Г.К. Лавренченко, А.В. Копытин
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
Совершенствование углекислотных установок напрямую связано с повышением эффективности применяемых в них процессов, способов и схем. Рассмотрены два типа углекислотных станций, использующих природный газ: с традиционным технологическим построением; с новыми схемами, в которых применяются процессы когенерации и тригенерации. Обоснованы направления снижения энергетических затрат в установках традиционного типа. На их основе можно проводить модернизацию и реконструкцию существующих углекислотных станций. Показано, что при использовании дымового газа от
постороннего источника, например, котельной установки, углекислотная станция для
производства прежнего количества низкотемпературного жидкого диоксида углерода
будет расходовать, как минимум, на 30 % меньше природного газа. Включение когенерационной установки в состав углекислотной станции позволит одновременно производить
кроме жидкого диоксида углерода, электроэнергию и теплоту. Утилизация тепловых
потоков в такой углекислотной станции может осуществляться в паротурбинной установке, генерирующей дополнительно до 40 % электроэнергии. Удаление кислорода из
дымовых газов и полная осушка и очистка отбросного потока из абсорбера позволяет
получить чистый газообразный азот как дополнительный продукт. Эксергетический
КПД предложенного энерготехнологического комплекса достигает 40 %, т.е. в 10 раз
превышает его значение для традиционных углекислотных станций.
Ключевые слова: Диоксид углерода. Углекислотная установка. Абсорбент. Моноэтаноламин. Метилдиэтаноламин. Природный газ. Углекислотный компрессор. Цикл среднего
давления. Цикл высокого давления. Экономия природного газа. Электроэнергия. Теплота.
Утилизация теплоты. Абсорбционная холодильная машина. Паротурбинная установка.
Эффективность. Эксергетический КПД.
G.K. Lavrenchenko, A.V. Kopytin
INCREASE OF ENERGOTECHNOLOGICAL EFFICIENCY
OF MANUFACTURING AND USING OF CARBON DIOXIDE
Perfection of carbon dioxide plants is directly connected with increase of efficiency of processes
used in them, methods and circuits. Two types of carbon dioxide stations using natural gas are
considered: with traditional technological construction; with new circuits in which processes of
cogeneration and three-generation are applied. Directions of decrease of power expenses in
plants of traditional type are proved. On their basis is possible to spend modernization and reconstruction
of existing carbon dioxide stations. It is shown that at use of combustion gas from
an extraneous source, for example, boiler plant, carbon dioxide station for manufacture of former
quantity of low-temperature liquid carbon dioxide will spend, at least, on 30 % less than
natural gas. Including of cogeneration plant in structure of carbon dioxide stations will allow to
make simultaneously liquid carbon dioxide, electric power and heat. Recycling of thermal
streams in such carbon dioxide stations can realise in steam-turbine station, enables to generate
up to 40 % of additional electric power. Removal of oxygen from combustion gases, full dewatering
and clearing of waste stream from an absorber allows to receive pure gaseous nitrogen as an
additional product. Exergic efficiency of offered energotechnological complex reaches 40 %, i.e.
in 10 times exceeds its value for traditional carbon dioxide station.
Keywords: Carbon dioxide. Carbon dioxide plant. Absorbent. Monoethanolamine. Methyldiethanolamine.
Natural gas. Carbon dioxide compressor. Cycle of average pressure. Cycle of
high pressure. Economy of natural gas. Electric power. Heat. Recycling of heat. Absorption
refrigerating machine. Steam-turbine plant. Efficiency. Exergic efficiency.
