avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-3-15-23JHHVJTavroen-61Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGСравнительная оценка энергетической и экономической эффективности парокомпрессионных тепловых насосов при модернизации крупного химического и нефтеперерабатывающего производства. Часть 2Comparative evaluation of the energy and economic efficiency of vapor compression heat pumps in modernization of large chemical and oil refining industries. Part 2https://orcid.org/0000-0001-9858-7687ЮшаВ. Л.YushaV. L.

Юша Владимир Леонидович, доктор технических наук, профессор

AuthorID (SCOPUS): 6505861937

ResearcherID: J-8079-2013

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Yusha Vladimir Leonidovich, Doctor of Technical Sciences, Professor

AuthorID (SCOPUS): 6505861937

ResearcherID: J-8079-2013

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

1978yusha@mail.ruСутягинскийМ. А.SutyaginskiyM. A.

Сутягинский Михаил Александрович, председатель совета директоров

644035, г. Омск, пр. Губкина, 22

Sutyaginskiy Mikhail Alexandrovich, Chairman of the Board of Directors

Omsk, Gubkin Ave., 30, 644035

ПотаповЮ. А.PotapovYu. A.

Потапов Юрий Алексеевич, кандидат технических наук, главный специалист департамента по развитию и новым технологиям

644035, г. Омск, пр. Губкина, 22

Potapov Yuri Alekseevich, Candidate of Technical Sciences, Chief Specialist of Development and New Technologies Department of Group of Companies

Omsk, Gubkin Ave., 30, 644035

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian FederationАО «Группа компаний «Титан»РоссияOJSC «Group of companies «Titan»Russian Federation202330092023731523Copyright © Юша В.Л., Сутягинский М.А., Потапов Ю.А., 20232023Юша В.Л., Сутягинский М.А., Потапов Ю.А.Yusha V.L., Sutyaginskiy M.A., Potapov Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/61

Рассмотрен вопрос целесообразности повышения энергоэффективности крупного химического и нефтеперерабатывающего производства путем применения в качестве нагревателей технологических теплоносителей и сырья парокомпрессионных тепловых насосов на базе систем рекуперации тепловых технологических потерь. Особенностью рассматриваемой энергетической системы является обеспечение тепловой энергией основного контура теплового насоса и его приводной паросиловой установки от общего источника. Выполнен анализ влияния температурных параметров потребителя высокопотенциальной тепловой энергии, источника низкопотенциальной тепловой энергии и энергетической эффективности основных функциональных элементов рассматриваемой энергетической системы на отношение величины вырабатываемой тепловой энергии, подаваемой потребителю, к величине используемых потерь тепловой энергии. Проведена оценка взаимосвязи перечисленных факторов с перераспределением потоков низкопотенциальной тепловой энергии между основным контуром теплового насоса и его приводом. Представленные результаты отражают принципиальную возможность повышения температурного уровня технологических теплоносителей и сырья без существенных затрат на дополнительные внешние источники энергии. Эффективность вторичного использования тепловых потерь в замкнутом технологическом цикле зависит от температурных режимов потребителя и источника тепловой энергии в цикле теплового насоса, от схемы подключения источника тепловой энергии и от энергоэффективности применяемого оборудования.

The question of the expediency of increasing the energy efficiency of a large chemical and oil refining industry by using process heat carriers and raw materials as heaters of vapor compression heat pumps based on systems for recuperating heat process losses is considered. A feature of the energy system under consideration is the provision of the main circuit of the heat pump and its drive from a common source of thermal energy. The influence of the temperature parameters of the consumer of high-potential thermal energy, the source of low-potential thermal energy and the energy efficiency of the main functional elements of the energy system under consideration on the ratio of the amount of generated thermal energy supplied to the consumer to the amount of thermal energy losses used is analyzed. In addition, an assessment is made of the influence of the listed factors on the redistribution of low-potential thermal energy flows between the main circuit of the heat pump and its drive. The presented results reflect the fundamental possibility of increasing the temperature level of process heat carriers and raw materials without significant costs for additional external energy sources. The efficiency of reuse of heat losses in a closed technological cycle depends on the temperature conditions of the consumer and the source of thermal energy in the heat pump cycle, on the connection scheme of the thermal energy source and on the energy efficiency of the equipment used.

