Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка задачи исследования 8
1.1. Морские перевозки сжиженных газов 8
1.1.1. Характеристика сжиженных газов 8
1.1.2. Виды танкеров, перевозящих сжиженные газы 11
1.1.3. Особенности судовых установок повторного сжижения газа 13
1.2. Методы анализа эффективности холодильных установок 14
1.3. Обзор исследований холодильных машин и установок 16
1.4. Постановка задачи исследования 41
Глава 2. Выбор критерия и метода оптимизации установки повторного сжижения газа 43
2.1. Выбор критерия оптимизации 45
2.2. Выбор оптимизирующих переменных 48
2.3. Выбор метода оптимизации 50
Глава 3. Методика построения термоэкономической модели комплекса 52
3.1. Определение топливопотребления комплекса УПСГ-ДГ-Т 58
3.2. Математические зависимости основных термодинамических и теплофизических параметров рабочих тел, используемых в УПСГ 65
3.3. Аналитические зависимости термоэкономической модели судового комплекса повторного сжижения газа 67
Глава 4. Анализ результатов оптимизации судовой установки повторного сжижения газа 80
4.1. Экспериментальные исследования энергозатрат при транспортировании сжиженных газов судами-газовозами 81
4.2. Исходные данные, принятые для оптимизационных расчетов 87
4.3. Результаты определения оптимальных параметров режима работы судовой установки повторного сжижения газа 88
Выводы 104
Список использованной литературы 106
Список приложений 119
- Особенности судовых установок повторного сжижения газа
- Математические зависимости основных термодинамических и теплофизических параметров рабочих тел, используемых в УПСГ
- Аналитические зависимости термоэкономической модели судового комплекса повторного сжижения газа
- Исходные данные, принятые для оптимизационных расчетов
Введение к работе
Важнейшей задачей промышленности развитых стран мира является рациональное использование материалов и энергии. Первостепенное значение придается вопросам защиты окружающей среды. Снижению загрязнения окружающего воздуха способствует применение более чистых энергоносителей. В связи с этим, использование сжиженных газов при производстве электроэнергии, в транспорте и других отраслях промышленности является перспективным.
Актуальность проблемы. В мировой экономике значение сжиженных газов неуклонно возрастает. Они используются как в качестве энергоносителей в различных сферах деятельности человека, так и в качестве сырья в химической промышленности. Основным способом транспортирования газов от места добычи или производства к месту потребления является их доставка морем специализированными танкерами-газовозами. Эти суда являются наиболее дорогостоящими из-за высокой степени технической оснащенности и энергопотребления холодильными установками, предназначенными для поддержания необходимой температуры и давления груза, а также возрастающих требований к безопасности перевозок, включая жизнь и здоровье экипажа, защиту окружающей среды и сохранность самого груза и судна.
В этих условиях важно обеспечить высокую эффективность установки повторного сжижения газа (УПСГ) на всех этапах от проектирования до эксплуатации. Одним из важнейших факторов при выполнении этой задачи является выбор и поддержание наиболее рационального режима эксплуатации установки. На судах-газовозах из-за их универсальности, обусловленной необходимостью перевозки сжиженных газов с различными теплофизическими свойствами, в большинстве случаев пары перевозимого груза играют роль хладагентов (этилен R1150 и др.). Это обстоятельство в значительной степени усложняет решение поставленной задачи. Кроме того, вследствие озоноопасности хладагентов группы ГХФУ, появилась необходимость их замены на более приемлемые. В услови- ях морского транспортирования низкотемпературных сжиженных газов наиболее подходящим хладагентом верхнего каскада УПСГ следует признать пропан (R290), который является одним из основных перевозимых сжиженных газов судами-газовозами. Замена хладагентов должна производиться с учетом множества факторов, к числу которых следует отнести термодинамическую эффективность цикла каскадной УПСГ, ее массу, затраты топлива на транспортирование рассматриваемого топливоэнергетического комплекса, что безусловно актуально.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является установление оптимальных температурных режимов, обеспечивающих наиболее эффективную работу каскадной УПСГ судна-газовоза и связанное с ним понижение топливо-потребления на ее работу при замене хладагента R22 на R290 в верхнем каскаде.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: разработать термоэкономическую модель топливоэнергетического комплекса (ТЭК) УПСГ; получить математические зависимости основных термодинамических и теплофизических параметров груза (этилена R1150) и хладагентов (R290 и R22) в состоянии насыщения от абсолютной температуры и в перегретом состоянии от температуры и давления; разработать методику определения массы судовой каскадной УПСГ с учетом расхода топлива на ее работу и транспортирование; разработать рекомендации по практическому использованию полученных результатов на этапах проектирования и эксплуатации судов-газовозов.