Г.К. Лавренченко, С.Г. Швец
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕТАНДЕР-
КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ В КРИОГЕННЫХ УСТАНОВКАХ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ
Стремление снизить энергозатраты на получение криопродуктов приводит к разработке более эффективных технологических схем и нового машинного оборудования. С этой
целью в современных криогенных установках применяют детандер-компрессорные агрегаты (ДКА), позволяющие использовать энергию расширения части воздуха для повышения его давления в компрессорной ступени. Включение ДКА в состав криогенных установок оправдано в тех случаях, когда реализуются циклы низкого давления. В установках
среднего и высокого давлений, как показано в статье, следует применять двухступенчатое расширение. Описана схема ожижителя с ДКА, представляющим собой объединённые в один агрегат компрессорную и две детандерные ступени. Компрессорная ступень
используется для повышения давления перед детандером низкого давления, т.е. для сжатия потока после детандера высокого давления. Показано, что в предложенной схеме с
ДКА коэффициент ожижения на 34,2 % выше, чем в цикле Клода. Для таких криогенных
установок ДКА необходимо создавать на основе многовальной конструкции с компрессорной ступенью в виде многоступенчатого компрессора.
Ключевые слова: Криогенная установка. Детандер-компрессорный агрегат. Ожижитель
воздуха. Двухступенчатое расширение. Компрессорная ступень. Многоступенчатое
сжатие. Многовальная конструкция.
G.K. Lavrenchenko, S.G. Shvets
RESEARCH OF OPPORTUNITIES FOR AN EFFECTIVE UTILIZATION OF EXPANDERCOMPRESSOR
UNITS IN CRYOGENIC PLANTS OF AVERAGE PRESSURE
The tendency to lower power inputs on reception cryoproducts results for development of more
effective technological circuits and new machine equipment. With that view to modern cryogenic
plants apply expander-compressor unit (ECU), allowing to use energy of expansion of air' part
for increase of its pressure in compressor step. Includion ECU in structure of cryogenic plants is
justified when cycles of low pressure are realized. In plants of average and high pressure as
shown in article it is necessary to apply two-stage expansion. The circuit of liquefier with ECU
representing incorporated in one unit compressor and two expander steps is described. The
compressor step is used for increase of pressure before expander of low pressure, i.e. for compression
of stream after expander of high pressure. It is shown that in the offered circuit with
ECU the factor of liquefaction on 34,2 % is higher than in Claude's cycle. ECU for such cryogenic
plants is necessary to create on a basis of multiple construction with compressor step as
the multistage compressor.
Keywords: Cryogenic plant. Expander-compressor unit. Air liquefaction. Two-stage expansion.
Compressor step. Multistage compression. Multiple construction.
Г.К. Лавренченко, А.В. Копытин, А.Ю. Федчун
КОМПРЕССОРНО-НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ С АММИАЧНЫМИ ХОЛОДИЛЬНЫМИ
МАШИНАМИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО СО2
И ПОДАЧИ ЕГО НА СИНТЕЗ КАРБАМИДА
Диоксид углерода используется для производства карбамида. Его сжимают в многоступенчатом компрессоре до давления 15 МПа и подают в агрегат синтеза карбамида.
Удельный расход энергии на сжатие диоксида углерода компрессором достигает 0,16
кВт⋅ч/кг. Более выгодным может быть применение новых компрессорно-насосных установок ожижения и сжатия диоксида углерода. Рассматриваются установки с аммиачной компрессорной холодильной машиной для ожижения CO2 и подачи его на синтез карбамида при давлении 15 МПа. Удельный расход энергии в такой установке — 0,118
кВт⋅ч/кг. В случае применения абсорбционной водоаммиачной холодильной машины для
ожижения CO2 удельные затраты могут быть снижены до 0,09 кВт⋅ч/кг. Показано, что
установки могут увеличить мощность агрегата с 1400 до 2000 т/сут. карбамида. Дальнейшее совершенствование установок позволит полностью обеспечить диоксидом углерода агрегат для производства 2000 т/сут. карбамида.
Ключевые слова: Аммиак. Диоксид углерода. Карбамид. Компрессорно-насосная установка. Аммиачная компрессорная холодильная машина. Абсорбционная водоаммиачная холодильная машина. Компримирование. Эффективность. Удельные энергозатраты.
