Использование холода сжиженного природного газа для повышения эффективности работы отдельных узлов ВРУ

С целью повышения эффективности работы ВРУ в некоторых ее узлах, расположенных до криогенного блока, может быть использован холод, получаемый при регазификации СПГ. К таким узлам относятся: блок предварительного охлаждения, где воздух может охлаждаться как перед поступлением на сжатие в компрессор, так и после компрессора; система промежуточного охлаждения воздуха между ступенями сжатия в компрессоре; охлаждение воды, используемой в концевом холодильнике компрессора, и некоторые другие.

В патенте [37] приведен один из возможных вариантов использования холода СПГ для комплексного охлаждения ряда элементов схемы узла предварительного охлаждения ВРУ. Принципиальная схема системы предварительного охлаждения воздуха, утилизирующей холод регазифицируемого СПГ, показана на рис. 2.3.1.

Рис. 2.3.1. Схема системы предварительного охлаждения воздуха,
использующей холод регазифицируемого СПГ:
I – воздух; II – газообразный азот; III – СПГ; IV – ПГ;
1, 2 – теплообменники; 3, 8 – влагоотделители; 4 – компрессор;
5 – холодильник; 6 – водяной скруббер; 7 – насос

Здесь воздух трижды охлаждается с помощью СПГ. В теплообменнике 1 воздух перед поступлением в компрессор 4 охлаждается потоком отбросного азота, отводимого из ВРУ, который перед этим охлаждается СПГ в теплообменнике 2. Другая часть СПГ подается в промежуточный холодильник 5 воздушного компрессора, и с ее помощью отводится часть теплоты сжатия. Окончательное охлаждение воздуха осуществляется в водяном скруббере 6, в котором вода, направляемая на орошение насосом 7, охлаждается СПГ, подаваемым в змеевик куба. Капельная влага из потоков воздуха за теплообменником 1 и скруббером 6 отделяется соответственно во влагоотделителях 3 и 8. Применение такого трехстадийного охлаждения позволяет уменьшить затраты энергии на сжатие воздуха в компрессоре, а понижение температуры воздуха перед криогенным блоком увеличивает величину дроссель-эффекта. В работе [4] рассматривается вопрос о возможности снижения энергозатрат при сжатии воздуха в турбокомпрессоре, снабжающем ВРУ низкого давления сжатым воздухом за счет использования холода регазифицируемого СПГ.

Авторы работы [4] предлагают осуществить охлаждение СПГ воздуха, подаваемого на сжатие в турбокомпрессор, с последующим охлаждением сжатого воздуха после турбокомпрессора до температуры окружающей среды. В этом случае параметры воздуха, поступающего в криогенный блок ВРУ, не будут отличаться от работы ВРУ при обычных условиях.

В то же время понижение температуры воздуха на входе в турбокомпрессор может существенно снизить затраты энергии на его сжатие. Проведенный в работе [4] анализ показал, что снижение температуры воздуха на входе в турбокомпрессор с 300 до 210–150 К за счет охлаждения СПГ позволит уменьшить на 22–44 % энергозатраты на сжатие воздуха.

Сравнение проводилось для конечного давления сжатия, равного 0,6 МПа, при адиабатическом КПД турбокомпрессора 0,75 и температуре окружающей среды 300 К. Для рассматриваемых условий расход СПГ составил 0,2–0,3 кг СПГ/кг воздуха.

В работе [4] отмечается, что эффективность использования холода СПГ в системе предварительной подготовки воздуха перед подачей в криогенный блок ВРУ может быть несколько повышена за счет регазификации СПГ под давлением, если в схему включить насос жидкого СПГ.

В этом случае регазифицированный СПГ после дополнительного подогрева может быть направлен на детандер для получения работы. Работа расширения может быть увеличена путем подогрева регазифицируемого потока в дополнительном теплообменнике за счет вторичных энергоресурсов.