闪蒸气回流量对天然气液化流程的影响研究

【摘要】：天然气中的氮气沸点低，闪蒸气的产生在液化天然气流程中不可避免。本文通过定量分析节流前温度，原料气氮气浓度等流程参数对闪蒸气产生率和闪蒸气组分的影响。结果表明，原料气氮气浓度和节流前温度是影响闪蒸气问题的敏感因素，节流前温度每提高5℃，闪蒸气产生率提高3.4%，原料气氮气浓度每提高1%，闪蒸气产生率提高1.12%。 本文建立模型，将闪蒸气循环打入冷箱与原料气混合再液化，使闪蒸气得以回收。且通过控制不同的闪蒸气回流率，计算闪蒸气回流率对流程的影响。闪蒸气的回流提高冷箱中氮气浓度、LNG产品氮气浓度。当系统已经达到满负荷时，闪蒸气回流会将使原料气处理量降低，如氮气浓度2%时将使原料气处理量减少5%；当系统还未达到满负荷时，闪蒸气回流在不改变原料气处理量前提下，可以提高LNG产量。闪蒸气全部回流时，LNG产量和组分与原料气的处理量和组分相同。 制冷剂组分应随闪蒸气回流率同步变化。为此，针对SMR流程，使用遗传算法对闪蒸气回流工况的制冷剂组分浓度和流量进行寻优。寻优后的制冷剂组分浓度可保证系统安全运行，同时对寻优结果进行拟合。寻优结果表明，闪蒸气回流使系统火用效率轻微降低。节流前温度-160℃时降低0.9%，-155℃时降低1.6%，这在工程上可以认为对火用效率影响很小。简单的经济预算表明回收闪蒸气可以提高工厂收益。 板翅式换热器被广泛运用于天然气液化流程。本文对某SMR流程的生产实际数据进行计算，采用烃类物质的相变换热准则关联式，计算出板翅式换热器中的相变换热系数。制冷剂的冷凝换热系数是其他两股流路沸腾换热系数的十倍左右。最后借用Bell-Ghaly公式，计算闪蒸气回流时天然气侧换热系数，对比其变化情况。闪蒸气回流使天然气侧相变的温度滑移区间增大，冷凝换热过程向低温区移动。 【关键词】：天然气液化流程 闪蒸气 混合工质 换热
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE646
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究意义10-11
• 1.2 闪蒸气问题的研究11-14
• 1.2.1 闪蒸气问题的处理11-12
• 1.2.2 闪蒸气问题的研究12-14
• 1.3 非共沸混合工质制冷14-16
• 1.4 本文研究目标和方向16-17
• 第二章 天然气液化过程的闪蒸气对流程的影响17-27
• 2.1 天然气组分的简化处理17-18
• 2.2 流程参数变化对闪蒸气的影响18-25
• 2.2.1 节流前温度对闪蒸气的影响19-20
• 2.2.2 节流前压力对闪蒸气的影响20
• 2.2.3 节流后压力对闪蒸气的影响20-21
• 2.2.4 原料气中氮气组分对闪蒸气的影响21-23
• 2.2.5 闪蒸气的回流循环比例对闪蒸气的影响23-24
• 2.2.6 小结对比24-25
• 2.3 闪蒸气回流循环与原料气处理量25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 闪蒸气回流循环工况下的天然气液化流程优化27-46
• 3.1 遗传算法27-30
• 3.1.1 遗传算法的过程27-29
• 3.1.2 算法的特点和运用技巧29-30
• 3.2 Aspen Plus 流程模拟30
• 3.3 Aspen Plus 的建模和优化问题30-35
• 3.3.1 SMR 流程介绍30-31
• 3.3.2 流程模拟参数设置31-35
• 3.4 优化结果及其拟合35-44
• 3.4.1 天然气出冷箱温度-160℃的优化结果35-39
• 3.4.2 天然气出冷箱温度-155℃的优化结果39-42
• 3.4.3 结果对比分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 闪蒸气回流循环对冷凝侧换热的影响46-59
• 4.1 LNG 流程冷箱46-48
• 4.2 某 PRICO 天然气液化流程的板翅式换热器性能分析48-53
• 4.2.1 装置生产流程的参数48-49
• 4.2.2 板翅式换热器换热计算方法49-50
• 4.2.3 换热系数计算结果及分析50-53
• 4.3 闪蒸气循环对换热曲线的影响53-56
• 4.4 闪蒸气回流对换热温差的影响56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 结论与展望59-61
• 5.1 本文结论59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果65-66
• 致谢66-67
• 附件67

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