СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ УПСГ

Режим двухступенчатого сжатия. В двухступенчатой УПСГ пары груза, перегреваясь в верхней части танка, проходят через отделитель жидкости ОЖ на всасывание 1-й ступени компрессора (рис. 75). На диаграмме Молье этот процесс отобразится линией (1—2) (рис. 76).

На первой ступени пары сжимаются до некоторого промежуточного давления р n (2—3) и направляются для охлаж­дения в промежуточный охладитель (ПО). Проходя через слой кипящей жидкости, горячие пары полностью охлажда­ются до состояния насыщения (3—4), после чего всасываются второй ступенью компрессора. На второй ступени компрессора происходит окончательное сжатие паров до конечного значения давления конденсации (4—5). Сжатые горячие пары груза охлаждаются забортной водой в конденсаторе КД до температуры конденсации и затем конденси­руются при постоянном давлении (5—6). Теплый жидкий груз у промежуточного охладителя ПО делится на два потока:

Рис. 76. Цикл двухступенчатой УПСГ с ПО

Рис. 75. Двухступенчатая УПСГ с ПО

Рис. 77. К примеру 4

Пример 4. Проанализируем упрощенный вариант расчета времени параллельной работы трех двухступенчатых установок при погрузке (рис. 77).

Груз — пропан при температуре —30°С на ма- нифолде. Температура транспортировки -40°С. Температура всасывания 1-й ступени t0 = -25°С. Давление нагнетания 1-й ступени pH 4,5 бара. Температура нагнетания 1-й ступени tн1 = 50° С. Давление нагнетания 2-й ступени pH = 10,9 бара. Температура нагнетания 2-й ступени tн2⁼ 78° С. Температура конденсата на выходе ПО 11° С.

Построение цикла работы установки. 1) По за­данным температурам груза на манифолде t 0, давле­нию нагнетания первой ступени pп наносим баро­метрические границы каждой ступени цикла:

p0 = 1,68 бара (t = -30° С),

pп = 5,5 бара (t= 4° С),

pk = 11,9 бара (tk =34° С).

2) Пересечение изобары p0 =1,68 бара и изотермы tBC = -25°C характеризует состояние пара на всасывании пер­вой ступени компрессора (рис. 77, точка 2). Плотность паров определяем из диаграммы «Плотность перегре­тых паров пропана».

3) Точки 3 и 5, характеризующие состояние пара на выходе из первой и второй ступеней компрессора соответ­ственно, лежат на пересечении изобар pп = 5,5 бара и pk = 11,9 бара с соответствующими изотермами tн1 = 50° С и tн2 =78° С.

4) Точка 4, характеризующая состояние пара на выходе из ПО, лежит на пересечении изобары промежуточного давления с правой пограничной кривой, а точки 5' и б — на пересечении изобары конденсации с левой и правой пограничными кривыми.

5) Эффективность работы УПСГ во многом определяется положением точки 7, характеризующей степень пере­охлаждения конденсата в ПО. Она находится на пересечении изотермы, соответствующей температуре кон­денсата на выходе из змеевика ПО tпп = 11° С, и изобары конденсации.

6) И, наконец, точка 8, иллюстрирующая состояние возвращаемой в грузовой танк жидкости, определяется точкой пересечения перпендикуляра, опущенного из точки 7 на изобару p0 = 1,68 бара (дросселирование).

Упрощенный расчет времени работы установки. Допустим, что установка оборудована тремя двухступенчатыми компрессорами с подачей каждого 500 м³/ч. Требуется определить время, необходимое для погрузки 1000 т пропа­на, имеющего температуру в береговой емкости -30° С, если температура груза в танке должна быть —40° С в течение всего времени погрузки.

Нанесем на диаграмму точку М, соответствующую состоянию груза на манифолде (для определения значений всех параметров используем термодинамические таблицы), и точку Т, которая будет соответствовать состоянию груза в танке во время погрузки.

