Добрый день!

Пишу дипломный проект на тему подогрев природного газа с использованием теплового насоса перед детандером на ГРС.
Хотелось бы услышать мнения и предложения по этому поводу.

Суть заключается в следующем: Газ высокого давления поступает в теплообменник, греющей средой в котором служит низкокипящая жидкость контура теплонасосного устройства (ТНУ), направляемая в теплообменник компрессором. Низкокипящая жидкость, отдав тепло в теплообменнике, расширяется в дроссельном вентиле, после чего поступает в испаритель, где испаряется за счет низкопотенциального тепла и подается во входной патрубок компрессора.
Нагретый в теплообменнике газ высокого давления поступает в детандер. После совершения механической работы и расширения в детандере газ поступает по трубопроводу низкого давления на дальнейшее использование, а механическая работа газа, полученная в детандере, преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе.

Какие практические решения можно предложить в этом случае?
Возможно ли напрямую подогревать природный газ в конденсаторе парами фреона (например, R142b)?
При моем расходе газа необходима тепловая мощность порядка 5 Мвт (при условии подогрева газа с 9 до 80 гр.), по-моему, это ооочень много и наверное установка получится слишком большой?
Перепад давления составляет от 5,5 до 0,6 МПа....поэтому возникают следующие вопросы: до какой температуры можно нагреть газ? это ведь напрямую связано с возможностью компрессора поддерживать высокое давление, правильно? а здесь получается, если температура фреона в конденсаторе будет порядка 100 градусов, то давление необходимо 2,1МПа, а давление в испарителе0,2 Мпа..

Возможно кто-то с этим занимался или может что -то подсказать...пока одни вопросы....конденсаторы такие не выпускают думаю, да и боюсь с компрессором придется повозиться... хотелось бы максимально использовать уже существующее стандартное оборудование..

Заранее спасибо!

Почему не хотите греть тем же газом? Тепловой насос на электричестве израсходует энергию в 3 и более раза дорогую чем газ и ваша экономическая часть работы не подтвердит необходимость ТН.

Это Вам дали такую идиотскую тему, или Вы сами ее выбрали
Какой расход газа? Что то у меня большие соменения насчет 5 МВт. Зачем Вам греть газ до 80°С?

Тема интересная вообще-то...
Присоединяюсь к вопросу: зачем греть газ, который в детандере остывает? Это такая технология теперь? Энергия разогрева всё равно перейдёт в энергию эл.генератора, но с большими потерями....

смысл как раз в том, чтобы не сжигать газ на подогрев, а создать бестопливную установку в которой расходуется только электроэнергия на привод компрессора, которая вырабатывается в свою очередь в детандере (ее избытки можно продавать))))

Греем до 80 градусов по причине того, что в процессе детандирования газ снижает температуру на 60-100 градусов(что зависит от перепада давления), а если учесть что на ГРС газ входит с температурой 9 гр. то получаем недопустимо низкую температуру после ДГА и возможное образование кристаллогидратов.

Тоже догадываюсь, что экономически это невыгодно, но просчитать можно)

расход газа в среднем 40 кг/с или 144000 нм3/час

Не факт. газ-то не расходуется.
Считать действительно надо.

Действительно, энергетическая эффективность, в рамках поставленной задачи, зашкаливает за 100%. А уж экономический эффект - "электроэнергия на привод компрессора, которая вырабатывается в свою очередь в детандере (ее избытки можно продавать))))", Малинка Дата Вчера, 13:08
(в современных терминах - Газпром не хило срубит бабло) тем паче, будет не хилым. А уж, если еще и капитальные затраты на реализацию данного проекта переложить (за небольшой откат кому надо) на плечи регионального бюджета буде "не хило" в квадрате, причем реализация этого бизнес проекта, вполне реальна.
Так, что задачка совсем не такая уж "идиотская тема", zeman Дата Вчера, 12:52 .

ох, хоть кто-то сказал, что может получится)))) да и еще, если учесть, что газ, который бы сжигался для подогрева тоже будет транспортироваться по рыночной цене потребителям)))

только наверное нужно выбрать другую ГРС с меньшим перепадом давления и меньшим расходом газа....а то пока не вижу решения как нагреть до такой высокой требуемой температуры таким низкопотенциальным источником тепла(((

будем думать, либо менять станцию))

Рано отчаиваться. Тема трудновата (а кому сейчас, легко?), но перспективна на реализацию.

