Повышение энергоэффективности установок регазификации жидких криопродуктов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Агейский, Дмитрий Эдуардович

• Агейский, Дмитрий Эдуардович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Агейский, Дмитрий Эдуардович

Оглавление

Оглавление

Введение

Актуальность темы исследования

Степень разработанности темы

Цели и задачи исследований

Научная новизна работы

Теоретическая и практическая значимость

Апробация работы

Внедрение результатов работы

Положения, выносимые на защиту

1. Регазификация жидких криопродуктов

1.1. Описание области исследования

1.2. Обзор научных исследований по утилизации отбросной энергии

1.2.1. Исследовательские работы по утилизации отбросной энергии

1.2.2. Анализ научно-исследовательских разработок в области регазификации

1.3. Анализ разработок, защищенных патентными правами

1.3.1. Существующие стандартные схемы регазификации жидких криопродуктов

1.3.2. Схемы регазификации жидкого криопродукта с утилизацией теплоотводящей способности

1.3.3. Системы регазификации с выработкой электроэнергии при расширении криопродукта

1.3.4. Результаты научных разработок систем регазификации

1.4. Теоретические основы анализа способов регазификации

1.4.1. Современные подходы в исследовании термодинамической эффективности23

1.4.2. Дополнительные затраты энергии и эксергетический КПД

1.4.3. Обзор способов утилизации теплоотводящей способности регазифицируемого криопродукта с выработкой электроэнергии

1.5. Выводы по главе «Регазификация жидких криопродуктов»

2. Эксергетический анализ способов регазификации жидких криопродуктов

2.1. Объекты и методика исследования

2.2. Система регазификации с погружным змеевиком

2.2.1. Математическая модель рабочих процессов

2.2.2. Расчетная модель системы регазификации с погружным змеевиком

2.2.3. Расчет параметров эффективности установки

2.3. Система регазификации с погружным змеевиком и газотурбинным генератором

45

2.3.1. Математическая модель рабочих процессов

2.3.2. Расчетная модель системы регазификации с погружным змеевиком и газотурбинным генератором

2.3.3. Расчет параметров эффективности установки

2.4. Система регазификации с органическим циклом Ренкина и газотурбинным генератором

2.4.1. Математическая модель рабочих процессов

2.4.2. Расчетная модель системы регазификации с органическим циклом Ренкина56

2.4.3. Критерии выбора рабочего вещества и компоновки схемы установки

2.4.4. Сравнение установок ORC на выбранных рабочих веществах

2.5. Система регазификации с замкнутым циклом Брайтона и газотурбинным генератором

2.5.1. Математическая модель рабочих процессов

2.5.1. Расчетная модель системы регазификации с замкнутым циклом Брайтона

2.5.2. Критерии выбора рабочего вещества и компоновки схемы установки с циклом Брайтона

2.5.3. Критерии выбора рабочего тела и его параметров

2.5.4. Расчет параметров эффективности установки

2.6. Система регазификации с ВРУ, органическим циклом Ренкина и газотурбинным генератором

2.6.1. Процессы и аппараты установки регазификации с воздухоразделением

2.6.2. Математическая модель рабочих процессов

2.6.3. Расчет параметров эффективности установки

2.7. Регазификация с получением сжиженных углеводородных газов

2.7.1. Описание процесса совмещения регазификации и газофракционирования101

2.7.2. Расчет параметров эффективности установки

2.8. Сравнительный анализ способов утилизации холода регазификации

2.9. Выводы по главе «Эксергетический анализ способов регазификации жидких криопродуктов»

3. Анализ операционных и капитальных затрат

3.1. Использование расчетных моделей для анализа экономической эффективности

114

3.2. Анализ операционных затрат современных способов регазификации

3.2.1. Стоимость сырья и продуктов установок регазификации

3.3. Анализ капитальных затрат на создание установок регазификации

3.3.1. Методика оценки стоимости основного оборудования установок регазификации

3.3.2. Анализ стоимости основного оборудования исследуемых установок регазификации

3.4. Результаты анализа операционных и капитальных затрат. Сроки окупаемости131

3.5. Выводы по главе «Анализ операционных и капитальных затрат»

4. Модернизация малотоннажных объектов регазификации СПГ

4.1. Сравнительный анализ энергетических и экономических параметров эффективности для установок регазификации

4.2. Анализ особенностей применения способов с циклами Брайтона и Ренкина для задач модернизации СПХР

4.2.1. Модернизация СПХР с использованием цикла Брайтона

4.2.2. Модернизация СПХР с использованием открытого цикла Ренкина

4.3. Математическая и расчетная модели рабочих процессов в установке с открытым циклом Ренкина

4.4. Анализ параметров установки-прототипа с использованием расчетной модели

146

4.5. Анализ эффективности установок регазификации с атмосферными испарителями

152

4.6. Выводы по главе «Модернизация малотоннажных объектов регазификации СПГ»

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А. Схемы установок регазификации

Приложение Б. Расчетные модели и алгоритмы

Приложение В. Результаты расчета капитальных и операционных затрат

Приложение Г. Расчетные параметры прототипа

Приложение Д. Документы о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергоэффективности установок регазификации жидких криопродуктов»

Введение

Актуальность темы исследования

Актуальность темы исследования обуславливается ростом объемов потребления сжиженного природного газа (СПГ) и других криопродуктов, потребление СПГ и ряда жидких криопродуктов возможно только после регазификации. Растущий спрос на технику и технологии регазификации определяет актуальность исследований и опытно-конструкторских работ в этом направлении.

При регазификации криопродуктов возникает проблема энергообеспечения процесса. Анализ литературных источников показывает, что число работ, посвященных оптимизации процесса регазификации, относительно мало. Такая ситуация объясняется недооценкой энергозатрат при регазификации криопродуктов. Из-за несовершенства большинства современных технологий энергетический потенциал криопродукта - теплоотводящая способность - не используется. Утилизация теплоотводящей способности позволяет вернуть в оборот часть энергии, затраченной при его производстве, существенно повысив рентабельность использования жидких криопродуктов.

Регазификация требует больших затрат энергии (750 кДж/кг для СПГ). Использование технологий, утилизирующих теплоотводящую способность криопродуктов, позволяет не только избежать при регазификации затрат энергии, но и вернуть в хозяйственный оборот часть энергии (250 кДж/кг для СПГ). Многообразие возможных вариантов технологий регазификации делает актуальными исследования, обосновывающих наиболее перспективные технологии.

Энергосберегающие технологии регазификации используются в крупнейших странах-импортерах криопродуктов - Китае, Японии, Южной Корее и др. В последние годы растет актуальность использования СПГ для снабжения отдельных районов России. Разрабатываются проекты как крупнотоннажных (например, для снабжения Калининградской области), так и малотоннажных (например, комплексы сжижения ПГ и системы приема, хранения и регазификации СПГ (СПХР СПГ) в Пермской и Томской областях) терминалов регазификации. Развитие сферы потребления криопродуктов требует научного сопровождения.

Степень разработанности темы

Различным аспектам совершенствования техники и технологии регазификации криопродуктов посвящены работы авторов Agarwal R. [27], Babaie M. [27], Bisio G. [26], Casarosa C., Franco A. [25], Otsuka T. [29], Stougie L. [28], Tagliafico L. [26], van der Kooi H.J. [28], Л.А.

Акулова [41], А.В. Зайцева [41], Н.Н. Осипова [23], М.В. Павлутина [22], А.В. Рулева [21], А.А. Феоктистова [24], А.Ю. Фролова [20] и др.

В большинстве работ описывается регазификация криопродуктов в атмосферных и грунтовых испарителях. Эффективность таких испарителей зависит от климатических условий эксплуатации, из-за чего они заведомо неэффективны в северных районах РФ, особенно в холодное время года. Не уделено достаточного внимания применению установок регазификации с вторичными теплоносителями.

