Повышение эффективности эксплуатации волновых детандеров в установках низкотемпературной обработки углеводородного газа

• Автор: Козлов, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б. м.
• Количество страниц: 169 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общая характеристика работы

Глава 1 Анализ современного состояния исследований аппаратов с

волновым рабочим процессом

1Л. Пульсационные охладители газа

1.2 Полустатические обменники давления

1.3 Энергообменники

1.3.1 Турбокомпрессорный режим эксплуатации энергообменника

1.3.2 Энергообменник, эксплуатируемый в режиме делителя потока

1.3.3 Энергообменник, эксплуатируемый в режиме уравнителя давлений..

1.4 Области применения энергообменников
1.5 Классификация конструктивных схем энергобменников
1.6 Конструкции роторов
1.7 Приводы энергообменников и способы их регулирования
1.8 Задачи исследования
Глава 2 Математические модели рабочего процесса
в энергообменнике и волновом детандере
2.1 Акустические модели
2.2 Нелинейные газодинамические модели
2.3 Нелинейная газодинамическая модель с учётом обменных процессов
и её доработка применительно к волновым детандерам
Глава 3 Экспериментальные исследования макетных образцов
волновых детандеров
3.1 Экспериментальный стенд
3.2 Измеряемые параметры. Средства и методы измерений
3.3 Погрешности измерений
3.4 Конструкции исследованных моделей
3.5 Исследование рабочего процесса в энергообменных каналах волнового детандера
3.6 Исследования режимных параметров
3.6.1 Влияние степени расширения активной среды
3.6.2 Влияние степени сжатия пассивной среды
3.6.3 Влияние давления пассивной среды на входе
3.7 Исследования конструктивных параметров
3.7.1 Влияние торцевых зазоров
3.7.2 Влияние частоты вращения ротора
3.7.3 Характеристики волнового детандера с энергообменными каналами переменной площади сечения
Глава 4 Опытно-промышленные испытания волновых детандеров
4.1 Конструкции опытно-промышленных образцов волновых
детандеров ВД-1, ВД-2/1. ВД-2/2, ВД-

4.2 Результаты опытно-промышленных испытаний волновых детандеров
4.2.1 Результаты опытно-промышленных испытаний волнового детандера ВД-
4.2.2 Результаты опытно-промышленных испытаний волновых детандеров ВД-2/1, ВД-2/
4.2.3 Результаты опытно-промышленных испытаний волнового детандера

4.3 Прочностной расчёт стенок энергообменных каналов
4.4 Исследования влияния конструктивных безразмерных параметров на КПД расширения газа в волновом детандере
4.5 Перспективы применения волновых детандеров в установках низкотемпературной обработки углеводородного газа
Глава 5 Методика расчёта основных конструктивных параметров и
рекомендации по проектированию волнового детандера
Основные результаты и выводы
Условные обозначения
Список литературы
Приложение
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Введение
Термодинамическая эффективность установок низкотемпературной обработки природного газа, используемых на объектах газовой и нефтяной промышленности, во многом определяется эффективностью применяемых расширительных холодильных устройств и машин.
Если перепад давлений достаточно велик, рационально использование простейшего расширительного устройства - дросселя, в основе принципа действия которого лежит дифференциальный эффект Джоуля-Томсона. С увеличением требований к глубине охлаждения природного газа возникает необходимость в замене дросселя на более совершенное расширительное устройство.
В настоящее время наиболее эффективной расширительной машиной является турбодетандер. Однако широкое применение турбодетандеров ограничивает ряд факторов: сложность технологии изготовления и дороговизна изделия; сложность использования в области малых расходов газа, связанная с высокой частотой вращения ротора турбодетандера; высокая чувствительность к наличию в газе капельной влаги; низкая надёжность отечественных турбодетандеров.
Помимо турбодетандеров, в газовой промышленности имеется опыт применения вихревых труб и сравнительно нового вида расширительных холодильных машин с ударно-волновым рабочим процессом - пульсационных охладителей газа (ПОГ).
Вихревые трубы позволяют разделить входной поток на два потока: горячий и холодный. Исследования работы вихревых труб на углеводородных смесях [60] показали, что основная доля конденсирующихся углеводородов находится в горячем потоке, а охлаждённый поток практически не требует последующей сепарации. Однако, сравнительно низкая холодопроизводительность

каналов ротора, а подачу и отвод пассивной среды производить с их торцов (рис. 1.15). В [93] предлагается радиальное расположение энергообменных каналов, что должно улучшить расходные характеристики аппарата за счёт использования центробежной силы.
Для повышения термодинамической эффективности энергообмена может использоваться ступенчатое сжатие и расширение сред, что особенно эффективно при больших степенях сжатия, когда велико влияние диссипативных процессов. Так, в [14] для петлевой схемы движения сред в газораспределите-лях по обе стороны от окон впуска активной и пассивной сред предлагается выполнить дополнительные окна среднего давления, сообщенные между собой перепускными канатами. В упрощённом варианте данного изобретения предлагается один передающий канал, соединяющий окна среднего давления, расположенные по обе стороны от окна входа активной среды [72]. Сравнительные экспериментальные исследования энергообменника с передающим каналом и без него, проведённые ХАИ [65], показали, что передающий канал эффективен при степени расширения больше пяти.
1.6 Конструкции роторов.
Вращающийся ротор энергообменника является наиболее ответственным узлом. Поскольку, ввиду малой частоты вращения ротора нагрузки от центробежных сил не являются определяющими, можно считать, что стенки каналов ротора, в основном, подвержены действию перепадов давлений и температур. При работе на больших степенях расширения перепады давлений могут достигать значительных величин, поэтому конструкция ротора должна обладать герметичностью каналов, достаточной прочностью и жёсткостью. Выполнение указанных условий во многом определяется технологией изготовления роторов и их конструкцией.