Научная новизна. Установлены оптимальные температурные режимы работы УПСГ танкера-газовоза по затратам топлива и массе холодильного оборудования, позволяющие рационально подобрать оборудование с учетом характеристик перевозимого груза и условий окружающей среды.
Создана термоэкономическая модель топливоэнергетического комплекса.
Выполнен анализ влияния различных факторов (температурных перепадов в теплообменных аппаратах, холодопроизводительности, температуры окружающей среды) на затраты топлива, массу УПСГ и судового ТЭК.
Получены и применены для расчетов математические зависимости термодинамических и теплофизических характеристик хладагентов и перевозимого груза в программе Mathcad 11 компании Mathsoft.
Практическая значимость. Оптимальные значения параметров циклов УПСГ судов-газовозов, температурные перепады в теплообменных аппаратах, полученные на основании проведенных расчетов рекомендованы для внедрения на этапах проектирования и эксплуатации танкеров, предназначенных для перевозки сжиженных газов.
Обосновано применение R290 в качестве хладагента верхнего каскада УПСГ при перевозке сжиженного этилена.
Методики оптимизации УПСГ и определения топливопотребления этими установками могут быть распространены на судовые технологические линии по производству рыбопродукции. Вследствие этого, они внедрены в учебный процесс по дисциплинам «Холодильная техника в пищевой промышленности» и «Судовые холодильные установки». Акт внедрения в учебный процесс результатов диссертационной работы приведен в приложении 6.
На защиту выносятся:
Термоэкономическая модель топливоэнергетического комплекса судовой каскадной установки повторного сжижения газа.
Математические зависимости, описывающие термодинамические и теплофизические свойства хладагентов.
Методика расчета топливопотребления при различных режимах работы УПСГ.
Режим эксплуатации УПСГ при перевозке сжиженного этилена.
5. Результаты комплексных исследований режимов эксплуатации УПСГ по замене R22 на R290 в качестве хладагента верхнего каскада.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Калининградского технического института рыбной промышленности и хозяйства, Калининград, 1994 г.; Международной научно-технической конференции, Астрахань, 1997 г.; Всероссийском научно-техническом семинаре с международным участием, Калининград, 1999 г.; Международной научно-технической конференции БАЛТТЕХМАШ-2000, Калининград. 2000 г.; научно-технической конференции Московского государственного университета прикладной биотехнологии, Москва, 2004 г.; Международной конференции «Transport Means» Каунасского технологического университета, Клайпеда, Литва, 2004 г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, из них одно учебное пособие.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 172 страницах, включает 10 таблиц, 27 рисунков, список цитируемой литературы из 120 наименований и 6 приложений.
