Энергоэффективные системы разделения воздуха с использованием абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Седойкин, Иван Евгеньевич

• Седойкин, Иван Евгеньевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Седойкин, Иван Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА УСТАНОВКАХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Анализ энергозатрат в установках химических технологий

1.2 Направления использования продуктов воздухоразделительных установок в зависимости от их чистоты

1.3 Классификация криогенных ВРУ

1.4 Анализ возможностей энергосбережения в воздухоразделительных установках

1.5 Методы моделирования и оценки эффективности энергосберегающих систем. Обоснование выбранных методов

1.6 Выводы

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Описание объектов исследования. Анализ недостатков на основе наблюдений

2.2 Экспериментальная часть. Постановка натурно-производственного эксперимента для условий г. Астрахани

2.2.1 Приборы измерения. Точность измерений. Методика проведения эксперимента

2.2.2 Результаты научно-производственного эксперимента. Определение расчетного режима

2.3 Разработка энергосберегающей системы на базе АБХМ (общая схема)

2.4 Определение основных технических характеристик элементов энергосберегающей системы для последующего тестирования математической модели

2.4.1 Поверочный расчет 4-х ступенчатого воздушного поршневого компрессора 305ВП16/70 ВРУ АК-0,6 для условия максимальной летней

температуры воздуха

2.4.2.Тепловой расчет аппаратов энергосберегающей системы

2.4.3. Поверочный тепловой расчет АБХМ

2.5 Выводы

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ УСТАНОВОК РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

3.1 Постановка задачи моделирования. Обоснование выбора систем моделирования

3.2 Модель и блок - схема программы на языке С Sharp

3.3 Определение вспомогательных зависимостей между основными теплотехническими и рабочими параметрами в широком диапазоне их изменения. Тестирование и оценка адекватности модели

3.4 Численный эксперимент на примере воздухоразделительной установки АК-1,5. Обработка результатов. Сводные данные по расчёту трёх ВРУ

3.5 Выводы

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1 Анализ работы ВРУ-АБХМ в заданных условиях

4.2 Оценка термодинамической эффективности энергосберегающей системы на основе энтропийно-статистического анализа

4.3 Использование программы Hysys ASPEN для моделирования и разработки аппаратов энергосберегающих систем

4.3.1 Котел-утилизатор

4.3.2 Теплообменник предварительного охлаждения

4.3.3 Водяной теплообменник

4.4 Выводы

ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

5.1 Методика оценки эффективности инвестиционного проекта

5.2 Результаты расчета экономической эффективности

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергоэффективные системы разделения воздуха с использованием абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин»

ВВЕДЕНИЕ

Уровень потребления э^ргетических pecypcoB являeтся важнейшeй хаpaктepиcтикoй пpoмышлeннoгo пpoизвoдcтвa, oпpeдeляя его энepгoёмкocть и ceбecтoимocть пpoдyкции. При этом из 100% энергоресурсов на промышленное производство затрачивается 54%; 24% потребляет население; 7% - транспорт и связь; 2% - сельское хозяйство; 1% - строительство; 12% - прочие [32].

В зависимости от направления отрасли и вида затрат при сравнительно низких мировых ценах на энергоресурсы в России затраты на топливо и энергию составляют от 10 до 40 % себестоимости продукции.

В решении проблемы снижения энергоемкости продукции выделяются такие направления, как оптимальная загрузка технологического оборудования, строгое соблюдение требований технологического регламента, проведение энергоаудита, более активное использование вторичных энергоресурсов.

Значительный вклад в решение проблемы энергосбережения внесли отечественные и зарубежные ученые: Архаров А.М., Архаров И.А., Лавренченко Г.К., Тимофеевский Л.С., Бараненко А.В., Пластинин П.И., Галимова Л.В., Попов А.В., Морозюк Л.И., A.R. Smith, Liwei Y. и др.

Основной потенциал энергосбережения сосредоточен в отраслях обрабатывающей промышленности, к которым относится химическое производство.

Одним из направлений повышения эффективности химических технологий является применение энерготехнологии, которая предполагает использование интенсивных методов производства различных видов продуктов химической промышленности путем создания энерготехнологических агрегатов.

Энерготехнологическая система в химической промышленности включает энергетический узел, потребляющий топливо или использующий тепло технологического процесса и вырабатывающий энергию для обеспечения функционирования системы (ХТС) [100].

В качестве объекта для изучения возможности, оценки эффективности

энерготехнологии в химической промышленности выбрана криогенная система производства продуктов разделения воздуха[12].

Воздухоразделительные установки (ВРУ), перерабатывающие большие объёмы воздуха, могут служить как самостоятельные объекты, так и встроенные элементы в состав производств различных отраслей промышленности. Использование ВРУ определяется особенностями их конструкций, производительностью, уровнем рабочего давления, режимом охлаждения, т.е. характеристиками,от которых зависят параметры сжатого воздуха как исходного сырья.

Для ВРУ характерно, что затраты энергии на сжатие воздуха составляют, в зависимости от типа установок, от 70% до 90% всех энергозатрат [85].