Недостаточно освещены вопросы:

- влияния режимных параметров (температурных уровней, давления, схемных решений и др.) регазификационных установок на их энергоэффективность;

- влияния свойств вторичных теплоносителей на энергоэффективность установок регазификации;

- эксплуатации установок, использующих вторичные теплоносители и вторичную тепловую энергию.

Используется ряд технологических схем регазификации, которые обеспечивают частичный возврат энергии, затраченной на ожижение криопродукта. Доступная научная информация о данных решениях не позволяет сделать обоснованный выбор вариантов энергоэффективных методов регазификации криопродуктов. Актуальна разработка методики энергетического анализа схем регазификации криопродуктов, которая позволит повысить уровень энергоэффективности новых установок регазификации криопродуктов за счёт возврата в оборот части энергии, затраченной на ожижение.

Цели и задачи исследований

Цель диссертации - повышение энергоэффективности установок регазификации криопродуктов за счет отказа от дополнительных затрат энергии на испарение и выработки дополнительной электроэнергии и продуктов.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. На основе обзора технической литературы классифицировать способы и схемы регазификации криопродуктов, провести энергетический анализ наиболее перспективных технических решений.

2. Разработать математические модели известных установок регазификации для компьютерного моделирования процессов.

3. Исследовать в режиме численного эксперимента влияние схемных решений, режимных параметров и свойств рабочих тел на энергетическую эффективность установок регазификации на основе эксергетического метода.

4. Разработать технические решения, реализующие обоснованный результатами анализа энергоэффективности способ регазификации с генерацией электроэнергии.

5. Оптимизировать эксплуатационные, энергетические и экономические характеристики регазификационной установки.

6. Выполнить анализ влияния свойств рабочих веществ и режимных параметров установок регазификации на интегральные показатели их энергоэффективности.

Научная новизна работы

1. Разработана методика анализа характеристик энергоэффективности способов регазификации жидких криопродуктов.

2. Сформулированы требования к теплофизическим и эксплуатационным свойствам рабочих веществ для установок регазификации с промежуточным теплоносителем.

3. Предложена схема новой энергоэффективной установки регазификации СПГ с генерацией электроэнергии.

4. Определены критерии для выбора оптимального способа регазификации СПГ в зависимости от условий применения.

Теоретическая и практическая значимость

Проанализированы существующие и перспективные технологии регазификации СПГ. Разработаны математические модели регазификационных установок, предложена методика эксергетического анализа установок регазификации, позволяющая выполнить отбор наиболее перспективных технологических решений.

Апробация работы

Материалы диссертации и основные результаты исследования опубликованы в 7 статьях, в т.ч. 3 из них в изданиях, рецензируемых ВАК МОиН РФ, и 2 тезисах докладов научно-технических конференций. Результаты работы доложены на 8 научно-технических конференциях, а также положены в основу полученного патента на полезную модель

Внедрение результатов работы

Результаты исследования были использованы при разработке ООО «Газстрой» проектной документации системы регазификации СПГ с генерацией электроэнергии, защищенной патентом №151882 [106]. Документы о внедрении результатов диссертационной работы приведены в Приложениях (см. Приложение Д. Документы о внедрении результатов диссертационной работы). Система может быть использована как для вновь создаваемых, так и для модернизации существующих отечественных СПХР СПГ.

Положения, выносимые на защиту

1. Математические модели установок регазификации.

2. Методика анализа энергоэффективности установок регазификации.

3. Научное обоснование технического исполнения системы регазификации с генерацией электроэнергии, позволяющей модернизировать существующие установки.

4. Требования к физическим и эксплуатационным свойствам вторичных теплоносителей установок регазификации.

1. Регазификация жидких криопродуктов

1.1. Описание области исследования

Область применения сжиженных криопродуктов широка и включает в себя многие области науки и техники. Каждый из жидких криопродуктов (СПГ, жидкий кислород, жидкий азот) имеет свою область применения.

Кислород активно используется в металлургии, в качестве окислителя примесей, содержащихся в чугуне. Существует способ получения стали из расплава чугуна в бессемеровском или томасовском конвертерах, который был радикально улучшен в 1936 г. советским инженером Мозговым, путем использования для продувки конвертера чистого кислорода, что резко повысило качество стали и скорость ее выплавки. На данный момент многие крупные металлургические предприятия являются потребителями значительных объемов кислорода, который экономичнее всего доставлять в жидком виде.

Объемы производства и потребления на топливном рынке сжиженного природного газа (СПГ) неуклонно растут. Согласно данным доклада [1] на долю СПГ приходится около 30% мировой торговли газом, его экспортом занимаются 18 стран, а мощности по регазификации имеются в 26 странах. По некоторым оценкам к 2030 году спрос на СПГ может вырасти более чем вдвое и достичь уровня 500 млн. т в год. Спрос на СПГ в Европе может возрасти почти в 3 раза: с 47 млн. т (на 2013 г.) до 130 млн. т. Наиболее активно развивающимся рынком потребления СПГ считается Азия - Китай, Индия, Пакистан, Вьетнам, Индонезия и др. Их потребности к 2030 году могут вырасти в 8 раз по сравнению с нынешним уровнем (см. Рисунок 1).

Рисунок 1 Крупнейшие импортеры СПГ

На этом фоне в Европе отмечается спад объемов потребления природного газа за последние несколько лет, но даже в этих условиях доля поставок СПГ по отношению к доле трубопроводных поставок выросла (см. Рисунок 2).

Рисунок 2 Динамика развития рынка СПГ

СПГ и другие жидкие криопродукты, как правило, требуют регазификации и подогрева перед потреблением. В настоящее время активно развивается рынок объектов регазификации того же СПГ, включающий в себя в том числе и плавучие терминалы регазификации - FSRU (Floating Storage Regasification Unit), Представляющие из себя по сути танкер с присоединенным к нему подводным газопроводом, идущим к потребителям на берегу. Такие системы удобны для регазификации значительных объемов СПГ, прибывающих по морю, но для регазификации менее значительных объемов жидких криопродуктов на внутриматериковых объектах потребления - городских системах газоснабжения или промышленных объектах -требуются более традиционные установки.

Существует два способа снабжения потребителя природным газом: транспорт сжатого ПГ по трубопроводу или транспорт СПГ в емкостях.

Оба способа транспортировки ПГ - трубопроводом или в сжиженном виде - требуют затрат энергии. В случае трубопровода эти затраты распределяются по всей дистанции транспортировки - на протяженности трубопровода через определенные расстояния

расположены газокомпрессорные станции, поднимающие давление газа. Энергия, затрачивающаяся на них, может быть утилизирована лишь со значительными трудностями и затратами. При транспорте СПГ же есть только два места, где затрачивается энергия: ожижительный завод и терминал регазификации. В этом случае организовать утилизацию энергии проще.

При производстве и потреблении СПГ следует выделить 2 основных технологических процесса: сжижение ПГ и регазификация СПГ.

Особое внимание уделялось модернизации заводов ожижения ПГ, т.к. их системы в силу термодинамических особенностей своих процессов потребляют значительные количества энергии. Ниже приведены некоторые исследовательские работы по данному направлению, защищенные в последние несколько лет:

1. Оптимизационные технико-экономические исследования энерготехнологических установок производства СПГ и электроэнергии с извлечением гелия [2];

2. Повышение эффективности сжижения природного газа на газораспределительных станциях магистральных газопроводов [3];

3. Развитие технологий производства и хранения сжиженного природного газа [4];

4. Низкотемпературные процессы очистки при малотоннажном производстве сжиженного природного газа [5];

Много меньше внимания уделялось модернизации процесса регазификации. В то же время, СПГ обладает значительным потенциалом, который фактически выбрасывается в атмосферу -способностью к отведению теплоты от объекта на низком температурном уровне. Эта способность может быть названа теплоотводящей способностью жидких криопродуктов (не только СПГ).