G.K. Lavrenchenko, A.V. Kopytin, A.Yu. Fedchun
COMPRESSOR-PUMP UNITS WITH AMMONIAC REFRIGERATING MACHINES
FOR MANUFACTURE LIQUID CO2 AND ITS FEEDING ON SYNTHESIS OF UREA
Carbon dioxide is used for manufacture of urea. It compress in the multistage compressor up to
pressure 15 МPа and feed to unit of synthesis of urea. The specific power inputs for compression
carbon dioxide by compressor achieves 0,16 kW⋅h/kg. Most favourable is application of new
compressor-pump units for liquefaction and compression carbon dioxide. Unit with ammoniac
refrigerating machine for liquefaction CO2 and its feeding on synthesis of urea are considered at
pressure 15 МPа. The specific power inputs at such unit is 0,118 kW⋅h/kg. In case of application
of absorptive water-ammoniac refrigerating machine for liquefaction CO2 the specific power inputs
can be reduced up to 0,09 kW⋅h/kg. It is shown that plants can increase capacity of unit with
1400 up to 2000 TPD of urea. The further perfection of plant will allow to completely provide by
carbon dioxide the unit for manufacture 2000 TPD of urea.
Keywords: Ammonia. Carbon dioxide. Urea. Compressor-pump unit. Ammoniac compressor refrigerating
machine. Absorptive water-ammoniac refrigerating machine. Compressed. Efficiency.
Specific power inputs.
И.Ф. Кузьменко, И.М. Морковкин, Ю.И. Духанин, К.В. Безруков
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ КРИОГЕННЫХ ГЕЛИЕВЫХ СИСТЕМ
Практическое использование сверхпроводников в уникальных комплексах для проведения
фундаментальных исследований в области управляемого термоядерного синтеза и физики высоких энергий обусловило создание ОАО «Криогенмаш» крупных криогенных гелиевых систем. Были также разработаны и построены различные криогенные системы для
перспективных объектов электроэнергетики. Рассмотрены теоретические предпосылки,
логические построения и исторический опыт развития и создания гелиевых систем криогенного обеспечения объектов со сверхпроводящими устройствами. В основу были положены подходы и идеи П.Л. Капицы, заложенные и реализованные им ещё в 30-ых годах
прошлого века и получившие убедительное теоретическое обоснование в его более поздних работах. На основе этих работ под руководством В.П. Белякова в ОАО «Криогенмаш» были развернуты обширные исследования и конструкторские разработки, завершившиеся созданием ряда уникальных систем криогенного обеспечения в ведущих научных
центрах страны. В процессе этих работ сформировалась концепция построения систем
криогенного обеспечения, правильность которой подтверждается также опытом последнего десятилетия.
Ключевые слова: Ожижитель гелия. Гелиевый рефрижератор. Система криогенного
обеспечения. Сверхпроводимость. Удельный расход энергии. Потери от необратимости.
Избыточный обратный поток. Одноконтурная и двухконтурная системы охлаждения.
Контур циркуляции. Регулирование холодопроизводительности.
I.F. Kuzmenko, I.M. Morkovkin, Yu.I. Duhanin, K.V. Bezrukov
SCIENTIFIC AND TECHNICAL BASES FOR DEVELOPMENT
OF CRYOGENIC HELIUM SYSTEMS
The creation by JSC «Cryogenmash» the large cryogenic helium systems has caused by practical
use of superconductors at creation of unique complexes for carrying out of basic researches in
the field of controlled thermonuclear synthesis and high-energy physics. Also various cryogenic
systems for perspective objects of electric power industry have been developed and constructed.
Theoretical preconditions, logic constructions and historical experience of development and
creation of helium systems of cryogenic maintenance of objects with superconducting devices are
considered. Approaches and ideas by P.L. Kapitsa which incorporated and realized by him even
in 30 years of the last century and has received a convincing theoretical substantiation in his
later works have been put in a basis. On the basis of these works under management by V.P.
Belyakov in JSC «Cryogenmash» an extensive researches and design development which were
come to the end with creation of some unique systems of cryogenic maintenance in leading science
institutes of the country have been developed. During these works the concept of systems'
construction of cryogenic maintenance was generated which correctness also proves to be true
by experience of last decade.
Keywords: Helium liquefier. Helium refrigerator. System of cryogenic maintenance. Superconductivity.
Specific power consumption. Losses from irreversibility. Superfluous return stream.
One-planimetric and two-planimetric systems of cooling. Contour of circulation. Regulation of
refrigerating capacity.
Э.Г. Братута, А.Н. Ганжа, Н.А. Марченко
МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЕЙ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
Разработаны математические модели и методики для анализа характеристик воздухоохладителей с учётом особенностей их эксплуатации. Исследовано влияние на эффективность аппарата количества заглушенных труб в связи с их загрязнением из-за неудовлетворительного качества циркуляционной воды. Разработаны методики определения
эффективности воздухоохладителей компрессоров, позволяющие проводить их многопараметрическую оптимизацию. Целевой функцией в задаче оптимизации является удельная цена потребления. С помощью введённой обобщённой экономической характеристики
определяются оптимальные расходы воды и конструктивные размеры аппаратов с учётом условий эксплуатации, соответствующие минимуму целевой функции.
Ключевые слова: Компрессорная станция. Компрессор. Воздухоохладитель. Сжатый
воздух. Технические газы. Охлаждающая вода. Эффективность. Системный анализ. Оптимизация.
E.G. Bratuta, A.N. Ganzha, N.A. Marchenko
MULTIPARAMETRIC OPTIMIZATION OF AIR COOLERS OF COMPRESSOR UNITS
The mathematical models and methods for analysis of air coolers taking into account peculiarity
operation are making. The influence on efficiency of the device of number dead-end tubing because
of its pollutions over unsatisfactory quality of circulating water is researching. The methodic
for definition of efficiency of air coolers of the compressors are developed, allowing to
carry out their multiparametric optimization. The criterion function in optimization is minimum
of specific consumption price. The optimal consumptions of water and gas through device are
specified by means of introduced economic characteristic.
Keywords: Compressor station. Compressor. Air cooler. Compressed air. Industrial gases. Cooling
water. Effectiveness. System analyses. Optimization.
А.В. Смирнов, Н.П. Гринь, А.В. Шаповалов, А.Г. Кобыляков, А.В. Чёрный
КОМПРЕССОРЫ ДЛЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА: ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРОИЗВОДИМЫХ МОДЕЛЕЙ И НАПРАВЛЕНИЯ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Сумское НПО им. М.В. Фрунзе изготовило и поставило для производств карбамида более
40-ка компрессорных установок, сжимающих диоксид углерода до 200 кгс/см². Все установки работают до настоящего времени, но требуют модернизации или замены новыми.
Изготовителем этих установок за последние годы накоплены проверенные конструкторские решения, которые можно внедрять в ещё работающие такие установки или воплощать во вновь изготавливаемые.
Ключевые слова: Диоксид углерода. Поршневой компрессор. Давление. Охлаждение.
Смазка. Уплотнения. Поршень. Цилиндр. Клапаны. Надёжность.
A.V. Smirnov, N.P. Grin, A.V. Shapovalov, A.G. Kobyljakov, A.V. Cherniy
COMPRESSORS FOR CARBON DIOXIDE: CHARACTERISTICS
OF MODELS AND DIRECTIONS OF THEIR PERFECTION
JSC «Sumy Frunze NPO» has made and put for manufactures of urea more than 40 compressor
units for compressing of carbon dioxide up to 200 kgh/cm2. All units work till now, but modernization
or replacement by new demand. The manufacturer of these units for last years saves up
the checked up design decisions which can be introduced in even working such units or to realize
in again made.
Keywords: Carbon dioxide. Piston compressor. Pressure. Cooling. Greasing. Condensation. Piston.
Cylinder. Valves. Reliability.
Н.В. Павлов, В.А. Чадымов, В.В. Портянкин
УНИФИЦИРОВАННЫЕ ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ РАМПЫ ШКАФНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ
Многочисленные потребители используют малые количества сжатых технических газов.
Часто им требуется несколько видов газов. Для таких потребителей предлагаются различные типы газоразрядных рамп, которые изготавливаются в виде шкафов. Они объединены по большому количеству признаков в унифицированный ряд. Излагаются общие
признаки классификации рамп. Приводится алгоритм формирования кода конкретного
типа рампы для выбора её из широкого унифицированного ряда, включающего в себя более тысячи вариантов.
Ключевые слова: Технические газы. Газоразрядные рампы. Баллоны. Сжатые газы. Безопасность. Унификация. Алгоритм формирования кода.
N.V. Pavlov, V.A. Chadymov, V.V. Portjankin
UNIFIED GAS-DISCHARGE RAMPS AS A BOXES FOR INDUSTRIAL GASES
Numerous consumers use small amounts of the compressed industrial gases. Frequently they
need some kinds of gases. For such consumers the various types of discharge ramps which are
made as boxes are offered. They are incorporated on attributes into the unified line. The common
attributes of classification of ramps are stated. The algorithm of code formation for concrete
type of ramps for its choice from wide unified types including more of thousand of variants
is resulted.
Keywords: Industrial gases. Gas-discharge ramps. Cylinders. Compressed gases. Safety. Unification.
Algorithm of code formation.
Д.Х. Харлампиди
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНОЙ СЛОЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ СОВЕРШЕНСТВО ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК
На основе разработанной методики системно-структурного анализа парокомпрессорных
термотрансформаторов исследовано влияние и выявлена закономерность изменения потерь от необратимости в элементах теплонасосных установок, имеющих различный
уровень структурной сложности технологической схемы.
Ключевые слова: Теплонасосная установка. Коэффициент структурных связей. Потери
от необратимости.
D.Kh. Kharlampidi
INFLUENCE OF STRUCTURE COMPLEXITY OF TECHNOLOGICAL SCHEME
ON THE THERMODYNAMIC EFFICIENCY OF HEAT PUMP INSTALLATION
On the basis of the developed methodology for system-structure analyze of vapor-compression
thermotransformer influence of the irreversibility loses have been investigated in the elements of
heat pumps installations which have different structure complexity of technological scheme.
Keywords: Heat pump installation. Coefficient of structure bonds. Irreversibility loses.
А.А. Вассерман, В.П. Мальчевский
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИКЛА ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
ПРИ РАБОТЕ НА СМЕСЯХ R23/R744 И R41/R744
Проанализировано термодинамическое поведение смесей R23/R744 и R41/R744 в состоянии насыщения. Установлено, что разность температур насыщенных пара и жидкости
на изобарах для четырёх значений состава не превышает 2 К. Представлены зависимости этой разности температур от давления и температуры в интервалах от 0,1 до 5,5
МПа и от 185 до 310 К. Рассчитаны характеристики цикла одноступенчатой холодильной машины при использовании указанных смесей как рабочих тел.
Ключевые слова: Cмеси R23/R744 и R41/R744. Термодинамическое поведение. Состояние
насыщения. Холодильная машина. Характеристики цикла.
A.A. Vasserman, V.P. Malchevskiy
CHARACTERISTICS OF CYCLE OF ONE-STEP REFRIGERATING MACHINE
WORKING ON MIXTURES R23/R744 AND R41/R744
The thermodynamic behavior of mixtures R23/R744 and R41/R344 at saturation state was analysed.
It was established that the difference of temperatures of saturated vapor and liquid on isobars
for four values of composition not exceed 2 K. The dependences of these temperatures’ difference
from pressure and temperature are presented in intervals from 0,1 up to 5,5 MPa and
from 185 to 310 К. The characteristics of cycle of one-step refrigerating machine using mentioned
mixtures as working media were estimated.
Keywords: Mixtures R23/R744 and R41/R744. Thermodynamic behavior. Saturation state.
Refrigerating machine. Characteristics of cycle.