Ну, во первых чем больше единичная мощность, тем больше к.п.д установки.
Во вторых, "давно не брал в руки шашки"(с), смущает возможность "сработать" по Вашим цифрам (давления, температуры) детандеру в одну ступень. Так, что и не исключина возможность подогрева газа перед детандером второй ступени (на более низком температурном уровне конденсации R). И в дополнение-
подогрев газа в двухступенчатом (двухкорпусном) конденсаторе - перед первой ступенью за счет охлаждения R от перегретых паров до насыщенных, и перед второй - за счет тепла конденсации. Успехов (с).
*** по массо-габаритам: "слон" (вся схема ТН) и "моська" (Все остальное).
ЗЫ. А в какой "альма матер" такие дипломные проекты случаются.

И исчО пара мыслей.
Поскольку "цикл" газовой ХМ с детандером разорван (отсутствует компрессор), при расчете термодинамической эффективности всей схемы, попробуйте взять за "единицу отсчета" схему, в которой осуществляется электроподогрев основного теплообменника от генератора на детандере (при указанных Вами параметров газа входа/выхода).
При тепловом расчете реального детандера иметь в виду. что положительным эффектом (в данном случае) является максимальное получение работы (энергии) на валу, в отличии от классической задачи -получение минимальной температуру отходящих газов. Успехов(с)

[quote name='Малинка' date='1.2.2011, 11:14' post='609095']
ох, хоть кто-то сказал, что может получится))))

Усё, получится!!!!!!!!!!!!!!!!!, если поширее (ширшее) посмотреть на праблм!

Короче, ставьте одновальный многоколесный турбодетандер с помежуточным отбором природного газа после каждого колеса (ступени) для его подогрева в многосекционном конденсаторе (основном теплообменники).
Для начала полистайте поплитературу (если надо) по паровым турбинам, которые, тож относятся к классу тепловых расширительных машин. Успехов.(с)

да уж))) сделала я тут предварительные наброски своих расчетов и пока ничего хорошего))

Газ могу нагреть максимум до 80 градусов в тепловом насосе...а чтоб на выходе получить 0 градусов, то перепад давлений должен быть 3,5 на 1,2 МПа,т.е. с моими 5,5/0,6 придется все равно редуцировать до 3,5 сначала, а потом еще и с 1,2 до 0,6....и это бы все хорошо,НО...... если в испарителе грунтом получится нагреть фреон хоть до 5 град., то мне надо будет порядка 700 вертикальных зондов глубиной по 100 м.......а это ох какая площадь))))

Идея с многоступенчатым подогревом тоже была, там получается, что и давление будет тоже изменяться ступенчато, но пока проблемы с подбором оборудования (каталогов очень мало), да и площадь грунтового коллектора сильно не измениться....в сумме то получим несколько ТНУ, но каждая меньшей мощности....

Может быть сделать "воздушный тепловой насос", когда газ нагревается горячим воздухом, который получаем после сжатия в компрессоре, потом воздух подается в воздушную турбину, где расширяется и охлаждается перед выбросом в атмосферу....сейчас нашла такую схему......

Все цитаты из поста Малинка Дата Вчера, 19:34

..."но пока проблемы с подбором оборудования (каталогов очень мало)" Так, по теме проекта у Вас только серийный компрессор можно подобрать, все остальные элементы схемы будут оригинальны. Повторюсь, Ваш детандер (исходя из целей получения положительного эффекта), сущая турбина (или поршневой привод, если хотите), но только очень низкотемпературная (если в терминах всей турбоэнергетики). Ну нету таких детандеров с которых хотят "выжать" максимальную механическую мощность, и нет таких турбин, работающих на указанных параметрах. Сами по себе параметры-то "попутные"
или "халявные". А халява - "не манна небесная", она завсегда нестандартна. И так по всему остальному оборудованию (аппаратам). Генератор и далее по умолчанию - "не мой бизнес".

