Установка для сжижения природного газа. Осушка и очистка природного газа, страница 5

Основные показатели теоретического цикла при ожижении метана Т₁=300К, Р₁=0,1МПа,Р₂=20 МПа, теплоприток из окружающей среды q_c=10 кДж/кг. Разность температур между прямым и обратным потоками на верхнем и нижнем температурных уровнях теплообменника ТО1 Т^в =10К и Т^н=10К. Максимальная холодопроизводительность вихревой трубы=g₇/g₂=0,6. Холодильный КПД

, где

Получим g₂=0.7кг.,

В рассмотренных теоретических циклах,в реальных условиях холодопроизводительность уменьшится за счет теплопритоков из окружающей среды и холодопотерь от недорекупераций. Значение коэффициентов ожижения будут несколько ниже. Приблизительно в два раза возрастут удельные затраты энергии из за уменьшения  коэффициент ожиженияи увеличения работы сжатия газа в компрессоре с учетом отклонения действительного процесса сжатия от изотермического.

В ряде случаев предполагается использовать данные циклы для ожижения природного газа, работающих на использовании перепада давлений на ГРС. Особенностью рабочих условий таких ожижителей состоит в перепадах давления, поступающего из магистрали трубопровода ,которое может колебаться от 7,0МПа до 2,5МПа.При этом давление сети потребления ГРС тоже может изменяться в пределах от 0,2МПа да 1,2МПа.

При снижении давления в магистральном газопроводе до 2,5 МПа в реальном дроссельном цикле ожижения метана почти не будет т.е. вся холодопроизводительность будет потрачена на покрытие холодопотерь извне и недорекупераций.

Наиболее эффективнее применение вихревой трубы по сравнению с дросселем. Сравнивая эксергетический КПД(учитывающий и охлаждающий поток и поток нагревания)циклов с дросселем и вихревой трубой ,цикл с вихревой трубой в 2.5 раз эффективнее. Поток нагревания может быть использован для технологических целей(например регенерации адсорбационного блока осушки метана).

Детандерные циклы.

В настоящее время наибольший интерес представляют детандерные циклы среднего давления. Это объясняется тем, что ожижители метана, могут работать на использовании перепада давлений на газораспределительных станциях (ГРС)магистральных газопроводов. При этом эффективность значительно выше, чем эффективность ожижителей дроссельного типа или с вихревой трубой.

Рис 2.1 Схема ожижения метана, работающая по циклу среднего давления с расширением в детандере части неохлажденного газа. 

МГ - магистральный газопровод; ТО1,ТО2,ТО3-теплообменник ;ДВ- дроссельный вентиль; ОЖ- отделитель жидкости; ГРС – газораспределительная станция;                 Д-детандер.

Метан перед ГРС отбирается из магистрального газопровода и направляется в двухступенчатую установку, где в первой ступени часть газа при температуре окружающей среды поступает на расширение в детандер, а вторая часть на охлаждение в теплообменник ТО1.

Расширенный в детандере газ смешивается с обратным потоком газа, выходящим из теплообменника ТО2 второй ступени охлаждения, и охлаждает прямой поток сжатого газа в теплообменнике ТО1, по выходу из которого поступает в трубопровод расширенного газа низкого давления, подаваемого из ГРС потребителю.

Сжатый газ по выходу из теплообменника ТО1 поступает в теплообменник ТО2,где охлаждается потоком неожиженного газа, выходящего из отделителя жидкости, и поступает на дроссельный вентиль. После дросселирования этого потока в отделитель жидкости, ожиженная часть СПГ поступает потребителю, а неожиженный поток последовательно подогревается в теплообменниках ТО2 и ТО1.

При анализе цикла принимается, что на ожижение поступает сухой газ(осушенный и очищенный).Давление поступающее из магистрали Р₁=6,0МПа , а выходящее давление из ожижителя Р₂=0,6МПа.Температура при входе Т₁=300 К. теплоприток извне первой ступени  =4кДж/кг, второй =2кДж/кг. Относительная недорекуперация на верхнем температурном уровне Т₁ принималась равной =0,02. Изоинтропный КПД детандера =0,8

Изоинтропный КПД детандера

Энергетический баланс первой ступени

Энергетический баланс второй ступени

Недокуперация на теплом конце ТО2  Т₂=Т₂-Т₆=21К