Воздушный компрессор ВРУ при работе большую часть затраченной энергии преобразует в тепло, при этом основная часть тепла рассеивается через масляный радиатор компрессора.

При установке в компрессорной станции дополнительного блока рекуперации около 70% потребленной энергии может быть возвращено в виде горячей воды с температурой +80 °С.

При использовании блока рекуперации энергии компрессора и наличии постоянного потребителя тепла высокого потенциала общая стоимость эксплуатации компрессорной станции может быть значительно уменьшена. Высокий уровень эффективности системы достигается, если она позволяет покрыть около 30-50 % потребности в горячей воде [73].

Постоянное, устойчивое потребление горячей воды характерно для теплоиспользующих холодильных машин, разработка и создание которых в настоящее время достигли высокого уровня, а вырабатываемый холод наиболее успешно применяется в современной энергетике и химических технологиях.

Введение в состав объектов химических технологий теплоиспользующих холодильных машин как энергосберегающих элементов, в целом увеличивает их сложность и создаёт трудности в управлении. Задача обеспечения эффективного управления объектом решается на основе системного анализа, когда определены

все факторы и особенности, присущие объекту. При этом анализируемые зависимости должны быть представлены в виде математических моделей и программного обеспечения, созданного на основе экспериментальных данных, полученных при исследовании системы в целом [65].

Предлагаемая энергосберегающая система на базе абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ), использующая тепло компримирования ВРУ, с оценкой эффективности на основе термодинамического анализа и моделирования для основных типов установок в различных условиях эксплуатации в настоящее время не исследована.

Для постановки задачи содержания исследования энергосберегающей системы ВРУ - АБХМ был применен инструмент, обеспечивающий системный подход к определению фактических причин возникновения проблем. На основе метода «Диаграмма Исикавы» предусматривается изучение, отображение и обеспечение технологии поиска истинных причин рассматриваемой проблемы для эффективного их разрешения [82].

Актуальность проблемы. Высокая энергоемкость продукции воздухоразделительных установок (ВРУ) оказывает влияние на повышение себестоимости продукции и, как результат, на снижение конкурентоспособности предприятия.

Применение абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ) в составе энерготехнологического агрегата, использующего тепло технологического процесса, позволит повысить эффективность ВРУ.

Снижение потерь, повышение качества продуктов разделения воздуха, в особенности, для установок, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды, является одним из важнейших направлений их совершенствования. Разработка и анализ энергосберегающих систем, способствующих повышению энергоэффективности основных типов ВРУ в различных условиях эксплуатации, определяет актуальность данной работы.

Цель работы. Развитие и реализация энергосберегающих технологий в системах разделения воздуха на базе абсорбционных бромистолитиевых

холодильных машин.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Анализ состояния проблемы энергоэффективности на установках химических технологий;

2. Анализ причинно-следственных связей, влияющих на работу воздухоразделительных установок. Натурно-производственный эксперимент по условиям г. Астрахани;

3. Разработка энергосберегающей системы на базе АБХМ;

4. Моделирование энергосберегающей системы ВРУ-АБХМ;

5. Численный эксперимент с использованием разработанной программы. Оценка адекватности программы. Анализ результатов численного эксперимента;

6. Энтропийно-статистический анализ действующей ВРУ и энергосберегающей системы ВРУ-АБХМ;

7. Оценка экономической эффективности энергосберегающей системы.

Научная новизна:

1. Разработана новая диаграмма причинно-следственных связей для энергоэффективных систем разделения воздуха на базе абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин на основе метода профессора Исикавы (Япония);

2. Разработана энергосберегающая система ВРУ - АБХМ, направленная на решение проблемы уменьшения энергозатрат и повышения чистоты продукта. Патент на полезную модель № 151886 от 27.03.2015;

3. Создана математическая модель «Автоматизированная система анализа энергоэффективности абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины воздухоразделительной установки». Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2015662746 от 01.12.2015;

4. Разработана методология, позволяющая производить анализ, проектирование и оценку эффективности энергосберегающей системы ВРУ -АБХМ с использованием тепла компримирования, подтвержденная результатами энтропийно-статистического анализа.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА УСТАНОВКАХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Анализ энергозатрат в установках химических технологий

Анализ энергозатрат в современных условиях, включающий в себя данные о высокой энергоёмкости продукции, причинах и мерах по ее снижению, приведен в работах [32, 38, 65].

По данным ЭНЕРГОСТАТА распределение энергоресурсов по основным потребителям в Российской Федерации отражено на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Распределение энергоресурсов

По объёмам потребляемой энергии выделяется обрабатывающая промышленность, доля которой определяется примернов 30 % всего конечного потребления энергии. К наиболее энергоёмким отраслям относятся металлургическая, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность, а также производство машин и оборудования, строительных материалов, целлюлозно-бумажная промышленность и др. Анализ энергоёмкости по абсолютным показателям потребления ТЭР показывает, что в данных отраслях промышленности сосредоточен основной потенциал энергосбережения.