Особенности судовых установок повторного сжижения газа
Газовозы — уникальные рефрижераторные суда, так как перевозимый груз в большинстве случаев является холодильным агентом, а функции испарителя в холодильной установке обычно выполняются грузовыми танками. Холодильная установка танкеров, перевозящих сжиженные газы и называемая установкой повторного сжижения газов, отличается от установок традиционных рефрижераторных судов не только по конструкции, но и по назначению. Транспортируемые сжиженные газы - взрыво- и пожароопасные вещества, которые в процессе перевозки могут изменять свое фазовое состояние. Основной задачей, стоящей перед УПСГ, является поддержание безопасного давления в грузовых танках во время погрузки и при перевозке, что достигается отбором из танков образующихся при кипении груза паров с помощью компрессоров с их последующей конденсацией и возвратом холодной жидкости обратно в грузовые танки. Оборудование, установленное для обеспечения безопасных перевозок грузов, достаточно сложное и эксплуатация этого оборудования должна осуществляться очень ответственно, без отклонений от инструкций, призванных соблюдать технологию транспортировки. Кроме того, установленная мощность УПСГ требует значительных затрат топлива на ее эксплуатацию. Выбор и обеспечение оптимальных режимов работы рефрижераторной установки в данной ситуации имеет большое значение при экономии топливно-энергетических ресурсов.
Холодопроизводительность УПСГ газовоза должна быть достаточной для поддержания температуры самого низкотемпературного груза на таком уровне, чтобы давление насыщенных паров этого груза не достигало давления срабатывания предохранительных клапанов при экстремальных температурных условиях окружающей среды, за которые принимаются 45 С для воздуха и 32 С для забортной воды. Количество компрессорно-конденсаторных агрегатов, входящих в состав УПСГ и холодопроизводительность каждого из них зависит от количества и вида сжиженных газов, которые судно предназначено перевозить в отдельности. Обязательно предусматривается наличие резервного компрессор-но-конденсаторного агрегата с холодопроизводительностью, эквивалентной производительности наимощнейшего из установленных. Обычное количество агрегатов на борту газовозов - три или четыре.
Холодильные установки могут быть прямого или непосредственного и непрямого или косвенного охлаждения. В первом случае охлаждение достигается удалением из грузовых танков образующихся паров, а во втором - с помощью вспомогательного холодильного агента, кипящего в змеевиках, которые могут располагаться как внутри танков, так и быть прилегающими к наружной поверхности. Установки прямого охлаждения бывают одно-, двухступенчатыми и каскадными. Как правило применяют двухступенчатые установки, которые могут также работать по одноступенчатой схеме. В каскадных установках помимо паров груза используется вспомогательный холодильный агент. Такая установка повторного сжижения газа и является объектом исследования в данной работе.
Наиболее простым методом определения эффективности действительного обратного или холодильного цикла является его оценка по коэффициенту обратимости, представляющего отношение холодильного коэффициента действи тельного цикла к холодильному коэффициенту цикла Карно в том же диапазоне температур охлаждаемого объекта и окружающей среды. Недостатком этого метода является то, что он не учитывает капитальные затраты на оборудование и некоторые эксплуатационные расходы.
Для оценки холодильной установки в целом, а также отдельных ее элементов используется холодопроизводительность машины брутто, электрическая мощность, подводимая к электродвигателям компрессоров. Основным показателем работы компрессоров, характеризующим расход мощности является удельная холодопроизводительность 1 кВт-ч с учетом всех потерь мощности. Эффективность тешюобменных аппаратов характеризуется удельным теплосъемом.
К настоящему времени холодильная техника развилась до сравнительно высокого уровня: создана достаточно полная теория, разработаны эффективные конструкции, значительно увеличилось число типов холодильных машин и их элементов, освоены современные методы производства и эксплуатации. Дальнейшее совершенствование холодильного оборудования сопряжено с всевозрастающими трудностями, поскольку, с одной стороны, большая часть возможностей уже использована, а с другой — непрерывно повышаются требования к потребительским свойствам изделий холодильного машиностроения. При этом в зависимости от внешних обстоятельств весомость одних показателей качества (групп показателей) может изменяться по сравнению с весомостью других.
В описываемой ситуации возникла необходимость нового подхода к проблеме совершенствования объектов холодильной техники, который позволил бы выявлять наиболее перспективные направления развития, осуществлять системный анализ для получения объективной оценки холодильного оборудования в зависимости от большинства влияющих факторов, в том числе и внешних. Возможность осуществления такого подхода появилась в связи с развитием методов математического моделирования и использования компьютерных программ.
