Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем
Рассмотрены результаты разработок и исследований энергетических и холодильных циклов и установок, применение которых позволит решить задачу снижения энергозатратности перекачки газа, а также повышения ее производительности....
Saved in:
| Date: | 2006 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Series: | Промышленная теплотехника |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61401 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем / Б.Д. Билека // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 132-149. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61401 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-614012025-02-23T20:10:18Z Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем Combined power-cooling plants for increasing the efficiency of gas-transport systems Билека, Б.Д. Энергосбережение Рассмотрены результаты разработок и исследований энергетических и холодильных циклов и установок, применение которых позволит решить задачу снижения энергозатратности перекачки газа, а также повышения ее производительности. Розглянуто результати розробок та досліджень енергетичних та холодильних циклів і установок, застосування яких дозволить вирішити задачу зниження енерговитрат на перекачування газу, а також підвищення його продуктивності. The results of development and investigation of power-cooling plants are presented. Implementation of such plants will decrease energy consumption for gas transportation and increase the efficiency of gas-transport systems 2006 Article Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем / Б.Д. Билека // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 132-149. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61401 621.438.564:620.9.004.8:504.64.43 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Энергосбережение Энергосбережение |
| spellingShingle |
Энергосбережение Энергосбережение Билека, Б.Д. Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем Промышленная теплотехника |
| description |
Рассмотрены результаты разработок и исследований энергетических и холодильных циклов и установок, применение которых позволит решить задачу снижения энергозатратности перекачки газа, а также повышения ее производительности. |
| format |
Article |
| author |
Билека, Б.Д. |
| author_facet |
Билека, Б.Д. |
| author_sort |
Билека, Б.Д. |
| title |
Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем |
| title_short |
Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем |
| title_full |
Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем |
| title_fullStr |
Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем |
| title_full_unstemmed |
Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем |
| title_sort |
комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Энергосбережение |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61401 |
| citation_txt |
Комбинированные энергохолодильные установки для повышения эффективности работы газотранспортных систем / Б.Д. Билека // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 132-149. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT bilekabd kombinirovannyeénergoholodilʹnyeustanovkidlâpovyšeniâéffektivnostirabotygazotransportnyhsistem AT bilekabd combinedpowercoolingplantsforincreasingtheefficiencyofgastransportsystems |
| first_indexed |
2025-11-25T00:48:54Z |
| last_indexed |
2025-11-25T00:48:54Z |
| _version_ |
1849721339976351744 |
| fulltext |
Наиболее важными задачами, определяющи;
ми повышение эффективности функционирова;
ния газотранспортных систем, являются в первую
очередь снижение энергозатратности, связанное
с уменьшением расхода топливного газа в при;
водных двигателях, преимущественно газотур;
бинных, и электроэнергии, используемой на
привод вентиляторов в аппаратах воздушного ох;
лаждения компримируемого газа и масла, а также
повышение производительности газоперекачки,
т.е. увеличение пропускной способности газопро;
водов. Большую, может быть, решающую роль в
решении этих задач могут сыграть технологии
комбинированной выработки энергии, базирую;
щиеся на использовании сбросной теплоты ком;
прессорных станций с газотурбинным приводом.
КС являются мощными постоянно действующи;
ми источниками высоко; и низкопотенциальной
132 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Розглянуто результати розробок та
досліджень енергетичних та холодиль�
них циклів і установок, застосування яких
дозволить вирішити задачу зниження
енерговитрат на перекачування газу, а
також підвищення його продуктивності.
Ці завдання вирішуються шляхом ство�
рення на компресорних станціях тепло�
утилізуючих енергетичних і холодильних
установок, що функціонують на високо� і
низькопотенційній скидній теплоті КС. В
якості робочих тіл в циклах таких устано�
вок використовуються низькокиплячі ро�
бочі тіла.
Рассмотрены результаты разработок
и исследований энергетических и холо�
дильных циклов и установок, примене�
ние которых позволит решить задачу
снижения энергозатратности перекачки
газа, а также повышения ее производи�
тельности. Эти задачи решаются путем
создания на компрессорных станциях
теплоутилизирующих энергетических и
холодильных установок, функционирую�
щих на высоко� и низкопотенциальной
сбросной теплоте КС. В качестве рабо�
чих тел в циклах таких установок исполь�
зуются низкокипящие рабочие тела.
The results of development and investi�
gation of power�cooling plants are present�
ed. Implementation of such plants will
decrease energy consumption for gas
transportation and increase the efficiency
of gas�transport systems. For this purpos�
es it is necessary to build up the power�
cooling plants on the basis of high and low�
grade waste heat from compressor plants.
Low�boiling fluids will be used as working
medium for such plants.
УДК 621.438.564:620.9.004.8:504.64.43
БИЛЕКА Б.Д.
Институт технической теплофизики НАН Украины
КОМБИНИРОВАННЫЕ ЭНЕРГОХОЛОДИЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
РАБОТЫ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
P – давление;
T – температура;
i – энтальпия;
l – удельная работа цикла;
η – КПД;
АВО – аппарат воздушного охлаждения;
ГПА – газоперекачивающий агрегат;
ГТС – газотранспортная система;
КС – компрессорная станция;
ПГУ – парогазовая установка;
НРТ – низкокипящее рабочее тело;
ТО – теплообменник;
ТУЭУ – теплоутилизирующая энергетическая ус;
тановка.
Индексы
1 – начало процесса;
e – эффективный;
max – максимальное;
t – термический;
д – действительный;
к – конденсация при заданом давлении;
кр – критическое;
нк – конденсация при нормальном давлении;
охл – охлаждение;
пл – плавление;
св – самовоспламенение;
сж – сжатие;
ц – цикл.
сбросной теплоты. Тепловые потенциалы одной
КС средней мощности по высокопотенциальной
теплоте (выхлопные газы при температурах
350…550 оС) составляют 100…150 МВт, по низко;
потенциальной (охлаждающий воздух после аппа;
ратов воздушного охлаждения компримируемого
газа при температуре 50…70 оС) – до 20…30 МВт. В
масштабах ГТС Украины этот потенциал сброс;
ной теплоты можно оценить уровнями 8…12 млн.
кВт и 2…2,5 млн. кВт соответственно.
Снизить энергозатратность за счет уменьше;
ния расхода топливного газа на существующих
газоперекачивающих агрегатах, а также повысить
производительность газоперекачки можно путем
ввода новых приводных мощностей теплоутили;
зирующих энергетических установок с механиче;
ским или электрическим приводом нагнетателей.