Повышение энергоэффективности неразрывно связано с заменой устаревшего оборудования, совершенствованием технологии производства на базе достижений современной науки и техники [57].

Необходимость проведения модернизации производственного оборудования подтверждается информацией по данным статистических исследований, при анализе которых можно выявить следующий ряд общих проблем, главными из которых являются: высокая энергоёмкость вырабатываемой продукции, недостаточная эффективность выработки, транспортировки и распределения энергоресурсов; низкая надёжность энергоснабжения; чрезмерная энергоёмкость морально и физически устаревшего оборудования и др.

Все перечисленные проблемы в разной степени оказывают воздействие на прирост себестоимости выпускаемой продукции производства и, в целом, на снижение конкурентоспособности предприятия. Высокая энергоёмкость выпускаемой продукции является основным недостатком в силу того, что данное понятие включает в себя величину потребления энергоресурсов на основные и вспомогательные технологические процессы при изготовлении продукции, проведении различного вида работ, оказании услуг на базе существующей технологической системы [51].

С использованием методики определения энергозатрат при производстве продукции и оказании услуг в технологических энергетических системах был выявлен ряд причин, которые способны привести к увеличению энергоемкости продукции. К основным из них относятся: нарушения в нормах загрузки основного технологического оборудования; отклонения от технологического регламента производства и не соблюдение климатических условий в помещениях; нарушения в системах энергоснабжения и его учёта; не использование потенциала вторичных энергоресурсов.

Для увеличения энергоэффективности промышленного предприятия необходима реализация следующего комплекса мероприятий: регулярное проведение энергоаудита с осуществлением на основе его данных работ по замене

и установке приборов учета и внедрение централизованных автоматизированных систем учета энергоресурсов на энергоемких объектах; определению степени термодинамического совершенства оборудования, использующего энергию различного вида; внедрение современных технологий, включающее установку энергосберегающего оборудования и проведение мероприятий по развитию и реализации энергосберегающих технологий. [32].

При проведении расчётов энергетической эффективности производства наиболее широко распространена методика, связанная с определением показателей энергоиспользования - коэффициента полезного действия установок (КПД), коэффициента полезного использования энергии в них (КПИ); удельных расходов энергии, относимых к единице продукции. Коэффициенты полезного действия представляют собой отношение полезной энергии к затраченной, поступившей в машину [38]. Затраченная энергия может быть определена как энергия первичного энергоресурса, либо энергия, поступившая в установку с технологического процесса. Тогда в результате проведения термодинамического анализа определяется величина КПИ.

Исследования показали, что эффективное управление промышленным объектом возможно в том случае, когда определены все факторы и особенности, присущие объекту. При этом большую роль играет разработка и внедрение программного обеспечения в виде математических моделей, учитывающих особенности производства и позволяющих вести анализ его работы с определением характеристик в любое время и при любых сочетаниях режимных параметров. При определении исходных данных главная роль отводится топливно-энергетическому балансу объекта, которым может быть агрегат, цех, производство, отрасль.

На многих предприятиях промышленности обеспечение технологического процесса сопровождается выработкой вторичных энергоресурсов, занимающих в энергетическом балансе предприятия значительное место. Поэтому, согласно 1181, оценка утилизации ВЭР должна являться составной частью общего показателя энергоэффективности [65].

В решении проблемы использования вторичных энергоресурсов большая роль должна быть отведена созданию энерготехнологических агрегатов, использующих топливо или тепло технологического процесса работающей системы и вырабатывающего энергию для обеспечения основного технологического процесса [37].

Примером может служить снижение энергозатрат и максимальное использование теплоты химических процессов, когда при сочетании химических реакторов с теплообменниками обеспечивается значительный нагрев исходных веществ с одновременным охлаждением продуктов превращения. В связи с этим, в химических технологиях всё больше совершенствуется связь между энергетическим и технологическим оборудованием путём создания энерготехнологических агрегатов. Энерготехнологические схемы на сегодня играют важную роль в производствах азотной и серной кислот, продуктов органического синтеза [87].

Под энерготехнологией в химической промышленности понимается химико-технологическая система, включающая энергетический узел, потребляющий топливо или использующий тепло экзотермических реакций и вырабатывающий энергию для поддержания технологического режима. Обеспечение функционирования химико-технологических систем происходит путем регенерации энергии между стадиями процесса и использования потенциала потоков в самом процессе [100].

При проведении исследования действующих криогенных систем разделения воздуха в данной работе предложено изучение возможностей, оценка эффективности энерготехнологии в соответствии с требованиями химической промышленности. Параметры сжатого воздуха как исходного сырья для воздухоразделительных установок разнообразны, рассчитываются в соответствии с требованиями потребителя, и определяются типом установок [23].

Для решения задачи повышения эффективности работы ВРУ предлагается разработка системы энерготехнологии, связанной с использованием тепла компримирования для обеспечения работы теплоиспользующей холодильной

машины, предназначенной для охлаждения потоков наружного воздуха на входе в компрессор и сжатого воздуха на входе в систему комплексной очистки.

