Сводные данные расчета установки ожижения метана

Для значений Т_х.м до 230 К состояние метана за детандером соответствует перегретому пару при Р = 0,6 МПа. При Т_х.м = 230 К и ниже процесс расширения газа в детандере заканчивается в двухфазной области, т. е. в этих случаях необходимо использовать в установке парожидкостной детандер. При этом теплообменник ТО4 может быть исключен из схемы ожижителя и поток, расширенный в детандере, будет направляться в отделитель жидкости ОЖ, а дросселирование части потока, не поступающей на детандер, будет осуществляться непосредственно после теплообменника ТО3.

Данные, приведенные в табл. 1.3.4 и 1.3.5, показывают, что использование сжатого метана в детандерном цикле с холодильной машиной для дополнительного охлаждения позволяет существенно повысить коэффициент ожижения газа. При η_ад = 0,7 понижение температуры предварительного охлаждения до 220 К дает возможность почти в два раза увеличить х.

Однако необходимо иметь в виду, что включение холодильной машины кроме увеличения капитальных затрат на ожижитель приведет и к некоторому увеличению эксплуатационных затрат. Последние появляются в связи с тем, что в отличие от предыдущих видов ожижителей, где энергетические затраты почти полностью отсутствуют, в ожижителе с включением холодильной машины появляются дополнительные энергетические затраты, связанные с работой холодильной машины. Так, для Т_х.м = 280 К величина i₂, рассчитанная по уравнению (1.3.27), при = 2 кДж/кг составит 1030,99 кДж/кг, а Т₂ = 260 К.

Тогда количество теплоты, отнимаемой от метана в испарителе холодильной машины, в соответствии с уравнением (1.3.26) будет равно q_х.м = i₂ – i₃ = 1030,99 – 893,82 = 137,17 кДж/кг.

Дополнительные удельные энергетические затраты, связанные с включением в схему ожижителя метана холодильной машины, составляют . Здесь q_од – удельная холодопроизводительность холодильной машины, которая по данным работы [36] в интервале Т_х.м = 230–220 К составляет 1,165 кДж/кДж.

Недостатком ожижителей метана, принципиальные схемы которых приведены на рис. 1.3.7, является то, что слив ожиженной части метана осуществляется из установки при повышенном давлении Р = 0,6 МПа. На рис. 1.3.8 показан один из возможных вариантов схемы установки ожижения метана, работающей по циклу среднего давления с расширением в детандере части охлажденного метана [40], где слив из установки СПГ производится при Р = 0,12 МПа.

Эта схема почти аналогична схеме установки, приведенной на рис. 1.3.7, б. В отличие от этой схемы после теплообменника ТО3 установлен не дроссельный вентиль ДВ, а эжектор ЭЖ. Парожидкостной поток после эжектора поступает в отделитель жидкости ОЖ1, в котором давление составляет 0,5–0,6 МПа и откуда неожиженный поток метана направляется последовательно в теплообменники ТО3–ТО1 для охлаждения проходящего через них прямого потока метана.

Рис. 1.3.8. Принципиальная схема ожижителя метана, работающего по циклу
среднего давления с расширением в детандере части охлажденного метана:

МГ – магистральный газопровод; ТО1, ТО2, ТО3 – теплообменники;
Д – детандер; ЭЖ – эжектор; ОЖ1, ОЖ2 – отделители жидкости;
ДВ – дроссельный вентиль

Жидкая фаза из отделителя жидкости ОЖ1 через дроссельный вентиль ДВ дросселируется в отделитель жидкости ОЖ2, в котором давление находится на уровне 0,12 МПа и откуда СПГ сливается потребителю, а поток пара G_п отсасывается эжектором.

Расчеты данной установки, приведенные для давления метана на входе в установку в интервале 3,0–7,0 МПа, показали, что коэффициент ожижения метана в интервале значений η_ад = 0,75–0,82 при давлении на входе в ожижитель Р = 6 МПа соответствует данным, приведенным в табл. 1.3.5. При снижении входного давления до 3,0 МПа значение х падает до 0,1–0,115 . Значение коэффициента инжекции , где G_и – инжектируемый поток, находящийся в пределах 0,151–0,157.

В работе [35] был проанализирован целый ряд ожижителей метана, работающих с использованием перепада давления ПГ на ГРС, схемы которых были рассмотрены выше. При этом давление ПГ, поступающего на ожижение, принималось равным 4,0 МПа. Все ожижители имели систему предварительного охлаждения, которая обеспечивала охлаждение сжатого ПГ до Т = 248 К. Давление газа на выходе и СПГ составляло 0,44 МПа. Расчетные значения коэффициента ожижения для ряда циклов приведены в табл. 1.3.7.

Таблица 1.3.7