Створення сучасних високоефективних систем є ключовим пріоритетом для нергетичного сектору України. Метою проведеного дослідження є охолоджуючі технологічні потоки газових і нафтових підприємств, у тому числі апарати повітряного охолодження, системи охолодження води та холодильні системи для конкретних холодоагентів. Схема холодильної установки з розділенням холодоагенту на фракції була модифікована для того, щоб збільшити охолоджуючу здатність, знизити температуру кипіння холодоагенту і підвищити коефіцієнт вилучення цільових вуглеводнів від потоку попутного газу. Показано, що температура охолодження попутного нафтового газу відіграє важливу роль у процесі низькотемпературної конденсації. Було запропоновано два режими роботи для холодильної системи: постійний, при якому концентрація суміші холодоагенту не змінюється, і динамічний, при якому концентрація суміші холодоагенту залежить від температури навколишнього середовища. На основі аналізу втрат ексергії була визначена оптимальна концентрація суміші холодоагенту пропан / етан для обох режимів роботи холодильної системи. На підставі проведеного пінч-аналізу була модифікована холодильна установка з розділенням холодоагенту на фракції. У схему були додані додаткові рекуперативні теплообмінники для утилізації теплоти. Реалізовані заходи щодо збільшення масової витрати холодоагенту через другу секцію відцентрового холодильного компресора від 22,5 до 25 кг/с, не порушуючи узгоджений режим роботи секцій компресора
Design of modern high-efficient systems is a key priority for the Energy Sector of Ukraine. The cooling technological streams of gas and oil refineries, including air coolers, water cooling and refrigeration systems for specific refrigerants are the objectives of the present study. Improvement of the refrigeration unit with refrigerant separation into fractions is mandatory in order to increase cooling capacity, lowering the boiling point of coolant and increasing the coefficient of target hydrocarbons extraction from the associated gas flow. In this paper it is shown that cooling temperature plays significant role in low-temperature condensation process. Two operation modes for refrigeration unit were proposed: permanent, in which the concentration of the refrigerant mixture does not change and dynamic, in which the concentration of refrigerant mixtures depends on the ambient temperature. Based on the analysis of exergy losses the optimal concentration of refrigerant mixtures propane/ethane for both modes of operation of the refrigeration unit has been determined. On the basis of the conducted pinch-analysis the modification of refrigeration unit with refrigerant separation into fractions was developed. Additional recuperative heat exchangers for utilization heat were added to the scheme. Several important measures to increase the mass flow rate of refrigerant through the second section of the refrigeration centrifugal compressor from 22.5 to 25 kg/s without violating the agreed operational mode of the compressor sections were implemented.
Keywords: propane/ethane; refrigerant mixture; exergy losses; centrifugal compressor; refrigerant concentration; refrigerant fractionation; pinch analysis; low-temperature condensation.
Создание современных высокоэффективных систем является ключевым приоритетом для Программы энергетической стратегии Украины на период до 2030 года. Целью проводимого исследования являются охлаждающие технологические потоки газовых и нефтяных предприятий, в том числе аппараты воздушного охлаждения, системы охлаждения воды и холодильные системы для конкретных хладагентов. Схема холодильной установки с разделением хладагента на фракции была модифицирована для того, чтобы увеличить охлаждающую способность, снизить температуру кипения хладагента и повысить коэффициент извлечения целевых углеводородов от потока попутного газа. Показано, что температура охлаждения попутного нефтяного газа играет важную роль в процессе низкотемпературной конденсации. Было предложено два режима работы для холодильной системы: постоянный, при котором концентрация смеси хладагента не изменяется, и динамичный, при котором концентрация смеси хладагента зависит от температуры окружающей среды. На основе анализа потерь эксергии была определена оптимальная концентрация смеси хладагента пропан/этан для обоих режимов работы холодильной системы. На основании проведенного пинч-анализа была модифицирована холодильная установка с разделением хладагента на фракции. В схему были добавлены дополнительные рекуперативные теплообменники для утилизации теплоты. Реализованы меры по увеличению массового расхода хладагента через вторую секцию центробежного холодильного компрессора от 22,5 до 25 кг/с, не нарушая согласованный режим работы секций компрессора.
Ключевые слова: пропан/этан; смесь хладагента; потери эксергии; центробежный компрессор; концентрация хладагента; фракционирование хладагента; пинч-анализ; низкотемпературная конденсация.