Повышение производительности газопровода
также возможно за счет изменения параметров
перекачиваемого газа, а именно: за счет повыше;
ния глубины охлаждения компримируемого газа
после нагнетателя. Глубина охлаждения газа в
штатных АВО ограничивается охлаждающим по;
тенциалом наружного воздуха. Проблемы в обес;
печении номинальных расходов газа по магист;
рали особенно остры в жаркий летний период,
когда АВО не могут обеспечить заданную расчет;
ную глубину охлаждения газа вследствие высо;
ких температур воздуха, и поэтому ГПА работают
с повышенной мощностью, затрачивая при этом
больше топливного газа.
Показано, что внедрение интенсивных систем
охлаждения компримированного газа при его
транспорте позволяет увеличить пропускную
способность газопровода на 5…8 % и снизить
удельные приведенные затраты на 2…3 % [1]. По;
вышение глубины охлаждения газа до более вы;
соких значений, чем может обеспечить АВО газа
с помощью теплоутилизирующих энергохоло;
дильных установок, функционирующих на сброс;
ной теплоте КС, открывает большие возможнос;
ти в увеличении пропускной способности
магистрального газопровода при сохранении
мощности ГПА и расхода топливного газа. Как
показали исследования ВНИИгаза и Союзэнер;
гогаза, экономия мощности КС на перекачку га;
за в зависимости от глубины охлаждения газа в
5…6 раз превышает затраты мощности на его ох;
лаждение [2]. Однако возможность реализации
идеи охлаждения газа на линейных КС до глубин
больших, чем это позволяют АВО газа, практиче;
ски не исследована.
Статья посвящена решению этих двух важных
вопросов ; снижению энергозатратности процес;
са газоперекачки и повышению производитель;
ности перекачки газа без дополнительных затрат
энергии на базе использования сбросной тепло;
ты КС. По функциональному назначению рас;
сматриваемые типы установок для решения этих
задач можно классифицировать следующим об;
разом:
1. Теплоутилизирующие энергетические уста;
новки для производства механической или элек;
трической энергии. В первом случае установка
работает на привод нагнетателя. Во втором она
работает на привод генератора, вырабатывающе;
го электроэнергию как для собственных нужд
КС, в том числе для электрического привода на;
гнетателя, так и для продажи во внешнюю сеть.
При этом вся сбросная теплота ГТУ использует;
ся для производства электроэнергии в паросило;
вом цикле Ренкина.
2. Теплоутилизирующие холодильные уста;
новки для производства холода в целях охлажде;
ния компримируемого газа или других целей.
При этом вся сбросная теплота ГТУ использует;
ся для производства холода в цикле холодильной
машины.
3. Комплексные теплоутилизирующие энерго;
холодильные установки для совместного произ;
водства электрической энергии и холода с помо;
щью холодильных машин различных типов.
Производимая электроэнергия в них используется
как для собственных нужд КС, так и для внешних
потребителей, а производимый холод применяет;
ся для охлаждения компримируемого газа или
других целей. При этом часть сбросной теплоты
ГТУ используется для производства электроэнер;
гии, а вторая часть для производства холода.
Технология использования сбросной теплоты
газотурбинных установок на основе парогазовых
установок, где реализуется два рабочих цикла: га;
зовый Брайтона и пароводяной Ренкина, доста;
точно хорошо разработана и нашла широчайшее
применение при выработке электроэнергии в
большой энергетике. Однако в ГТС такая техно;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 133
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
логия, связанная с использованием воды в каче;
стве рабочего тела, не нашла и не находит пока
широкого распространения в первую очередь из;
за необходимости иметь достаточно большие
водные ресурсы на КС, во;вторых, из;за про;
блем, связанных с подготовкой и химической во;
доочисткой и, в;третьи, из;за проблем замерза;
ния воды в зимний период. В мире среди
нескольких тысяч работающих КС можно насчи;
тать лишь около 20, где установлены и работают
ПГУ с использованием воды. Поэтому в послед;
нее время большой интерес проявляется к при;
менению безводных технологий в реализации
цикла ПГУ как наиболее приемлемых для ис;
пользования в системах транспорта газа . В каче;
стве рабочих тел особенно перспективны веще;
ства группы предельных углеводородов. Первая в
мире энергетическая установка, выполненная по
такой технологии, мощностью 7 МВт с рабочим
телом н;пентан установлена и успешно работает
уже несколько лет на одной из КС трансканад;
ского магистрального газопровода [3]. В 2004 го;
ду в ГТС США (штат Луизиана) введена в экс;
плуатацию еще одна такая установка мощностью
4,5 МВт [4].
Нами проведены обширные расчетные иссле;
дования, посвященные вопросам выбора и опти;
мизации тепловых схем, оборудования и рабочих
тел теплоутилизирующих энергетических и энер;
гохолодильных установок с использованием низ;
кокипящих рабочих тел [2,5;12]. Здесь будут рас;
смотрены лишь некоторые основные результаты
этих исследований без обсуждения методических
особенностей таких расчетов. Прежде всего сле;
дует остановиться на причинах выбора низкоки;
пящих веществ группы предельных углеводородов
в качестве рабочего тела в циклах рассматривае;
мых энергетических установок. Эти вещества не;
агрессивны к конструкционным материалам, не;
ядовиты, доступны, недороги и разрешены к
использованию международными соглашениями,
термодинамические и теплофизические свойства
многих из них достаточно подробно исследованы
и известны.
На основании проведенного анализа термоди;
намических и теплофизических свойств для рас;
смотрения в качестве наиболее перспективных
нами были выбраны следующие вещества: изобу;
тан, н;бутан, н;пентан, циклопентан и гексан.
