мощности).
Запуск двухвальныхгазовых турбин значительно проще, но эти турбины имеют выходную мощностьне выше 30 МВт.Большая разница в выходной мощности газовых турбин привела к такимтехническим решениям, которые дают возможность использовать газовые195турбины наиболее эффективно. Результатом стали комбинации несколькихкомпрессоров на валах одной или двух турбин, что с успехом применяется впроцессе APCI C3MR/SplitMR.Авиационные (аэродеривативные) газовые турбины, разработанные длясамолетов, нашли свое применение в индустрии СПГ. Они обеспечиваютвыходную мощность около 50 МВт, легче, но менее надежны, чем промышленныегазовые турбины.Электродвигатели имеют изменяющуюся скорость вращения и просты вобслуживании и управлении.Некоторые преимущества и недостатки существующих компрессорныхприводов, по данным работы [98], приведены в таблице 3.4.Таблица 3.4 – Преимущества и недостатки компрессорных приводов [98]Тип приводаПаровые турбиныПромышленныегазовые турбиныАвиационныегазовые турбиныЭлектродвигателиПреимущества•Хорошо зарекомендовалисебя в производстве СПГ•Выбор турбины зависитот требуемой мощности•Регулируемаяскоростьвращения•Простота эксплуатации ипуска•Большойопытэксплуатации на заводах СПГ•Занимаютменьшуюплощадь•Рентабельность•Упрощают схему завода•Рентабельность•Эффективностьиспользования топлива выше,чем у промышленных газовыхтурбин•Быстро удаляются илизаменяются•Болеенизкиекапитальные затраты•Пониженныеэксплуатационные расходы•Бóльшаягибкостьвувязке с компрессорамиНедостатки•Требует создания назаводекрупнойинфраструктуры (вода, пар исистемы конденсации)•Увеличивают общуюстоимость завода•Одновальные турбинытребуют стартеры большоймощности•Нетопытаэксплуатации в производствеСПГ•Необходимоболеевысокоедавлениетопливного газа, чем упромышленных турбин•Зависимостьотвнешнего источника энергии•Вызываетпроблемымощность, требуемая длязапуска двигателя196Для расширения хладагента в холодильных циклах применяются дроссели,детандеры, эжекторы и вихревые трубы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
