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天然气液化工艺模拟与分析

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 08:17:16
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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

【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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