Для определения оптимальных режимов работы холодильной системы необходимо четко установить критерий оптимизации (целевую функцию) и проце дуру отыскания экстремума этого критерия в определенном поле возможных изменений рабочих условий. Выявить влияние многочисленных взаимосвязанных факторов на поведение целевой функции достаточно сложно. Кроме того, следует учитывать и различные ограничения (технологические, экономические, социальные и др.), которые заставляют корректировать точное решение оптимизационной задачи.
Математические зависимости основных термодинамических и теплофизических параметров рабочих тел, используемых в УПСГ
Вопросы, связанные с оптимальным проектированием теплообменных аппаратов холодильных установок, а именно, с выбором оптимальных скоростей движения хладоносителя, охлаждающих сред, с расчетом оптимальных величин подогрева или подохлаждения этих сред, с выбором оптимальных перепадов температур в аппаратах, посвящено немало работ. Одними из первых исследования в этом направлении провели Ткачев А.Г., Бадылькес И.С., Жадан В.З.
Статья А.Г. Ткачева [78] посвящена оптимизации скорости движения промежуточного хладоносителя в испарителях холодильных установок. Автор рекомендует выбирать величину скорости хладоносителя, исходя из минимума общей стоимости эксплуатации испарителя за год. В статье приводится пример выбора оптимальной скорости рассола СаСЬ в аммиачном горизонтальном ко-жухотрубном испарителе холодопроизводительностью Qo = 20000 ккал/час при температуре рассола на входе в испаритель Tsi = -5 С и на выходе из испарителя Ts2 = -7 С. Так как нагрузка известна, хладоноситель и интервал изменения его температуры заданы, то нетрудно найти количество хладоносителя, циркулирующего через аппарат. При известном массовом расходе хладоносителя, числе ходов в испарителе, количестве трубок в одном ходе и диаметре трубок значение скорости хладоносителя определяется однозначно. Таким образом, в предлагаемой методике не предусмотрена возможность изменять значения ско рости промежуточного хладоносителя, т.е. отсутствует возможность оптимизировать эту величину.
В другой работе А.Г. Ткачева [77] описана методика определения оптимальных перепадов температур в испарителе для охлаждения промежуточного хладоносителя, охлаждающих приборах и конденсаторе холодильной установки. Оптимальный режим работы конденсатора определялся автором без учета стоимости воды, а также при заданном значении разности температур воды на входе в аппарат и выходе из него, т.е. при заданном ее расходе. При вычислении стоимости годовой эксплуатации холодильной установки, укомплектованной испарителями для охлаждения промежуточного хладоносителя и батареями, автор не учитывал стоимость насоса для перекачки рассола и стоимость электроэнергии на транспортировку рассола. Кроме этого, А.Г. Ткачев при составлении методики оптимизации теплообменных аппаратов рассматривал холодильную установку как систему, состоящую из независимых друг от друга блоков, т.е. при оптимизации испарителя не учитывалось влияние конденсатора и наоборот.
Выбору оптимальной величины перепада между температурой воздуха охлаждаемого помещения и температурой кипения рабочего тела посвящена статья И.С. Бадылькеса [5]. При использовании оребренных батарей непосредственного испарения величина температурного напора между воздухом и холодильным агентом оптимизировалась, исходя из минимума приведенных затрат, и значение этой величины получилось равным 7- -9 С. Предлагаемая методика позволяет оптимизировать перепад температур в приборах охлаждения при постоянных значениях разностей температур в других аппаратах холодильной установки. В выражениях для вычисления годовых приведенных затрат автором не учтены стоимость электроэнергии, необходимой для привода электродвигателя насоса для перекачки воды и амортизационные отчисления от стоимости конденсатора и компрессора.