Сравнительно невысокие температуры кипения
(–12…70 оС) и критические температуры
(135…240 оС) обеспечивают вполне удовлетвори;
тельные термодинамические свойства, в частно;
сти, уровни удельных работ цикла для их приме;
нения при энергетической утилизации теплоты
низкого и среднего потенциала. Высокая темпе;
ратура конденсации (30…45 оС) при атмосфер;
ном или близком к нему давлении создают благо;
приятные условия для применения в установках
воздушных конденсаторов и существенно снижа;
ют проблемы работы установок в летний период,
сохраняя температурные напоры в конденсаторах
на приемлемом уровне. Низкая температура за;
мерзания (–60…–80 оС) также значительно улуч;
шает эксплуатационные качества установок. Су;
щественно более высокая плотность паров этих
веществ в сравнении с водяными парами позво;
ляет снижать весогабаритные показатели пароси;
ловой установки, а низкая скорость звука упро;
щает конструирование проточной части турбины
и улучшает её аэродинамические характеристи;
ки. Сравнительно небольшие тепловые перепады
в турбине позволяют конструировать её с малым
числом ступеней или даже одноступенчатой, что
упрощает и удешевляет её. Весьма важной осо;
бенностью рассматриваемых рабочих тел являет;
ся специфический характер изменения в диа;
грамме термодинамического состояния рабочего
тела правой пограничной кривой с отрицатель;
ным наклоном и соответствующим уменьшени;
ем энтропии вдоль нее. Это приводит к тому, что
весь процесс расширения в турбине будет проис;
ходить в области перегретого пара, что позволяет
практически исключить явления эрозии лопа;
точного аппарата и тем самым увеличить срок
службы турбины и снизить расходы на ремонт и
эксплуатацию.
Вместе с тем следует отметить и отрицатель;
ные свойства рассматриваемых НРТ. Это прежде
всего взрывопожароопасность, а также достаточ;
но низкая температура самовоспламенения
(260…430 оС), что усложняет как тепловые схе;
мы, так и конструкции установок. Более низкие
теплоемкость и теплопроводность этих НРТ в
сравнении с водой обуславливают более низкие
характеристики транспорта теплоты, что вызы;
134 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
вает существенное возрастание площадей тепло;
обмена, габаритов и массы теплообменных аппа;
ратов.
Выбор оптимального рабочего тела является
сложной и неоднозначной задачей, поскольку
определяется многими названными выше факто;
рами. Первым из них есть ограничение по темпе;
ратуре самовоспламенения. В соответствии с
этим температура греющей среды в парогенерато;
ре установки и собственно рабочего тела должны
быть ниже ее. Это условие ограничения темпера;
туры греющей среды касается одноконтурных
энергетических установок, в которых выхлопные
газы подаются непосредственно в парогенератор.
В двухконтурных с промежуточным высокотем;
пературным теплоносителем в парогенераторе по
греющей стороне может поддерживаться темпе;
ратура выхлопных газов (рис. 1). Вторым по важ;
ности является условие выбора такого рабочего
тела, которое обеспечивало бы наибольшую
удельную работу цикла и, соответственно, термо;
динамические и эффективный КПД. При этом
оно должно иметь достаточно высокую темпера;
туру конденсации при атмосферном давлении и
желательно невысокую температуру кипения.
Вопросы выбора оптимального рабочего тела и
параметров цикла в ТУЭУ для КС достаточно по;
дробно рассмотрены в [10,12]. Здесь отметим
лишь некоторые основные выводы этих работ.
Рабочий цикл Ренкина для рассматриваемых
НРТ с началом процесса расширения из областей
сухого насыщенного пара, перегретого пара и из
области закритических параметров представлен в
диаграмме состояния P#і на рис. 2. Термодинами;
ческие расчеты, проведенные в различных облас;
тях состояния рассматриваемых рабочих тел и в
широком диапазоне изменения начальных тем;
ператур цикла, результаты которых, приведенные
в табл. 1, а также на рис. 3, позволили получить
достаточно полные характеристики этих НРТ для
выбора их и применения в качестве рабочих тел
ТУЭУ, а также выбора в диаграмме состояния це;
лесообразной области их работы. Там же для
сравнения представлены данные по двум широко
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 135
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
а б
Рис. 1. Принципиальная тепловая схема теплоутилизирующей энергоустановки на низкокипящем
рабочем теле: а) одноконтурная установка с охлаждением отработанных газов ГТУ подмешиванием
воздуха; б) двухконтурная установка с промежуточным высокотемпературным теплоносителем.
T – турбина, Г – генератор, К – воздушный конденсатор, Н – насос НРТ, И – испаритель н�пентана,
С – смеситель воздуха с газами, ТО – теплообменник с промежуточным высокотемпературным
теплоносителем (ВТТ), НВ �насос ВТТ, ГВС�газовоздушная смесь.
используемым в холодильной промышленности
фреонам R123 и R141в. На рис. 3 приведены не;
которые важные характеристики рабочих тел и
циклов в виде зависимостей удельных работ цик;
ла, а также эффективных КПД установки от на;
чальной температуры цикла.
Отметим некоторые общие закономерности,
присущие рассматриваемым НРТ. Зависимости
удельных работ циклов и эффективных КПД от
начальной температуры цикла носят экстремаль;
ный характер, для каждой из зависимостей суще;
ствуют свои оптимальные значения. При этом
абсолютные значения максимальных удельных
работ циклов рассматриваемых НРТ отличаются
более чем в 5 раз.
Разности между критической и температурой,
соответствующей максимальной удельной работе
циклов, составляют 15…25 град. И в этом диапа;
зоне резко возрастают работы сжатия в цикле с
приближением к критической температуре.
Удельная работа охлаждения в цикле определяет;
ся видом НРТ.
Наиболее эффективными НРТ по термодина;
мическим и теплофизическим свойствам, отве;
чающим рассматриваемым условиям оптималь;
ности среди выбранных веществ, являются
гексан и н;пентан. Гексан, имея несколько луч;
шие термодинамические качества – удельную
работу цикла, эффективный КПД, удельную ра;
боту сжатия, уступает пентану по такому важно;
му параметру как температура самовоспламене;
ния. Поэтому в качестве основного рабочего тела
в разработках был принят н;пентан. Вместе с тем
надо отметить, что в двухконтурных схемах теп;
лоутилизирующих энергетических установок
вследствие отсутствия прямого контакта НРТ с
выхлопными газами, гексан может быть исполь;
зован в качестве рабочего тела в силовом цикле
при условии поддержания температур во втором
и силовом контуре на уровне ниже температуры
самовоспламенения. Интересно отметить, что
фреоны обладая таким важным свойством как
негорючесть и, имея вполне удовлетворительные
теплофизические параметры, к сожалению, усту;
пают гексану и н;пентану в величине максималь;
ной удельной работы в 2…3 раза (табл. 1, рис. 3).
Поэтому их применение в качестве рабочих тел в
рассматриваемых паросиловых циклах нецелесо;
образно.