В последнее время активно исследуются вопросы утилизации низкопотенциальной отбросной энергии, что будет показано ниже в обзоре некоторых недавних работ по данной тематике.

1.2. Обзор научных исследований по утилизации отбросной энергии 1.2.1. Исследовательские работы по утилизации отбросной энергии

Использованию низкопотенциальной тепловой энергии - энергии выхлопных газов, отбросной воды и т.п. посвящено множество исследовательских работ. Ниже приводится список некоторых работ по данной тематике, представляющий собой лишь малую часть работ по данному направлению, ставшему в последнее время крайне востребованным.

1. Повышение мощностных, экономических и экологических показателей силовых установок за счет утилизации теплоты отработавших газов [6];

2. Разработка и оптимизация параметров системы утилизации теплоты отходящих газов от энергетических установок с впрыском воды в газовый тракт [7];

3. Повышение эффективности утилизации теплоты и нейтрализации отработавших газов поршневых ДВС путем демпфирования колебаний их температуры [8];

4. Расчетно-экспериментальное исследование процессов в двигателе Стирлинга, предназначенном для утилизации бросовой теплоты [9];

5. Система двухступенчатой утилизации энергии вытяжного воздуха с использованием обращенной тепловой машины [10]. Данная работа особенно любопытна, т.к. касается утилизации отбросной энергии в кондиционировании;

6. Повышение эффективности тепловых двигателей утилизацией тепла отработавших газов с применением теплонасосной установки [11];

7. Утилизация вторичных энергоресурсов газовых двигателей и газотурбинных установок с использованием тепловых насосов [12];

8. Исследование термодинамических свойств и теплотехнических характеристик фторорганических рабочих веществ [13]. Данная работа также представляет особый интерес, т.к. касается свойств низкокипящих рабочих тел и рассматривает перспективы применения цикла Ренкина для утилизации теплоты;

9. Выбор определяющих параметров комбинированного дизеля с системой вторичного использования теплоты [14]. Данная работа также представляет интерес в связи с рассмотрением перспектив применения цикла Ренкина для утилизации теплоты на автотракторных ДВС;

10. Повышение эффективности утилизационных стирлинг-электрических установок путем совершенствования систем подвода теплоты [15];

11. Исследование схем использование детандер-генераторных агрегатов в энергетике и системах газоснабжения [16]. Данная работа рассматривает в т.ч. различные рабочие тела цикла;

12. Разработка и исследование элементов тепловой электрической станции модульного типа на низкокипящем рабочем теле [17]. Работа включает в себя анализ различных низкотемпературных рабочих тел;

13. Интенсификация теплообмена в газоохладителях пластинчато-ребристого типа компрессорных установок [18];

14. Совершенствование поршневых детандер-компрессорных агрегатов [19] (Прилуцкий А.А.). Данная работа представляет особый интерес в связи с вероятностью использования в разрабатываемой системе поршневого агрегата.

Среди основных тенденций, наблюдающихся в данной области, можно выделить следующие:

- Активное изучение перспектив применения теплонасосных установок, в том числе обращенных

- Изучение низкокипящих рабочих тел и циклов на их основе

- Изучение перспектив применения детандерных агрегатов в системах генерации электроэнергии.

Данные работы содержат важные сведения о рабочих веществах, установках и способах, перспективы применения которых для утилизации теплоотводящей способности регазифицируемого криопродукта следует рассмотреть.

1.2.2. Анализ научно-исследовательских разработок в области регазификации

По сравнению с объемом работ по утилизации высокотемпературной отбросной энергии, количество обнаруженных на данный момент работ по утилизации низкотемпературной теплоотводящей способности регазифицируемых криопродуктов несоизмеримо мало. Ниже приводится список некоторых работ по данной тематике.

1. Разработка конструкции и моделирование теплообмена в испарительных установках сжиженного углеводородного газа малых удаленных объектов АПК [20];

2. Разработка и оптимизация промышленного регазификатора на основе моделирования теплообмена в твердотельном теплоносителе [21];

3. Моделирование испарительных установок сжиженного газа с трубчатыми грунтовыми испарителями [22];

4. Повышение эффективности снабжения сжиженным газом от резервуарных установок с естественной регазификацией [23];

5. Повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуарных установок сжиженных углеводородных газов с искусственным испарением [24].

В отличие от отечественных авторов, зарубежные исследователи с начала XXI века посвятили данной тематике некоторое количество работ, в частности:

1. Thermodynamic and heat transfer analysis of LNG energy recovery for power production [25];

2. On the recovery of LNG physical exergy by means of a simple cycle or a complex system [26];

3. LNG regasification — technology evaluation and cold energy utilization [27];

4. Exergy Efficient Application of LNG Cold [28];

5. Evolution of an LNG Terminal: Senboku Terminal of Osaka Gas [29].

При этом большинство отечественных работ посвящено грунтовым или атмосферным, теплообменникам, применимость которых все-таки ограничена. Среди недостатков таких схем

можно отметить промерзание грунтов в холодные месяцы эксплуатации, снижающее производительность для грунтовых, и зависимость от климатических условий для атмосферных.

В то же время количество зарубежных работ по данной тематике значительно больше, и авторы фокусируются преимущественно на различных аспектах более современных технологий (совмещение с газоразделением, применение вторичных теплоносителей и т.п.), в том числе на эксергетическом анализе эффективности таких установок.

Данный список работ неполон и отражает лишь часть относительно недавних отечественных диссертаций, защищенных по данной тематике, и других исследовательских работ. Кроме того, он не включает в себя на данный момент работы по использованию теплоотводящей способности регазифицируемого криопродукта в таких процессах, как охлаждение криоэлектроники или ожижение продуктовых потоков на газоразделительных установках. Данные по этим приложениям отражены в результатах проведенного патентного поиска.

1.3. Анализ разработок, защищенных патентными правами

Предметом поиска являлись патенты на изобретения или полезные модели, посвященные регазификации жидких криопродуктов. Среди последних наибольшее внимание уделялось СПГ, но также рассматривались варианты для прочих сжиженных технических газов (азота, кислорода и т.п.).

В числе рассматриваемых объектов особое внимание уделялось схемам, подразумевающим использование теплоотводящей способности газифицируемого криопродукта для его утилизации тем или иным способом. Также рассматривались разработки по получению на установках регазификации дополнительных продуктов - веществ или энергии.

Глубина поиска ограничивалась примерно 30-40 годами (датами публикации наиболее старых из найденных патентов по данной тематике). Предварительно был проведен поиск по российским патентам, представленным на сайте, рекомендованном ФИПС [30] и сайте патентов на полезные модели [31], затем - международный поиск ([32],[33]).

Результаты поиска позволяют классифицировать существующие технологии регазификации по ряду признаков.

1.3.1. Существующие стандартные схемы регазификации жидких криопродуктов

Среди наиболее ранних из созданных систем регазификации можно отметить системы, подобные регазификационной установке, описанной патентом на модель 119846 [34].

Данная установка является одной из наиболее стандартных схем выдачи газифицированного криопродукта из емкости (см. Приложение А. Схемы установок регазификации, Рисунок А. 1) - установкой с погружным змеевиком, в котором криопродукт испаряется за счет теплообмена с теплоносителем. В качестве теплоносителя выступает пар или горячая вода.

Данная модель использует энергию горячей воды или пара для газификации криопродукта при выдаче его из емкости, что делает ее малопригодной для использования на СПХР с значительными мощностями, равно как и энергонеэффективной. Такие регазификаторы нуждаются в установке дополнительных систем, обеспечивающих теплообменный аппарат теплоносителем, что требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Последние могут быть снижены, если в качестве теплоносителя используется пар из котлов-утилизаторов отбросного тепла. Однако, подобные котлы требуют наличия поблизости источника высокопотенциального отбросного тепла.