Изучением вопроса оптимального режима работы конденсаторов холодильных установок занимался В.З. Жадан [24]. В качестве переменных величин, выбор которых необходимо обосновать, были выбраны конечная температура охлаждающей воды и температура конденсации. Оптимальные значения перепадов температур находились из условий минимума эксплуатационных расходов. В работе автором не учтены отчисления от стоимости компрессоров и насосов для перекачки воды, а также расход электроэнергии на привод насосов, что не могло отразиться на полученных результатах. Расчетные данные приведены в статье применительно к конденсаторам марки 150 КТГ. В.З. Жадан получил подогрев воды в конденсаторе ATW = 8,6 С при температурном напоре между водой и холодильным агентом 0К = 2,5 С и ATW = 14,9 С при 9К = 3,6 С. Хотя полученные результаты явно не согласуются с рекомендуемыми, автор не объясняет, за счет чего это произошло.
Определением оптимальных условий работы кожухотрубных испарителей занимался В. Slipcevic [117]. Автором проведено теоретическое исследование по определению оптимальной скорости движения хладоносителя в трубках и температуры кипения хладагента в кожухотрубных испарителях. Дан пример расчета аппарата для охлаждения рассола хлористого кальция при заданной величине охлаждения хладоносителя ATS = 2 С и заданной нагрузке на испаритель Qo = 300000 ккал/час. В рассматриваемой работе при выборе значений оптимизирующих переменных не учитывалось влияние на них величин, характеризующих работу других аппаратов холодильной установки, т.е. испаритель рассматривался отдельно от всей системы. Кроме того, в предлагаемой методике отсутствует возможность оптимизировать величину скорости движения рассола, так как исходная информация для расчета позволяет определить искомую величину однозначно.
Аналитические зависимости термоэкономической модели судового комплекса повторного сжижения газа
В статье Т.С. Гачилова и др. [16] рассматривается вопрос о выборе оптимального перепада температур в испарителях торгового холодильного оборудования. К сожалению, в упомянутой статье не удалось избежать тех недостатков, о которых говорилось при анализе работ [5], [70], именно, авторы рассматривают испаритель отдельно от холодильной установки в целом, т.е. при оптимизации перепада температур в испарителе не учитывают влияния на эту величину перепадов температур в других теплообменных аппаратах.
Определенный интерес представляет исследование А.А. Гоголина [17] по нахождению оптимальных перепадов температур в испарителях и конденсаторах холодильных машин. Под оптимальным автор понимает такой режим работы, при котором переменная часть общей годовой стоимости эксплуатации холодильной установки будет минимальной. В работе приведены данные, которые показывают, что на величину оптимальных перепадов в испарителях и конденсаторах значительное влияние оказывают цена электроэнергии, расчетное число часов работы, вид рабочего тела и другие факторы, не учитываемые существующими рекомендациями. Следует отметить, что при вычислении переменной части общей годовой стоимости эксплуатации холодильной установки А.А. Го-голин не принимал во внимание подогрев охлаждающей воды в конденсаторе, стоимость этой воды и изменение температуры промежуточного хладоносителя в испарителе. Это не позволило автору оценить и учесть расход электроэнергии на привод насосов для транспортировки охлаждающей воды и рассола, что непременно должно сказаться на полученных результатах.
В более поздней работе А.А.Гоголина [18] сопоставляются и оптимизируются теплообменные аппараты холодильных машин. В качестве оптимизирующих переменных автор использует скорость хладоносителя, плотность теплового потока в аппаратах и показывает, что изменение интенсивности теплопередачи при постоянной температуре хладоносителя приводит к изменению мощности, потребляемой компрессором. Таким образом, А.А. Гоголин приходит к бесспорному выводу о том, что при оптимизации теплообменных аппаратов (испарителей и конденсаторов) нельзя рассматривать их изолированно от всей машины, т.е. при проведении расчетов необходимо учитывать мощность не только насосов и вентиляторов, но и компрессора.
