Примеры энтропийно-статистического анализа малотоннажных установок ожижения природного газа

В.Ю. Семенов, И.А. Архаров, А.И. Смородин

Примеры энтропийностатистического анализа 

малотоннажных установок 
ожижения природного газа 

Учебное пособие

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.592(075.8)
ББК 35.112:31.392
        С30

Издание доступно в электронном виде по адресу 

https://bmstu.press/catalog/item/6768

Факультет «Энергомашиностроение»

Кафедра «Холодильная, криогенная техника,  

системы кондиционирования и жизнеобеспечения»

Рекомендовано Научно-методическим советом 

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Семенов, В. Ю.

Примеры энтропийно-статистического анализа малотоннаж
ных установок ожижения природного газа : учебное пособие / 
В. Ю. Семенов, И. А. Архаров, А. И. Смородин. — Москва, 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 44, [4] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5372-6

Приведены примеры расчета термодинамической эффективности 

циклов работы трех установок сжижения природного газа. Показана 
общая последовательность определения дополнительных затрат работы 
для компенсации производства энтропии в различных элементах рассмотренных технологий ожижения природного газа. 

Для студентов, обучающихся по направлению «Холодильная, крио- 

генная техника и системы жизнеобеспечения».

УДК 621.592(075.8)
ББК 35.112:31.392

ISBN 978-5-7038-5372-6

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

С30

press@baumanpress.ru

https://bmstu.press

Предисловие

Учебное пособие подготовлено для самостоятельной проработ
ки студентами дисциплины «Ожижители природного газа», входящей в образовательную программу магистратуры по направлению 
подготовки 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы 
жизнеобеспечения» (уровень магистратуры), профиль «Криогенная 
техника».

Цель изучения пособия — получение и закрепление навыков  

в расчете энергоэффективности процессов ожижения (сжижения) 
природного газа.

Для изучения дисциплины необходимо предварительное освоение 

следующих дисциплин:

1. Иностранный язык.
2. Термодинамика.
3. Низкотемпературные объемные машины.
4. Низкотемпературные турбомашины.
5. Теплообменные аппараты низкотемпературной техники.
6. Теория и расчет циклов криогенных систем.
После изучения пособия студенты овладеют углубленными зна
ниями о процессах ожижения природного газа, о составе основного оборудования установок, характерном для малотоннажного 
масштаба производства СПГ, элементами энтропийно-статистического метода анализа энергоэффективности технологических 
процессов получения СПГ, практическими навыками исследования 
и реализации процессов сжижения природного газа, а также смогут определять наиболее энергозатратные узлы рассмотренных 
установок ожижения, сопоставлять различные СПГ-технологии 
по критерию энергоэффективности, использовать полученные 
навыки при анализе других аналогичных СПГ-технологий, представлять результаты термодинамического анализа в виде аналитических обзоров, презентаций.

Основные сокращения

АГНКС — автомобильная газонаполнительная компрессорная

станция

ГРС 
— газораспределительная станция магистрального 

газопровода

КМ 
— компрессор магистрального трубопровода

КОН 
— конденсатор ПКХМ 

КХ 
— концевой холодильник компрессора

ПГ 
— природный газ

ПКХМ — пароконденсационная компрессорная холодильная

машина

СПГ 
— сжиженный природный газ

ТДКА 
— турбодетандерно-компрессорный агрегат

ТО 
— теплообменник

ХМ 
— холодильная машина

Основные обозначения

i — энтальпия, кДж/кг
p — давление, МПа
q — теплота, кДж
s — энтропия, кДж/(кг⋅K)
T — температура, К

Введение

Малотоннажное производство сжиженного природного газа 

(СПГ) предполагает сжижение газа на магистральных газопроводах 
или на ответвлениях.

Природный газ — смесь гомологов метана и других газов (азо
та, кислорода, гелия, водорода и т. д.) с содержанием метана более 
90 %. Сжиженный природный газ может использоваться в качестве 
газомоторного топлива (для автомобильного, железнодорожного, 
водного транспорта, сельскохозяйственной техники, авиационного транспорта, ракетно-космической техники), для автономной 
газификации жилищно-коммунального хозяйства и предприятий, 
резервирования топлива и создания запасов в целях сглаживания 
пиков потребления газа. Малотоннажное производство СПГ  
открывает возможность коммерциализации ранее не востребованного газа малодебитных скважин или источников газа с низким 
содержанием углеводородов (биогаз, шахтный и попутный газ).

К малотоннажному производству СПГ, согласно ГОСТ  

Р 55892–2013 «Объекты малотоннажного производства и потреб- 
ления сжиженного природного газа. Общие технические требования», относятся установки производительностью до 10 т/ч.

Производство СПГ весьма энергозатратно в силу необратимо
сти реальных рабочих процессов в криогенных установках. Также 
известно, что малые масштабы производства увеличивают удельные 
энергозатраты и себестоимость продукта. Поэтому конкретизация 
источников необратимости и определение их вклада в общие  
затраты энергии при работе установок весьма актуально. Эту задачу возможно решить с помощью метода энтропийно-статистического анализа. 

Конечная цель энтропийно-статистического анализа — вы
явление наиболее «энергозатратных» узлов установок сжижения 
природного газа. Для наглядности полученные результаты представляются в виде диаграммы распределения потоков энергии.  
В дальнейшем эти данные могут быть использованы при сопоставлении различных технологий СПГ по критерию энергоэффективности.

Исходные данные и среднестатистические величины, исполь
зуемые в расчетах, соответствуют реальным условиям эксплуатации.