3.2 Разработка модели энерготехнологической системы разделения и проведение расчетных исследований по влиянию режимных параметров

В данной работе рассматривается схема ОЦР, в которой в качестве рабочей жидкости предполагается использовать кубовую жидкость, выходящую с низа колонн К-4, К-6 и К-8. Принципиальная схема энерготехнологической системы разделения приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Принципиальная схема энерготехнологической системы разделения

Жидкость с низа колонны отбирается насосом и подается в испаритель, давление в котором выше, чем в тарельчатой секции. Пар из испарителя с относительно высоким давлением подается на вход турбодетандера. Расширение пара в турбодетандере происходит до давления, равного давлению внизу тарельчатой секции. Отработанный пар из турбодетандера направляется в низ тарельчатой секции, где происходит его конденсация за счет контактирования с потоком флегмы.

Исходными данными для моделирования были данные, полученные при моделировании колонн ректификации газофракционирующей установки.

В модели использовались следующие технологические параметры:

КПД детандера – 80%;

КПД насоса – 75%.

Вид модели в программе HYSYSприведен на рисунках 3.4, 3.5.

Рисунок 3.4 – Модель ректификационной колонны

Рисунок 3.5 – Модель энерготехнологической системы разделения

В таблице 3.8 приведены результаты расчетов колонны – дебутанизатора (К-4) при различных давлениях рабочей жидкости в цикле. Были рассчитаны технологические параметры (давления, температуры, расход жидкости через испаритель), а также нагрузки и КПД цикла.

КПД цикла вычислялся по формуле:

где η– КПД цикла;

Р_{детандера}– мощность детандера, кВт;

Р_насоса– потребляемая мощность насоса, кВт;

Q_{испарителя}– нагрузка испарителя, кВт.

Таблица 3.8 – Результаты расчетов на модели энерготехнологической колонны – дебутанизатора (К-4)

Параметр	Результаты расчетов
Давление верха, кПа	880
Давление низа, кПа	902
Давление цикла, кПа	952	1302	1702	2002	2802	3102	3302
Температура верха, °С	71,55
Температура низа, °С	116,3
Температура после испарителя, °С	121,45	137,6	152,4	161,9	182,7	189,4	193,4
Температура после детандера, °С	120,0	126,8	132,5	135,6	138,9	137,1	132,4
Нагрузка испарителя, МВт	5,90	6,05	6,16	6,23	6,33	6,35	6,35
Нагрузка насоса, кВт	2,8	21,0	40,3	54,1	91,3	107,1	121,0
Нагрузка детандера, кВт	32,8	211,5	348,3	423,9	562,1	597,4	614,0
Выдаваемая мощность, кВт	30,0	190,5	308,0	369,8	470,8	490,3	493,0
Расход жидкости через испаритель, т/ч	76,8	72,7	69,6	68,0	66,4	67,4	69,7
КПД цикла, %	0,5	3,1	5,0	5,9	7,4	7,7	7,8

Результаты расчетов колонны также представлены в виде графиков, на которых приведена зависимость температуры после испарителя и после детандера, расхода жидкости через испаритель от давления рабочей жидкости в цикле (рисунок 3.6), а также зависимость мощности детандера и выдаваемой мощности от давления в цикле (рисунок 3.7).

Рисунок 3.6 – Зависимость технологических параметров колонны К-4 от давления в цикле

На графике (рисунок 3.6) видно, что температура пара после испарителя увеличивается при увеличении давления, температура пара после расширения в детандере увеличивается до определенного значения, а затем снижается, расход жидкости через испаритель с увеличением давления в цикле уменьшается до некоторого значения, а затем начинает возрастать.

Рисунок 3.7 – Зависимость мощности от давления в цикле

На графике (рисунок 3.7) приведена зависимость мощности детандера и выдаваемой мощности – их значения увеличиваются с увеличением давления цикла, при этом максимальная выдаваемая мощность составляет 500 кВт.

Аналогичные расчеты были проведены для бутановой колонны К-6. Результаты расчетов приведены в таблице 3.9, и на графиках (рисунки 3.8, 3.9).

Таблица 3.9 – Результаты расчетов на модели энерготехнологической бутановой колонны (К-6)

Параметр	Результаты расчетов
Давление верха, кПа	1070
Давление низа, кПа	1130
Давление цикла, кПа	1180	1530	2130	2530	3130	3530
Температура верха, °С	69,3
Температура низа, °С	85,2
Температура после испарителя, °С	87,4	100,2	117,8	127,5	140,2	147,6
Температура после детандера, °С	85,9	89,3	92,8	93,8	92,6	88,5
Нагрузка испарителя, МВт	12,7	12,96	13,3	13,5	13,6	13,65
Нагрузка насоса, кВт	5,9	46,1	112,3	156,2	225,0	278,3
Нагрузка детандера, кВт	60,4	109,7	818,4	1012,4	1228,5	1328,1
Выдаваемая мощность, кВт	54,5	363,5	706,1	856,2	1003,5	1049,9
Расход жидкости через испаритель, т/ч	157,1	153,2	149,3	148,2	149,5	154,0
КПД цикла, %	0,43	2,8	5,3	6,4	7,4	7,7

Рисунок 3.8 – График зависимости технологических параметров колонны К-6 от давления в цикле

Рисунок 3.9 – График зависимости мощности от давления в цикле энерготехнологической колонны К-6

Результаты расчетов пентановой колонны К-8 приведены в таблице 3.10, и на графиках (рисунки 3.10, 3.11).

Таблица 3.10 – Результаты расчетов на модели энерготехнологической пентановой колонны (К-8)

Параметр	Результаты расчетов
Давление верха, кПа	450
Давление низа, кПа	530
Давление цикла, кПа	580	1030	1530	2030	2530	2930	3370
Температура верха, °С	79,8
Температура низа, °С	95,2
Температура после испарителя, °С	99,3	126,4	147,5	163,9	177,6	187,1	196,5
Температура после детандера, °С	97,1	109,5	118,4	124,1	127,1	126,9	116,4
Нагрузка испарителя, МВт	8,33	8,72	8,95	9,08	9,16	9,21	9,22
Нагрузка насоса, кВт	3,3	30,3	57,3	83,0	108,7	130,6	164,6
Нагрузка детандера, кВт	70,7	488,4	739,6	899,1	1010,4	1077,2	1120,8
Выдаваемая мощность, кВт	67,5	458,1	682,4	816,1	901,7	946,6	956,1
Расход жидкости через испаритель, т/ч	95,9	88,5	83,7	80,9	79,5	79,6	84,8
КПД цикла, %	0,81	5,25	7,6	9,0	9,8	10,3	10,4

Рисунок 3.10 –График зависимости технологических параметров колонны К-8 от давления в цикле

Рисунок 3.11 – График зависимости мощности от давления в цикле энерготехнологической колонны К-6

Для пентановой колонны также был построен график зависимости КПД цикла от давления в нем (рисунок 3.12). КПД возрастает с увеличением давления в цикле до 10,5%.

Рисунок 3.12 – Зависимость КПД от давления в цикле энерготехнологической колонны К-6

Также для пентановой колонны была построена T-Sдиаграмма (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 – T-Sдиаграмма энерготехнологического цикла для кубового продукта пентановой колонны

Для пентановой колонны К-8 был выбран оптимальный режим работы, параметры технологического режима которого предоставлены на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 – Оптимальный режим работы энерготехнологической системы пентановой колонны