IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время набирает популярность такое перспективное направление газовой промышленности как криогенная жидкость  сжиженный природный газ (СПГ). Сжиженный природный газ- это природный газ, который сжижен посредством низких температур (-161,6 ). При этом его объем уменьшается в 600 раз, что является его главным преимуществом перед другими видами топлив для получения энергии в частности в труднодоступных районах страны.

Рассмотрим в качестве примера северные районы Российской Федерации, где применение СПГ будет наиболее актуальным. Учитывая тот факт, что расстояния между населенными пунктами в глубинках нашей страны существенны, то прокладывать газопровод к каждому потребителю располагает к огромным затратам в строительстве и обслуживании, тогда как использование СПГ позволяет установить мини-завод на один или несколько близлежащих друг от друга населенных пунктов и обеспечивать энергией только их, позволяя избежать строительства десятков километров газопровода.

Суть таких мини-заводов состоит в том, что по мере необходимости завозится СПГ, им заполняются емкости для хранения, затем, посредством регазификатора из жидкого состояния получают первоначальное естественное состояние природного газа и далее его транспортируют к подключенным потребителям. Существуют традиционные способы регазификации с подогревом и испарением СПГ в змеевиках и более современные, которые основаны на применении замкнутых или открытых циклов Ренкина и Брайтона.

На рис.1 представлена реализованная в наши дни наглядная схема технологии производства СПГ.

Рис.1 Технология производства СПГ.

Рассмотрим органический цикл Ренкина на примере Рис.2, в котором рабочим веществом является сжиженный природный газ (СПГ).

Как подходящие вещества для данного цикла можно выделить пропан, галогениды метана, изопентан, изобутан. Наиболее удобный  пропан, так как он обладает низкой стоимостью, небольшой молекулярной массой, в сравнении с другими веществами, а так же низкой температурой замерзания и озоноразрушающего потенциала. Еще одно важное достоинство – он легко перевозим в емкостях под давлением. Однако стоит помнить о пожароопасности пропана, что требует высокую герметичность систем, в которых он может быть использован.

Модель включает в себя газовую турбину (на диаграмме модели — компрессор К-1 и детандеры К-2 и К-3). Отбросное тепло выхлопных газов утилизируется в двух теплообменниках пропана/фтороформа (E-103 и E-104). Теплообменник разбит на две части с целью исключения возможности образования льда. Температура выхлопных газов на выходе 35 °С, так что вода в нем при таких температурах конденсируется. Температура хладагента около –100 °С, так что возможно обмерзание его трубок снаружи. Нагретый испарившийся хладагент подается на вход турбины (ТД-1) цикла Ренкина и затем, после выработки электроэнергии — на испарители E-101 и E-102 СПГ. Там пары конденсируются и охлаждаются, отдавая теплоту регазифицируемому ПГ. Процесс охлаждения разбит на две стадии: предохлаждение в E-101 и конденсация с переохлаждением в E-102. После этого хладагент нагнетается циркуляционным насосом (Р-1) и вновь подается в нагреватели.

Рис.2 Схема комбинированного цикла с горящей турбиной и органическим циклом Ренкина (ORC+GT)

Цикл Брайтона в основном применяется для газотурбинных двигателей преимущественно как открытый цикл, в котором воздух засасывается из атмосферы, а газообразные продукты сгорания выбрасываются в атмосферу, используемую как безграничный тепловой сток. При рассмотрении замкнутого энергетического цикла его «атмосферная» часть изображается как охлаждение при постоянном давлении (рис. 3).

Рис. 3 Тепловой цикл Брайтона. (1-2 подвод тепла, 3-4 отвод тепла)

В настоящее время реализовано очень мало проектов с использованием сжатого природного газа, один из них находится в Пермском крае. В состав комплекса входят мини-завод по производству СПГ в д.Канюсята (Карагайский район), а также три станции приема, хранения и регазификации природного газа  в п.Ильинском (Ильинский район), с.Нердве (Карагайский район), п.Северном Коммунаре (Сивинский район). Остальные объемы производства идут на экспорт.

По данным анализа проведенных расчетов, представленных на Рис.4 можно прийти к выводу, что затраты в систему газоснабжения на базе СПГ значительно ниже по сравнению с затратами в систему сжиженного углеводородного газа.

Следует отметить, что для регионов, где преобладает акртическая зона с соответствующей вечной мерзлотой возникает необходимость применение несколько других технологий. На сегодняшний день Россия не имеет достаточного опыта в строительстве стационарных хранилищ СПГ больших объемов.

Рис.4 Приведенные затраты для разных систем газоснабжения.

Выбор наземного расположения резервуаров для хранения СПГ в условиях вечной мерзлоты, как был выполнен первый завод СПГ на о.Сахалин, не является абсолютно оптимальным. Как альтернатива – можно применить заглубленные хранилища, где будет меньший температурный градиент ∆Т, что приведет к уменьшению интенсивности теплообмена, а также снизит потери сжиженного природного газа. К еще одному преимуществу заглубленных резервуаров для хранения можно отнести повышение безопасности, в сравнении с наземным исполнением.

Библиографический список

1) А.Г. Фальман, Д.Э. Агейский «Перспективы регазификации СПГ». ВЕСТНИК MAX №2, 2015

2) А. Г. Фальман, Д.Э. Агейский «Рабочее тело цикла Ренкина для утилизации холода регазификации» ВЕСТНИК МАХ №2, 2016

3) О.Н. Медведева, В.О. Фролов «Технико-экономический анализ вариантов снабжения потребителей сжиженным природным газом». ISSN 2072-0041 Выпуск №3 (23), 2011

4) А.Н. Лазарев, Н.Г. Кириллов, С.В. Ивановский «Обоснование перспективности и анализ условий строительства заглубленных хранилищ сжиженного природного газа в условиях вечной мерзлоты». Метро и тоннели №6, 5015

5) К. В. Фролов , Энциклопедия "Машиностроение". Том IV-10 Оборудование и агрегаты нефтегазового производства.; Том IV-11 Вакуумные и компрессорные машины. Машины и аппараты холодильной и криогенной техники. ISBN: 5-217-01949-2

6) О.Н. Медведева, доцент, к.т.н.,Н.В. Федорова, аспирант М.В. Краснов, магистр техники и технологий, Саратовский государственный технический университет (САДИ СГТУ) «Технико-экономическое сравнение вариантов газоснабжения потребителей»

7) http://www.gazprom.ru/press/news/2014/december/article209526/

8) https://www.youtube.com/watch?v=7_BjQV93V6Y

Код для цитирования: Скопировать