Приведенные к производительности 600 кг СПГ/ч

Приблизительно такое же соотношение показателей по себестоимости производства СПГ получено и в работах [52, 57]. При этом значительное снижение себестоимости имеет место для установки ожижения ПГ на базе ГРС, схема которой приведена на рис. 1.4.5.

На этом рисунке дан модернизированный вариант установки ожижения, показанной на рис. 1.4.4, установленной на ГРС «Выборг», которая имеет следующую техническую характеристику:

Рис. 1.4.5. Принципиальная схема ожижителя ПГ типа УСНП 00.000:
МГ – магистральный газопровод; ГРС – газораспределительная станция;
В1, В2 – вымораживатели; ТО – теплообменник; ОЖ – отделитель жидкости; ДВ1, ДВ2 – дроссельные вентили; ВТ1, ВТ2 – вихревые трубы

В установке, показанной на рис. 1.4.5, так же, как на схеме установки, приведенной на рис. 1.4.4, основной поток ПГ (70–75 %) направляется в один из вымораживателей В1 или В2, где охлаждается обратным потоком до t = –50 °С. При этом из охлаждаемого потока вымораживается влага, которая конденсируется на стенах труб и отделяется в специальном сепараторе, установленном в нижней части теплообменника. Одновременно из ПГ конденсируются тяжелые углеводороды и метанол, которые отделяются при прохождении потока ПГ через сепаратор, обеспечивающий отделение до 95 % взвесей из потока.

Дальнейшее охлаждение ожижаемого потока газа происходит в теплообменнике ТО, откуда он выходит при t = –80 ÷ –90 °С. В этот аппарат также встроен сепаратор, из которого периодически в резервуар-накопитель отводится конденсат, состоящий из широкой фракции углеводородов метанового ряда и некоторого количества метанола.

По выходе из теплообменника ТО основной поток ПГ делится на два потока. Основной поток через дроссельный вентиль ДВ1 дросселируется в отделитель жидкости ОЖ. В этом аппарате СПГ отделяется от паровой фазы, проходя через установленный в нем сепаратор, и в виде готового продукта отводится потребителю. Неожиженная часть ПГ в виде обратного потока подается в теплообменник ТО для охлаждения прямого потока ПГ. К этому потоку через дроссельный вентиль ДВ2 подмешивается часть прямого потока, выходящего из теплообменника ТО. С помощью дроссельных вентилей ДВ1 и ДВ2 регулируется соотношение между прямым и обратным потоками, что делает возможным в широких пределах менять влагосодержание прямого потока и качество СПГ, а это, как отмечено в работе [25], позволяет обеспечивать соответствие СПГ действующим нормативам.

Повышение холодопроизводительности дроссельного цикла достигается за счет введения в схему установки внешнего контура дополнительного охлаждения на основе делящей вихревой трубы ВТ. Потоки ПГ, выходящие из этой трубы, имеют температуру соответственно до минус 60 °С холодный и до 20 °С теплый. Холодный поток смешивается с потоком газа, входящего в теплообменник ТО, и используется для дополнительного охлаждения прямого потока. Теплый поток возвращается в сеть, идущую с ГРС, повышая температуру газа по выходе из ГРС.

Периодический отогрев переключающихся вымораживателей В1 и В2 производится горячим потоком газа, выходящим из вихревой трубы ВТ2.

Наличие внешнего охлаждения и системы регулирования количества и качества отводимого СПГ позволяет гибко настраивать режимы работы установки при изменении входных и выходных параметров работы ГРС.

Все вышеперечисленные схемы установок ожижения ПГ имеют определенные недостатки. Так, для мини-завода, работающего на базе АГНКС и имеющего после реконструкции достаточно высокий коэффициент ожижения, характерны достаточно высокие капитальные затраты на хладоновую холодильную машину, которая работает в ступени дополнительного внешнего охлаждения ПГ. Кроме того, ее наличие приводит к дополнительным затратам электроэнергии. Основным недостатком мини-заводов, работающих на базе ГРС, является низкий коэффициент ожижения, величина которого находится на уровне 5–6 %.

В работах [58, 59] была предложена схема мини-завода на базе единого комплекса АГНКС–ГРС, на котором в значительной степени устраняются эти недостатки. Принципиальная схема такого ожижителя ПГ показана на рис. 1.4.6.

Рис. 1.4.6. Принципиальная схема ожижителя ПГ на базе АГНКС–ГРС:

К – компрессор; ДВ1, ДВ2 – дроссельные вентили; МГ – магистральный
газопровод; ВТ1, ВТ2 – вихревые трубы; ТО1, ТО2, ТО3, ТО4 – теплооб-
менники; ОЖ – отделитель жидкости; Э – эжектор

В компрессоре К природный газ низкого давления Р = 0,3–1,0 МПа сжимается до Р = 15–20 МПа и поступает в теплообменник ТО1.

Окончательное охлаждение этого потока ПГ происходит в теплообменнике ТО2 с последующим дросселированием с помощью дроссельного вентиля ДВ1 и последующей подачи парожидкостной смеси в отделитель жидкости ОЖ. Жидкая фракция в виде СПГ из отделителя жидкости направляется потребителю, а неожиженная часть по выходе из отделителя жидкости ОЖ последовательно подогревается в теплообменниках ТО2 и ТО1 и поступает на сжатие в компрессор К. Из магистрального газопровода МГ отбирается поток ПГ, с помощью которого в установке образован дополнительный охлаждающий контур. Этот поток ПГ отбирается из МГ перед входом в ГРС при Р = 2–6 МПа и делится на две части. Первая часть последовательно проходит теплообменники ТО3 и ТО4, затем дросселируется через ДВ2 и соединяется с обратным потоком, поступающим в теплообменник ТО1. Вторая часть направляется на вход вихревой трубы ВТ2, входящей во внешний контур охлаждения.

Охлаждение прямого потока в теплообменниках ТО3 и ТО4 достигается с помощью холодных потоков, выходящих их вихревых труб ВТ2 и ВТ1. Горячие потоки, выходящие из вихревых труб ВТ1 и ВТ2, подаются на эжектор Э, обеспечивая поджатие этих потоков перед смешиванием с потоком ПГ после ГРС. Рабочий поток ПГ, поступающий на эжектор Э, отбирается из потока ПГ перед ГРС.

Данные, приведенные в работах [58, 59], по результатам расчета установки, показанной на рис. 1.4.6, свидетельствуют о том, что дополнительное снижение температуры ПГ высокого давления на входе в теплообменник ТО2 не менее чем на 20 °С, позволяет увеличить коэффициент ожижения не менее чем в 1,3–1,5 раза по сравнению с вариантом схемы, использующей хладоновую холодильную машину.

В ОАО «Криогенмаш» наряду с установками ожижения ПГ, работа которых связана с использованием внешнего холодильного цикла на смешанном хладагенте (СХА), был разработан ряд ожижителей ПГ на базе детандерных циклов [35, 60].

В табл. 1.4.3 и 1.4.4 приведены основные технические характеристики установок ожижения ПГ на базе внешних холодильных циклов и на базе детандерных циклов.

Таблица 1.4.3