Значительная доля объема регазифицируемых криопродуктов, особенно на средне- и малотоннажных регазификационных установках, производится с использованием атмосферных испарителей, обеспечивающих теплообмен с окружающей средой для испарения и подогрева продукта.

Такие аппараты, имеют один важный технологический недостаток - невозможность непрерывной работы. С течением времени, все большее и большее количество инея из сконденсировавшихся из воздуха воды и углекислоты оседает на пластинах, ухудшая теплообмен с окружающей средой. Через определенный промежуток времени слой становится столь значительным, что испаритель уже не может обеспечивать испарение заявленных количеств криопродукта, после чего его необходимо либо принудительно отогреть подогретым газом, либо оставить на продолжительное время для отмерзания за счет теплопритока извне.

Постепенное развитие атмосферных испарителей в частности включало в себя испытание различных вариантов их исполнения. Одним из таких вариантов были радиальные атмосферные теплообменные аппараты, подобные описанным в патенте БИ 1520298 [35], упростившие процедуру отогрева обмерзших аппаратов и продливших срок эксплуатации до начала обмерзания (см. Приложение А. Схемы установок регазификации, Рисунок А. 2).

Данный патент был посвящен модификации атмосферных испарителей, заключавшейся в переходе к особому радиальному исполнению их пластин. Пластины (5) крепились таким образом, что их торцы (6) оказывались поочередно на различном расстоянии от центрального стержня (1). Подобное изменение геометрии пластин аппарата позволяло значительно замедлить смыкание снеговой шубы в наиболее узких участках - у внутренних торцов пластин. Авторы заявляли о 50% увеличении продолжительности работы испарителей.

Поскольку для большинства СПХР необходима непрерывная работа системы регазификации, были созданы системы с попеременно работающими линиями атмосферный испаритель - электронагреватель газа. В таких системах эти линии работают поочередно, чередуя периоды газификации и нагрева с периодами отогрева. Последний происходит либо за счет теплопритока извне, либо - за счет пропускания нагретого в электронагревателе продуктового газа с работающей ветви. Подобные системы впервые были описаны патентом БИ 1176137 [36] (см. Приложение А. Схемы установок регазификации, Рисунок А. 3).

В результате подобные системы с параллельными ветвями регазификации выросли в сложные комплексы, включающие в себя все необходимые дополнительные системы и устройства, подобные системе, описанной в патенте на модель 132521 [37], зачастую индивидуально разрабатываемые для каждой конкретной организации. В приведенном патенте описывается особая схема коммутации технологических блоков, решающая ряд задач по обеспечению безопасности и технологичности процесса.

Подобные системы зарекомендовали себя как надежные и получили широкое распространение, но с точки зрения энергораспределения являются неэффективными. Теплоотводящая способность регазифицируемого криопродукта не используется, либо поглощаясь требующим дополнительных энергозатрат греющим рабочим телом (пар, горячая вода), либо рассеиваясь в атмосферу.

Следующим шагом в развитии систем регазификации стал поиск возможных путей утилизации данной энергии.

1.3.2. Схемы регазификации жидкого криопродукта с утилизацией теплоотводящей

способности

Фактически, способы утилизации теплоотводящей способности регазифицируемого криопродукта можно разделить на две группы: включающие систему регазификации в системы охлаждения различных устройств и систем, либо использующие для выработки дополнительных продуктов (электроэнергии или жидких криопродуктов). Деление условное, так как включение в систему охлаждения чего-либо не исключает получения основного продукта на объекте охлаждения.

Примером использования в составе систем охлаждения является модель криогенного газификатора 66965 [38]. Данная модель включает теплообменник-испаритель (5) в контур охлаждения автомобильного двигателя, питаемого природным газом (см. Приложение А. Схемы установок регазификации, Рисунок А. 4).

Также существует значительное число технологий использования теплоотводящей способности регазифицируемого криопродукта для получения дополнительных продуктов.

Среди российских разработок следует выделить систему газоснабжения (модель 68073) [39]. Данный патент посвящен схеме реализации системы газоснабжения (см. Приложение А. Схемы установок регазификации, Рисунок А. 5), при которой детандерные генераторы (15, 17, 23, 42) вырабатывают при сбросе давления газа перед выработкой потребителю электроэнергию. Энергия используется как на многочисленных входящих в схему газокомпрессорных (ГКС), газораспределительных станциях (ГРС) и пунктах (ГРП), так и на установках электролиза воды, вырабатывающих водород.

В данной установке не происходит регазификации криопродукта, но она крайне показательна, т.к. в ней используется энергия, вырабатываемая при расширении газа в детандерах при сбросе его давления при передаче газа через промежуточные станции от пласта к потребителю. Энергия используется как для обеспечения работы ГРП, ГРС и т.п., так и для выработки дополнительного продукта - водорода, за счет питания электролизеров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Агейский, Дмитрий Эдуардович, 2016 год

Список использованной литературы

1. Выгон Г., Белова М. Развитие мирового рынка СПГ: вызовы и возможности для России [Электронный ресурс]. - URL: http://www.pro-

gas.ru/images/data/gallery/0_206_SEneC_Global_LNG.pdf (дата обращения: 01.10.16).

2. Степанов В.В. Оптимизационные технико-экономические исследования энерготехнологических установок производства СПГ и электроэнергии с извлечением гелия [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.14.01 / Степанов В.В. - Иркутск, 2009. - 164 с.

3. Люгай С.В. Повышение эффективности сжижения природного газа на газораспределительных станциях магистральных газопроводов [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 25.00.19, 05.02.13 / Люганов С.В. - Москва, 2010. - 123 с.

4. Терегулов Р.К. Развитие технологий производства и хранения сжиженного природного газа [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 02.00.13, 07.00.10 / Терегулов Р.К. - Уфа, 2009. - 170 с.

5. Медведков И.С. Низкотемпературные процессы очистки при малотоннажном производстве сжиженного природного газа [Текст] : дис. . канд. техн. наук: 05.04.03 / Медведков И.С. - Москва, 2013. - 116 с.

6. Богданов А.И. Повышение мощностных, экономических и экологических показателей силовых установок за счет утилизации теплоты отработавших газов [Текст] : дис. . канд. техн. наук: 05.04.02 / Богданов А.И. - Челябинск, 1999. - 184 с.

7. Гетман В.В. Разработка и оптимизация параметров системы утилизации теплоты отходящих газов от энергетических установок с впрыском воды в газовый тракт [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14 / Гетман В.В. - Казань, 2001. - 196 с.

8. Разношинская А.В. Повышение эффективности утилизации теплоты и нейтрализации отработавших газов поршневых ДВС путем демпфирования колебаний их температуры [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Разношинская А.В. - Челябинск, 2005. - 164 с.

9. Рыбалко А.И. Расчетно-экспериментальное исследование процессов в двигателе Стирлинга, предназначенном для утилизации бросовой [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Рыбалко А.И. - Новосибирск, 2011. - 192 с.

10. Колюнов О.А. Система двуступенчатой утилизации энергии вытяжного воздуха с использованием обращенной тепловой машины [Текст] : дис. . канд. техн. наук: 05.04.03 / Колюнов О.А. - Санкт-Петербург, 2004. - 144 с.

11. Лобан М.В. Повышение эффективности тепловых двигателей утилизацией тепла отработавших газов с применением теплонасосной установки [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Лобан М.В. - Москва, 2004. - 151 с.

12. Антипов Ю.А. Утилизация вторичных энергоресурсов газовых двигателей и газотурбинных установок с использованием тепловых насосов [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Антипов Ю.А. - Москва, 2005. - 164 с.

13. Сухих А.А. Исследование термодинамических свойств и теплотехнических характеристик фторорганических рабочих веществ [Текст] : дис. ... д-ра. техн. наук: 01.04.14 / Сухих А.А. - Москва, 2012. - 386 с.

14. Марченко А.П. Выбор определяющих параметров комбинированного дизеля с системой вторичного использования теплоты [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Марченко А.П. - Харьков, 1984. - 260 с.

