Установка для сжижения природного газа. Осушка и очистка природного газа, страница 4

Повысить эффективность дроссельного цикла можно за счет предварительного охлаждения газа, поступающего в дроссельную ступень. Это достигается путем включения в дроссельный цикл ожижения дополнительной ступени охлаждения в виде ступени с внешним источником охлаждения. Обычно в ступени с внешним источником охлаждения в качестве последнего используется холодильная машина.

Рис.1.2 Схема установки ожижения метана, работающая по простому дроссельному циклу с предварительным охлаждением.

К-компрессор; ТО1,ТО2,ТО3-теплообменник ;ДВ- дроссельный вентиль; ОЖ-отделитель жидкости.

Метан, сжатый в компрессоре от давления P₁ до давления P₂ при температуре Т₁,поступает в предварительный теплообменник ТО1, где охлаждается до температуры Т₃. В теплообменнике ТО2, который является испарителем холодильной машины, он охлаждается до температуры Т₄. Окончательное охлаждение сжатого потока метана происходит в теплообменнике ТО3 концевой дроссельной ступени.

При выходе из теплообменника ТО3 с температурой Т₅ сжатый метан поступает на дроссельный вентиль, при прохождении через который давление потока метена снижается до величины Р₁ и образовавшаяся после дроссельного вентеля парожидкостная смесь поступает в отделитель жидкости. Жидкая фаза в количестве Xкг. отводиться из отделителя жидкости в качестве готового продукта, а неожиженый поток в количестве (1-X)кг. Используется в виде обратного потока для охлаждения сжатого метана в теплообменниках ТО3 и ТО1. По выходу из теплообменника ТО1 этот поток поступает на сжатие в компрессор, где для обеспечения сжатия 1кг. Метана подается на всасывание дополнительно Xкг. Газообразного метана.

В теплообменник ТО3 для охлаждения сжатого метана подается поток жидкого хладагента из холодильной машины, который кипит, охлаждая поток сжатого метана, проходящего через теплообменник ТО2, а образовавшийся пары поступают на сжатие и конденсацию в холодильную машину.

Основные показатели теоретического цикла при ожижении метана Т₁=300К, Т_х=223К, Р₁=0,1МПа,Р₂=20 МПа, не учитываются теплоприток из окружающей среды и потери холода от недорекуперации (q_c=0).Так же разность температур между прямым и обратным потоками на теплом конце теплообменника равна 0. Удельную холодопроизводительность  холодильной машины (аммиачной)  кДж/ кДж.

Холодопроизводительность (q₀) цикла будет определяться значением температуры Т_х

 ==316,9кДж/кг

Количество холода необходимое для ожижения 1кг метана про Р=Р₁

=747,8кДж/кг

Коэффициент ожижения

Удельная работа для теоретического цикла определяется работой сжатия газа в компрессоре

 СПГ

Модификацией установок, работающих дроссельному циклу, является циклы с включением вихревой трубы. Циклы отличаются большим разнообразием ,отличающиеся местом включения вихревой трубы и их количеством.

 Рис.1.3 Схема установки ожижения метана с дроссельной ступенью и вихревой трубой

К-компрессор; ТО1,ТО2,-теплообменник ;ДВ- дроссельный вентиль; ОЖ- отделитель жидкости; ВТ- вихревая труба.

Эта установка состоит из двух ступеней , где первая ступень с внешним источником охлаждения, роль которого выполняет вихревая труба.

Поток метана ,сжатый в компрессоре в количестве 1кг., разделяется на два потока g₁ и g₂. Поток g₂ идет на вихревую трубу ,где происходит разделение на 2 части:g₇- холодный поток и g₈ – теплый поток. Теплый поток g₈ выводиться из установки, а холодный g₇ поступает в теплообменник ТО1 в качестве обратного потока, где совместно с потоком низкого давления (1-g₂-x),выходящим из концевой ступени, используется для охлаждения прямого потока g₁.

Поток g₁ поступает на охлаждение в теплообменник ТО1, по выходу из которого поток поступает в теплообменник ТО2, при выходя из которого дросселируется до низкого давления, и образовавшаяся парожидкостная смесь подается в отделитель жидкости. Отделившаяся жидкая фаза в качестве готового продукта в количестве Xкг отводиться из установки, а сухой насыщенный пар последовательно подогревается в теплообменниках ТО1 и ТО2.по выходу из теплообменника ТО1 этот поток совместно с потоком g₇  поступает на сжатие в компрессор. С тем, чтобы в компрессоре сжимался 1кг. метана, к этому потоку добавляется поток(x+g₈)кг.