РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ОСНОВЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ХОЛОДИЛЬНОГО ЦИКЛА
|
Введение
1 Расчёт парокомпрессионного контура пропана 12
1.1. Термодинамиеский расчёт компрессора 15
1.2. Расчёт конденсатора для R290 18
1.3. Расчёт испарителя для R290 23
2. Расчёт парокомпрессионного контура для R170 28
2.1. Термодинамический расчёт компрессора 31
2.2. Расчёт конденсатора для фреона R170 34
2.3. Расчёт испарителя для фреона R170 39
3. Расчёт парокомпрессионного контура для R50 45
3.1. Термодинамический расчёт компрессора 48
3.2. Расчёт конденсатора для фреона R50 51
3.3. Расчёт испарителя для фреона R50 56
Заключение 62
Список литературы
1 Расчёт парокомпрессионного контура пропана 12
1.1. Термодинамиеский расчёт компрессора 15
1.2. Расчёт конденсатора для R290 18
1.3. Расчёт испарителя для R290 23
2. Расчёт парокомпрессионного контура для R170 28
2.1. Термодинамический расчёт компрессора 31
2.2. Расчёт конденсатора для фреона R170 34
2.3. Расчёт испарителя для фреона R170 39
3. Расчёт парокомпрессионного контура для R50 45
3.1. Термодинамический расчёт компрессора 48
3.2. Расчёт конденсатора для фреона R50 51
3.3. Расчёт испарителя для фреона R50 56
Заключение 62
Список литературы
В этом дипломном проекте представлен расчёт энергии многоступенчатого каскадного холодильного цикла, используемого для сжижения природного газа. Природный газ представляет собой смесь метана, этана, пропана и бутана с небольшим количеством более тяжелых углеводородов и некоторых примесей, в частности, азотных, комплексных соединений и др.
К основным преимуществам сжиженного природного газа (СПГ) относится:
- большая плотность газа, что повышает эффективность и удобство его хранения, транспортировки и потребления.
- не токсичность, поэтому его хранение осуществляется в теплоизолированной емкости при температуре -162°Св специальных наземных резервуарах при атмосферном давлении.
- возможность межконтинентальных перевозок СПГ специальными танкерами-газовозами, а также перевозка железнодорожным и автомобильным видами транспорта в цистернах.
Основным потребительским свойством СПГ относится возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем.
В процессе сжижения и регазификации выделяемые из СПГ углеводороды используются в качестве нефтехимического сырья, источника экологически чистого топлива для различных видов транспорта (а также в быту).
Учитывая основные преимущества и потребительские свойства, а также перспективность направления производства и переработки СПГ, необходимы работы по поиску энергоэффективных технологий обеспечивающих эти процессы.
На данный момент используются различные термодинамические циклы с разными хладагентами для сжижения природного газа. Наиболее энергоэффективным, получившим широкое распространение является многоступенчатым каскадный цикл охлаждения, с использованием трех различных хладагентов, именно: пропан, этан (или этилен) и метан в отдельных холодильных циклах.
Учитывая актуальность вопроса производства СПГ, каскадный цикл на трех указанных хладагентах был принят для аналитической реализации и выявления перспектив его совершенствования в настоящей работе.
Патентный поиск
1 .Класс МПК: F25B7/00 - Компрессионные машины, установки и системы каскадного действия, те с несколькими циклами, причем тепло от конденсатора одного цикла поглощается испарителем следующего цикла.
Патентообладатель: Новиков Владимир Борисович.
подача заявки: 25.05.2011 г.
публикация патента:10.04.2015 г.
Изобретение может быть использовано в системах кондиционирования, в пищевой и химической промышленности. Холодильная каскадная установка с различными рабочими веществами каскадов, состоящая из одноступенчатых машин, называемых нижней и верхней ветвью каскада и объединяемых общим испарителем-конденсатором, включающая компрессоры, теплообменники, термоизолированный аккумулятор холода. Верхняя ветвь каскада выполнена разомкнутой с применением в ней пополняемого извне рабочего тела R718 - воды или водных растворов солей в качестве хладоносителя, с испарением незначительной части воды для удаления суммарных теплопритоков, вакуумируемый испаритель- конденсатор соединен с вакуум-насосом для удаления из него паров испаренной воды в окружающую среду. Нижняя ветвь каскада выполнена разомкнутой с использованием в ней атмосферного воздуха и/или замкнутой, причем конденсаторы нижней ветви каскада размещены внутри вакуумируемого испарителя-конденсатора верхней ветви каскада. Техническим результатом является стабильность работы холодильной каскадной установки вне всякой зависимости от внешних температурных условий окружающей среды.Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования, в пищевой и химической промышленности.