В качестве рабочего тела выбран н;пентан, в
котором будет осуществляться паросиловой цикл
Ренкина. Выбор области состояния рабочего тела
и параметров этого цикла подробно рассмотрен в
[12]. Здесь коротко остановимся на конечных
выводах этой работы. Расчетные исследования
показали, что при осуществлении рабочего цик;
ла из начальных точек в области сухого насыщен;
ного пара (t1=185 оС, Р1=2,75 МПа), в области
перегретого пара (t1=190 оС, Р1=2,75 МПа) и в за;
критической области (t1=230 оС, Р1=5,4 МПа)
мощности нетто, получаемые в ТУЭУ будут не;
значительно возрастать. Этот прирост мощности
находится в пределах 4,5 % (1785…1866 кВт) со;
ответственно. Аналогичные результаты получе;
ны в работе [13]. Приведенные выше результаты
получены при условии заданной ограниченной
тепловой мощности сбросного источника тепло;
ты. В качестве последнего рассмотрены выхлоп;
ные газы широко применяемого в ГТС Украины
газотурбинного двигателя ДН;70 (с температу;
рой 495 оС и расходом 34,9 кг/с). Это условие и
параметры определяют величины температурных
напоров в парогенераторе установки, а напоры в
свою очередь определяют интенсивность тепло;
передачи и площадь теплообмена. Расчеты пока;
136 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 2. Термодинамический цикл ТУЭУ на НРТ в
Р�і диаграмме в различных областях изменения
параметров рабочего тела. А,В,С, – изоэнтропы;
C,D – изотермы; точки т,d – теоретические и
действительные параметры в конце расширения.
зывают, что при работе ТУЭУ в указанных выше
областях состояния температурные напоры будут
снижаться в 1,4 и в 2 раза соответственно (33, 24
и 16 градусов), т.е. и по этому параметру предпо;
чтение следует отдать первому варианту. Однако,
учитывая возможные потери теплоты при транс;
порте пара от парогенератора к паровой турбине
целесообразно применять перегрев пара (на 3…5
градусов). Мощность установки при этом прак;
тически не изменяется.
Что касается варианта работы ТУЭУ в закри;
тической области, то, как уже отмечалось выше,
хотя мощность установки и возрастает примерно
на 4,5 %, но давление НРТ в контуре увеличива;
ется почти в 2 раза, а температурный напор в па;
рогенераторе падает в 2,1 раза. Все это будет при;
водить к существенному росту массогабаритных
показателей и удорожанию установки. Поэтому
работа с н;пентаном в закритической области и
области существенно перегретого пара нецелесо;
образна. К аналогичному выводу приходят авто;
ры работы [4,13], где сделаны выводы о том, что
для рассматриваемой группы НРТ перегрев пара
перед турбиной не является мерой повышения
тепловой экономичности, а циклы сверхкрити;
ческого давления по эффективности сравнимы с
циклами докритического давления. Оптималь;
ной является область начала расширения пара из
сухого насыщеного состояния или из области не;
большого перегрева. В целом такой небольшой
прирост мощности установки при переходе к па;
раметрам перегретого пара или параметрам за;
критического состояния рассматриваемого НРТ
объясняется существенным нелинейным ростом
работы сжатия и охлаждения в этой области.
Как уже указывалось выше, создание теплоути;
лизирующих энергетических установок, исполь;
зующих сбросную теплоту КС, решает ряд важных
задач прежде всего в проблеме энергосбережения.
Такие установки позволят без затрат дополнитель;
ного топлива полностью обеспечить КС дешевой
электроэнергией для собственных технологичес;
ких нужд (от 1 до 1,5 МВт), а также производить
электроэнергию на продажу во внешнюю сеть.
Возможным эффективным вариантом их исполь;
зования является вариант с электроприводом на;
гнетателя или с прямым механическим приводом
его от ТУЭУ, что позволяет заметно уменьшить
расходы топливного газа на КС. Отметим также
важный экологический момент, связанный с при;
менением ТУЭУ на КС – снижение уровня теп;
лового загрязнения атмосферы.
Выбор схемных решений при утилизации
сбросной теплоты зависит от конкретных осо;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 137
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 3. Зависимости удельной работы цикла (a) и еффективного КПД установки от начальной
температуры НРТ: * – н�пентан, – гексан, – н�бутан, – изобутан, – R141b, – R123.
Iц
кДж/кг
t, oC t, oC
ηe,%
бенностей КС: вида КС (линейная или тупико;
вая) и приводных двигателей ГПА; параметров
отработанных газов двигателей; соотношения
тепловых эквивалентов сбросной теплоты высо;
кого и низкого потенциалов; возможностей ис;
пользования в системах охлаждения природных
водяных источников; наличия свободных пло;
щадей для размещения дополнительного обору;
дования.
В зависимости от этих условий для выработки
электроэнергии могут быть использованы следу;
ющие схемы теплоутилизирующих энергоуста;
новок на НРТ:
а) простые – только с утилизацией высокопо;
тенциальной теплоты отработанных газов базо;
вой энергоустановки;
б) комплексные – с одновременной утили;
зацией теплоты высокого (уходящие газы) и
низкого (компримируемый газ) потенциа;
лов. При этом теплота низкого потенциала
используется для подогрева НРТ после кон;
денсатора, а высокого – для подогрева их до
состояния сухого насыщенного пара в испа;
рителе НРТ;
в) одноконтурные и двухконтурные с промежу;
точным высокотемпературным теплоносителем;
г) с водяным или воздушным охлаждением
конденсатора НРТ;
д) c подогревом или охлаждением выхлопных
газов приводных двигателей ГПА перед их пода;
чей в теплообменники теплоутилизирующих
энергоустановок.
138 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Та б л . 1 . Основные характеристики веществ, перспективных для использования в качестве
низкокипящих рабочих тел в циклах теплоутилизирующих энергоустановок
Необходимость охлаждения (подогрева) связа;
на с тем, что для каждого вида НРТ в цикле суще;
ствует узкий диапазон максимальных температур
для получения максимальной термодинамичес;
кой эффективности работы ТУЭУ [5,10]. Кроме
того, в установке необходимо обеспечить уровень
максимальных температур рабочих и греющих
сред ниже температуры самовоспламенения НРТ.
В качестве базовых приводных двигателей
ГПА рассматривались основные типы установок,
применяемых в системе УКРТРАНСГАЗ: ГТУ
простого цикла – ГТК;10; ГТУ с регенеративным
циклом – ГТК;10Р; газопаровые установки с
улавливанием впрыскиваемого пара типа "Водо;
лей" КГПТУ;16К и КГПТУ;25, находящиеся в
опытно;промышленной эксплуатации [6].
