Розрахунок температури природного газу при його розширенні у детандері

У детандер-генераторному агрегаті (ДГА) відбувається зниження тиску природного газу і перетворення механічної роботи турбодетандера у електричну енергію на виведенні генератора. Підігрів газу перед ДГА необхідний внаслідок зниження його температури при розширенні аж до декількох десятків негативних градусів Цельсія. Крім того, більш висока температура на вході у турбодетандер підвищує його ККД (через більшу величину теплоперепада).

Для підбору способу підігріву і розрахунку обладнання для нагріву газу перед ДГА, необхідно визначити температуру газу після його розширення у детандері.

Спочатку оцінимо на скільки знизиться температура природного газу при його розширенні від вихідного тиску 2.5 МПа до кінцевого 0.3 МПа при самій низькій температурі природного газу 3 °С на вході у ГРС для Одеської області в січні (див. табл. 2.2).

Приймаємо адіабатний ККД детандера 0.75.

Попередній розрахунок показав, що при одноступінчастому розширенні у детандері для заданого перепаду тиску температура газу знижується дуже істотно. За вимогами ДСТУ, температура газу на виході з ГРС повинна становити не менше мінус 10 °С. При заданому перепаді тиску необхідно буде нагріти газ до досить високої температури перед входом в ДГА, для того, щоб отримати на виході його температуру не нижче мінус 10 °С. Тому, приймається рішення використовувати двоступеневе розширення газу в детандері з його проміжним підігрівом. Схема такого способу підігріву наведена на мал. 2.3.

Малюнок 2.3 Двоступенева схема розширення газу у детандерах з його проміжним підігрівом

Тут прийняті такі індекси:

1 - параметри газу на вході у підігрівач першої ступені;

2 - параметри газу на виході з підігрівача першої ступені (вході у ДГА першої ступені);

3 - параметри газу на вході у підігрівач другої ступені (на виході з ДГА першої ступені);

4 - параметри газу на виході з підігрівача другої ступені (вході у ДГА другої ступені);

5 - параметри газу на виході з ДГА другої ступені.

Відповідно з наведеною на мал. 2.3 схемою був виконаний розрахунок параметрів газу при його двоступеневому розширенні у детандері.

Розрахунок проводився за методикою [1].

1. Визначається температура газу на виході з ДГА другого ступеня по ДСТУ: t = -10°C.

2. Визначається оптимальний проміжний тиск між ступенями детандера: , при прийнятих умовах оптимальний тиск визначається з виразу .

3. Визначається температура газу на вході у детандер другого ступеня ; коефіцієнт z₄ у першому наближенні задається рівним z₅, потім розрахунок температури газу на виході з ДГА ведеться методом послідовних наближень.

4. Визначається температура газу на вході у ДГА першого ступеня: .

5. Визначається температура газу на виході з першої ступені ДГА:

6. Визначається потужність, що виробляється ДГА:

Розрахунки за наведеною методикою виконувалися у mathcad, результати розрахунку для різних тисків на вході у ГРС наведено в табл. 2.3.

Таблиця 2.3 Параметри природного газу при його двоступеневому розширенні у детандері при різних температурах природного газу на вході у ГРС, тиску на вході 2.5 МПа, на виході 0.3 МПа.

P1=P2, МПа	2.5
P3=P4, МПа	0.866
P5, МПа	0.3
t2, °С
t3, °С	-12
t4, °С
t5, °С	-10
N1, кВт
N2, кВт
Nсумм, кВт

Як видно з виконаного розрахунку, температуру, до якої потрібно нагрівати газ при двоступеневому розширенні у детандері при максимальному тиску на вході у ГРС становить 45 °С. Для цієї температури і буде виконуватися розрахунок теплового насосу.

Дата добавления: 2015-07-13