15. Шуховцев В.В. Повышение эффективности утилизационных стирлинг-электрических установок путем совершенствования системы подвода теплоты [Текст] : дис. . канд. техн. наук: 05.04.02 / Шуховцев В.В. - Челябинск, 2006. - 169 с.

16. Джураева Е.В. Исследование схем использования детандер-генераторных агрегатов в энергетике и системах газоснабжения [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.14.01 / Джураева Е.В. - Москва, 2005. - 155 с.

17. Сапожников М.Б. Разработка и исследование элементов тепловой электрической станции модульного типа на низкокипящем рабочем теле [Текст] : дис. . канд. техн. наук: 05.14.01 / Сапожников М.Б. - Москва, 2005. - 155 с.

18. Белокрылов И.В. Интенсификация теплообмена в газоохладителях пластинчато-ребристого типа компрессорных установок [Текст] : дис. ... канд. техн. наук к: 05.04.06 / Белокрылов И.В. - Омск, 2002. - 156 с.

19. Прилуцкий А.А. Совершенствование поршневых детандер-компрессорных агрегатов [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.04.03, 05.04.06 / Прилуцкий А.А. - Санкт-Петербург, 2005. - 210 с.

20. Фролов А.Ю. Разработка конструкции и моделирование теплообмена в испарительных установках сжиженного углеводородного газа малых удаленных объектов АПК [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.14.04 /Фролов А.Ю. - Саратов, 2007. - 222 с.

21. Рулев А.В. Разработка и оптимизация промышленного регазификатора на основе моделирования теплообмена в твердотельном теплоносителе [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.14.04 / Рулев А.В. - Саратов, 2007. - 193 с.

22. Павлутин М.В. Моделирование испарительных установок сжиженного газа с трубчатыми грунтовыми теплообменниками [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03 / Павлутин М.В. - Саратов, 2006. - 185 с.

23. Осипова Н.Н. Повышение эффективности снабжения сжиженным газом от резервуарных установок с естественной регазификацией [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03 / Осипова Н.Н. - Саратов, 2000. - 205 с.

24. Феоктистов А.А. Повышение эффективности и безопасности эксплуатации резервуарных установок сжиженных углеводородных газов с искусственным испарением [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 25.00.19, 05.26.03 / Феоктистов А.А. - Саратов, 2010. - 174 с.

25. Franco A., Casarosa C. Thermodynamic and heat transfer analysis of LNG energy recovery for power production // Journal of Physics: Conference Series. - 2014. - № 547, Conference 1.

26. Bisio G., Tagliafico L. On the recovery of LNG physical exergy by means of a simple cycle or a complex system // Exergy, An International Journal - 2002. - №2. - P. 34-50.

27. Agarwal R., Babaie M. LNG regasification — technology evaluation and cold energy utilization [Электронный ресурс]. - URL:

http://www.gastechnology.org/Training/Documents/LNG17-proceedings/Process-8-Randeep_Agarwal.pdf (дата обращения: 01.10.16).

28. Stougie L., van der Kooi H.J. Exergy Efficient Application of LNG Cold // EC0S2010: Proceedings of the 23rd International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems - 2010. - Vol. II/ - p. 441-446 [Электронный ресурс]. -URL: http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid%3Aba59ca8d-3df2-4064-bcde-ca437512e2aa/ (дата обращения: 01.10.16).

29. Otsuka T. [et al.] Evolution of an LNG Terminal: Senboku Terminal of Osaka Gas [Электронный ресурс]. - URL: http://members.igu.org/html/wgc2006/pdf/paper/add11362.pdf (дата обращения: 01.10.16).

30. Поиск патентов и изобретений, зарегистрированных в РФ и СССР [Электронный ресурс]. - URL: http://www.findpatent.ru (дата обращения: 03.03.2014).

31. Поиск полезных моделей, зарегистрированных в РФ [Электронный ресурс]. - URL: http://poleznayamodel.ru (дата обращения: 03.03.2014).

32. Espacenet: Patent Search [Электронный ресурс]. - URL: http://worldwide.espacenet.com (дата обращения: 03.03.2014).

33. Google: поиск по патентам [Электронный ресурс]. - URL: http://www.google.com/patents (дата обращения: 03.03.2014).

34. Пат. на модель № 119846 Российская Федерация, МПК F17C9/02 Газификационная установка / К.В. Ноговицин, В.А. Ноговицин - №2012100874 -

URL: http://poleznayamodel.ru/model/11/119846.html

35. Пат. № 1520298 СССР, МПК F25B39/02, F17C7 Криогенный испаритель / В.П. Ельчинов, А.И. Смородин, А.Г. Лапшин, Н.И. Глебов, В.В. Попов - № 4337226/23-26; заявл. 01.12.1987; опубл. 07.11.1989. URL: http://www.findpatent.ru/patent/152/1520298.html

36. Пат. № 1176137 СССР, МПК F17C9/02 Установка для газификации криогенной жикости / Г.С. Виницкий, Н.Р. Васильев, В.Г. Виницкий - № 3516767/23-26; заявл. 01.12.1982; опубл. 30.08.1985 Бюл. 32.

URL: http://patentdb.su/3-1176137-ustanovka-dlya-gazifikacii-kriogennojj -zhidkosti.html

37. Пат. на модель № 132521 Российская Федерация, МПК F17C9/02, F17C13 Система регазификации сжиженного природного газа / заявитель и патентообладатель ООО НПФ «Криоген-Холод-Технология» - № 2012150625.

URL: http://poleznayamodel.ru/model/13/132521.html

38. Пат. на модель № 69965 Российская Федерация, МПК F17C9/02 Криогенный газификатор / А.Г. Маришин / заявитель и патентообладатель ОАО «НПО «Поволжский Авиационно-технологический Институт»» - № 2007129490.

URL: http://poleznayamodel.ru/model/6/69965.html

39. Пат. на модель № 68073 Российская Федерация, МПК F02G1/04, F04D25/00, F25B11/00, F01K23/04, F02C7/36 Система газоснабжения / А Н. Брусницын, А.Ю. Архарова, Н.Д. Рогалев, В.С. Агабабов / заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Московский энергетический институт (технический университет)» - № 2007121217. URL: http://poleznayamodel.ru/model/6/68073.html

40. Пат. СА2208818 Канада, МПК Б17С7/04, Б17С9/04 Methods and apparatus for liquid cryogen gasification utilizing cryoelectrics / Russo Carl J.; заявитель и патентообладатель American Superconductor Corp. - CA19972208818 19970625; опубл. 28.12.1997. URL: http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=CA&NR=2208818A1&KC=A1&FT= D

41. Пат. № 2460952 Российская Федерация, МПК-8 F25J3/04 Способ разделения воздуха / Л.А. Акулов, В.Н. Сычев, А.В. Зайцев; заявитель и патентообладатель ООО «ЗИФ» -№2010130511/06; заявл. 20.07.2010; опубл. 10.09.2012, Бюл. 25.

URL: http://www.freepatent.ru/patents/2460952

42. Пат. US 20080307789 A1 США, МПК F25J3/00, F01K25/04, F17C9/00 Integration of Lng Regasification with Refinery and Power Generation / Mak J.; заявитель и патентообладатель Fluor Technologies Corporation - US 20080307789 A1; опубл. 18.12.2008.

URL: http://www.google.com/patents/US20080307789

43. Пат. US 3405530 A США, МПК F17С9/04, F25J3/02 Regasification and separation of liquefied natural gas / Denahan R.A., Farmer D.A., Pai P.K., Rehaut D.S.; заявитель и патентообладатель Exxon Research Engineering Co. - US 3405530 A; опубл. 15.11.1968. URL: http://www.google.ch/patents/US3405530

44. Пат. на модель № 92144 Российская Федерация, МПК F17C9/02 Система заправки емкостей газифицированным криоагентом высокого давления / К.Н. Шестаков, В.Л. Семенов, В В. Кулаков, Г.К. Ведешкин, Е.Ф. Ватченко, В.И. Гуров - № 2009140900.