Задачей настоящего изобретения является исключение зависимости функционирования холодильной каскадной установки от температуры внешней природной среды при отводе в нее тепла, существенное уменьшение количества применяемых в ней промышленных хладагентов с одновременным ростом экологичности и термодинамической эффективности работы каскадной холодильной установки, снижение расхода подводимой извне работы для привода установки.
Уровень техники.
Известна холодильная каскадная установка с различными рабочими веществами, состоящая из двух одноступенчатых холодильных машин с замкнутыми контурами хладагентов, называемых нижней и верхней ветвью каскада и объединяемых общим конденсатором-испарителем. В нижней ветви каскада используется рабочее вещество низкого давления, которое получает тепло от источника низкой температуры в испарителе своего замкнутого контура и кипит, пар сжимается в компрессоре и направляется в общий конденсатор-испаритель, где конденсируется. Теплота конденсации рабочего вещества нижней ветви каскада отбирается рабочим веществом холодильной машины верхней ветви каскада, как правило, рабочим веществом среднего давления, которое кипит в конденсаторе-испарителе. Пары рабочего вещества верхней ветви каскада сжимаются компрессором с повышением их температурного потенциала выше аналогичных значений во внешней среде, после чего тепло этого каскада передается в окружающее пространство воздуху, или воде посредством теплопередачи (Н.Н.Кошкин, И.А.Сакун, Е.М.Бамбушек и др. Холодильные машины, Л., Машиностроение, 1985 г., с.91-96).
Синергетический сверхсуммарный эффект в предлагаемом устройстве определяется тем, что небольшая часть массы экологически чистого рабочего тела верхнего каскада (незначительная причина) используется в энергоемком фазовом превращении первого рода посредством самоиспарения малых количеств воды вследствие снижения давления ниже атмосферного до пограничных значений между низким и средним вакуумом. За счет перераспределения давления с понижением в диапазоне от 100 до 0,1 кПа посредством вакуум-насоса, к которому приложена извне механическая работа, помимо массообменного маломасштабного явления (причины) реализуется значительно более интенсивная энергетическая составляющая пространственной неоднородности в одном из объектов каскадной установки (испарителе-конденсаторе), что создает искусственную температурную неоднородность, как движущую силу в других объектах установки - нижних ветвях каскада, системе в целом. Численное соотношение испаренной массы воды 0,1 кг/с (причины) и соответствующей этой величине 250 кВт мощности теплоотбора (следствия), как однонаправленного процесса, без необходимости замыкания цикла с возвратом в исходную точку температурных показателей, подтверждает наличие синергетического эффекта указанной энерготрансформации с закономерно пониженными на 20% энергозатратами извне на ведение процесса.
Положительный эффект от применения устройства определяется сохранением экологических показателей природной среды, повышением термодинамической и экономической эффективности отъема тепла вследствие применения воды в качестве рабочего тела верхней ветви каскада с двумя фазовыми превращениями первого рода и отсутствия необходимости возврата параметров рабочего тела к началу цикла, снижением удельных энергозатрат на привод в действие холодильной каскадной установки до 25%, исключением внешних температурных ограничений на процесс теплообмена
К основным преимуществам сжиженного природного газа (СПГ) относится:
- большая плотность газа, что повышает эффективность и удобство его хранения, транспортировки и потребления.
- не токсичность, поэтому его хранение осуществляется в теплоизолированной емкости при температуре -162°Св специальных наземных резервуарах при атмосферном давлении.
- возможность межконтинентальных перевозок СПГ специальными танкерами-газовозами, а также перевозка железнодорожным и автомобильным видами транспорта в цистернах.
Основным потребительским свойством СПГ относится возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем.
В процессе сжижения и регазификации выделяемые из СПГ углеводороды используются в качестве нефтехимического сырья, источника экологически чистого топлива для различных видов транспорта (а также в быту).
Учитывая основные преимущества и потребительские свойства, а также перспективность направления производства и переработки СПГ, необходимы работы по поиску энергоэффективных технологий обеспечивающих эти процессы.
На данный момент используются различные термодинамические циклы с разными хладагентами для сжижения природного газа. Наиболее энергоэффективным, получившим широкое распространение является многоступенчатым каскадный цикл охлаждения, с использованием трех различных хладагентов, именно: пропан, этан (или этилен) и метан в отдельных холодильных циклах.
Учитывая актуальность вопроса производства СПГ, каскадный цикл на трех указанных хладагентах был принят для аналитической реализации и выявления перспектив его совершенствования в настоящей работе.
Патентный поиск
1 .Класс МПК: F25B7/00 - Компрессионные машины, установки и системы каскадного действия, те с несколькими циклами, причем тепло от конденсатора одного цикла поглощается испарителем следующего цикла.
