Модернизация охладительной части процесса

Теоретический материал

Принцип работы установки

Дроссельный цикл ожижения газа высокого давления (P > 2 МПа), является очень эффективным благодаря тому, что в схему ожижительной установки входят вспомогательные контуры, содержащие холодильные машины. В них в качестве хладагента для охлаждения прямого потока газа используют индивидуальные углеводороды или их смеси, а так же фреоны.

На рисунке 2.1 показана схема установки для сжижения природного газа с использованием дроссельного цикла.

T1-предварительный теплообменник; ДР1,ДР2-дросель; ВТ1,ВТ2-вихревая труба; КС-конденсатосборник; Т2-основной теплообменник; ТО1,ТО2-вспомогательные теплообменники

Рисунок 2.1 – Схема сжижения природного газа

Рассмотрим принцип работы установки.

Газ низкого давления (0.3<P<1.0 МПа) поступает на вход компрессора (точка 0), где сжимается до давления 15<P<20 МПа (точка 1). Затем он охлаждается в рекуперативном предварительном теплообменнике Т1 (точка 2) поток несжижившегося газа низкого давления и дополнительным холодным потоком газа, подключенному к потоку несжижившегося газа низкого давления (точка 7). Окончательное охлаждение сжатого газа происходит в основном рекуперативном теплообменнике Т2 (точка 3) парами сжиженного природного газа (точка 6), после чего он дросселируется (точка 4) и разделяется в конденсатосборнике КС на две составляющие: сжиженный природный газ (точка 5) и несжижившейся в цикле газ низкого давления (точка 6).

Отработанный в цикле ожижения поток газа направляют обратно на вход компрессора (точка 0) и выход (точка 10).

Холодный поток газа для дополнительного охлаждения газа высокого давления создают следующим образом.

Газ высокого давления (2<Р<6 МПа) с выхода поступает на вход вспомогательного контура охлаждения (точка 9) и разделяется на два потока.

Во вспомогательных теплообменниках ТО1 и ТО2 потоки газа охлаждаются и расширяются в редуцирующем устройстве ДР2. После этого он подключается к потоку несжижившегося газа низкого давления в точке 7.

Источником холода в теплообменниках Т01 Т02 служат холодным составляющие потока подвегнутого энергетическому разделению в вихревых трубах ВТ1 и ВТ2 газа высокого давления, поступающего с выхода.

Недостатком данного цикла сжижения природного газа является высокая величина удельных энергетических затрат, которая измеряется в пределах 0,9-1 кВт час/кг. Это связано с необходимостью потребления электроэнергии из сети для привода компрессоров холодильной машины, ее вспомогательных систем (масляные насосы, вентиляторы воздушного охлаждения конденсатора).

Модернизация охладительной части процесса

Основным недостатком цикла сжижения природного газа является высокая величина удельных энергетических затрат на производство единицы товарной продукции. Для того чтобы избежать данного недостатка в качестве вспомогательного источника холода используется поток газа, охлажденный в вихревой трубе. Этот поток газа направляют в предварительный теплообменник установки для дополнительного охлаждения основной части потока ожижаемого газа с последующим его отводом в обратный поток. Однако, экономический коэффициент в 1,2-1,8 раза превышает коэффициент ожижения при простом дросельно-рекуперативном способе ожижения.

Это связано с тем, что поступающий в сопловый ввод вихревой трубы поток газа выходит их нее охлажденным на 20-35° С.

С целью повышения эффективности ожижения газа была спроектирована схема, в котором дополнительный холодный поток газа создают за счет холода, вырабатываемого одной вихревой трубой и последующего дросселирования газа от начального высокого давления до давления обратного потока.

Дополнительный экономический эффект будет получен с помощью эжектора на вход которого подают поток газа с выхода вспомогательных теплообменников и горячий поток газа с выхода вихревых труб.

В качестве активного газа будет использоваться газ с давлением выше чем давление обратного потока.