..." Идея с многоступенчатым подогревом тоже была, там получается, что и давление будет тоже изменяться ступенчато,..." Если давления природного газа, то естественно. ДА! с подбором значений промежуточных давлений, тоже придется "потумкать". Здесь видятся в качестве ограничевающих критериев -параметры (давления/температуры) образования кристаллогидратов после каждого колеса (ступени).
..."надо будет порядка 700 вертикальных зондов глубиной по 100 м.......а это ох какая площадь))))" Ну, и что. Значить, столько и надо (если расчеты верны). А пересчитате в относительных значениях, к примеру кв.м. испарителя на Вт получаемой электрической мощности. Много или мало? А если на величину э/э "отгруженной" в сеть , за год (Вт*час/кв.м.) - вааще, "копейки".
..."Может быть сделать "воздушный тепловой насос" ...сейчас нашла такую схему".. Да, уж порадуйте "застойные явления", "вкусненьким", плз-з-з. Успехов"(с)

ЗЫ. Не считаю себя "светее Папы Римского", и круче руководителя дипломного проекта.
ЗЗЫ. А как насчет "альма матер", можно и в личку.

да это все Уфимский нефтяной университет)))

можно было выбрать и стандартную тему по специальности, проектирование или реконструкция какой-нибудь котельной (Р.S. пока есть время оставим ее на запасной вариант ), но вот предложили попробовать эту с детандерами и подогревом посмотреть насколько это все реально или нереально...сейчас же много пишут и говорят про энергосбережение и бестопливную энергетику.....по крайней мере пока мне это интересно)))

Если ответы актуальны и если правильно понимаю праблм, то получается что одна "халява" породила -другую. В качестве другой "халявы" выступает тепло "тверди земной". И хотя Вы тонко заметили, что " Энергия разогрева всё равно перейдёт в энергию эл.генератора, но с большими потерями.... ", позволю не согласиться с "большими потерями" (к ста, бОльшими или с большИми?), поскольку 1кВт электризму "добывают" от 2,5 до 3,5 кВт "тепла земли" которые идут на подогрев природного газа (с учетом этого 1кВт, потребленного компром). А это, согласитесь, несколько более того, нежели "цепочки всех обязательных потерь". Уф-ф! Кажется и сам понял, об что речь.

Берите стандартную тему, после получения диплома по крайней мере будете более менее в теме и быстро найдете работу. А с этими тепловыми насосами вас ждет одно разочарование. Вернее одно уже вы испытали, когда прикинули площадь грунтового коллектора, второе еще впереди, и оно будет не последним.
vadim999, прекратите морочить голову девочке.

ОК.
Давече, не зря упоминул о руководители дипломного проекта, и не зная современных требований, предъявляемых к дипломным проектам, думается надо быстренько составить рефератик по теме и расписать состав проекта (оглавление). И всё согласовать с руководителем, затем пару дней подумать и утвердить на кафедре. " мне так кажется"(с).

ЗЫ. По жизни. Эт, через скока лет после получения диплома, Вы сможете руководить следующим ПРОЕКТОМ, если не "уйдете в науку", тем более перспективным.

Ну, уж батенька, увольте.
Вы "не в теме", и даже Ваша безапеляционность не дает Вам права давать подобные рекомендации. И потом не "девочки", а дипломнику.
Да, и вааще, Вы не чувствуете "Нерв"(с) темы.

Значит, надо изменить это условие.
Исходить далее из того, что фреон получается нагреть только до -5 (-10?...-15?)С

Вам конечно развлечение, а "дипломник" сейчас убъет свое время на строительство воздушных замков, а потом будет с бешенными глазами дочерчивать разрез котельной в последнюю ночь перед предзащитой. Но главное - найти тему дипломного проекта "с прицелом" на будущую работу. На работе уже столько времени не будет, как на дипломе, там нужно сразу садиться и давать готовый продукт.

http://bd.patent.su/2384000-2384999/pat/se...ervletfde1.html
http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/212870.html
http://www.combienergy.ru/stat1035.html

Предварительную схему на сайт. + Задание от вашего руководителя.

А шо так строго? Так и "спугнуть" мона. И потом, это ж УНУ, а никой-то Мухо...й Политех поселкового подчинения, так что ТЕМА, а не задание, сталбыть надо всесторонне всё "перетереть" .... денька за 2...3.

ЗЫ. По ссылкам. Ага, материала для разгона, достаточно и дисс-ции, и публикации ...
ЗЗЫ. Тож, интересуюсь и схемой и оглавлением.