1.2 Направления использования продуктов воздухоразделительных установок в зависимости от их чистоты

Проблема чистоты продуктов разделения воздуха имеет одно из важнейших значений в характеристике работы ВРУ. Требования чистоты продуктов определяются условиями их использования и совершенством работы системы.

Основными продуктами ВРУ являются кислород и азот. Далее приводятся краткие сведения о физико-технических показателях продуктов разделения общетехнического и специального назначения.

Газообразный технический и медицинский кислород должен соответствовать нормам, указанным в ГОСТ [40].

Изучение вопроса применения кислорода различной чистоты основано на материалах работ [67, 80].

В металлургии газообразный кислородс чистотой не менее 99,5% необходим в конвертерном и мартеновском цехах при продувке через расплав чугуна по методу Бессемера для быстрого и эффективного удаления примесей С, S и Р [76]. В горнодобывающей промышленности кислород необходим при аффинаже золота с чистотой не менее 90%.

Кислород также обеспечивает технологический процесс новейшей технологии реакторного окисления концентрата, взамен ранее использовавшейся технологии бактериального окисления [94].

В фармацевтической промышленности используется кислород с чистотой не менее 95 % для запайки ампул с помощью газовых горелок.

Медицинский кислород с чистотой 99,5% применяется: в оксибарокамерах, для заправки оксигенераторов (кислородных масок, подушек и т.д.); в смеси для наркоза и для выведения из наркоза; для создания дыхательных смесей и для дыхания чистым кислородом; в палатах со специальным микроклиматом, для изготовления кислородных коктейлей, при выращивании микроорганизмов на

парафинах, для создания нейтральной среды при проведении лапароскопических (полостных) операций и при лечении ожоговых больных [66].

В мaшинoстроении одним из важнейших и актуальных применений кислорода является использование его при проведении газопламенных работ. Применение кислорода в горелках позволяет повысить скорость и качества выполняемых работ, за счет возрастания температуры пламени. Высшая температура пламени непосредственно зависит от чистоты кислорода. [75].

Газообразный и жидкий азот должен соответствовать нормам, указанным в ГОСТ [71].

Азот технический применяется: в металлургии и горнодобывающей промышленности, машиностроении и строительстве, научных исследованиях, нефтедобыче, химической и нефтехимической промышленности, медицине, экологии, сельском хозяйстве [86, 99].

Азот газообразный высокой чистоты используется в качестве инертной атмосферы: при производстве, хранении в резервуарах и транспортировании легко окисляемых продуктов, при высокотемпературных процессах обработки металлов, не взаимодействующих с азотом, и других целей [63].

Азот повышенной чистоты применяется для хранения клеток, органов и тканей при помощи криоконсервации; в криомедицине; при глубокой заморозке различных материалов, в том числе органических; для криогенной резки; в пожаротушении; для охлаждения различного оборудования и техники; в оверклокинге, для охлаждения компонентов компьютера при экстремальном разгоне; в молекулярной кухне [64].

Жидкий азот применяется как хладагент при низкотемпературной обработке объектов. В настоящее время одним из важнейших направлений использования жидкого азота являются криотерапия и криохирургия [72].

Азот особой чистоты, объемная доля не менее 99,999%, применяется для создания инертной атмосферы в процессах, где предъявляются повышенные требования к чистоте газообразного азота [98].

Таким образом, чистота продуктов разделения воздуха должна определять

основные требования к воздухоразделительным установкам.

Основными продуктами разделения воздуха являются азот и кислород, для получения которых используются воздухоразделительные установки отличного друг от друга принципа действия и имеющие три основных типа:

• криогенные - разделением воздуха методом низкотемпературной ректификации;

• адсорбционные, работающие при температуре окружающей среды и обеспечивающие разделение воздуха с помощью адсорбентов;

Принцип работы адсорбционных установок воздухоразделения основан на способности поглощения материалом (через который проходит воздух) молекул одного из газов: N2, 02, Н2, Аг, С02. Воздух в такой установке вначале сжимается компрессором, проходит через адсорбент и выходит из установки без поглощённого газа. Наиболее часто используется поглощение азота и кислорода, как наиболее востребованных технических газов.

• мембранные, работающие при температуре окружающей среды и обеспечивающие разделение воздуха с помощью полимерных мембран (молекулярных сит), выполненных в виде капиллярных трубок. Принцип работы мембранных установок воздухоразделения основан на

различии в размерах молекул газов, входящих в состав воздуха. Используется специальный материал в виде полого волокна (мембрана), в структуре которого есть трубки с диаметром по размеру молекулы того газа, который необходимо получить. Возможен и другой вариант воздухоразделения: по трубкам мембраны проходят молекулы меньшего диаметра, чем молекулы азота.

Технология разделения воздуха на газы методом адсорбции и с помощью мембран используется там, где требуется меньший объём производства газов из воздуха и меньшие энергозатраты [53, 22, 62, 81].

Для выбора типа воздухоразделительных установок основным критерием является необходимый продукт, его состояние (сжиженное или газообразное), чистота, давление продуктового газа, производительность и экономичность.

Объектом исследования являются криогенные воздухоразделительные

установки, широко используемые в технике [9, 96].

