CC BY
2
мощностью 56 тыс. тонн в год. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://sdelanounas.ru/blogs/50321/.
Гафуров А.М.
инженер кафедры «Энергетическое машиностроение» ФГБОУВО «КГЭУ». Россия, г. Казань
Гатина Р.З. студент
4 курс, факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ». Россия, г. Казань
Гафуров Н.М. студент
4 курс, факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ». Россия, г. Казань ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА С3Н8 В КАЧЕСТВЕ НИЗКОКИПЯЩЕГО РАБОЧЕГО ТЕЛА
В статье рассматриваются основные термодинамические и теплофизические свойства сжиженного газа С3Н8. Определен температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина.
Ключевые слова: сжиженный газ пропан, термодинамические и теплофизические свойства, органический цикл Ренкина.
TEMPERATURE RANGE OF USE OF С3Н8 LIQUEFIED GAS AS THE
LOW-BOILING WORKING FLUID Gafurov A.M., Gatina R.Z., Gafurov N.M.
In article the basic thermodynamic and thermal properties of С3Н8 liquefied gas are considered. Temperature range of use of С3Н8 liquefied gas as the low-boiling working fluid in a thermal contour of an organic Rankine cycle is determined. Keywords: liquefied propane gas, thermodynamic and thermal properties, organic Rankine cycle.
Пропан C3H8 (R290) - насыщенный углеводород, при нормальных условиях представляет собой бесцветный горючий и взрывоопасный газ, не обладающий запахом. При этом пропан является низкотоксичным и, следовательно, по классификации ASHRAE имеет индекс А3. Очень часто в отношении углеводородов применяются более жесткие требования к безопасности, ограничивающие, в частности, количество вещества, разрешенное к применению в системах, обслуживающих зоны пребывания людей. Этот природный газ не является разрушителем озона и озонового слоя (ОРП = 0), но способствует появлению парникового эффекта (ПГП = 3) [1].
В промышленных холодильных установках пропан используют уже в течение многих лет. Хладагент С3Н8 характеризуется низкой стоимостью и
мало растворимостью в воде. При использовании данного хладагента не возникает проблем с выбором конструкционных материалов деталей турбины, конденсатора и испарителя.
Как видно из диаграммы Р - Т - р (давления - температуры - плотности) на рис. 1, пропан характеризуется весьма низкой температурой тройной точки (около 85 К), что делает его удобной средой, передающей давление при низких температурах [2].
9 00
8,00
7.00
= 6.00 7
■Г
= 5.001 I
В
г| 4 00 3,00 2.00 100
50,0 75,0 100, 125 150, 175, 200 225, 250. 275, 300 325 350, 375 400, 425 . 450.
Температура, К
Рисунок 1 - Диаграмма равновесного фазового состояния С3Н8 в координатах Р - Т - р (давления - температуры - плотности).
Основные термодинамические и теплофизические свойства рабочего тела СзИв в сравнении с водой Н2О представлены в табл. 1 [3].
Таблица 1
Показатель параметра, размерность СзН8 Н2О
Температура тройной точки, К 85,525 273,16
Давление тройной точки, МПа 1,7*10-10 0,00061
Температура кипения при давлении 101,325 кПа, К 231,04 373,12
Плотность жидкости при давлении 101,325 кПа, кг/м3 581 958,37
Плотность газа при давлении 101,325 кПа, кг/м3 2,41 0,6
Кинематическая вязкость жидкости при 101,3 кПа, см2/с 0,0034 0,0029
Кинематическая вязкость газа при 101,325 кПа, см2/с 0,026 0,2
Теплопроводность жидкости при 101,325 кПа, Вт/м-К 0,129 0,68
Теплопроводность газа при 101,325 кПа, Вт/м-К 0,011 0,025
Изобарная теплоемкость жидкости при 101,325 кПа, кДж/кг-К 2,24 4,21
Изобарная теплоемкость газа при 101,325 кПа, кДж/кг-К 1,44 2,08
Теплота фазового перехода при 101,325 кПа, кДж/кг 425,59 2256,5
Критическая температура, К 369,89 647,1
Критическое давление, МПа 4,2512 22,064
Большинство углеводородов характеризуются низкой теплоемкостью и теплопроводностью, скрытой теплотой испарения, сравнительно низкой температурой кипения, незначительной вязкостью. При этом сжиженные углеводороды обладают большим коэффициентом объемного расширения. Для сравнения: коэффициент объемного расширения пропана составляет 0,00306 на один градус повышения температуры газа, что в несколько раз больше чем у иных жидкостей (воды - 0,00019).
Свойства рабочего тела очень сильно влияют на эффективность цикла. В особенности это характеризуется в виде кривой линии насыщения на Т-я диаграмме (рис. 2). В зависимости от наклона линии насыщения газа на Т-я диаграмме, вещества можно разделить на «сухие», «влажные» и «изоэнтропные». Если обозначить тангенс угла наклона £ = ds|dT, то для «сухих» веществ £ > 0, для «влажных» £ < 0, а для «изоэнтропных» £= 0, где йя - приращение энтропии рабочего тела, dT - приращение температуры рабочего тела [4].
400.
375.
* 350 с.
¿- llt'pt'ovia* н-ннэя
жидкое
£ 325.!_
300
275
ТОО V25 1.50 V75 2 00 2 25 2 50 275
'Энтропия. кДж;(кгК)
Рисунок 2 - T-s диаграмма для C3H8, «изоэнтропного» рабочего тела.
Для многих органических веществ и в частности для пропана C3H8 (рис. 2) кривая линия насыщенного газа практически вертикальна £= 0. Благодаря этому обстоятельству, в конце процесса расширения в турбине газ остается в перегретом состоянии.
Температурный диапазон использования сжиженного газа C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина ограничивается показателями критической температуры в 96,74°С и температурой насыщения при давлении не менее 0,1 МПа. Поэтому использование сжиженного газа C3H8 в температурном диапазоне от 100°С до
минус 42°С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по физиологическим и экологическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - №2 4-3. - С. 4748.
2. Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по термодинамическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 41-43.
3. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
4. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности термодинамического цикла при использовании углекислого газа СО2 и пропана С3Н8. // Инновационная наука. - 2015. - № 11-2. - С. 32-34.
Гафуров А.М.
инженер кафедры «Энергетическое машиностроение» ФГБОУВО «КГЭУ». Россия, г. Казань
Гатина Р.З. студент
4 курс, факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ». Россия, г. Казань
Гафуров Н.М. студент
4 курс, факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ». Россия, г. Казань ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЖИЖЕННОГО ГАЗА СзШ В КАЧЕСТВЕ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ТЕПЛОВОМ ДВИГАТЕЛЕ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В статье рассматриваются возможности эффективного использования тепловых отходов промышленных предприятий в качестве источников теплоты для установок на низкокипящих рабочих телах. Представлены результаты исследования теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8, обеспечивающего утилизацию тепловых отходов с температурой ниже 80°С.
Ключевые слова: утилизация тепловых отходов, органический цикл Ренкина, сжиженный газ пропан. USE OF THE LIQUEFIED GAS СзШ AS A WORKING FLUID IN THE HEAT ENGINE FOR UTILIZATION OF THERMAL WASTE OF THE
INDUSTRIAL ENTERPRISES Gafurov A.M., Gatina R.Z., Gafurov N.M.