В статье Е.Г. Крайнева [41] говорится о важности и актуальности работы А.А. Гоголина [17]. Однако, автор отмечает, что приведенная методика определения оптимальных перепадов температур в теплообменных аппаратах [17] не может быть распространена на судовые холодильные установки, ввиду первостепенной важности, в данном случае, массы, а также наличия собственной электростанции, амортизационные отчисления от стоимости которой входят в стоимость эксплуатации судна. Е.Г. Крайнев предлагает определять оптимальные температурные перепады для судовой холодильной установки, исходя из минимума переменной части годовой стоимости эксплуатации судна. Далее автор пишет о целесообразности проведения исследований, связанных с выбором оптимальных перепадов температур между воздухом в охлаждаемом объекте и холодильным агентом или хладоносителем в приборах охлаждения. К сожалению, все эти рассуждения носят общий характер, и в статье не приведено никаких конкретных результатов, позволяющих оценить высказываемые предложения.
В работе Lehtinen Jukko А. [110] проведена оптимизация размеров конденсатора и испарителя компрессорной холодильной установки. Автор предлагает систему уравнений, позволяющих определять приведенные затраты с учетом изменений энергетических характеристик компрессора и капитальных затрат на теплообменные аппараты.
В статье справедливо отмечается, что с увеличением размеров конденсатора и испарителя снижается мощность, потребляемая компрессором, но возрастает мощность вентиляторов, и повышаются капитальные затраты. Однако, при вычислении целевой функции эксплуатационные расходы и капитальные затраты на насос для транспортировки хладоносителя не принимались автором во внимание, кроме этого, при вычислении оптимальной поверхности конденсатора исключены из рассмотрения затраты, связанные с эксплуатацией испарителя, и наоборот, при оптимизации поверхности испарителя не учитывалось влияние конденсатора.
Исследования, проведенные В.Ф. Симоновым и др. [69], [70], связаны с определением оптимального режима работы вентиляторов градирни в зависимости от параметров атмосферного воздуха, с нахождением оптимального расхода охлаждающей воды в системе и наивыгоднейшей поверхности теплопередачи конденсаторов при совместной работе холодильной станции и системы оборотного водоснабжения. Эта задача решалась поэтапно. На первом этапе была установлена зависимость температуры конденсации хладагента от следующих факторов: параметров окружающего воздуха, рассола, охлаждающей воды, расхода воздуха, поверхности конденсаторов и коэффициента теплопередачи в них, хо-лодопроизводительности станции.
Исходные данные, принятые для оптимизационных расчетов
Анализ работ, посвященных выбору оптимального режима эксплуатации холодильных установок показал, что к решению проблемы оптимизации холодильного оборудования не существует единого подхода. Как видно, большинство исследований посвящено оптимизации отдельных элементов холодильной установки, хотя и существуют работы, в которых авторами оптимизируются холодильные установки в комплексе.
Нет полного единства и в выборе критерия оптимизации. В качестве целевой функции выбираются различные критерии: минимальная масса оборудования, минимальные габариты установки, минимум приведенных затрат, максимальная эксергетическая эффективность, максимальный холодильный коэффициент.
При нахождении оптимальных условий работы холодильной установки аналитические методы нахождения экстремума функции используются только при рассмотрении режима работы отдельных аппаратов, а оптимизация всей холодильной установки обычно осуществляется с помощью компьютерной техники при использовании симплексных и градиентных методов поиска экстремума.
Несмотря на различные подходы, предлагаемые авторами представленных в обзоре работ, очевидно, что ученые уделяют серьезное внимание вопросам выбора оптимального режима работы холодильных установок вообще и судовых холодильных установок в частности.
