Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Холодильный агент представляет собой смесь углеводородов и азота. Отдельные фракции смеси, испаряющейся на различных температурных уровнях, позволяют получать холод в широком диапазоне температур.
Холодильный цикл на смеси имеет много модификаций. Наиболее простым в аппаратурном оформлении является цикл с одноступенчатым дросселированием хладоагента (Prico), представленный на рис. 3.18 [41].
Холодильный агент после сжатия в компрессоре охлаждается и частично конденсируется в водяном или воздушном холодильнике и затем поступает в сепаратор. Далее хладоагент охлаждается, конденсируется и переохлаждается одновременно с природным газом в основном теплообменнике. Сжиженный хладоагент дросселируется до низкого давления и после испа-
1
Рис. 3.18. Схема холодильного цикла на многокомпонентном холодильном агенте с однократным дросселированием (Prico)
162
рения в основном теплообменнике поступает на сжатие в компрессор.
Многоступенчатый цикл на смешанном агенте может иметь две, три и более ступеней дросселирования хладоагента. Холодильный агент после водяного охлаждения поступает в сепаратор, где производится разделение газообразной и жидкой фракций хладоагента. Жидкая фракция переохлаждается в теплообменнике, дросселируется до низкого давления и, испаряясь, отдает свой холод в этом же теплообменнике. Паровая фаза из сепаратора охлаждается и частично конденсируется в том же теплообменнике и поступает на разделение во второй сепаратор. Далее процесс повторяется на более низких температурных уровнях. Вырабатываемый в отдельных ступенях холод может быть использован одним потребителем, проходящим последовательно все теплообменники, или различными потребителями.
Холодильный цикл на смеси может иметь два и более уровня давления испарения хладоагента.
Широко используется холодильный цикл на смеси с предварительным охлаждением. Этот цикл имеет некоторое преимущество в энергетических затратах перед описанными выше циклами.
Холодильные циклы на смеси углеводородов наиболее эффективны в случаях, когда требуется получать холод в широком диапазоне температур, например, при сжижении природного газа, однако в случаях, когда требуется холод в узком диапазоне температур, например в технологических схемах извлечения этана, эти циклы по эффективности часто уступают каскадным холодильным циклам пропан - этилен (этан) и де-тандерным холодильным циклам.
Расчетные исследования различных технологических схем в установках разделения и сжижения природного газа с использованием холодильных циклов на смеси позволили получить некоторые обобщающие зависимости по удельным затратам энергии и КПД используемых циклов [5].
Нарис. 3.19 приведена зависимость удельных энергозатрат в установках разделения и сжижения природного газа с применением цикла на смеси от конечной температуры охлаждения газа Тк. Зависимость справедлива с точностью до 10 % для природного газа, содержащего от 80 до 100 % метана, при давлениях газа 4,5-5,5 МПа.
Кривая, приведенная на графике, отражает рост затрат энергии на получение единицы холода с понижением конечной температуры охлаждаемого газа. График может быть использо-
|0,7I-!_-.-і-1-1-і-
F 2 90 110 130 150 170 190 210 230
S
Рис. 3.19. Зависимость удельных энергозатрат от конечной температуры охлаждения газа Тк
ван для оценки затрат энергии в установках извлечения из природного газа гелия, этана, пропана и более тяжелых углеводородов, а также и в установках сжижения газа. Непосредственно по графику можно определить затраты энергии на охлаждение природного газа при условии, что газ охлаждается смесью от начальной температуры 30-35 °С.
Удельные энергозатраты не могут служить мерой термодинамического совершенства цикла. Для более полной характеристики совершенства протекания реальных процессов используется эксергетический метод и, в частности, эксергетиче-ский КПД
Эксергетический КПД холодильных установок представляет собой отношение эксергии, отводимой от охлаждаемого объекта, к подведенной электрической или механической энергии:
tu=V' (3140)
где Lm,„ - минимальная работа охлаждения или сжижения природного газа в обратимом процессе (эксергия); Ьд - действительная работа охлаждения или сжижения газа в реальном процессе.
Минимальная работа определяется по следующему уравнению:
164
¦>
it $ )
і" . '» .
іт«/, '• Г-
S
90 ПО 130 150 170 190 210 230 Т,К 1,1
Рис. 3.20. Значение эксергетического КПД установок разделения и сжижения с холодильными циклами на смеси углеводородов и азота
I1111n = T0AS-Q, ^1'' (3.141)
где T0 - температура окружающей среды; AS - изменение энтропии охлаждаемого объекта; Q - количество тепла, отводимого от охлаждаемого объекта.
На графике рис. 3.20 нанесены значения эксергетического КПД, полученные при расчете различных установок охлаждения и сжижения природного газа с холодильными циклами на смешанном холодильном агенте.
При построении кривой на рис. 3.20 температура T0 принималась равной температуре хладоагента после охлаждения его в водяном или воздушном холодильнике.