URL: http://poleznayamodel.ru/model/9/92144.html

45. Пат. CN101238322(B) КНР, МПК F01K25/00, F17C9/02, F17C9/04 Configurations and methods for power generation in LNG regasification terminals / Mak J.; заявитель и патентообладатель Fluor Technologies Corporation. - CN2006826102 20060717; опубл. 14.11.2012. URL:

http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=CN&NR=101238322B&KC=B&FT=D

46. Афанасьев В.А., Цейтлин А.М., Поляков П.Б., Гавлович Р.Ю. Оценка КПД криогенного двигателя Стирлинга, входящего в состав газификатора сжиженного природного газа системы питания газовым потоком судового двигателя // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология - 2013. -№3 - С. 78-83.

47. Пат. DE 10201056585(A1) WIPO, МПК F17C9/02 Liquefied arrangement used as subsystem for increasing temperature of liquefied natural gas (LNG), has inlet for power plant process which is open, and output for LNG is connected to piping system representing flow from plant process / Dr Mosemann Dieter; заявитель и патентообладатель Gea Batignolles Technologies Thermique -DE201010056585; опубл. 06.06.2013.

URL: http://www.google.com/patents/DE102010056585A1?cl=en

48. Пат. JP S5773299A WIPO, МПК F17C9/02 Gasification of liquefied natural gas / Asada Kazuhiko; Jinbou Atsushi; Tanigaki Yasuhiro; заявитель и патентообладатель Kobe Steel Ltd -JP19800149691 19801024.

49. Пат. JPS5471422AWIPO, МПК F17C9/04 A method of recovering LNG gasifying power / Nagai Susumu; Asada Chiyuukei; заявитель и патентообладатель Hitachi Shipbuilding Eng Co -JP19770138236 19771116.

50. Пат. № 1456688 CCCР, МПК Б17С9/02 Газификационная установка / С.И. Загривый -№ 90686/23-26; заявл. 04.02.1989; опубл. 07.02.1989, Бюл. 5. -

URL: http://www.findpatent.ru/patent/145/1456688.html

51. Seider W.D., Seader J.D., Lewin D.K. Product and process design principles: Analysis, synthesis, and evaluation. 2nd ed. - Wiley, 2004.

52. Нестерчук Е.С. Эксергия и эксергетический баланс термодинамических процессов // Вестник молодых ученых ИвГУ. - 2001. - вып. 1. - С. 122-125.

53. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии - М.: Наука, 1988. - 144 с.

54. Андрющенко А.И. О применении эксергии для анализа совершенства и оптимизации теплоэнергетических установок // Энергетика. - 1989. - № 4 - С. 59-64.

55. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа - М., Энергия, 1973 - 296 с., с ил.

56. Бродянский В.М. Энергия: проблема качества // Наука и жизнь. - 1982. - № 3. - с. 8895.

57. Мартыновский В.С. Анализ действительных термодинамических циклов - М.: Энергия, 1972.

58. Архаров А.М. Особенности термодинамического анализа криосистем // Тезисы доклада на конференции «90 лет со дня основания кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» - МГТУ им. Баумана, 2010.

59. Архаров А.М. Почему эксергетический вариант термодинамического анализа нерационален для исследования основных низкотемпературных систем // Холодильная техника. - 2011. - № 10. - С. 8-12.

60. Архаров А.М. О некоторых особенностях термодинамического анализа низкотемпературных систем // Вестник МГТУ им. Баумана, сер. Машиностроение. - 2010. - С. 29-40.

61. Кафаров В.В., Ветохин В.Н. Основы автоматизированного проектирования химических производств - М.: Наука, 1987. - 624 с.

62. Кафаров В.В., Перов В.Л., Мешалкин В.П. Основы автоматизированного проектирования химических производств - М.: Химия, 1974. - 320 с.

63. Cengel. Y.A., Boles M.A. Thermodynamics: An Engineering Approach - Boston: McGraw-Hill, 2002.

64. Агейский Д.Э., Фальман А.Г. Перспективы регазификации СПГ // Вестник Международной академии холода - 2015. - № 2. - С. 46-49.

65. SOLGATE: Solar hybride gas turbine electric power system. Final Publishable report -Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2005 [Электронный ресурс]. - URL: http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/solgate_en.pdf (дата обращения: 03.03.16).

66. Final report summary - SOLHYCO (Solar-Hybrid Power and Cogeneration Plants) -Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 2011 [Электронный ресурс]. -

URL: http://cordis.europa.eu/publication/rcn/13318_en.html (дата обращения: 03.03.16).

67. National Aeronautics and Space administration: Brayton Cycle [Электронный ресурс]. -URL: http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/brayton.html (дата обращения: 03.03.16).

68. Benson T.J. An Interactive Educational Tool for Turbojet Engines [Электронный ресурс]. - URL: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514Z6.1995-3055 (дата обращения: 03.03.16).

69. AspenTech [Электронный ресурс]. - URL: http://www.aspentech.com/products/aspen-hysys.aspx (дата обращения: 03.03.16).

70. Tarlowski J., Sheffield J., Durr C., Coyle D., Patel H. LNG import terminals - Recent Developments [Электронный ресурс]. - URL: http://www.cheresources.com/lng_terminals.pdf (Дата обращения: 06.10.2016).

71. Waste Water Evaporator [Электронный ресурс]. -

URL: http://www.skimoil.com/retrovap_evaporators.html (дата обращения: 03.03.16).

72. Филин Н.В., Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы - Л., «Машиностроение», Ленингр. отд-ние, 1985 - 247 с. с ил.

73. Pump Training Toolbox [Электронный ресурс]. - URL: http://www.pumptraining.com/sites/default/files/sites/default/files/uploads/Toolbox_Equations.pdf (дата обращения: 03.03.16).

74. Physics Forums [Электронный ресурс]. - URL: https://www.physicsforums.com/threads/adiabatic-compression-temperatures.223352/ (дата обращения: 03.03.16).

75. Агейский Д.Э., Пахомов О.В. ВРУ с регазификацией СПГ и органическим циклом Ренкина // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых - 2016. - Вып. 7

76. Агейский Д.Э., Фальман А.Г. Рабочее тело цикла Ренкина для утилизации холода регазификации // Вестник Международной академии холода. - 2016. - № 2(59). - С. 71-75.

77. Архаров А.М., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Криогенные системы. Учебник для студентов вузов по специальности «Техника и физика низких температур»: В 2 т. Т. 1. Основы теории и расчета - М.: Машиностроение, 1996. - 576 с.: илл.

78. Агейский Д.Э., Фальман А.Г. Эксергетический анализ способов регазификации СПГ // Вестник Международной академии холода. - 2015. - № 3. - С. 34-38.

79. Mak J.Y., Nielsen D., Graham C., Schulte D. A new and flexible LNG regasification plant // Paper presented at the 83rd GPA Annual Convention - New Orleans, LA, USA., 2004.

80. ICIS. Ethane prices, markets & analysis" [Электронный ресурс]. -

URL: http://www.icis.com/energy/ethane/ (дата обращения: 03.03.16).

81. Energy price statistics [Электронный ресурс]. - URL: http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Energy_price_statistics (дата обращения: 03.03.16).

82. Федеральная служба по тарифам [Электронный ресурс]. -URL: http://www.fstrf.ru/tariffs/info_tarif/gas (дата обращения: 03.03.16).

83. Henry Hub Natural Gas Futures Quotes [Электронный ресурс]. -

URL: http://www.cmegroup.com/trading/energy/natural-gas/natural-gas.html (дата обращения: 03.03.16).

84. Единицы измерения в нефтегазовой промышленности [Электронный ресурс]. -URL: http://oilukr.com/serv05.htm (дата обращения: 20.09.15).