Для газотурбинной установки ГТК;10Р была
рассчитана ТУЭУ при температуре уходящих га;
зов после регенератора 275 оС, а для ГТК;10 –
при температуре отработанных газов после газо;
вой турбины 542 оС.
В ГПУ КГПТУ;16К, КГПТУ;25 для утилиза;
ции используются отработанные газы непосредст;
венно после котла;утилизатора при температуре
более 160 оС. Этот уровень температур уходящих
газов позволяет использовать их теплоту в тепло;
утилизирующих энергоустановках для получения
электроэнергии. Кроме того, котел;утилизатор
КГПТУ;25 при необходимости поддерживает
температуру отработанных газов на выходе около
200 оС (для этого режима также была рассчитана
ТУЭУ). Мощности теплоутилизирующих энерго;
установок растут с увеличением температуры ухо;
дящих газов. С учетом этого был рассчитан режим
с подмешиванием уходящих газов непосредствен;
но после газовой турбины при температуре 454 оС
к уходящим газам после котла;утилизатора в
КГПТУ;16К при температуре 164 оС.
Рассмотрим основные результаты исследова;
ний, расчетов и разработок схем простых и ком;
плексных ТУЭУ на н;пентане с применением
для отвода теплоты как воздуха, так и воды.
Принципиальные тепловые схемы ТУЭУ на базе
ГТУ простого цикла, регенеративного цикла и на
основе газопаровой установки типа "Водолей",
приведены на рис. 4.
Методика тепловых расчетов предусматривала:
расчет основных параметров смеси уходящих га;
зов базовых энергоустановок и охладителя; расчет
основных параметров термодинамического цик;
ла простой и комплексной ТУЭУ при водяном и
воздушном охлаждении конденсаторов НРТ при
характерных параметрах охлаждающих сред; рас;
чет и анализ влияния режимных условий (макси;
мальная температура НРТ в цикле, температур;
ный напор в испарителе НРТ, температура
уходящих газов из теплообменников НРТ, темпе;
ратура и давление в конденсаторе, вид охладите;
ля конденсатора, вид низкокипящего рабочего
тела) на расчетные характеристики ТУЭУ (расход
НРТ, мощность ТУЭУ, доля сконденсировавших;
ся водяных паров в отработанных газах ТУЭУ).
Расчеты проводились на основании использо;
вания уравнений материального и теплового ба;
лансов и методик расчетов термодинамических
циклов Ренкина. Подробная методика тепловых
расчетов теплоутилизирующей энергоустановки
на НРТ и значения принятых при этом КПД тур;
бин, насосов, генераторов и др. приведена в [14].
В качестве низкокипящих рабочих тел для этих
установок рассматривались н;пентан и изобутан,
(входящие в группу предельных углеводородов).
Как уже указывалось выше, эти вещества имеют
достаточно высокую термодинамическую эффек;
тивность в диапазоне средних температур вы;
хлопных газов, распространены и коммерчески
доступны. В то же время они не оказывают отрица;
тельного влияния на окружающую среду и разре;
шены к использованию международными согла;
шениями.
Поскольку н;пентан сохраняет свою термичес;
кую стабильность до 300 оС, то перед подачей вы;
хлопных газов в парогенератор ТУЭУ их темпера;
туру необходимо снизить, в нашем случае, до
температур не выше температуры самовоспламе;
нения. Снижение температуры выхлопных газов
целесообразно осуществлять путем подмешива;
ния к ним атмосферного воздуха, принципиально
возможен также впрыск воды.
При неизменных значениях расхода и темпера;
туры отработанных газов ГТУ эффективность
ТУЭУ будет зависеть от максимальной темпера;
туры НРТ, температурных напоров в теплообмен;
никах НРТ, температуры отработанных газов на
выходе из ТУЭУ, давления в конденсаторе НРТ и
других условий. Поэтому, прежде чем перейти к
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 139
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
расчету теплоутилизирующих энергоустановок,
для реальных приводных установок были прове;
дены исследования этих закономерностей.
Всего было исследовано более двадцати вари;
антов энергоустановок во всем возможном спект;
ре изменения режимных параметров [6]. Резуль;
140 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
а б
в
Рис. 4. Принципиальная схема комплексной теплоутилизирующей энергоустановки: а) на базе ГТУ
открытого цикла типа ГТК�10; б) на базе ГТУ регенеративного цикла типа ГТК�10Р; в) типа КГПТУ�
16К, комбинированной, с теплоутилизирующей энергоустановкой на низкокипящем рабочем теле.
1 – нагнетатель газа; 2 – компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – котел�утилизатор; 5 – турбина;
6 – испаритель НРТ; 7 – паровая турбина на НРТ; 8 – электрогенератор; 9 – конденсатор НРТ;
10 – насосы; 11 – подогреватель НРТ компримированным газом; 12 – экономайзер;
13 – конденсатосборник; 14 – контактно�смешивающий конденсатор; 15 – охладитель конденсата;
16 – регулирующий вентиль; 17 – рекуператор; 18 – блок теплообменников теплоутилизирующей
установки; 19 – смешивающий воздушный охладитель отработанных газов.
таты расчетов их характеристик представлены в
табл. 2.
Можно видеть, что лучшие показатели по
мощности имеет комплексная ТУЭУ на базе ГТУ
простого цикла (ГТК;10), мощность которой со;
ставит от 30 до 45 % от мощности базовой ГТУ в
зависимости от вида охлаждения конденсатора
(воздушное или водяное). Доля электрической
мощности, вырабатываемой установкой за счет
теплоты компримируемого газа, равна 9 %. Ис;
пользование НРТ для охлаждения компримируе;
мого газа позволит почти наполовину (48 %) со;
кратить число АВО газа и в результате уменьшить
электрическую мощность их вентиляторов.
Комплексная ТУЭУ на базе ГТУ регенератив;
ного цикла (ГТК;10Р) хотя и уступает по мощнос;
ти установке на базе простого цикла, развивая
мощность от 18 до 24 % от мощности базовой ГТУ,
но имеет вполне определенные технологические и
конструктивные преимущества. Это связано с тем,
что уровень температур газа после таких установок
близок к оптимальному для пентанового цикла
(275…320 оС), поэтому отпадает необходимость в
охлаждении выхлопных газов, что упрощает кон;
струкцию и исключает затраты электроэнергии на
воздушные вентиляторы. В установке этого типа
относительная доля энергии, получаемой за счет
использования теплоты компримируемого газа,
составляет 15…17 %. Охлаждение компримируемо;
го газа позволяет снизить интенсивность охлажде;
ния в АВО газа и соответственно уменьшить элек;
трическую мощность, потребляемую воздушными
вентиляторами, на 30 %.
