Сводные данные расчета установки ожижения метана
|
ад |
Т2=Т2 –Т6, К |
Тmin, К |
Gд, |
х, |
|
0,70 0,75 0,80 |
13,7 17,7 21,0 |
3,5 3,5 3,1 |
0,382 0,365 0,359 |
0,126 0,128 0,144 |
Из данных, приведенных в табл. 1.3.4, видно, что для варианта схемы ожижителя метана, показанного на рис. 1.3.7, а, увеличение ηад детандера с 0,7 до 0,8 для приблизительно одинаковых условий обеспечения теплообмена в теплообменнике ТО1 вызывает незначительный рост коэффициента ожижения х, который в среднем находится на уровне 13–14 %. Также незначительно снижается и доля детандерного потока с 38 до 36 %. Однако как будет показано дальше, полученные значения х почти в два раза превышают значения х, которые могут быть получены при использовании простого дроссельного цикла или цикла с дросселированием и вихревой трубой.
Анализ схемы ожижителя метана, приведенной на рис. 1.3.7, б, производится также с помощью уравнений (1.3.17)–(1.3.19), которые записываются только с обозначениями узловых точек процессов, приведенных на рис. 1.3.7, б.
;
(1.3.20)
;
(1.3.21)
.
(1.3.22)
Схема ожижителя метана, показанная на рис. 1.3.7, б, почти повторяет вариант схемы, данной на рис. 1.3.7, а, с той лишь разницей, что перед отводом части потока сжатого газа на детандер установлен дополнительный теплообменник. Это позволяет подать на детандер метан с температурой более низкой, чем температура окружающей среды. Ввиду того, что способы получения холода в обоих вариантах схемы идентичны, то как было отмечено выше, уравнения энергетических балансов ступеней одинаковы.
Анализ этого цикла, выполненный для двух ηад, равных 0,7 и 0,75, показал, что в зависимости от температуры газа перед детандером Т2 изменяется Gд.
Однако эта доля газа Gд, направляемого на детандер, влияет на х сложным образом. При увеличении доли Gд с понижением температуры Т2 величина х вначале растет, а затем начинает снижаться. Эта зависимость прослеживается и по данным работы [39].
В работе [36] это объясняется различным характером изменения потока (1 – Gд) и энтальпии в точке 3. Доля дроссельного потока (1 – Gд) уменьшается на столько, на сколько увеличивается поток Gд. В то же время энтальпия i3 сначала снижается сильно, затем слабее и, наконец, практически не зависит от Gд.
Произведение
(1 – Gд) (
)
пропорционально холодопроизводительности,
получаемой в дроссельной ступени. Если
оно увеличивается, то х
возрастает. Этот рост происходит до
определенного значения Gд.
При возрастании Gд
больше
определенной величины холод обратного
потока не полностью рекуперируется в
теплообменнике ТО2, так как количество
охлаждаемого газа мало, а количество
обратного потока слишком велико.
В итоге это приводит к возрастанию ΔТ1 на теплом конце теплообменника ТО1 и уменьшению коэффициента ожижения. В этом случае так же, как и при анализе схемы ожижителя метана, показанной на рис. 1.3.7, а, приходится строить температурные кривые для прямого и обратного потоков по высоте теплообменника ТО2. Это связано с тем, что наличие положительных разностей температур на теплом и холодном концах теплообменника не дает основания полагать, что по высоте аппарата в различных сечениях будут иметь место положительные ΔТ.
Исходя из минимально допускаемой разности температур по высоте теплообменника, определяется оптимальный расчетный режим установки.
Предварительные расчеты, выполненные для значений ηад = 0,70 и 0,75, показали, что максимальное значение х при изменении давлений в цикле от 6,0 до 0,6 МПа находится при температуре перед детандером около 280 К.
Поэтому для дальнейших расчетов с целью определения зависимостей х = f (ηад) и Gд = f1(ηад) все расчеты проводились для значения Т2 = 280 К. Результаты расчетов установки (см. рис. 1.3.7, б) при Т = 280 К представлены в табл. 1.3.5.
Таблица 1.3.5