Последние новости)))

Тема в любом случае будет скорее всего связана с детандерами и выработкой электроэнергии) вопрос останется в том как греть))

Была у руководителя...решили от идеи ТН для всего объема газа не использовать, футбольное поле под зонды - это все таки многовато....
Она предложила рассмотреть следующий вариант:
Детандер решили выбирать из уже существующих, например, фирмы Криокор,Турбогаз или Турбонасос...и уже как говориться "от него плясать"
Она предложила рассмотреть следующие варианты:
1) подогрева газа теплофикационной водой от котлов утилизаторов ГПА....но на самой ГРС газоперекачивающие агрегаты отсутствуют....сказали, что если выбрать ГРС в непосредственной близости к ЛПУ, то такое реально...пока думаю над этим.....почему тогда это давно не используют....значит тоже не все так просто....

2) Есть идея ориентироваться не на максимальную выработку электроэнергии, а хотя бы на покрытие собственных нужд этой установкой... (это уже моя мысль)
Т.е. применимо к моей ГРС хочу сделать следующее:
приняла детандер ТПГ 0,5 номинальная мощность 0,5 Мвт, перепад давлений 3,2/1,6 Мпа, расход газа 6 кг/с
а)Из общего расхода газа 27 кг/с отбираем 6 кг/с для выработки электроэнергии на СН, остальное по схеме грс идет в узел редуцирования,
б)газ в объеме 6 кг/с подогреваем с использованием ТНУ (схему прикрепила) до температуры 60 град.,
в)затем редуцируем с 5,5 до 3,2 Мпа,
г)детандируем с 3,2 до 1,6 с выработкой порядка 500 кВт электроэнергии,
д)снова редуцируем с 1,6 до 0,6, которое нужно потребителю....температура газа на выходе порядка 3 град.

В результате всего этого меньший расход газа через подогреватель (тепловая мощность конденсатора порядка 850 кВт), если я все правильно понимаю мощность на привод компрессора составит порядка 400кВт для фреона R134a с температурой конденсации/испарения 70/5 град., т.е. имеем 500-400 кВт электроэнергии, которую можем полезно использовать....
холодопроизводительность 850-400=450кВт, значит при среднем теплосъеме 50 Вт/м грунтового зонда получаем около 90 скважин глубиной 100м .....сколько это по площади? наверно 1000 кв.м... это же не так уж и много? еще бы прикинуть срок окупаемости....

как считаете, так сделать можно? в конце концов проект то учебный....т.е. я могу сказать, что в любом случае можно подобрать грс с перепадом давления 3,2/1,6, а расход газа можно регулировать (это о том, что придется редуцировать сейчас с моими давлениями)

Что скажете?


zeman: Но главное - найти тему дипломного проекта "с прицелом" на будущую работу.))))

Думаю заняться энергоаудитами))) пару раз привлекали в процессе учебы)))

С окончательной темой время еще есть, пока у нас практика, защита только в июне)) пока задание найти максимум существующих детандеров и компрессоров, а в понедельник пойду с этим всем снова в универ...вот с компрессорами пока не пойму...есть такие чтоб фреоновый для тепловых насосов и степень сжатия была около 7?

Жду ответов по правильности моих рассуждений...

Смотри:
Получение энергии из холода, использование естественного природного холода здесь.
Каскадный теполнасосный цыкл.
Цыкл Ренкина.
Смотри статьи на сайте по АВОК.
Покопайся в инете многие решения уже выполнены в железе.
Утвердят решение по диплому выкладывай. Будет интересная схема буду тратить на тебя время.

Да, по поводу того, что многие решения уже есть, это я в курсе) и в интернете смотрю и читаю, скачала уже кучу рекомендаций по проектированию ТН для отопления, во всех статьях, в принципе, написано одно и тоже...расчетов то конкретных нет и каталогов оборудования в свободном доступе очень мало...применение пара невозможно...у меня его просто нет....сточные воды? тоже вряд ли....

Именно из цикла Ренкина и были полученные выше цифры....

А вот насчет каскадного цикла, объясните, пожалуйста, смысл его применения? преимущество получается только в компрессоре нижней и верхней ступени? будет меньший перепад давлений в компрессоре, но их количество будет больше? но расход хладагента в верхней ступени то будет все равно большИм, т.е. затраты на них только увеличатся...