Для ТУЭУ на базе газопаровой установки типа
"Водолей" (КГПТУ;16К) с впрыском пара и улав;
ливанием воды в контактном конденсаторе мож;
но отметить следующие результаты: за счет ути;
лизации теплоты компримируемого газа и
отработанных газов после котла;утилизатора
можно выработать 1,2…3,0 % дополнительной
электрической мощности и снизить мощность
используемую для охлаждения компримируемо;
го газа на 7…8 %; снижение температуры парога;
зовой смеси, поступающей после парогенератора
ТУЭУ в контактный конденсатор за счет отбора
теплоты в цикл ТУЭУ, уменьшает на 20 % расхо;
ды охлаждающего конденсата в контуре охлажде;
ния и воды для охлаждения холодильника. Соот;
ветственно снижаются и мощности на привод
циркуляционных насосов в контурах охлаждения;
за счет подмешивания в парогазовую смесь на вы;
ходе из котла;утилизатора высокотемпературных
газов после других, параллельно работающих га;
зовых турбин, мощность ТУЭУ можно увеличить
более чем вдвое. При этом температура газов на
выходе из ТУЭУ снижается почти до 40 оС, что
приводит к конденсации около 70 % паров воды,
содержащихся в отработанных газах, и существен;
но снижает нагрузку на контактный конденсатор;
при использовании КГПТУ;25 в качестве базовой
установки мощность теплоутилизирующей энер;
гоустановки возрастает до 502 кВт.
Для всех рассмотренных схем ТУЭУ были про;
ведены тепловые, аэродинамические и гидравли;
ческие расчеты, в результате чего были определе;
ны основные характеристики и весогабаритные
показатели основного тепломеханического обо;
рудования – парогенераторов, газожидкостных
охладителей компримируемого газа, паровых
турбин. Данные о них можно найти в [5,6].
Двухконтурные ТУЭУ с высокотемператур;
ным промежуточным теплоносителем целесооб;
разны при утилизации сбросной теплоты от базо;
вых ГТУ простого цикла с повышенной
температурой выхлопных газов. Принципиаль;
ная тепловая схема такой установки представле;
на на рис. 1. Из имеющихся веществ наиболее
подходящей по своим теплофизическим свойст;
вам является дифенильная жидкость, достаточно
широко применяемая в металлургии в качестве
высокотемпературного теплоносителя, сохраня;
ющая термическую стабильность до 380 оС.
Как показывают расчетные исследования, пе;
реход к двухконтурной схеме ТУЭУ практически
не изменяет термодинамических показателей ус;
тановки в сравнении с одноконтурной при одной
и той же базовой ГТУ во всех рассматриваемых
областях состояния рабочего тела [12]. Преиму;
щества этой схемы состоят, во;первых, в отсутст;
вии необходимости газовоздушного смесителя
для охлаждения выхлопных газов, во;вторых, в
снижении габаритов и массы парогенератора и, в
третьих, в существенно (примерно вдвое) более
высоких тепловых напорах в первом контуре па;
рогенератора. К недостаткам надо отнести кон;
структивные и технологические усложнения ус;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 141
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
142 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Т
а
б
л
.
2
.
Р
а
с
ч
е
т
н
ы
е
х
а
р
а
к
т
е
р
и
с
т
и
к
и
к
о
м
б
и
н
и
р
о
в
а
н
н
ы
х
г
а
зо
т
у
р
б
и
н
н
ы
х
э
н
е
р
го
ус
т
а
н
о
в
о
к
с
т
е
п
л
о
у
т
и
л
и
зи
р
у
ю
щ
и
м
и
к
о
н
т
у
р
а
м
и
н
а
н
;п
е
н
т
а
н
е
тановки, а также необходимость во втором теп;
лоносителе.
Наиболее эффективно задача повышения
глубины охлаждения компримируемого газа ре;
шается с помощью применения холодильных
машин, работающих последовательно с аппара;
тами воздушного охлаждения газа. Нами были
рассмотрены возможности применения наибо;
лее распространенных типов таких машин, а
именно: пароэжекторных, абсорбционных, па;
рокомпрессорных, а также с помощью эффек;
тов, получаемых в турбодетандерных установках
и холодильных установках, использующих эф;
фект дросселирования газов или воздуха [2,8,9].
При решении этой задачи было поставлено ус;
ловие не только не повышать энергопотребле;
ние КС, но по возможности снизить его, удовле;
творяя собственные нужды КС в электроэнергии
за счет сбросной теплоты ГПА с помощью
ТУЭУ.
Из названных выше типов холодильных ма;
шин, машины с дросселированием газов, обла;
дая конструктивной простотой и надежностью,
имеют наименьшую удельную холодопроизводи;
тельность, не обеспечивающую решение постав;
ленной задачи [2,11]. Турбодетандерные холо;
дильные машины обеспечивают получение более
высоких удельных холодопроизводительностей,
однако они требуют значительных механических
или электрических мощностей извне для приво;
да компрессора, сжимающего рабочее тело перед
подачей его в турбодетандер. Для получения та;
кой мощности можно использовать ТУЭУ, рабо;
тающие на сбросной теплоте КС. Таким образом,
эту установку следует отнести к классу комплекс;
ных теплоутилизирующих энергохолодильных
установок. Потенциальные возможности в про;
изводстве таких мощностей, которые можно по;
лучить на базе некоторых основных типов при;
водных ГТУ, используемых в системе
УКРТРАНСГАЗа, представлены в табл. 3. Эф;
фективность турбодетандерной холодильной ма;
шины зависит от свойств используемого рабоче;
го тела. В табл. 4 приведены результаты расчетов
основных характеристик турбодетандерных хо;
лодильных машин, использующих четыре вида
рабочих тел: воздух, н;пентан, метан и пропан. В
качестве базового приводного двигателя рассма;
тривалась газотурбинная установка ДН;90 мощ;
ностью 16 МВт. При расчете учитывались все за;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 143
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Та б л . 3 . Основные характеристики теплоутилизирующих энергоустановок на н;пентане,
работающих за счет использования теплоты отработанных газов приводных двигателей ГПА,
установленных на КС
траты энергии на собственные нужды установки
за счет ТУЭУ. Как видно из табл. 4, дополни;
тельная глубина охлаждения газа после АВО в
зависимости от вида рабочего тела составляет
4…7 град.
