Научный архив: статьи

Данная статья посвящена исследованию особенностей функционирования установки сжижения природного газа с применением азотного холодильного цикла. Первостепенное внимание уделено оценке энергетической эффективности процесса сжижения, а также поиску путей повышения экономичности эксплуатации такой техники. В качестве объекта исследования рассматривается конкретная расположенная в Калининградской области малотоннажная установка производства ООО «Криогенмаш» производительностью 7 тонн СПГ в час. Данная установка выбрана ввиду своей типичной конструкции и распространённости среди российских предприятий нефтегазового сектора. Основной целью представленного анализа является выработка эффективных качественных рекомендаций по улучшению энергетических показателей. Приведена полная схема установки сжижения природного газа с описанием ключевых элементов и взаимодействий между ними. Особенное внимание уделено энергетическим показателям при функционировании теплообменников различных типов, компрессорных агрегатов, детандерных агрегатов. Для каждого узла проведены расчеты, отражающие вклад данного устройства в общий баланс тепловой энергии и степень диссипации полезного потенциала. На основе проведенного анализа выявлено, какие именно элементы установки несут наибольшие затраты энергии и определяют эффективность всего технологического цикла. Сформулированы важные выводы и рекомендации, в частности: 1) максимальные значения выработки энтропии наблюдаются преимущественно в теплообменных устройствах; 2) показатели эффективности компрессоров существенно зависят от окружающих температурных условий; 3) состояние окружающей среды оказывает значительное воздействие на общую продуктивность установки. Приоритетным направлением является изучение зависимости потребления энергии от температуры внешней среды. Результаты показывают, что при понижении температуры воздуха заметно сокращается объем необходимой механической работы для реализации процесса сжижения газа. Таким образом, эксплуатация подобной установки в холодных регионах, таких как Арктика, позволяет достичь значительных экономических выгод благодаря снижению затрат электроэнергии.

В статье рассматриваются полученные различными авторами результаты теоретических и экспериментальных исследований, связанных с процессами накопления отпарного газа при хранении сжиженного природного газа в резервуарах различного назначения. Исторически применяемые модели изменялись в соответствии с развитием возможностей информационных технологий, от применения простых инженерных методов до современных численных методов с использованием вычислительной механики жидкости и газа. Последовательно рассматривая разнообразные получаемые количественные и качественные результаты изменения параметров отпарного газа, можно сделать выводы о процессах в частных случаях конкретных изучаемых объектов. Тем не менее, в настоящее время не выработан единый подход к выбору метода моделирования и, соответственно, к трактовке результатов моделирования. Признано, что теплопередача играет решающую роль в процессе термического испарения. Характерным примером прогнозирования количества и скорости образования отпарного газа является тепловой расчет резервуара Q max, выполненный на модуле резервуара в Aspen Hysys для бака 260 тыс. м3 при условиях фазового равновесия, давлении 1,17 бар, температуре окружающей среды 25 °C, при различных степенях заполнения. Получена скорость образования отпарного газа (BOR) 0,012 масс.% в сутки при 80 % заполнении, с увеличением до 0,12 масc.% в сутки при 10 % заполнении бака. Для обобщения получаемых результатов прогнозирования параметров отпарного газа следует продолжить их накопление и статистическую обработку

В статье представлен обзор явлений, связанных с отпарным газом (boil-off gas, BOG) и его параметрами в случае хранения сжиженного природного газа. Приведена история развития методов моделирования, используемых для прогнозирования BOG, представлены вычислительные методы, применяемые в настоящее время в данной отрасли. Рассматриваются три основные категории методов моделирования, используемых для прогнозирования отпарного газа: 1 — термодинамические модели на основе взаимосвязей между температурой, давлением и фазовыми изменениями; 2 — динамические имитационные модели, включая вычислительную динамику жидкости и газа (computational fluid dynamics, CFD); 3 — программные средства моделирования процессов, такие как Aspen HYSYS, MATLAB, ANSYS и др. Динамические имитационные модели отличаются более высокой точностью и могут описывать сложное поведение системы, но при этом требуется подробная системная информация, а процесс моделирования отличается большими вычислительными затратами и длительным временем расчета, что подходит для фундаментальных исследований, где точность имеет решающее значение. Термодинамические модели работают быстрее, но могут быть менее точными в детальном прогнозировании поведения системы, особенно в изменчивых условиях. Они хорошо подходят для рутинных оперативных прогнозов или систем с более простыми конфигурациями. Обзор и детальный анализ применения этих подходов к моделированию, призван помочь исследователям и специалистам отрасли в выборе наиболее подходящих моделей, основанных на сложности системы, желаемом уровне точности и доступных вычислительных ресурсах, обеспечивая оптимальные решения задачи снижения потерь на BOG и повышения операционной эффективности хранилищ