Читай Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин.
Каскад по простому. Один тепловой насос работает как низкотемпературный источник для другого теплового насоса. ПРи етом СОР 4 можно спокойно получить при нормальной нагрузке 1,5
-3 МВТ. Расчеты и схемки посмотриш в книжечке. Не путать каскадное подключение тепловых насосов, ну когда гармошка из мастера и подчиненного собирается. Можеш почитать Польмана.
Даю веселые картинки с описанием для студентов.
Да удачи тебе судя по заданию веселый у тебя руководитель. Честно разберешся - будешь себя уважать.

http://msd.com.ua/kniga-teplovye-nasosy/

Термодинамический цикл надо по-другому строить.
Заставить весь объем газа совершить работу, да так, чтобы его можно было потом нагреть "воздушным" тепловым насосом (футбольное поле со скважинами - это далеко от реальности), использующим кипящие при очень низких температурах хладоагенты (СО2 ?). Да, про вторую ступень ТН тоже надо забыть - рабочая установка должна быть простой (насколько это возможно). Понятно, при этом придется искусственно снизить КПД турбины. Но это все равно намного лучше, чем тупое дросселирование.
Как-то так.
Сорри, но в глубины термодинамики вдаваться лень.

Студент начинай с термодинамики. Ты-же учиш, разбираеш - не ленись.

То Малинка Дата 4.2.2011, 18:33

Ну-у-у, вот, пымашь, в понедельник и две неприятности. Мало того, что лишили с утра "вкуснИнького", дык, есчО приходится впервые соглашаться с Alex_ Дата Вчера, 9:59 [i] , в части,..."Заставить весь объем газа совершить работу, да так, чтобы его можно было потом нагреть ... тепловым насосом "...[/i]

По сути.
Как то, вдруг забылась проблема с кристаллогидратами. Непонятная заморочка, позволяющая порешать в т.ч. и задачку по оптимизации каких то параметров машин и аппаратов, в составе дипломного проекта (ДП).
Далее, в результате постановка задач ДП в рамках последнего "реферата", тема сводится к заурядным расчетам и подбору серийного оборудования для конкретной "точки" на межконтинентальной газовой "трубе", расположенной между двумя газоперекачивающими станциями. Хотя в первом варианте просматривалась тема с более исследовательским уклоном. Например, как то, так "Обоснование расчетных параметров газопонижающей станции с использованием детандера и ТН в зависимости от давления в "трубе" (удаления от газоперекачивающей станции) и географа-климатических условий." В т.ч. ограничения по давлениюгаза в "трубе" и переход на прямой электроподогрев. Понимаю, что несколько "высокопарно", но это для сокращения писанины.
Успехов.(с) С уважением отнесусь к любому ВАШЕМУ!!!! выбору.

Давешный товарицкий футбол навеял, в смысле места проведения игры. Улыбнуло. Вариант схемы для стран, где разводят верблюдов не только для тягла и поездок, но и "для эстетизму".

ЗЫ. http://neftandgaz.ru/?p=448 "...Кристаллогидраты выпадают в виде снега или кристаллов льда.." - думается что они не раздолбают колеса детандера, уподобно песка.

спасибо большое за схему.

только думала, что тема тут уже не поддерживается, поэтому не писала. Были у руководителя и планы немного изменились. Изначально было 2 разных проекта, т.е. я делаю установку как хотела с выработкой электроэнергии и подогрев газа перед детандером, а моя одногруппница рассматривает вариант выработки холода и электроэнергии, но сейчас решено это все объединить в одну совместную работу.
Моя задача сейчас подобрать детандер, чтоб на выходе получить отрицательную температуру газа.
Можно сделать параллельные нитки, одна на холодильник, где подогрев газа не нужен, если одина турбина, но возможно их будет несколько последовательных,
вторая только на выработку электроэнергии, на который вопрос с подогревом точно остается актуальным.Решено греть традиционными подогревателями.

Тема с кристаллогидратами была создана именно в связи с тем, что газ перед холодильником имеет температуру порядка минус 25 градусов. Нужно предусмотреть какие то меры по предотвращению образования этих самых кристаллов

А от нагрева тепловыми насосами все же откажемся, площадей таких нет, да и прикинули кап.затраты...одно бурение скважин выйдет в существенную сумму, срок окупаемости порядка 10 лет и это на вскидку, но в описательной части тема тепловых насосов остается.
Во-первых идею с воздушным тепловым насосом не поддержали сразу, сказали, что делать такое не будем.

Расход газа перед холодильником пока остается открытым, ищу пока оборудование, думаю как бы организовать схему поприличней. Вычитала про впрыск метанола, а как и что пока не пойму(((

Прикреплю файлы, там статья про детандеры и холодильник и каталог небольшой детандеров. Сразу вопрос: по конструкции ПЭГА и детандер MTG ну очень похожи, интересно возможно эксплуатировать их при отрицательных температурах?