Принцип работы криогенных ВРУ основан на низкотемпературной ректификации сжиженного воздуха. Установки состоят из компрессорного, технологического и вспомогательного оборудования. Принципиальная технологическая схема выглядит следующим образом: наружний воздух после компримирования проходит блоки очистки, где освобождается от влаги, углекислоты и углеводородов, расширяется в детандере с понижением температуры, проходит через теплообменники, сжижается и попадает в ректификационную колонну на разделение, после чего, в зависимости от режима, выдается кислород или азот в газообразном или жидком состоянии [1].

Криогенные ВРУ технически устроены сложно, обладают инерцеонностью при выходе на заданный режим работы, смену режима и отогрев, включают в себя энергоемкую систему очистки, металлоемкое тепло- и массообменное оборудование, детандер, систему автоматики. Криогенные установки требуют высококвалифицированного обслуживания и достаточно энергоемки. Эти недостатки компенсируются возможностью получения сжиженных продуктов разделения воздуха и чистого медицинского кислорода [88].

1.3 Классификация криогенных ВРУ

В связи с поставленной целью работы, связанной с совершенствованием действующих промышленных ВРУ, из всего множества схем, приведенных в [7, 4], рассмотрены как исходные две схемы, которые соответствуют условиям эксплуатации. На рисунках 1.2, 1.3 представлены принципиальные технологические схемы ВРУ высокого и среднего давления.

Установки высокого давления работают в интервале Р =15 ^ 20 МПа, с чистотой получаемых продуктов: технический кислород - 99,7%, медицинский кислород - 99,5%, азот - 99,99%. Получаемые продукты широко используются в химической, металлургической промышленности, медицине [33, 44, 55].

Установки среднего давления работают в интервале Р = 4 -^7 МПа, с чистотой получаемых продуктов: технический кислород - 99,7%, азот - 99,99%.

Получаемые продукты широко используются в химической, металлургической промышленности.

Рисунок 1.2. Принципиальная технологическая схема установки высокого давления КжАж-0,04 высокого давления: 1 — кожух блока разделения воздуха;

2— сборник колонны низкого давления; 3 — колонна низкого давления; 4 — испаритель парлифта; 5 — отделитель пара парлифта; 6—конденсатор колонны

высокого давления; 7 — колонна высокого давления; 8 — сборник жидкого кислорода или жидкого азота; 9 — испаритель (куб) колонны высокого давления; 10 — детандерный теплообменник, 11 — переохладитель жидкого кислорода и жидкого азота; 12 — теплообменник; 13 — ожижитель; 14 — фильтр детандерного воздуха; 15 — фильтры; 16 — насос жидкого кислорода и азота; 17 — поршневой детандер; 18 — воздушный компрессор; 19 ~ воздушный фильтр; 20 — фильтры блока очистки и осушки; 21 — адсорберы блока очистки и осушки; 22 — электроподогреватель азота; 23 — фильтр; 24 — кожух блока очистки и

осушки

Криогенные воздухоразделительные установки подразделяются по производительности: малой 30 ^ 300 м3/час; средней 300 ^ 3000 м3/час; высокой

больше 3000 м3/час при нормальных условиях.

Регенерирующий газ

Рисунок 1.3. Принципиальная технологическая схема установки среднего давления АК-1,5: 1 - блок адсорбционной осушки и очистки воздуха; 2 и 2' -влагоотделители; 3 - компрессор среднего давления; 4 - охладитель воздуха и конденсатор влаги; 5 - азотный теплообменник; 6 - кислородно-фракционный теплообменник; 7 - охладитель флегмы и продукционного жидкого кислорода; 8 - верхняя ректификационная колонна; 9 - конденсатор-испаритель; 10 -детандерный фильтр; 11 - испаритель сливаемой жидкости; 12 - нижняя ректификационная колонна; 13 - насос жидкого кислорода; 14 - турбодетандер

среднего давления

Характерной особенностью рассмотренных схем является наличие блока компримирования с использованием многоступенчатых поршневых компрессоров.

В исследуемых установках тепло компримирования сбрасывается в окружающую среду.

1.4 Анализ возможностей энергосбережения в воздухоразделительных

установках

При проведении энергоаудита работающих компрессорных станций и установок различного типа выявляется большой потенциал энергосбережения.

Выделяющиеся в процессе сжатия тепло, как правило, отводится в окружающую среду. Проблема его полезного использования с целью снижения энергопотребления системы практически не находит своего решения [20,34].

Снижение энергопотребления компрессорами общего назначения при многоступенчатом сжатии может быть достигнуто путем интенсивного охлаждения рубашки компрессора и межступенчатого охлаждения газа. В подтверждение целесообразности предлагаемого решения приведены некоторые результаты энергетических исследований компрессоров и компрессорных станций [25].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Седойкин, Иван Евгеньевич, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автономова И. В., Мазурин Э. Б., Братусь А. В. «Разработка технологической схемы компрессорной установки с рекуперацией теплоты. Анализ и подбор конструкции промежуточного охладителя». // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Машиностроение". 2011.