Воспользуемся методикой расчета, использованной в примере 1:

Т= QОТВ / Q0

где QОТВ — количество теплоты, которое необходимо отвести от поступающего в танк груза; Q0 — суммарная холодо-производительность трех компрессорных установок с подачей 500 м³/ч каждая. Находим

QОТВ =(hм – hт) •mr = (453,1 – 430,1) • 10⁶ = 23. 10⁶ кДж;

Q0 = 3 • Vs • ρs• (h1 – h8) = 3 • 500• (864,1 – 551,8) • 3,75 =1,76 • 10⁶ кДж/ч;

T= 13,06ч.

Пример 5. По данным предыдущего примера рассчитаем время захолаживания груза при отсутствии в УПСГ промежуточного охладителя.

1) Теплота, которую необходимо отвести из груза, останется той же:

QОТВ = 23• 10⁶ кДж.

2) При отсутствии ПО цикл будет состоять из процессов (7—2— 3—3'—6— 8'), поэтому

Q0 = 3 • Vs • ρs• (h1 – hA) = 3 • 500• 3,75• (864,1 – 614,4) = 1,40• 10⁶ кДж/ч.

Соответственно T= 16,4ч.

Сравнение полученных результатов наглядно демонстрирует роль промежуточного охладителя в повышении эф­фективности работы УПСГ.

Пример б. Анализ барометрических границ различных режимов работы двухступенчатой УПСГ.

1) Проведем анализ работы УПСГ на базе данных примера 3, а именно: груз — пропан, температура пе-ревозки t 0= -40°С, температура конденсации tk = 37°С, температура конденсата на выходе из ПО tп= 11° С.

Тогда

tk = 37° С, pk = 12,8 бара;

t0 = -40° С, p0 = 1,11 бара;

tп = 11° С, pп = 6,65 бара;

∆ p1 = pk – pп = 6,24 бара < ∆ pдоп = 6,5 бара

∆ p2 = pп – p0 = 5,45 бара < ∆ pдоп = 6,5 бара

Как видно из приведенного примера, перевозка пропана обеспечивается работой двухступенчатой УПСГ при любых температурных режимах.

2) Рассмотрим барометрические границы для этилена при температуре транспортировки /д= -40°С, температуре конденсации tk = 7°С, температуре конденсата на выходе из ПО tп = —12° С.

Тогда

tk = 7° С, pk = 47,9 бара;

t0 = -40° С, p0 = 14,5 бара;

tп =-12° С, pп = 30,8 бара;

∆ p1 = pk – pп = 17,1> ∆ pдоп = 6,5 бара

∆ p2 = pп – p0 = 16,3 > ∆ pдоп = 6,5 бара

Как можно видеть из этого примера, перевозка этилена, даже при весьма благоприятных температурных услови­ях, не может быть обеспечена при использовании двухступенчатой УПСГ с промежуточным охладителем.

КАСКАДНАЯ УПСГ

В каскадной УПСГ (рис. 78) пары этилена, находящегося в танке Т при температуре -102° С, проходят через газовый теплообменник ГТО, в котором подогреваются горячими парами второй ступени компрессора до температу­ры -50° С. Подобный предварительный нагрев всасываемых паров снижает температурные напряжения, действую­щие на компрессор. Сжатые в первой ступени компрессора пары с давлением 6,5 бара

и температурой нагнетания 70° С направляются в промежуточный охладитель ПО, где, проходя через

Рис. 78. Принципиальная схема каскадной УСПГ

слой кипящего этилена при промежуточ­ном давлении 6,5 бара, охлаждаются до 30°С. Охлажденные пары подаются на вторую ступень компрессора и сжима­ются до давления конденсации 13 бар при температуре нагнетания 140° С, после чего пары направляются в газовый теплообменник ГТО, в котором опять охлаждаются до температуры 90° С. Дальнейшее снижение температуры паров осуществляется забортной водой в водяном теплообменнике ВТО.

