天然气液化工艺模拟与分析

【摘要】：我国天然气液化技术是一项新兴的技术，正在迅速发展，但与国外天然气液化技术相比，国内天然气液化技术才刚刚起步，差距较大。本文从热力学角度出发，对天然气低温液化流程模拟与优化进行了详细的研究。 文中首先论述了国内外天然气液化技术的现状和发展趋势，并详细阐述了液化技术原理，通过对各种常见的现代天然气液化流程特点的分析，给出了流程的选择和设计原则；确定了以SRK方程和P-R方程作为计算天然气液化相平衡的基础模型，并结合精度较高的LKP方程来计算混合物的焓和熵，提高了整个流程模拟的精度；利用模块化思想，对天然气液化流程中压缩机、混合器、多股流换热器等设备热力过程进行了模拟，通过其在流程计算中的使用，效果良好；混合制冷剂循环(MRC)液化天然气流程是目前世界上应用最广泛的工艺，本文对带回热和无回热的两种液化流程分别进行了模拟计算，比较了两种流程中压缩机耗功，丙烷预冷量、制冷剂流量、各换热器的换热量等表示流程性能的参数，并分析了混合制冷剂参数对流程性能的影响，得出了降低流程能耗、增加可行性的结论；给出MRC液化流程的优化模型，并提出以惩罚函数法作为优化算法，结合各种约束条件，对流程进行了优化计算，效果良好；用灰箱模型对天然气液化流程进行了(火用)分析，通过计算确定了流程中能耗大的薄弱环节，分析其(火用)损原因，并提出了若干项减少(火用)损的有力措施。 【关键词】：天然气液化 混合制冷剂循环 流程 设备 模拟 优化 (火用)损
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TE64
【目录】：

• 1 绪论7-15
• 1．1 研究的目的及意义7
• 1．2 国内外天然气液化技术现状7-14
• 1．2．1 天然气净化技术7-12
• 1．2．2 制冷技术12-13
• 1．2．3 换热技术13-14
• 1．3 本文研究对象及内容14-15
• 2 天然气液化流程选择与分析15-29
• 2．1 阶式制冷循环工艺(级联式)15-17
• 2．2 无预冷的混合制冷剂液化流程17-19
• 2．3 带预冷的混合制冷剂制冷循环工艺19-22
• 2．3．1 丙烷预冷的混合制冷剂制冷循环工艺(C_3／MRC~(TM)循环)19-21
• 2．3．2 双混合制冷剂制冷循环工艺(MR//MR)21-22
• 2．4 膨胀机制冷循环工艺22-24
• 2．4．1 天然气膨胀机工艺22-23
• 2．4．2 循环膨胀机工艺23-24
• 2．5 各种流程的技术经济比较24
• 2．6 基本负荷型天然气液化装置及流程24-26
• 2．6．1 基本负荷天然气液化装置24-25
• 2．6．2 基本负荷型液化流程选择及其比较25-26
• 2．7 调峰型天然气液化装置及流程26-29
• 2．7．1 调峰型天然气液化装置26
• 2．7．2 调峰型天然气液化装置流程的选择26-29
• 3 工艺过程模拟的计算模型29-50
• 3．1 天然气和制冷剂的相平衡计算29-39
• 3．1．1 求解烃类物质相平衡的状态方程30-36
• 3．1．1．1 SRK方程31-34
• 3．1．1．2 P-R方程34-36
• 3．1．2 计算天然气和混合制冷剂焓熵的方程36-39
• 3．2 工艺计算程序39-50
• 3．2．1 部分汽化和冷凝计算41-44
• 3．2．2 绝热闪蒸(节流)计算44-47
• 3．2．3 膨胀机制冷计算47-50
• 4 天然气液化流程的模拟及优化50-78
• 4．1 天然气液化流程中设备的热力学模拟50-55
• 4．1．1 压缩机压缩过程的热力学模拟51-52
• 4．1．2 混合器混合过程的热力学模拟52-53
• 4．1．3 多股流换热器换热过程的热力学模拟53-55
• 4．2 两种混合制冷剂液化流程的模拟55-63
• 4．2．1 两种流程55-56
• 4．2．2 流程计算方法56-58
• 4．2．3 两种典型流程的计算58-63
• 4．2．3．1 带回热流程的模拟计算结果58-61
• 4．2．3．2 无回热流程的模拟计算结果61-63
• 4．3 制冷剂参数对流程性能的影响分析63-73
• 4．3．1 流程性能参数分析方法63-64
• 4．3．2 高压制冷剂的压力、温度对流程性能的影响64-67
• 4．3．2．1 压力对流程性能的影响64-65
• 4．3．2．2 温度对流程性能的影响65-67
• 4．3．3 低压制冷剂的压力、温度对流程性能的影响67-70
• 4．3．3．1 压力对流程性能的影响67-69
• 4．3．3．2 温度对流程性能的影响69-70
• 4．3．4 混合制冷剂组成对流程性能的影响70-73
• 4．4 混合制冷剂循环液化流程的优化分析73-78
• 4．4．1 流程优化目标函数73-74
• 4．4．2 约束条件74-75
• 4．4．3 优化算法75-76
• 4．4．4 最优值及对应的流程参数值76-78
• 5 天然气液化流程的有效能评价78-90
• 5．1 概述78
• 5．2 (火用)78-79
• 5．3 天然气液化过程(火用)分析模型79-82
• 5．3．1 天然气液化系统(火用)平衡方程80-81
• 5．3．2 天然气液化系统(火用)分析准则81-82
• 5．4 天然气液化系统中三种(火用)分析模型82-84
• 5．4．1 黑箱分析模型82-83
• 5．4．2 白箱分析模型83
• 5．4．3 灰箱分析模型83-84
• 5．5 典型流程及流程中各个模块的(火用)分析84-88
• 5．5．1 压缩机(火用)损失85
• 5．5．2 节流阀(火用)损失85-86
• 5．5．3 物流混合(火用)损失86
• 5．5．4 多股流换热器(火用)损失86-87
• 5．5．5 水冷却器的(火用)损失87
• 5．5．6 流程的(火用)分析模型87-88
• 5．6 (火用)损失的计算与分析88-90
• 5．6．1 (火用)分析计算结果88-89
• 5．6．2 降低液化流程(火用)损失的改进措施89-90
• 6 结论及建议90-92
• 6．1 结论90
• 6．2 建议90-92
• 致谢92-93
• 主要参考文献93-96

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