Практически близкой к турбодетандерной по
основным характеристикам – холодильному ко;
эффициенту, коэффициенту теплоиспользова;
ния, является пароэжекторная холодильная ма;
шина. Серьезным преимуществом этих машин
является их простота, надежность, отсутствие
механически движущихся деталей (за исключе;
нием насоса хладоагента). Для функционирова;
ния их необходима практически только тепловая
энергия, поэтому эти машины относятся к клас;
су теплоутилизирующих холодильных установок.
Однако они могут использоваться и в составе
комплексных теплоутилизирующих энергохоло;
дильных установок. Нами были исследованы оба
варианта таких установок в составе ГПА с при;
водной ГТУ ДН;90.
Вариант тепловой схемы ТУХУ с пароэжектор;
ной холодильной машиной представлен на рис. 5.
По соображениям термодинамической эффектив;
ности в качестве рабочего тела принят н;бутан. Рас;
четы показали, что при этом может быть достигнута
глубина охлаждения газа порядка 10…15 град. При
совместном использовании холодильной машины
и АВО газа можно существенно снизить температу;
ру компримируемого газа и заметно повысить про;
изводительность газопровода, особенно в летнее
время. Повысить эффективность этой холодильной
машины можно путем замены одноступенчатых
эжекторов на двухступенчатые, что может ощутимо
повысить коэффициент теплоиспользования и глу;
бину охлаждения. При температурах наружного
воздуха 20 оС и ниже возможно полностью исклю;
чить затраты электроэнергии на привод вентилято;
ров АВО [8,9].
Был также рассмотрен вариант использования
пароэжекторной холодильной машины в составе
комплексной теплоутилизирующей энергохоло;
дильной установки. Тепловая мощность, отводи;
мая в холодильную машину, определяется как
разность мощностей сбросной теплоты ГПА и
теплоты, отводимой на покрытие собственных
нужд всей установки. Результаты расчетов харак;
теристик холодильной части установки представ;
лены в табл. 5. Можно видеть, что глубина охлаж;
дения компримируемого газа в этой холодильной
машине несколько выше, чем в турбодетандер;
ной, и составляет 5,6…8,5 град.
Абсорбционные холодильные машины, хотя и
обладают лучшими холодильными характеристи;
ками, для условий работы КС дороги, слишком
сложны в конструкции и в эксплуатации и поэто;
144 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Та б л . 4 Основные характеристики теплоутилизирующих турбодетандерных холодильных машин
на различных рабочих телах
му не рассматриваются здесь. Наиболее эффек;
тивной по своим холодильным характеристикам
является турбопарокомпрессорная холодильная
машина, холодильные коэффициенты и коэффи;
циенты теплоиспользования которой практичес;
ки в 3 раза выше, чем у всех рассмотренных ма;
шин. Тепловая схема и рабочий цикл такой
установки в Р#і диаграмме представлен на рис. 6.
Принципиальная тепловая схема теплоутилизи;
рующей энергохолодильной установки с турбо;
компрессорной холодильной машиной и энерге;
тической паросиловой установкой в составе
основного энергетического оборудования КС
приведена на рис. 7. Принципиальным момен;
том в этой схеме является вопрос выбора рабоче;
го тела, которое обеспечивало бы удовлетвори;
тельные термодинамические и теплофизические
характеристики как в энергетическом, так и в хо;
лодильном циклах во всем диапазоне работы ус;
тановок, поскольку переход на два рабочих тела
заметно усложняет как конструкцию установки,
так и условия эксплуатации. Из всех рассмотрен;
ных нами НРТ наиболее оптимальным следует
признать н;пентан. В табл. 6 представлены ре;
зультаты расчетов турбокомпрессорных холо;
дильных машин на н;пентане, работающих в
составе энергохолодильных установок с несколь;
кими основными типами приводных ГТУ
(ГТНР;10, ДН;70, ДН;90, ДН;80) мощностью от
10 до 25 МВт. Рассматривались варианты про;
стых установок без использования теплоты ком;
примируемого газа в энергетическом контуре.
Как и в рассмотренном выше случае, в холодиль;
ный контур подводится сбросная теплота ГТУ за
вычетом теплоты, потребляемой в энергетичес;
ком контуре на удовлетворение собственных
нужд установки. Приведенные результаты пред;
ставлены из расчета тепловых балансов на один
ГПА. Полученные глубины охлаждения газа по
установкам с различными ГТУ находятся на
уровне 16,6…25 град., что существенно (в 3…5
раз) превышает аналогичные величины в рассмо;
тренных выше установках и свидетельствует о
перспективности их применения в ГТС.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 145
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 5. Схема ГТУ с теплоутилизирующей пароэжекторной холодильной машиной: 1 – ГТД;
2 – воздушный компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – турбина; 5 – нагнетатель; 6 – воздушный
охладитель компрированного пара хладагента; 7 – испаритель хладагента� охладитель
компримированого газа; 8 – генератор пара хладагента; 9 – паровой эжектор; 10 – воздушный
конденсатор хладагента; 11 – насос хладагента; 12 – дроссельный клапан; НВ – наружный воздух;
УГ – уходящие газы.
Дальнейшее совершенствование тепловых
схем рассматриваемых установок с целью повы;
шения энергоэффективности разрабатываемых
энергохолодильных технологий будет связано с
исследованием возможностей использования в
разработанных схемах циклов теплонасосных ус;
тановок (т.е. циклов обращенных холодильных
машин) в контурах передачи и трансформации
низкопотенциальной теплоты.
Предложенные безводные технологии исполь;
зования сбросной теплоты компрессорных стан;
ций с помощью теплоутилизирующих энергети;
ческих и энергохолодильных установок на низ;
кокипящих рабочих телах позволяют решить ряд
важных задач в области энергосбережения, а
именно: сокращения расхода топливного газа и
повышения производительности перекачки газа
в газотранспортных системах. На основании по;
лученных результатов можно сделать следующие
выводы:
– теплоутилизирующие энергетические уста;
новки с воздушными конденсаторами на базе
146 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 6. Схема (а) и цикл (б) теплоутилизирующей турбокомпреcсорной холодильной машины:
1�9 обозначение рабочих точек цикла и их функциональное размещение на схеме установки.