2. Автономова И.В. Компрессорные станции и установки. Часть 1. Технологические схемы. Нагрузка и производительность. Проектирование компрессорной станции и машинного зала. Газопроводы. Учебное пособие/ Электрон. текстовые данные. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. — 84 c.

3. Архаров А. М. О некоторых особенностях термодинамического анализа низкотемпературных систем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. - 2010. - Спец. выпуск.

4. Архаров А.М. - Криогенные системы. Том 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем 720 с. 1999 г.

5. Архаров А.М. Основы криологии. Энтропийно-статистический анализ низкотемпературных систем: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. -507с.

6. Архаров А.М. Почему эксергетический вариант термодинамического анализа нерационален для исследования основных низкотемпературных систем. // Холодильная техника. 2011. № 10.

7. Архаров А.М., 1999. Криогенные системы. Том 1. Основы теории и расчета. Москва 1996 г.

8. Архаров А.М., Леонтьев А.И., Сычев В.В. и др. Накопление холода как способ энергосбережения и оптимизации энергопотребления / // Вестник МАХ. -2009. - Вып. 2.

9. Беляков В. П., Криогенная техника и технология, М., 1982; Кельцев Н. В., Основы адсорбционной техники, 2 изд., М., 1984. В.П.Беляков. http://www.chemport.ru/data/chemLpedia/article_666.html

10. Блазнин Ю.П., Горохов В.А., Голубев В.М. Блоки комплексной очистки воздуха ОАО «Криогенмаш»: методы расчета, конструкции, пусконаладки и эксплуатации // Технические газы. - 2009. - № 4. - С. 47-55.

11. Бобков С.П., Бытев Д.О. «Моделирование систем». Иваново 2008г.

12. Бродянский В.М., Семёнов А.М. Термодинамические основы криогенной техники. —М.: Энергия, 1980. — 448 с.

13. Видякин Ю.А., Доброклонский Е.Б., Кондратьева Т.Ф. Оппозитные компрессоры. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1979. - 279 с.

14. Воропай П.И., Шленов А.А. Повышение надежности и экономичности поршневых компрессоров. М.: Недра, 1980. — 359 с.

15. Галимова Л. В., Седойкин И. Е., Еремин А.С. Использование методологии исследования энергосберегающей системы на базе абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины для крупных промышленных установок разделения воздуха // Холодильная техника. 2016. № 5.

16. Галимова Л. В., Седойкин И. Е., Кобозев А.И., Славин Р.Б. Аппаратное оформление энергосберегающей системы разделения воздуха // Холодильная техника. 2015. № 2.

17. Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы: Учеб. пособие для спец. " Техника и физика низких температур" Астраханский гос. тех. ун-т.- Астрахань: изд-во АГТУ, 1997. -226с.

18. Галимова Л.В. Седойкин И.Е. Патент на полезную модель «Установка разделения воздуха» № 151886 от 27.03.2015 г.

19. Гохштейн Д.П. Энтропийный метод расчёта энергетических потерь. — М.-Л.: Госэнергоатомиздат, 1963. — 112 с.

20. Денисов-Винский Н. Д. «Использование тепла компрессорных установок» // "Энергосбережение" №7, 2010. http://www.denisov-vinskiy.ru/article/text/the-use-of-heat-compressors-units/

21. Джон Шарп. Microsoft Visual C#. Подробное руководство. // 8-е изд. Питер, 2017 - 848 с. Источник: http://forcoder.ru/c-sharp/

22. Епифанова В.И. и Аксельрод Л.С. Термодинамические основы разделения воздуха системы и аппаратты воздухоразделительных установок 1т. М. «Машиностроение» 1973. 468с

23. Епифанова В.И., Аксельрод Л.С. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения, 2 изд., т. 1-2, М., 1973;

24. Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С. «Термодинамические методы анализа в энергоиспользующих процессах». Санкт-Петербург 2011 г.

25. Колесников А.И., Михайлов С.А. Энергоресурсосбережение. М.: МРАИ ЭЕМ,

2006. — 231 с.

26. Кортиков А.В., Тарасова Е.Ю., Агекян Г.А. «Современные типы воздухоразделительных установок ОАО «КРИОГЕНМАШ» для получения технического кислорода». // Технические газы №2, 2010 г.

27. Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Сжатый воздух. - Екатеринбург: Уро РАН,

2007. -514 с.

28. Лавренченко Г.К., 2007. «Криогенмаш» и ММЗ «ИСТИЛ (Украина)»: создание современного производства продуктов разделения воздуха. Технические газы №2, 39-47.

29. Лавренченко Г.К., Копытин А.В., Швец С.Г. Описание адсорбционных характеристик цеолита NaX для условий осушки и очистки воздуха от СО2 в ВРУ// Технические газы. — 2005. — № 5. — С. 45-55.

30. Лавренченко Г.К., Швец С.Г., Копытин А.В., 2007. Теплота компримирования и возможность её использования для повышения эффективности воздухоразделительных установок. Технические газы №2, Украина, 28-34.

