Ексергетичний аналіз циклу абсорбційної холодильної машини H₂O/LiBr в системах охолодження компресорних станцій магістральних газопроводів

Анотація

Виконано ексергетичний аналіз циклу одноступінчастої абсорбційної холодильної машини (АХМ) на робочій парі H₂O/LiBr, призначеної для охолодження технологічного газу та наддувочного повітря на компресорних станціях (КС) магістральних газопроводів. Дослідження спрямоване на підвищення обґрунтованості проектних рішень при виборі режимних параметрів АХМ для систем утилізації теплоти вихлопних газів газоперекачувальних агрегатів (ГПА). Побудовано математичну модель ексергетичного балансу для чотирьох основних апаратів циклу — генератора, конденсатора, абсорбера та випарника — і теплообмінника розчинів. Для кожного апарату складено рівняння ексергетичного балансу, що дозволяє виявити питому частку необоротних втрат. Встановлено, що основні необоротні ексергетичні втрати зосереджені у генераторі (28 %) та абсорбері (22 %) від підведеної ексергії, що зумовлено фізичною природою процесів десорбції та поглинання пари в розчинах LiBr різної концентрації. Втрати у конденсаторі та дроселі сукупно становлять 12 %, у теплообміннику розчинів — 8 %. Розраховано залежність ексергетичного ККД η_екс від температури генератора T_г в діапазоні 80–140 °C при фіксованих умовах навколишнього середовища та охолоджуваного середовища. Виявлено три характерні зони: швидке зростання η_екс при T_г < 100 °C, сповільнення приросту у зоні 100–120 °C та зниження η_екс при T_г > 130 °C внаслідок випереджаючого зростання ексергетичної вартості гріючого джерела. Визначено оптимальний температурний рівень живлення АХМ від вихлопних газів ГПА: T_г = 100–120 °C, що забезпечує η_екс = 26–32 %. Запропоновано безрозмірний критерій Φ раціонального вибору температурного рівня живлення, який враховує одночасно ефективність АХМ та ексергетичну вартість залучення джерела теплоти заданого потенціалу. Максимум критерію досягається при T_г ≈ 108–115 °C. Розроблені математична модель та критерій Φ можуть бути використані при проектному обґрунтуванні параметрів котла-утилізатора та АХМ для конкретних КС, а також при техніко-економічному порівнянні варіантів систем утилізації теплоти вихлопних газів