85. Mongillo John F. Encyclopedia of Environmental Science - University Rochester Press,

2000.

86. Natural Gas Fuel Conditioning System - BTU Reduction [Электронный ресурс]. -

URL: http://rto.american-environmental.us/BTU_Reduction_and_Gas_Conditioning_System.html (дата обращения: 03.03.16).

87. Eisentrout B. LNG terminal expansion moves to forefront of contract tender action // LNG Journal - February 2007. - P . 28-32.

88. Quarterly review of European electricity and gas prices. - 2005. - №1 [Электронный ресурс]. - URL: http://ec.europa.eu/energy/observatory/electricity/electricity_en.htm (дата обращения: 20.09.15).

89. Cornell University: LASSP [Электронный ресурс]. -

URL: http://www.lassp.cornell.edu/skockroom/nitrogen.html (дата обращения: 03.03.16).

90. Cost-effective odour control in pressurized sewers [Электронный ресурс]. -URL: www.edie.net/library/view_article.asp?id=2449&channel=0 (дата обращения: 20.09.15).

91. Hydrocarbon products prices [Электронный ресурс]. -

URL: http://www.tonto.cia.doc.goV/steo_querly/app/papage.htm#prices (дата обращения: 20.09.15).

92. Competition Commission (UK Government) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.competitioncommission.org.uk/inquiries/current/gas/emerging_thinking_response_flogas.p df (дата обращения: 20.09.15).

93. Loh H.P., Lyons J. Process Equipment Cost Estimation - DOE/NETL, 2002/1169 [Электронный ресурс]. - URL:

http://www.chemeng.lth.se/ket050/Arkiv/KostnadsDataProcessutrustning2002.pdf (дата обращения: 20.09.15).

94. Equipment Cost Estimation [Электронный ресурс]. - URL: http://www.matche.com/EquipCost/(дата обращения: 20.09.15).

95. СтатБюро. Таблицы Месячной и Годовой Инфляции в США [Электронный ресурс]. -URL: https://www.statbureau.org/ru/united-states/inflation-tables (дата обращения: 20.09.15).

96. Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association. 9th ed. - Tubular Exchanger Manufacturers Association Inc., 2007 - 302 с.

97. Экономический словарь [Электронный ресурс]. -

URL: http://abc.informbureau.com/html/oaia_oia.html (дата обращения: 20.09.15).

98. Calpine Fuels Diversity Initiative: Integrated Gasification Combined Cycle Power Plants [Электронный ресурс]. - URL:

http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/02/turbines/Izzo.pdf (дата обращения: 03.03.16).

99. Инструменты финансового и инвестиционного анализа [Электронный ресурс]. -URL: http://investment-analysis.ru/metodIA2/payback-period.html (дата обращения: 03.03.16).

100. Агейский Д.Э., Куцак М.Ю., Манилкин И.Г. Автономная газификация Томской области // Gasworld - 2015. - С. 20-22

101. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М.О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.: ил.

102. СТО Газпром 089-2010 Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным трубопроводам. Технические условия [Текст]. - Взамен ОСТ 51.40-93 ; Введ. 2010-10-25. - М.: ОАО «Газпром», ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ, ООО «Газпром экспо», 2011. - 18 с.

103. ГОСТ Р 56021-2014 Газ горючий природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сгорания и энергетических установок. Технические условия [Текст]. - Введ. 201405-15. - М.: Стандартинформ, 2013. - 21 с.

104. Куцак М.Ю., Манилкин И.Г., Агейский Д.Э. Регазификация жидких криопродуктов с генерацией электроэнергии // Gasworld - 2015. - № Июль/Август 2015. - С. 34-35

105. Архаров А.М., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Криогенные системы. Учебник для студентов вузов по специальности «Техника и физика низких температур»: В 2 т. Т. 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем - М.: Машиностроение, 1999. - 720 с.

106. Пат. № 151882 РФ, МПК F17C7/04 Установка регазификации жидкого криопродукта с генерацией электроэнергии / Д.Э. Агейский, И.Н. Беликов, М.Ю. Куцак, И.Г. Манилкин - № 2014127594/06; заявл. 07.07.2014; опубл. 20.04.2015, Бюл. 11. URL: http://poleznayamodel.ru/model/15/151882.html

Приложение А. Схемы установок регазификации

Рисунок А. 1 Модель 119846

Рисунок А. 3. Схема патента SU 1176137

Рисунок А. 4. Схема модели 69965

Рисунок А. 5 Схема модели 68073

Рисунок А. 6. Схема модели СА2208818

Рисунок А. 8. Способ совмещения регазификации СПГ с фракционированием и ТЭЦ

20080307789 А1)

Рисунок А. 9. Способ регазификации и фракционирования СПГ (патент ^ 3405530 А

Рисунок А. 10. Схема модели 92144

Рисунок А. 11. Схема модели CN 101238322 В

Рисунок A. 12. Схема модели DE 102010056585 A1

Рисунок A. 13. Схема модели JP S5773299A

Рисунок А. 14. Схема модели ^5471422А

Приложение Б. Расчетные модели и алгоритмы

Погружной

змеевик

(ЭС^)

Рисунок Б. 1. Схема с погружным змеевиком

Параметры эффективности

Эксергетический КПД 22 %

Погружной змеевик с ГТ (БСУ+ОТ)

■Г Выхлопные газы

Ванна змеевика

СПГ

»О

N0

Змеевик

Параметры зффеспяност

ПГв ВХ-1

Воз]|у7| ГТ

фш.

14

К-100

К-101

К-102

Я*

Енагр

Е-101

к-

Отраб.

_50£3

оги. ПГ

1 К-103 вГГ

Е101

*—-

Е-К-103

ПГ

Евых

Рисунок Б. 2. Расчетная модель установки с погружным змеевиком и ГТГ (БСУ+ОТ)

Параметры эффективности

Эксергетический КПД 41,2 %

Цикл Ренкина (ОРС+СГ)

Воздух ^

Е-103

ей11-

ГТчсэиера гоое*-хя

105

К-1

14

18

ЕыХЛОПчев газы

К-2

К-3

£

8 19

-Г'

Р-1

Е-104

Свпаоа-ов газ«

О-раб к^а

эг

спг

4- 101 1

_ 'Е-101 17 \ А

ТД-1

Павауч^оы

Е-102

"X

пг

л

Евых

10 Топп ПГ»

ГТ

Рисунок Б. 3. Расчетная модель установки с органическим циклом Ренкина и ГТГ

Цикл

Брайтона (СВС+СТ)

Воздух

[¡V

9-1 С

сйн

ГТ-Камера горения

тс-гт

К-102

105

13

К-103

К-104

К-1

гф

101 Е-101

спг

еЬ-

10

♦

Е-100

О

тд-1

102

17

в

Е-103

15

КЗ

О

«--«I

¿5

Выхлоп«!? газы

Сепаратор выхлопных газов

Отраб. вода

Параметры эффективности

Эксергетический КПД 52,6 %

Параметры »ффесивности

Л

Евых

оо ю

ПГ

Топл. ПГ вГТ

Рисунок Б. 4. Схема с циклом Брайтона и газотурбинным генератором

Рисунок Б. 5. Расчетная модель установки регазификации с ВРУ, газотурбинным генератором и органическим циклом Ренкина

1 арэ метры эффггйюгх

ЭксергетическАи КПД 14.91 %

Тэм»е-ры

Т-1

слг

Теуоерэтуры

Э-еуетичесме

потом

ТД-1 34 45 М

Р-1 2.367 М

ЭН-1 •ОД91ЫМ2 М

Епсго 10,00 М

Ем л 21.62 т

•1050

0.9750

-1097

-1026

СДх-г

Епсгр

9

КТД-д

Л-

КПДн Еэ-КПДр Ер'

I-*У ЕёЬК

Т-6

-мо:

1000 т>

Т

ну.

