комплекс по производству сжиженного природного газа на базе

КОМПЛЕКС ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЖИЖЕННОГО
ПРИРОДНОГО ГАЗА НА БАЗЕ ГРС-4 НОВОСВЕРДЛОВСКОЙ
ТЭЦ
М.С. Лебедев, А.С. Лебедев
Уральский федеральный университет
УралЭНИН, Промышленная теплоэнергетика и теплотехника, группа
ЭНМ-140903
Сжиженный природный газ (СПГ) - криогенная жидкость с
содержанием метана не менее 86% и температурой кипения от
3
162°С, при регазификации которой из 1м получают около 600 м3
газа при нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0°С). СПГ нетоксичен, хранится при небольшом избыточном давлении в емкостях с
теплоизоляцией.
Сжиженный газ, в отличие от природного газа в «чистом
виде», имеет следующие преимущества:
1. Сжижение природного газа увеличивает его плотность в 600
раз, что сокращает объем при транспортировке и хранении.
2. Появляется возможность создания запасов и их использования
по мере необходимости.
3. Возможность транспортировки на большие расстояния.
Целью данной работы является анализ технологического процесса установки для производства сжиженного природного газа на
базе ГРС-4, выявление преимуществ и недостатков производства.
Исследование проводилось на Комплексе СПГ Управления
«Уралавтогаз» ОАО «Газпром трансгаз Екатеринбург». На этом
Комплексе сжиженный газ производится засчет перепада давления
на ГРС-4 (газораспределительная станция) с понижением давления
газа от 35 до 6 кгс/см², проходя по турбодетандерному циклу среднего давления [1]. Природный газ с давлением 35 кгс/см² поступает
на блок осушки, сжимается в турбокомпрессоре (на одном валу с
турбодетандером) до 41 кгс/см², охлаждается в охладителе природного газа и разделяется на ожижаемый (13,5%) и детандерный
(86,5%) потоки. Ожижаемый поток приходит через блок очистки,
и, далее, оба потока проходят через предварительный и основной
теплообменники. В результате расширения в турбодетандере температура газа понижается до -50ºС. Поскольку этого понижения
температуры недостаточно для ожижения газа, дополнительно производится дросселирование, в результате которого температура
89
газа понижается до -140ºС. Газо-жидкостная смесь поступает в сепаратор для отделения жидкой от паровой фазы; паровая фаза проходит через теплообменники, а жидкая поступает на блок хранения.
В данной установке используется детандерный цикл среднего
давления, который успешно применяется в установках для разделения воздуха. Отличительной особенностью данного производства являются низкие удельные затраты электроэнергии
(≈33 кВт·ч/т СПГ) засчет сжатия газа до 41 кгс/ см² в компрессоре
с приводом от детандера. Это достигается потому, что в цикле используется потенциальная энергия потока под давлением, который
не нужно сжимать до 35 кгс/см² и затем охлаждать, поскольку он
уже поступает с таким давлением с ГРС. Основными потребителями электроэнергии являются: азотный модуль, производящий
азот для пневмоприводных клапанов (компрессорная установка
для сжатия воздуха), АСУ (автоматизированная система управления), криогенный насос и вентиляторы контроля загазованности.
Кроме того, большим преимуществом данной установки является то, что холод, получаемый в процессе дросселирования потока, охлаждающего основной поток на выходе из компрессора, используется в технологии сжижения, а не теряется.
Однако в процессе производства возникают трудности: трубы
теплообменников забиваются, и давление потока падает. Это может происходить по двум причинам:
1) Образование твердых частиц тяжелых углеводородов, входящих в состав природного газа;
2) Образование газовых кристаллогидратов (клатратов) [2].
Первая причина исключается, поскольку в местах образования кристаллов стоят фильтры, которые регулярно обслуживаются
персоналом. Следовательно, необходимо провести расчет условий
образования гидратов.
В результате расчета выяснилось, что при заданном давлении
и температуре потока образование гидратов возможно. Для исключения этого образования необходимо поддерживать либо уменьшенное давление, либо более высокую температуру. Но поскольку
данный цикл не предусматривает уменьшенное давление, то нужно
повышать температуру газа в местах «закупоривания» труб. Для
этого можно применить трубу Хилша-Ранка (вихревую трубу) [3],
в которой газ под давлением разделяется на холодный и горячий
потоки. Горячий поток подается в место образования гидратов, и
они разлагаются, а холодный смешивается с обратным потоком на
90
ГРС. Поскольку для получения из «вихря» оптимальных параметров горячего потока и малых размеров самой трубы необходимо
использовать поток с определенными расходом, давлением и температурой, данный метод требует дальнейшего расчета.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок/
В.П. Алексеев, Г.Е. Вайнштейн, П.В. Герасимов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. – 280 с.
2. Макагон Ю.Ф., Гидраты природных газов. – М.: «Недра»,
1974. – 208 с.
3. Меркулов А.П., Вихревой эффект и его применение в технике.
– М.: «Машиностроение», 1969. – 184 с.
Научный руководитель: Н.Ф. Филлиповский, д.т.н., профессор,
каф. Промышленная теплоэнергетика, УралЭНИН, УрФУ.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА
ПРИ СТРУЙНОМ НАГРЕВЕ АЛЮМИНИЕВОГО РУЛОНА
ГОРЯЧИМ ВОЗДУХОМ
А.С. Горшенин
Самарский государственный технический университет
ТЭФ, ПТЭ
При непрерывном литье алюминиевой ленты происходит образование неоднородной структуры металла, т.е. дендритной ликвации, появлению микропор, трещин [1]. Для устранения таких дефектов, ухудшающих качество слитков, проводят термическую обработку, одним из
видов которой является отжиг. Исследование теплообмена при отжиге
круглых алюминиевых слитков подробно описано в [2]. Помимо круглых слитков в качестве алюминиевого полуфабриката используется
также лента, которую также подвергают отжигу. В связи с этим возникает необходимость подробно изучить теплообмен при термообработке
алюминиевой ленты. Для исследования процесса теплообмена прежде
всего необходимо получить математическую модель теплообмена
между алюминиевым рулоном и горячим воздухом.
Сформулируем физическую постановку задачи теплообмена в
системе горячий воздух – алюминиевый рулон.
91