Патентообладатель: Новиков Владимир Борисович.
подача заявки: 25.05.2011 г.
публикация патента:10.04.2015 г.
Изобретение может быть использовано в системах кондиционирования, в пищевой и химической промышленности. Холодильная каскадная установка с различными рабочими веществами каскадов, состоящая из одноступенчатых машин, называемых нижней и верхней ветвью каскада и объединяемых общим испарителем-конденсатором, включающая компрессоры, теплообменники, термоизолированный аккумулятор холода. Верхняя ветвь каскада выполнена разомкнутой с применением в ней пополняемого извне рабочего тела R718 - воды или водных растворов солей в качестве хладоносителя, с испарением незначительной части воды для удаления суммарных теплопритоков, вакуумируемый испаритель- конденсатор соединен с вакуум-насосом для удаления из него паров испаренной воды в окружающую среду. Нижняя ветвь каскада выполнена разомкнутой с использованием в ней атмосферного воздуха и/или замкнутой, причем конденсаторы нижней ветви каскада размещены внутри вакуумируемого испарителя-конденсатора верхней ветви каскада. Техническим результатом является стабильность работы холодильной каскадной установки вне всякой зависимости от внешних температурных условий окружающей среды.Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования, в пищевой и химической промышленности.
Задачей настоящего изобретения является исключение зависимости функционирования холодильной каскадной установки от температуры внешней природной среды при отводе в нее тепла, существенное уменьшение количества применяемых в ней промышленных хладагентов с одновременным ростом экологичности и термодинамической эффективности работы каскадной холодильной установки, снижение расхода подводимой извне работы для привода установки.
Уровень техники.
Известна холодильная каскадная установка с различными рабочими веществами, состоящая из двух одноступенчатых холодильных машин с замкнутыми контурами хладагентов, называемых нижней и верхней ветвью каскада и объединяемых общим конденсатором-испарителем. В нижней ветви каскада используется рабочее вещество низкого давления, которое получает тепло от источника низкой температуры в испарителе своего замкнутого контура и кипит, пар сжимается в компрессоре и направляется в общий конденсатор-испаритель, где конденсируется. Теплота конденсации рабочего вещества нижней ветви каскада отбирается рабочим веществом холодильной машины верхней ветви каскада, как правило, рабочим веществом среднего давления, которое кипит в конденсаторе-испарителе. Пары рабочего вещества верхней ветви каскада сжимаются компрессором с повышением их температурного потенциала выше аналогичных значений во внешней среде, после чего тепло этого каскада передается в окружающее пространство воздуху, или воде посредством теплопередачи (Н.Н.Кошкин, И.А.Сакун, Е.М.Бамбушек и др. Холодильные машины, Л., Машиностроение, 1985 г., с.91-96).
Синергетический сверхсуммарный эффект в предлагаемом устройстве определяется тем, что небольшая часть массы экологически чистого рабочего тела верхнего каскада (незначительная причина) используется в энергоемком фазовом превращении первого рода посредством самоиспарения малых количеств воды вследствие снижения давления ниже атмосферного до пограничных значений между низким и средним вакуумом. За счет перераспределения давления с понижением в диапазоне от 100 до 0,1 кПа посредством вакуум-насоса, к которому приложена извне механическая работа, помимо массообменного маломасштабного явления (причины) реализуется значительно более интенсивная энергетическая составляющая пространственной неоднородности в одном из объектов каскадной установки (испарителе-конденсаторе), что создает искусственную температурную неоднородность, как движущую силу в других объектах установки - нижних ветвях каскада, системе в целом. Численное соотношение испаренной массы воды 0,1 кг/с (причины) и соответствующей этой величине 250 кВт мощности теплоотбора (следствия), как однонаправленного процесса, без необходимости замыкания цикла с возвратом в исходную точку температурных показателей, подтверждает наличие синергетического эффекта указанной энерготрансформации с закономерно пониженными на 20% энергозатратами извне на ведение процесса.
Положительный эффект от применения устройства определяется сохранением экологических показателей природной среды, повышением термодинамической и экономической эффективности отъема тепла вследствие применения воды в качестве рабочего тела верхней ветви каскада с двумя фазовыми превращениями первого рода и отсутствия необходимости возврата параметров рабочего тела к началу цикла, снижением удельных энергозатрат на привод в действие холодильной каскадной установки до 25%, исключением внешних температурных ограничений на процесс теплообмена
Расчет энергетических параметров термодинамических циклов каскадов системы производства СПГ показал низкую энергоэффективность нижней ветви каскада, поэтому дальнейшие работы по ее совершенствованию, позволят значительно сократить затраты энергии и повысить КПД системы в целом.