рекуперацияпреобразователь энергиипарокомпрессионный тепловой насоскоэффициент преобразования энергииперераспределение потоков низкопотенциальной тепловой энергииrecuperationenergy convertervapor-compression heat pumpenergy conversion coefficientredistribution of low-potential thermal energy flowsReferencesЯнтовский Е. И., Левин Л. А. Промышленные тепловые насосы. Москва: Энергоатомиздат, 1989. 125 с.Yantovskiy E. I., Levin L. A. Promyshlennyye teplovyye nasosy [Industrial heat pumps]. Moscow, 1989. 125 p. (In Russ.).Быков А. В. Термотрансформаторы как средство экономии энергии // Известия Академии наук СССР. Энергетика и транспорт.1991. № 5. С. 26–35.Bykov A. V. Termotransformatory kak sredstvo ekonomii energii [Thermal transformers as a means of energy saving] // Izvestiya Akademii nauk SSSR. Energetika i transport. Izvestia of the USSR Academy of Sciences. Power Engineering and Transport. 1991. No. 5. P. 26–35. (In Russ.).Плотникова Л. В., Чиликова И. И., Валиев Р. Н. [и др.]. Организация системы преобразования вторичной тепловой энергии с использованием теплонасосного оборудования для нефтегазоперерабатывающего предприятия Восточной нефтяной компании // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 11. С. 86–90.Plotnikova L. V., Chilikova I. I., Valiyev R. N. [et al.]. Organizatsiya sistemy preobrazovaniya vtorichnoy teplovoy energii s ispol’zovaniyem teplonasosnogo oborudovaniya dlya neftegazopererabatyvayushchego predpriyatiya Vostochnoy neftyanoy kompanii [Organization of a system for converting secondary thermal energy using heat pump equipment for an oil and gas refinery of the eastern oil company] // Territoriya «NEFTEGAZ». Territoriya «NEFTEGAZ». 2018. No. 11. P. 86–90. (In Russ.).Захаров М. К. Сравнение эффективности применения различных вариантов теплового насоса // Химическая промышленность. 2002. № 8. С. 1–7.Zakharov M. K. Sravneniye effektivnosti primeneniya razlichnykh variantov teplovogo nasosa [Comparison of the efficiency of different heat pump options] // Khimicheskaya promyshlennost’. Chemical Industry. 2002. No. 8. P. 1–7. (In Russ.).Шомова Т. П. Повышение энергетической эффективности газоперерабатывающих предприятий на основе применения тепловых насосов: автореф. дис. … канд. техн. наук. Иваново, 2014. 20 с.Shomova T. P. Povysheniye energeticheskoy effektivnosti gazopererabatyvayushchikh predpriyatiy na osnove primeneniya teplovykh nasosov [Improving the energy efficiency of gas processing plants through the use of heat pumps]. Ivanovo, 2014. 20 p. (In Russ.).Гашо Е. Г., Козлов С. А., Пузаков В. С. [и др.]. Тепловые насосы в современной промышленности и коммунальной инфраструктуре. Информационно-методическое издание. Москва: Изд-во Перо, 2016. 204 с.Gasho E. G., Kozlov S. A., Puzakov V. S. [et al.]. Teplovyye nasosy v sovremennoy promyshlennosti i kommunal’noy infrastructure. Informatsionno-metodicheskoye izdaniye [Heat pumps in modern industry and public infrastructure. Information and methodological publication]. Moscow, 2017. 204 p. (In Russ.).Юша В. Л., Сутягинский М. А., Потапов Ю. А. Сравнительная оценка энергетической и экономической эффективности парокомпрессионных тепловых насосов при модернизации крупного химического и нефтеперерабатывающего производства. Часть 1 // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 2. P. 44–54. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-27-35.Yusha V. L., Sutyaginskiy M. A., Potapov Yu. A. Sravnitel’naya otsenka energeticheskoy i ekonomicheskoy effektivnosti parokompressionnykh teplovykh nasosov pri modernizatsii krupnogo khimicheskogo i neftepererabatyvayushchego proizvodstva. Chast’ 1 [Comparative evaluation of the energy and economic efficiency of vapor compression heat pumps in the modernization of large chemical and oil refining industries. Part 1] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power. 2023. Vol. 7, no. 2. P. 44–54. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-27-35. (In Russ.).Кошкин Н. Н.,Ткачёв А. Г., Бадылькес И. С. [и др.]. Холодильные машины. Ленинград: Машиностроение, 1973. 521 с.Koshkin N. N., Tkachev A. G., Badyl’kes I. S. [et al.]