С1 фаз

Д/ГР

00

Рисунок Б. 6. Расчетная модель установки регазификации с открытым циклом Ренкина

Рисунок Б. 7 Алгоритм расчета установки регазификации с циклом Ренкина

Приложение В. Результаты расчета капитальных и операционных

затрат

Компонентный состав газа

Мкал/кг МДж/кг Молек. масса комп. Мол.. % Масс. %

Метан 13.284 55.55 16 93 87.27

Этан 12.400 51.86 30 6.5 11.44

Пропан 12.030 50.31 44 0.5 1.29

Изобутан 11.810 49.39 58 0 0.00

Н-Бутан 11.830 49.47 58 0 0.00

Изопентан 11.600 48.51 72 0 0.00

Азот 0 0.00 28 0 0.00

Массовые и энергетические потоки

Мол. масса газа 17,05 КНУ1 газа, кДж/кг 55063,2 КНУ5 газа, кДж/ нм3 41912,0

Объемный расход газа, нм3/ч 1 КНУ2 газа, ВТи/кг 52187,7

Массовый расход газа, кг/ч 0,76 КНУЗ газа, кВт-ч/ кг 15,3

Молярный расход газа, кмоль/ч 0,04 КНУ4 газа, ВТи/фут3 1124,8

Стоимости

ПГ, US$/MMBTU 4.5 ПГ, $/т 245,0 СПГ (Катар), $/т 219,7

ПГ, £/ кВт-ч [88] 0.0089 ПГ, £/т 136,0 СПГ (Катар), £/т 122,0

СПГ (Катар), US$/MMBTU 4.21

Таблица В. 1. Оценка стоимости и теплотворной способности газа в сетях

Сырье Стоимость (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Продукты Стоимо сть (£/т или £/кВт-ч ) Ден. поток (£/ч) Разница (£/ч)

Воздух, т/ч 0 0 0 Ь№, т/ч 0 225 0 0

- 0 0 0 ьох, т/ч 0 160 0 0

СПГ, т/ч 169 122,06 20628 ПГ, т/ч 166,8 136,13 22709 2081

Эл/эн-я, кВт 180 0,027 4,86 Эл/эн-я, кВт 0 0.027 0 -5

Итого 20633 Итого 22709 2076

Затраты на сырье, £/год 163395102, 9 Доход от сбыта, £/год 179833120, 2 Удельная валовая прибыль, £/т 12,3

Таблица В. 2. Способ с погружным змеевиком (SCV)

Сырье Стоимость (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Продукты Стоимо сть (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Разница (£/ч)

Воздух, т/ч 0 0 0 т/ч 0 225 0 0

- 0 0 0 ьох, т/ч 0 160 0 0

СПГ, т/ч 176 122,06 21523 ПГ, т/ч 173,2 136,13 23577 2054

Эл/эн-я, кВт 0,027 0 Эл/эн-я, кВт 12110 0,027 327 327

Итого 21523 Итого 23904 2381

Затраты на сырье, £/год 170441847,1 Доход от сбыта, £/год 189300093,1 Удельная валовая прибыль, £/т 13,5

Таблица В. 3. Способ с погружным змеевиком и газотурбинным генератором

Сырье Стоимость (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Продукты Стоимо сть (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Разница (£/ч)

Воздух, т/ч 0 0 0 LN2, т/ч 0 225 0 0

- 0 0 0 LOX, т/ч 0 160 0 0

СПГ, т/ч 111 122,06 13524 ПГ, т/ч 107,6 136,13 14641 1116

Эл/эн-я, кВт 0,027 0 Эл/эн-я, кВт 2412 0 0,027 651 651

Итого 13524 Итого 15292 1767

Затраты на сырье, £/год 107100077, 5 Доход от сбыта, £/год 121096843, 6 Удельная валовая прибыль, £/т 16,0

Таблица В. 4. Способ с газотурбинным генератором и циклом Ренкина

Сырье Стоимость (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Продукты Стоимо сть (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Разница (£/ч)

Воздух, т/ч 0 0 0 LN2, т/ч 0 225 0 0

- 0 0 0 LOX, т/ч 0 160 0 0

СПГ, т/ч 141 122,06 17227,7 ПГ, т/ч 136,8 136,13 18625 1397

Эл/эн-я, кВт 0,027 0 Эл/эн-я, кВт 3502 0 0,027 946 946

Итого 17227,7 Итого 19571 2343

Затраты на сырье, £/год 136426939, 8 Доход от сбыта, £/год 154980680, 6 Удельная валовая прибыль, £/т 16,6

Таблица В. 5. Способ с газотурбинным генератором и циклом Брайтона

Сырье Стоимость (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Продукты Стоимо сть (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Разница (£/ч)

Воздух, т/ч 80 0 0 LN2, т/ч 16,7 225 3758 3758

- 0 0 0 LOX, т/ч 31,87 160 5099 5099

СПГ, т/ч 281 122,06 34299 ПГ, т/ч 276,7 136,13 37667 3368

Эл/эн-я, кВт 0,027 Эл/эн-я, кВт 1544 0 0,027 417 417

Итого 34299 Итого 46940 12641

Затраты на сырье, £/год 271616622, 4 Доход от сбыта, £/год 371722375, 4 Удельная валовая прибыль, £/т 45,0

Таблица В. 6. Способ комбинирования регазификации с BPY(ASU+GT+ORC)

Сырье Стоимость (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Продукты Стоимо сть (£/т или £/кВт-ч) Ден. поток (£/ч) Разница (£/ч)

Воздух, т/ч 0 0 0 С3+, т/ч 183,5 360 66060 66060

- 0 0 0 С2, т/ч 14,8 128 1894 1894

СПГ, т/ч 1139 122,06 139027 ПГ, т/ч 866,5 136,13 117955 -21072

Эл/эн-я, кВт 0 0,027 0 Эл/эн-я, кВт 5410 00 0,027 14607 14607

Итого 139027 Итого 200517 61489

Затраты на сырье, £/год 110096559 8 Доход от сбыта, £/год 158790005 5 Удельная валовая прибыль, £/т 54,0

Таблица В. 7. Способ регазификации с получением СУГ (IRP)

Обозначение на схеме модели Е-102 Е-101 Е-103 Е-104

Тип Кож./тр. Кож./тр. Секционн. с оребр. тр. Секционн. с оребр. тр.

Лог. перепад температур, °С 43.5 30 654 23

Тепловая нагрузка, кВт 11270 9217 4544 29130

Площадь теплоотдачи гладких трубок, м2 1,320 1,190 66 7,119

Давление в кожухе, бар (и) 2 2 0.008 0.006

Давление в трубках, бар (и) 100 100 400 400

Фактор давления 1.03 1.03 2.93 2.93

Материал трубного пакета Нерж. сталь Нерж. сталь Сг-Мо сплав Сг-Мо сплав

Материал кожуха Нерж. сталь Нерж. сталь Углер.сталь Углер. сталь

Фактор материала 2.7 2.7 1.7 1.7

Длина трубного пакета, м N/4 N/4 N/4 N/4

Фактор длины трубного пакета N/4 N/4 N/4 N/4

Полная стоимость, $ 255,821 231,764 163,035 1,060,308

Суммарная стоимость, $ 1,710,928

Таблица В. 8. Стоимость теплообменной аппаратуры способа ORC

Насос ГТГ Т/детандер

Расход, м3/ч 156 Мощность, кВт 11960 Мощность, кВт 13370

Расход, галл/мин 687 Мощность, л.с. 16373 Мощность, л.с. 18303

Напор, м 2596 БОВ- стоимость (2005), $ 3827725 БОВ- стоимость (2005), $ 1797615

Напор, фут 8517 Эл./ген-р Эл./ген-р

S-размерный фактор 63389 Мощность, кВт 11960 Мощность, кВт 13370