31. Логинов А.В., Санин А.В. Многосекционный кожухотрубчатый теплообменник (патент РФ № 2219454).

32. Мещерякова Т. С., старший преподаватель кафедры «Менеджмент и инновации», ФГБОУ ВПО «МГСУ» «Анализ энергозатрат промышленных предприятий в современных условиях» -https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6157

33. Наринский Г.Б. Ректификация воздуха. М.: Машиностроение, 1978. — 248 с.

34. Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Т.1: Теория и расчет. - М.: КолосС, 2006. - 400 с.

35. Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2008. - 711 с.

36. Пуртов С.Н., Тарасова Е.Ю. «Установки разделения воздуха для производства технологического кислорода» // Технические газы. — 2009. — № 2. — С. 3846.

37. Радченко С.А., Сергеев А.Н. Теплотехника и энергетические машины. Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. - 630 с.

38. Рогалёв Н. Д. «Экономика электроэнергетики» Москва 2005г. -http://lib.rosenergoservis.ru/ekonomika-elekroenergetiki.html?start=53

39. Сакун И.А. Винтовые компрессоры. - Л.: Машиностроение, 1970. - 400 с.

40. Свешников С.А., Стародубцев П.Г. «Исследование работы системы предварительного охлаждения воздуха воздухоразделительной установки КААР-30М». // Технические науки №2, 2013.

41. Седойкин И. Е., Галимова Л. В. Моделирование и анализ энергосберегающей системы на базе абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины для установок разделения воздуха // Холодильная техника. 2015. № 7.

42. Седойкин И.Е., Галимова Л.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Автоматизированная система анализа энергоэффективности абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины воздухоразделительной установки» № 2015662746 от 01.12.2015 г.

43. Семакина О.К. Машины и аппараты химических производств. Часть 1. Учеб. пособие /Том. политехн. ун-т. - Томск: 2003. - 118 с.

44. Скородумов Б.А., Карпов В.Н., Писарев Ю.Г. Воздухоразделительные установки нового поколения// Технические газы. — 2002 — № 4. — С. 23-30.

45. Скородумов Б.А., Карпов В.Н., Писарев Ю.Г., Проворный Л.С. «Модернизация находящихся в эксплуатации установок разделения воздуха ОАО «Криогенмаш»» // Технические газы. — 2002. — № 4. — С. 42-50.

46. Сычев В.В., Вассерман А.А., Козлов А.Д. и др. Термодинамические свойства воздуха.: Издательство стандартов, 1978 —276 с, ил

47. Табунщиков Ю. А. Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия / Шилкин Н. В. // АВОК №7 - 2005 -http : //www.abok. ru/for_spec/articles.php?nid=3 014

48. Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В., Миллер Ю. В. «Методы и результаты оценки эффективности энергосберегающих решений» // Журнал «АВОК» №7 '2013 г. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5642

49. Тарасова Е.Ю., Кортиков А.В. «Направления совершенствования воздухоразделительных установок ОАО «КРИОГЕНМАШ». // Технические газы, № 6, 2012 г.

50. Тарасова Е.Ю., Кортиков А.В. Направления совершенствования воздухоразделительных установок ОАО «КРИОГЕНМАШ». // Технические газы №6, 2006г.

51. Троценко А.В., Поддубная М.В. «Особенности эксергетических потерь в криогенных системах» // Технические газы. — 2009. — № 2. — С. 56-59.

52. Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. Часть 1. Учебное пособие. — Москва: Пищевая промышленность, 1976. — 344 с.

53. Хванг С.-Т., Каммермейер К., Мембранные процессы разделения, пер. с англ., М., 1981;

54. Шишов В. В. Энтропийно-статистический анализ холодильных циклов для систем кондиционирования. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Машиностроение". 2012

55. F. G. Kerry. Industrial Gas Handbook. Gas Separation and Purification CRC Press. 2006.

56. MISRA, R.D., SAHOO P.K., GUPTA, A. "Application of the exergetic cost theory to the LiBr/H2O vapour absorption system". Energy, 27. p. 1009-1025. 2002.

57. Sung W-P., Kao J.C.M., Chen R. (eds.) Frontiers of Energy and Environmental Engineering // CRC Press, Taylor & Francis Group, 2013. 872 p.

58. Thirumaleshwar M. Applied Thermodynamics: Software Solutions - Part III (Refrigeration cycles, Air compressor, Thermodynamic relations) // BoBoCoAe, 2014, 286 pages

59. V. Garde and R. Patel, "Technological forecasting for power generation - A study using the Delphi Technique," Long Range Planning Journal, vol. 18, pp. 73-79, 1985.

60. Y. Kansha et al. Evaluation of a self-heat recuperative thermal process based on thermodynamic irreversibility and exergy. J. Chem. Eng. Jpn. 2013, Vol.46, No.1, p.87-91.

61. Yong P. S., Moon H. M., Yi S. C., 2002, Exergy Analysis of Cryogenic Air Separation Process for Generating Nitrogen, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 8, No.6: p.