. Kholodil’nyye mashiny [Refrigeration machines]. Leningrad, 1985. 521 p. (In Russ.).Бучко Н. А., Гоголин А. А., Латышев В. П. [и др.]. Теплофизические основы получения искусственного холода. Справочник. Москва: Пищевая промышленность, 1980. 232 с.Buchko N. A., Gogolin A. A., Latyshev V. P. Teplofizicheskiye osnovy polucheniya iskusstvennogo kholoda. Spravochnik [Thermophysical bases for obtaining artificial cold. Handbook]. Moscow, 1980. 232 p. (In Russ.).Архаров А. М., Архаров И. А., Афанасьев В. Н. [и др.]. Теплотехника. Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 712 с.Arkharov A. M., Arkharov I. A., Afanasyev V. Н. [et al.]. Teplotekhnika [Heat Engineering]. Moscow, 2004. 712 p. (In Russ.).Bosnjakovic F., Knoche K. F. Technische Thermodynamik. Teil I. Darmstadt; Steinkopff, 1998. 543 s.Bosnjakovic F., Knoche K. F. Technische Thermodynamik. Teil I. Darmstadt; Steinkopff, 1998. 543 s. (In Germ.).Кириллин В. А., Сычёв В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. Москва: Энергоатомиздат, 1983. 407 с.Kirillin V. A., Sychëv V. V., Sheyndlin A. E. Tekhnicheskaya termodinamika [Technical thermodynamics]. Moscow, 1983. 407 p. (In Russ.).Визгалов С. В., Ибраев А. М., Хамидуллин М. С. [и др.]. Теоретические основы холодильной техники. Казань: Слово, 2019. 304 с.Vizgalov S. V., Ibrayev A. M., Khamidullin M. S. [et al.]. Teoreticheskiye osnovy kholodil’noy tekhniki [Theoretical fundamentals of refrigeration technology]. Kazan, 2019. 304 p. (In Russ.).Сазанов Б. В., Ситас В. И. Промышленные теплоэнергетические установки и системы. Москва: Издат. дом МЭИ, 2004. 275 с.Sazanov B. V., Sitas V. I. Promyshlennyye teploenergeticheskiye ustanovki i sistemy [Industrial heat power plants and systems]. Moscow, 2004. 275 p. (In Russ.).Леонов В. П., Воронов В. А., Апсит К. А. [и др.]. Цикл Ренкина с низкопотенциальным источником теплоты // Инженерный журнал: наука и инновации. 2015. Вып. 2. DOI: 10.18698/2308-6033-2015-2-1368. URL: http://engjournal.ru/catalog/pmce/mdpr/1368.html (дата обращения: 19.12.2022).Leonov V. P., Voronov V. A., Apsit K. A. [et al.]. Tsikl Renkina s nizkopotentsial’nym istochnikom teploty [Rankine cycle with low-potential heat source] // Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii. Engineering Journal: Science and Innovation. 2015. Issue 2. DOI: 10.18698/2308-6033-2015-2-1368. URL: http://engjournal.ru/catalog/pmce/mdpr/1368.html (accessed: 19.12.2022). (In Russ.).Юша В. Л., Громов А. Ю., Ушаков П. В. Анализ влияния температурных режимов поршневой длинноходовой компрессорной ступени на термодинамическую эффективность теплового насоса // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 1. P. 18–25. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25.Yusha V. L., Gromov A. Yu., Ushakov P. V. Analiz vliyaniya temperaturnykh rezhimov porshnevoy dlinnokhodovoy kompressornoy stupeni na termodinamicheskuyu effektivnost’ teplovogo nasosa [The analysis of influence of temperature conditions of piston long-stroke compressor stage on thermodynamic efficiency of a heat pump] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power. 2023. Vol. 7, no. 1. P. 18–25. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25. (In Russ.).Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Москва: Энергоиздат, 1981. 416 с.Isachenko V. P., Osipova V. A., Sukomel A. S. Teploperedacha [Heat transfer]. Moscow, 1981. 416 p. (In Russ.).Бабакин Б. С., Стефанчук В. И., Ковтунов Е. Е. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе. Москва: Колос, 2000. 160 с.Babakin B. S., Stefanchuk V. I., Kovtunov E. E. Al’ternativnyye khladagenty i servis kholodil’nykh sistem na ikh osnove [Alternative refrigerants and service of refrigeration systems based on them]. Moscow, 2000. 160 p. (In Russ.).Ривкин С. Л., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. Москва: Энергоатомиздат, 1984. 80 с.Rivkin S. L., Aleksandrov A. A. Termodinamicheskiye svoystva vody i vodyanogo para. Spravochnik [Thermodynamic properties of water and water vapour. Handbook]. Moscow, 1984. 80 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.