В испарителе-конденсаторе ИКД, охлаждаемом кипящим хладагентом R22 при температуре -49° С, происходят окончательное снижение температуры паров этилена до температуры конденсации —43° С и непосредственно сама конденсация паров.

Поток жидкого этилена перед промежуточным охладителем делится на две части: меньшая часть, дросселируясь в PB1 до промежуточного давления 6,5 бара, поддерживает уровень жидкого этилена в ПО при температуре -64° С. Основной поток жидкого конденсата этилена, проходя внутри змеевика ПО, переохлаждается до температуры -55° С и дросселируется в регулирующем вентиле РВ2 до давления 1,12 бара. Образовавшаяся парожидкостная смесь возвра­щается в грузовой танк при температуре —102° С.

Ветвь R22 каскадной установки обеспечивает передачу теплоты, взятой в конденсаторе-испарителе И-КД, непо­средственно забортной воде. Образовавшиеся на выходе И-КД холодные пары хладагента с температурой —30° С и давлением 0,7 бара сжимаются на первой ступени компрессора до промежуточного

давления 4 бара. С температурой 70° С горячие пары барботируются сквозь слой кипящего хладона и охлаждаются до температуры 3° С. Охлажденные пары хладона сжимаются на второй ступени компрессора до давления конденсации 10 бар с температурой нагнетания 75° С и направляются в конденсатор КД,

прокачиваемый забортной водой. Образовавшийся конденсат с температу­рой 22°С получает сильное переохлаждение (до 10° С) в промежуточном охладителе ПО, после чего, дросселируясь через регулирующий вентиль РВ4 до давления 0,7 бара, поступает в испаритель-конденсатор. При таком давлении R22 кипит при температуре —49° С, отводя теплоту от паров этилена. Через регулирующий вентиль РВ3 происходит под­питка хладоном промежуточного охладителя ПО до заданного уровня.

Пример 7. По данным, приведенным в предыдущем разделе, построим цикл каскадной УПСГ. На диаграмме Молье для этилена (рис. 79) нанесем барометрические границы для нижней ветви каскада (ветвь этилена):

p0 = 1,12 бара => t0 = -102° С;

pk = 13,0 барa => tk = -50° С

pп = 6,50 бара => tп = -64° С

Для этого возьмем данные из термодинамических таблиц для этилена (см. Прилож. I):

Точка 2, характеризующая состояние паров на всасывании первой ступени компрессора, находится напересече­нии изобары p0 и изотермы, соответствующей температуре всасывания tвс1 = —50° С. Точки 3 и 4 пересечения промежуточного давления pп = 6,5 бара и изотерм tн1 = 70° С характери­зуют нагнетание первой ступени компрессора, а изотермы tвс2 = 30° С — второй ступени компрессора. Пересечение изобары кон­денсации pk = 13 бар с изотермой tн2 ⁼ 140° С (температура нагнета­ния второй ступени) дает точку 5 состоянияпаров на выходе из второй ступени компрессора. Точка 6 характеризует состояние па­ров на выходе из газового теплообменника ГТО (пересечение pk = 13 бар и tгто = 90° С). Точка 7 характеризует состояние паров после прохождения водяного теплообменника ВТО (пересечение pk =13 бар и tвто = 40° С). И, наконец, точка 10 характеризует состояние паров этилена на выходе из промежуточного охладителя (при давлении pk = 13 бар и температуре tkпо= -55° С).

Вертикаль 9—11 отображает процесс дросселирования на регу­лировочном вентиле РВ1 а вертикаль 10—12— дросселирование кон­денсата в РВ2 перед сбросом в танк, когда температура парожидко-стной смеси достигает -102° С.

Точно так же на диаграмме Молье строится цикл для верхней ветви установки R22. Температурный напор в 6°С, создаваемый в И-КД, позволяет передавать теплоту от этиленовой ветви установки к хладоновой ветви. Перепады давления на всех ступенях компрессоров находятся в допустимых пределах. Таким образом, рассмотренная нами каскадная УПСГ может обеспечить транспортировку этилена при любых температурных режимах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: