Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

Термодинамічний аналіз схем повітророзподільних установок для отримання газоподібного кисню під тиском

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Г. К. Лавренченко
http://orcid.org/0000-0002-8239-7587
М. Б. Кравченко
http://orcid.org/0000-0002-9310-2166
Б. Г. Грудка
http://orcid.org/0000-0003-1200-5442

Анотація

Різні споживачі (металургія, великотоннажна хімія, енергетика, медицина і т.п.) потребують газоподібний кисень, стиснений до тисків 0,6...16 МПа. У першій половині 20-го століття створювали кріогенні повітророзподільні установки (ПРУ), в яких вироблений газоподібний кисень на виході з блоку розділення стискувався в кисневому компресорі (поршневому або відцентровому) до необхідного тиску. Після появи кріогенних насосів кисень стали стискати в них, а потім газифікувати з використанням теплоти потоку переробляємого повітря. На перший погляд ця схема здавалася досить ефективною, хоча і не позбавленою деяких недоліків. Проведено термодинамічний аналіз повітророзподільних установок для отримання газоподібного кисню під тиском. Виконано порівняння показників ПРУ, які працюють за схемою із стисненням продукційного кисню в компресорі і зі стисненням в насосі рідкого кисню з наступним нагріванням до температури навколишнього середовища в основному теплообміннику. В результаті проведеного аналізу виведено безрозмірний критерій, фізичний зміст якого полягає в тому, що він показує відношення роботи, що витрачається в кисневому компресорі до додаткової роботи, яку необхідно затратити для компенсації термодинамічних втрат, пов'язаних з роботою насоса рідкого кисню. Розглянуто приклад використання отриманих співвідношень для аналізу ПРУ, що працює по циклу середнього тиску і призначеної для отримання газоподібного кисню під тиском 16 МПа. Термодинамічний аналіз такої установки показує, що витрата енергії на стиснення кисню в схемі з насосом може бути в 1,5 рази менше витрати енергії при використанні кисневого компресора. Аналіз ПРУ низького тиску показав, що при тиску продукційного кисню нижче 7-8 МПа схеми з насосом рідкого кисню більш ефективні, ніж традиційні схеми із стисненням продукційного кисню в компресорі. При тиску продукційного кисню вище 7-8 МПа енергетично вигідніше стає схема з кисневим компресором.

Ключові слова:
Кисень, Повітророзподільна установка, Кріогенний цикл, Компресор, Кріогенний насос

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Лавренченко, Г. К., Кравченко, М. Б., & Грудка, Б. Г. (2019). Термодинамічний аналіз схем повітророзподільних установок для отримання газоподібного кисню під тиском. Refrigeration Engineering and Technology, 55(2), 109-120. https://doi.org/10.15673/ret.v55i2.1360
Розділ
ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ТА МОДЕЛЮВАННЯ

Посилання

1. Narinsky G.B. (1965). Thermodynamic analysis of the high-pressure air separation unit with a liquid oxygen pump. Chemical and petroleum engineering, 7, 9 12.
2. Air separation by deep cooling. Technology and equipment. In 2 volumes. (1973). Edited by V.I. Epifanova, L.S. Axelrod. T. 1. Thermodynamic principles of air separation, circuits and devices for air separation plants. M.: Mechanical Engineering, 468.
3. Skorodumov B.A., Karpov V.N., Pisarev Yu.G. (2002). Air separation plants of new generation. Industrial gases, 4, 23-30.
4. Pisarev Yu.G., Tarasova E.Yu., Lyapin A.I. (2008). Characteristic of air separation plant of new generation entered into operation in close JSC «Severodonetsk Azot Association». Industrial gases, 5, 31-37.
5. Skorodumov B.A., Karpov V.N., Pisarev Yu.G., Provorny L.S. (2002). Modernization of JSC “Cryogenmash” air separation plants in operation. Industrial gases, 4, 42-50.
6. Purtov S.N., Tarasova E.Yu. (2009). Air separa-tion plants for production of technological oxygen. Industrial gases, 2, 38-46.
7. Castle W. F. (2002). Air separation and liquefac-tion: Recent developments and prospects for the beginning of the new millennium. International Journal of Refrigeration, 25, 158 172. Doi: https://doi.org/ 10.1016/S0140-7007(01)00003-2
8. Dawson B.K., Siegmund S C., Yonggui Z. (2004). Flowsheet optimization for multi-product air separation units. The First Baosteel Annual Academic Conference, Shanghai, China, May 27-28, 2004.
9. Zhang Xiao-bin, Chen J., Yao L. et al. (2014) Research and development of large-scale cryogenic air separation in China. Journal of Zhejiang University-Science A (Applied Physics & Engineering), 15(5), 309 322. Doi: https://doi.org/10.1631/jzus.A1400063
10. Higginbotham P., White V., Fogash K. and Guvelioglu G. (2011) Oxygen supply for oxyfuel CO2 capture. International Journal of Greenhouse Gas Control, 4 (5), 194 203. Doi: https://doi.org/ 10.1016/j.ijggc.2011.03.007
11. Higginbotham P., Kalbassi M., Gibson S. (2012) Oxygen Supply for CO2 Capture by Oxyfuel Coal Combustion. Cryogenics 2012, IIR International Conference, Dresden, Germany, September 11–14, P. 178 182.
12. Alsultanny Y. A., Al-Shammari N. N. (2014) Oxygen Specific Power Consumption Comparison for Air Separation Units. Engineering Journal, 18 (2), 67 80. Doi: https://doi.org/10.4186/ej.2014.18.2.67