62. Адсорбционные установки http://www.hogat.ru/catalog/kompressory-podgotovka-vozdukha-gazorazdelitelnye-ustanovki/gazorazdelitelnye-ustanovki/adsorbtsionnye-ustanovki/

63. Азот газообразный высокой чистоты http: //www.niikm.ru/products/azot/nitrogen_60/

64. Азот повышенной чистоты http://www.samara-argus.ru/products/szhizhennye-gazy-blog/48-azot-povyshenno-chistoty-1-sort.html

65. Анализ энергетического баланса http://helpiks.org/6-35630.html

66. Влияние чистоты кислорода http://mirprom.ru/public/vybor-gaza-dlya-lazernoy-rezki-metallov.html

67. Влияние чистоты кислорода на качество и производительность резки http://proizvodim.com/vliyanie-chistoty-kisloroda-na-kachestvo-i-proizvoditelnost-rezki.html

68. Воздухоразделительные установки - http://www.kompress.ru/vru/24-vozdukho-razdelitelnye-ustanovk.html

69. Газоанализатор "ФЛЮОРИТ-Ц" http://www.temon.ru/gazoanalizator-fljuorit-c.html

70. ГОСТ 5583-78 Кислород газообразный технический и медицинский. Технические условия http: //www.znaytovar.ru/go st/2/go st_558378_kislorod_gazoobraz.html

71. ГОСТ 9293-74 Азот газообразный и жидкий http://www.himtrade.ru/g_9293-74.htm

72. Жидкий азот http://beliffgaz.ru/product/szhizhennye-gazy/57/44/

73. Использование тепла, выделяемого компрессором http://a-remeza.ru/ispolzyvonie-teplo-kompressorom

74. Каталог BROAD, 1-38. [Электронный ресурс]. URL: http://www.aerkom.ru/netcat_files/Image/katal_BROAD.pdf (дата обращения 07.04.2012).

75. Кислород http://kriogazpk.ru/catalog/descr.php?ELEMENT_ID=46

76. Кислородно-конвертерный процесс с верхним дутьем http: //www.znanius .com/3380. html ?L=2

77. Классификационные признаки моделирования http://koi.tspu.ru/koi_books/gazizov/l2p01 .htm

78. Классификация методов моделирования систем http://www.studfiles.ru/preview/2420001/

79. Климат Астрахани https://ru.wikipedia.org/wiki/Климат_Астрахани

80. Краткая техническая характеристика http://www.o2kirov.ru/tehnicheskie-gazy-svarochnye-i-pischevye-smesi/texnicheskie-gazyi/kislorod

81. Мембранные установки http://www.hogat.ru/catalog/kompressory-podgotovka-vozdukha-gazorazdelitelnye-ustanovki/gazorazdelitelnye-ustanovki/azotnaya-stantsiya-v-blok-konteynere/

82. Метод "Диаграмма Исикавы" https://www.inventech.ru/pub/methods/metod-0019/

83. Методы моделирования систем http://center-yf.ru/data/Marketologu/Metody-modelirovaniya-sistem.php

84. Области применения компрессоров: http://energysystems.com.ua/lenta/1.

85. Определение потребности в сжатом воздухе воздухоразделительных установок - http://helpiks.org/3-75516.html

86. Освоение скважин азотом http://ceprikon.ru/sfera-primeneniya/neftegaz/osvoenie-skvazhin-azotom/

87. Основные направления развития химической техники и технологии -http://studopedia.su/4_2932_osnovnie-napravleniya-razvitiya-himicheskoy-tehniki-i-tehnologii.html

88. Получение продуктов разделение воздуха -http://www.geliymash.ru/technologies/477/

89. ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР 305ВП-16/70 http://compressor.web-box.ru/Borec.index/kompressor-305vp-16-70.html

90. Поршневой компрессор 305ВП-16/70 http://compressor.web-box.ru/Borec.index/kompressor-305vp-16-70.html

91. Поршневой компрессор 402ВП-4/220 http://compressor.web-box.ru/Borec.402vp-4-220

92. Поршневой компрессор 4ВМ10-40/70 http://compressed-air.ru/kompressor-4vm10-40/70-opisanie-i-tehnicheskie-harakteristiki.html

93. Правила по проектированию производства продуктов разделения воздуха. Москва 2006 http://files.stroyinf.ru/Data1/54/54550/#i18696

94. Применение кислорода http://www.studfiles.ru/preview/2555577/

95. Приточные установки ВЕЗА, КЦКП ВЕЗА. http://www.veza-spb.ru/veza_profile_full.pdf

96. Продукты - разделение - воздух http://www.ngpedia.ru/id330992p1.html

97. Стандарт организации СТО 002 099 64.01-2006 Москва 2006. Правила по проектированию производства продуктов разделения воздуха http://www.complexdoc.ru/ntdpdf/536285/pravila_po_proektirovaniyu_proizvodstv_ produktov_razdeleniya_vozdukha.pdf

98. Технические газы http://kriogenteh.ru/product/techgazi

99. Технический азот http://azotnaya.ru/avtomobilniy-servis/azot-technicheskiy

100. Энерготехнологические схемы http://studall.org/all-51199.html