Та б л . 5 . Теплоутилизирующие пароэжекторные холодильные машины на н;бутане
а б
ГТУ простого и регенеративного цикла могут до;
полнительно вырабатывать до 18…30 % механи;
ческой или электрической мощности от базовой
мощности ГТУ, что позволяет не только обеспе;
чивать собственные нужды КС в электроэнер;
гии, но и передавать ее избыток в сеть; возможен
также вариант использования этой энергии на
привод дополнительного нагнетателя; в газопа;
ровых установках с регенерацией воды из уходя;
щих газов дополнительная выработка электриче;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 147
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 7. Принципиальная тепловая схема теплоутилизирующей энергохолодильной установки в составе
КС: ГТ – газовая турбина; Н – нагнетатель; АВГ – аппарат воздушного охлаждения; ТГ – тепло�
генератор; ПТ – паровая турбина; ЭГ – электрогенератор; К (АВЗ) – конденсатор; НК – насос
конденсационный, Д – дроссель; К – компрессор.
Та б л . 6 . Теплоутилизирующие турбокомпрессорные холодильные машины на н;пентане
ской мощности за счет энергоустановок на НРТ
невелика – от 1,2 до 3,0 %, но целесообразность
их использования обоснована снижением зави;
симости в потреблении электроэнергии КС от
внешней сети, а также экономией воды на ох;
лаждение конденсатора и соответственно
уменьшением энергетических затрат на ее про;
качку;
– теплоутилизирующие энергохолодильные
установки, обеспечивая собственные нужды КС
в электроэнергии, позволяют увеличить глубину
охлаждения компримируемого газа; наилучшие
показатели по холодопроизводительности имеет
турбопарокомпрессорная установка, обеспечи;
вающая повышение глубин охлаждения газа на
16…25 град., что в 3…5 раз превышает эффекты,
получаемые при применении других рассмотрен;
ных холодильных машин; вместе с тем не следует
исключать возможность использования в ряде
случаев теплоутилизирующих холодильных уста;
новок с пароэжекторными холодильными уста;
новками, которые, обеспечивая более низкие
глубины охлаждения газа (10…15 град.), имеют
серьезные преимущества в простоте конструк;
ции, надежности эксплуатации и стоимости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Динков В.А., Грищенко А.И., Васильев Ю.Н.,
Мужиловский П.И. Повышение эффективности
использования газа на компрессорных станциях.
М.: Надра. – 1981. – 296 с.
2. Билека Б.Д., Васильев Е.П. Использование
комплексных теплоутилизирующих энергохоло;
дильных установок на низкокипящих рабочих те;
лах для повышения эффективности работы ком;
прессорных станций // Авиационно;космическая
техника и технология. – 2004, вып. 7(15). – С. 8–12.
3. Leibowitz H., Schochet D.N., Generating
Electric Power From Compressor Station Resudual
Heat // Pipeline and Gas Journal. – 2001. – № 11. –
PP. 24–26.
4. Сапожников М.Б., Тимошенко Н.И. Элект;
рические станции на низкокипящих рабочих те;
лах // Теплоэнергетика. – 2005. – № 3. – C.73–77.
5. Білека Б.Д., Васильєв Є.П., Клименко В.М., Ко#
ломєєв В.М., Ізбаш В.І., Костенко Д.А., Кривуця В.А.
Комплексне використання утилізаційних енер;
гоустановок на КС для підвищення ефективності
ГПА // Нафтова і газова промисловість.– 2001. –
№ 4. – C. 40–43.
6. Билека Б.Д., Васильев Е.П., Кабков В.Я.,
Костенко Д.А., Избаш В.И., Коломеев В.Н. Утили;
зация сбросной теплоты ГПА в энергоустановках
с низкокипящими рабочими телами // Газотур;
бинные технологии. – 2002, №5(20). – С. 6–10.
7. Билека Б.Д., Васильев Е.П., Кабков В.Я. Ав;
тономное электроснабжение компрессорных
станций с газотурбинным приводом ГПА на ос;
нове теплоутилизационных энергоустановок на
низкокипящих рабочих телах // Авіаційно;
космічна техніка і технологія. Зб. Наук. Праць. –
2002, вип.31. – С. 14–16.
8. Билека Б.Д., Клименко В.Н., Захаров Ю.В.,
Радченко Н.И., Сирота А.А. Контуры на низкоки;
пящих рабочих телах для комплексной утилиза;
ции теплоты в газопаротурбинных установках //
Холодильная техника и технологии. – 2002. –
Вып. 3. – С. 15–16.
9. Билека Б.Д., Радченко Н.И., Сирота А.А.
Теплоиспользующие контуры ГТУ для охлажде;
ния компримированного газа на газоперекачива;
ющих станциях // Промышленная теплотехника.
Приложение к журналу. – 2003. – Т. 25, № 4. –
С. 24.26.
10. Билека Б.Д., Васильев Е.П. Низкокипящие
вещества для работы в качестве рабочих тел в
теплоутилизирующих энергоустановках на ком;
прессорных станциях магистральных газопрово;
дов // Авіаційно;космічна техніка і технологія.–
2003. – Вып.7 (42). – С. 33–36.
11. Билека Б.Д., Васильев Е.П., Избаш В.И.,
Коломеев В.Н. Комбинированная энергосберега;
ющая технология перекачки газа для компрес;
сорных станций магистральных газопроводов //
Компрессорная техника и пневматика в XXI веке
// Труды XIII Международной научно;техничес;
кой конференции по компрессоростроению.–
2004, Сумы, т. II. – С. 156–162.
12. Билека Б.Д., Васильев Е.П., Кабков В.Я.
Выбор схемы теплоутилизирующей энергоуста;
новки и основных параметров термодинамичес;
кого цикла на низкотемпературных рабочих те;
лах // Наукові праці. Т.43, вип.30, Техногенна
безпека. – Миколаїв: Вид;во МДГУ ім. П.Моги;
ли. 2005. – С. 58–62.
148 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 149
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
13. Сапожников М.Б., Тимошенко Н.И. Пре;
дельная эффективность электрических станций
на низкокипящих рабочих телах // Теплоэнерге;
тика. – 2005. – № 4. – С. 68 – 72.
14. Долинский А.А., Клименко В.Н., Билека Б.Д.,
Васильев Е.П. Применение двухконтурных паро;
турбинных энергоустановок на низкокипящих
рабочих телах в условиях геотермальных место;
рождений Украины // Пром.теплотехника. –
2000. – № 3. – С. 30–42.
Получено 21.03.2006 г.
|