Том 112, № 3 (2023)
Научные обзоры
Криптон в современных системах хранения высокочистых газов
Аннотация
Криптон — ценный ресурс природы, имеющий большое значение для современной промышленности, медицины, науки. В статье рассматривается вопрос сохранения чистоты данного инертного газа различных марок, описаны основные процессы, которые могут оказать влияние на количество примесей в газе, освещен вопрос о применении криптона в настоящее время. Приведены экспериментальные данные, нацеленные на проработку вопросов о методике подготовки поверхностей перед контактом с высокочистым криптоном. В том числе проведена оценка количества примесей от времени подготовки тары для марки газа 5.8 и получены зависимости влагосодержания от метода подготовки и типа поверхности, которая находится в контакте с высокочистым газом. Кроме того, собрана статистика по наполнению тары аргоном марки 6.0 и ее предварительной подготовки. Для оценки параметров используются баллоны с различным типом поверхности как не бывшие в использовании, так и со сроком эксплуатации более 10 лет. В статье показано многообразие параметров, которые могут влиять на чистоту инертного газа. Благодаря данным, собранным в процессе экспериментов, становится возможным скорректировать требования к следующим работам.
Оригинальные исследования
Экспериментальное исследование характеристик активного теплоутилизатора при изменяющихся условиях эксплуатации
Аннотация
Цель работы — исследование активного теплоутилизатора СНАБ.065171.001-01 в качестве основного нагревателя системы вентиляции реального объекта. Подтверждение достоверности расчётной методики с помощью полученных экспериментальных данных.
Методы. Экспериментальные и расчетные методы, методика технико-экономической оценки активных теплоутилизаторов для определения характеристик устройства при изменении расходов воздуха и температурного режима эксплуатации. Испытания проведены на базе лаборатории систем жизнеобеспечения факультета низкотемпературной энергетики Университета ИТМО. Исследуемое оборудование было смонтировано в существующую систему вентиляции лаборатории. Система вентиляции лаборатории оборудована системой ступенчатого регулирования расхода воздуха. Система автоматизации позволяет установить пять фиксированных режимов работы приточного и вытяжного вентилятора без возможности плавного регулирования внутри диапазона расходов. Для измерения эксплуатационных параметров использовались поверенные средства измерения.
Результаты. Описаны результаты определения уточненных номинальных характеристик производительности, энергопотребления и коэффициента преобразования активного теплоутилизатора. Приведены результаты расчета эмпирических коэффициентов, необходимых для расчетного определения данных характеристик в произвольных условиях эксплуатации. Произведена верификация расчетной методики с проведением дополнительных экспериментов, относительное отклонение расчетного коэффициента преобразования от полученного экспериментально во всех экспериментах не превысило 3%.
Заключение. Определены номинальные характеристики встраиваемого воздушного теплоутилизатора СНАБ.065171.001-01 в реальных условиях эксплуатации. Результаты расчета эксплуатационных характеристик сопоставлены с результатами экспериментов.
Исследование эффективности ожижителя природного газа с циклом предварительного охлаждения на базе органического цикла Ренкина
Аннотация
Обоснование. Проведен технический и энергетический анализ работы малотоннажной установки сжиженного природного газа (СПГ) с циклом предварительного охлаждения на базе органического цикла Ренкина. На первом этапе расчета были выполнены моделирование и оптимизация цикла установки ожижения природного газа, работающей на смесевом хладагенте (СХА) с циклом предварительного охлаждения на базе пропановой парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ). Были определены основные технологические параметры, величины тепловых потоков процесса с учётом внешних условий. На втором этапе было проведено моделирование цикла предварительного охлаждения на базе органического цикла Ренкина (ОЦР), используя полученные величины тепловых потоков, относящихся к высокопотенциальным. Минимально возможная температура охлаждения была определена как точка пересечения требуемой холодопроизводительности и возможной холодопроизводительности системы ОЦР-ПКХМ. Получены и проанализированы данные об эффективности холодильных машин типа ОЦР-ПКХМ, работающих на природных хладагентах, оптимальных режимах, а также о применимости технологии в целом. Получены данные о возможной величине экономической выгоды от применения системы ОЦР-ПКХМ в сравнении с пропановой ПКХМ.
Цель работы — проанализировать возможность использования системы ОЦР-ПКХМ в качестве предварительного охлаждения автономной малотоннажной установки получения СПГ для снижения удельных затрат на производство СПГ.
Методы. В программной среде Aspen HYSYS было проведено моделирование циклов ожижения природного газа, циклов систем ОЦР-ПКХМ. Дальнейшая оптимизация и подбор оптимальных значений рабочих параметров проведены с помощью модуля Global Optimization Toolbox программного комплекса MATLAB.
Результаты. Определена величина экономической выгоды от использования системы ОЦР-ПКХМ в сравнении с типовой пропановой ПКХМ, величина выгоды составляет до 15% в зависимости от типа используемого цикла Ренкина и типа рабочего вещества.
Заключение. Авторами проанализирована возможность использования системы ОЦР-ПКХМ в качестве предварительного охлаждения автономной малотоннажной установки получения СПГ. Определено, что применение ОЦР-ПКХМ с использованием высокопотенциального тепла выхлопных газов дизель-генератора снижает расход природного газа и удельные затраты на производство СПГ. Определено, что величина экономической выгоды при применении таких систем составляет до 15% по отношению к классическим пропановым ПКХМ.
Многоэжекторная установка с переключающимся компрессором на базе R744 с системой кондиционирования воздуха для супермаркетов
Аннотация
Холодильные установки на базе CO2 занимают все большую долю рынка благодаря способности обеспечивать энергоэффективную работу промышленного и коммерческого холодильного оборудования при любом климате. Как и во всех других областях применения, для сокращения сроков окупаемости и внедрения инновационных системных решений необходимо максимально снизить инвестиционные и эксплуатационные расходы.
В данной работе исследуется гибкость, достигаемая за счет применения технологии переключения в холодильных установках супермаркетов, как при расчетной, так и при частичной загрузке. Кроме того, рассматривается нагрузка на систему кондиционирования воздуха (AC) в широком диапазоне температур окружающей среды. Будет проведен анализ используемого многоэжекторного блока с точки зрения производительности и его влияния на комбинации компрессоров при различных условиях эксплуатации. Цель состоит в том, чтобы повысить гибкость использования компрессорного агрегата за счет правильной конструкции и размеров, оснащенного технологией переключения, при сохранении эффективности и снижении инвестиционных затрат. В данной работе показано, что многоэжекторная система с поддержкой переключения компрессоров будет выгодна с точки зрения гибкости и капитальных затрат, и эта выгода будет более последовательной, если нагрузка кондиционирования воздуха будет частью системы. Кроме того, было проведено тщательное исследование случаев, когда производительность эжектора слишком велика по сравнению с нагрузкой, и предложено два альтернативных решения.
Аммиачные системы с малой заправкой, спроектированные как системы непосредственного кипения
Аннотация
В работе рассмотрены и предложены к дальнейшему исследованию те рабочие тела холодильных машин, которые по своим характеристикам и параметрам работы в холодильной машине могут перейти в жидкую фазу в тихоходном компрессорном блоке, что при дальнейшем экспериментальном подтверждении позволит исключить частично или полностью блок конденсатора в холодильной машине.