Все изложенное подчеркивает важность, значимость и актуальность работ, направленных на создание методики оптимизации режима работы судовых холодильных установок. Следует особое внимание уделить рассмотрению установок повторного сжижения газа, установленных на борту танкеров, перевозящих сжиженные нефтяные и химические газы. Методика такого исследования должна удовлетворять следующим основным положениям. При оптимизации установок повторного сжижения газа газовозов оптимизационные расчеты на всех стадиях, начиная от выбора расчетного режима и подбора оборудования и заканчивая подбором режима эксплуатации этого оборудования, должны базироваться на общей методике. На проектирование, изготовление и монтаж установки повторного сжижения газа должны быть израсходованы материальные средства и трудовые затраты, оцениваемые величиной капитальных вложений. При эксплуатация УПСГ имеют место определенные энергетические затраты, являющиеся частью эксплуатационных расходов. Расход электроэнергии и величина затрат при изменении режима работы установки повторного сжижения газа и смене перевозимого груза изменяются различно. Целевая функция, используемая при оптимизации, должна обеспечить учет как термодинамических, так и экономических факторов. Данная методика должна обладать достаточной общностью, обеспечивающей возможность ее применения для различных типов УПСГ, работающих в широком диапазоне изменения внешних условий, по различным схемам (одно- и двухступенчатые, каскадные), с разными перевозимыми грузами, с использованием различных типов холодильного оборудования. В качестве основного метода исследования используется метод математического моделирования процессов, происходящих в установке повторного сжижения газа с последующей реализацией разрабатываемых математических моделей средствами компьютерной техники. Созданию методики оптимизации УПСГ газовоза, отвечающей вышеперечисленным требованиям, посвящена настоящая работа. Холодильные установки судов-газовозов, называемые иначе установками повторного сжижения газов (УПСГ), являются сложными теплоэнергетическими системами, характеризующимися явно выраженным целевым назначением. Они состоят из значительного числа взаимодействующих элементов, режим работы которых описывается большим количеством параметров. Повысить эффективность работы УПСГ можно как за счет совершенствования процессов, происходящих в отдельных аппаратах установки путем их интенсификации и поиска новых конструктивных решений элементов установки, так и за счет выбора наиболее рационального режима при проектировании и эксплуатации всей установки в целом. Целью комплексной оптимизации судовой холодильной установки является выбор таких параметров ее рабочих процессов, при которых целевая функция, связанная с конструктивными особенностями узлов установки, принимала бы экстремальное значение. В качестве целевой функции, в зависимости от назначения установки и от ряда других факторов, могут рассматриваться различные критерии (конструктивные, энергетические, экономические, технологические, динамические): масса и габариты; потребляемая мощность; приведенные затраты; время выхода на режим и т.п. Для судовых холодильных установок, работающих для поддержания постоянной температуры охлаждаемого объекта на определенном температурном уровне, существование оптимума предопределено наличием конкурирующих свойств между массой и стоимостью теплообменных аппаратов установки, с одной стороны, и массой и стоимостью дизель-генератора и топлива, необходимого для выработки электроэнергии на привод механизмов, с другой. Например, увеличение площади теплопередающей поверхности конденсатора приведет к снижению температурного перепада между холодильным агентом и охлаждаю щей средой, также понизится температура конденсации и величина тепловой нагрузки на конденсатор, что при постоянной величине подогрева охлаждающей среды вызовет уменьшение ее расхода. В результате это повлечет за собой уменьшение расхода топлива, необходимого на выработку электроэнергии для привода компрессора и насоса охлаждающей воды. Наличие указанных конкурирующих свойств требует выявления связей, существующих между термодинамическими и массогабаритными характеристиками различных узлов холодильной установки. Получение такого рода зависимостей может быть осуществлено путем математического моделирования процессов, происходящих в элементах установки. Использование методов математического моделирования при оптимизации судовых холодильных установок дает возможность получить результаты в виде обобщенных рекомендаций по работе установки различных типов в различных условиях. Решение задачи повышения эффективности судовой холодильной установки путем оптимизации режима ее работы включает в себя ряд этапов: выбор критерия оптимизации; выбор оптимизирующих переменных; выбор метода оптимизации и выполнения оптимизационных расчетов.
