本文關(guān)鍵詞：天然氣液化裝置的模擬優(yōu)化與控制結(jié)構(gòu)綜合

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【摘要】：隨著我國(guó)環(huán)保壓力的日益加劇,發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為必然之選,獲得國(guó)家高度重視。其中,液化天然氣作為最高效、環(huán)保的化石能源,具有廣泛的應(yīng)用前景。天然氣液化裝置是液化天然氣生產(chǎn)的核心部分,而目前對(duì)天然氣液化裝置的研究存在諸多問(wèn)題,如對(duì)象獨(dú)立、在工藝流程優(yōu)化過(guò)程中難以快速優(yōu)選操作參數(shù)、難以評(píng)估液化工藝在擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。針對(duì)以上問(wèn)題,本文對(duì)天然氣液化裝置—天然氣凈化工藝和二級(jí)丙烷預(yù)冷混合制冷天然氣液化工藝進(jìn)行了模擬、優(yōu)化和控制結(jié)構(gòu)的綜合,主要內(nèi)容如下：(1)為了避免引起設(shè)備內(nèi)部腐蝕或者在低溫狀態(tài)下形成固體導(dǎo)致設(shè)備損壞,天然氣在液化前需脫除天然氣中的酸性氣體和水分。本文針對(duì)二乙醇胺(DEA)法脫酸和三甘醇(TEG)法脫水的天然氣凈化工藝,首先建立凈化工藝流程超結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上建立混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)模型來(lái)優(yōu)化設(shè)備費(fèi)用和中間連接流股所產(chǎn)生的操作費(fèi)用,獲得初始優(yōu)化工藝,并采用夾點(diǎn)分析法對(duì)該初始優(yōu)化工藝進(jìn)行熱集成,以降低系統(tǒng)公用工程消耗量；另外,考慮到生產(chǎn)過(guò)程多目標(biāo)需求,本文采用AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法綜合分析了凈化效果、初始投資費(fèi)用、操作費(fèi)用、能量利用率和填料塔穩(wěn)定性5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)工藝的影響,獲得了工藝的最佳操作參數(shù)。(2)凈化后的天然氣通過(guò)液化工段被冷卻為液化天然氣(LNG),本文綜合考慮不同液化工藝適用的工廠規(guī)模及能耗水平,最終選取適用于基本負(fù)荷型的二級(jí)丙烷預(yù)冷混合制冷天然氣液化工藝為研究對(duì)象。首先,在Aspen HYSYS中建立該工藝的穩(wěn)態(tài)模型；然后,選取工藝中包括混合制冷劑組成、多流股換熱器中間溫度、壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力在內(nèi)的10個(gè)關(guān)鍵操作變量為優(yōu)化變量,以整個(gè)液化工藝中主要用能設(shè)備壓縮機(jī)的能耗最小為目標(biāo)函數(shù)對(duì)該工藝進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化過(guò)程基于Aspen HYSYS與Matlab的數(shù)據(jù)接口,在Aspen HYSYS中模擬計(jì)算,在Matlab中編寫(xiě)遺傳算法(GA)程序進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化,最終得到優(yōu)化的操作參數(shù)并進(jìn)行分析,提出工藝改進(jìn)的方向。(3)通過(guò)嚴(yán)格控制預(yù)冷部分各變量以及過(guò)程中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速,可以將深冷部分作為獨(dú)立研究對(duì)象。另外,深冷部分在不同生產(chǎn)需求下涉及多個(gè)操作變量和控制變量,構(gòu)成了多輸入多輸出的過(guò)程系統(tǒng),存在多種控制結(jié)構(gòu)。本文以穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結(jié)果和動(dòng)態(tài)特性分析為基礎(chǔ),通過(guò)定量計(jì)算穩(wěn)態(tài)增益矩陣的條件數(shù)和穩(wěn)態(tài)相對(duì)增益矩陣,確定最優(yōu)控制結(jié)構(gòu)。最后在Aspen HYSYS中建立動(dòng)態(tài)模型,分析原料氣參數(shù)擾動(dòng)下所選取控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),進(jìn)一步說(shuō)明該控制結(jié)構(gòu)對(duì)不同工況具有更好的適應(yīng)性。
【關(guān)鍵詞】：天然氣 凈化工藝 液化工藝 優(yōu)化 動(dòng)態(tài)響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-28
• 1.1 液化天然氣簡(jiǎn)介10-12
• 1.1.1 液化天然氣10-11
• 1.1.2 天然氣液化裝置11-12
• 1.2 天然氣凈化工藝12-16
• 1.2.1 天然氣脫酸過(guò)程12-14
• 1.2.2 天然氣脫水過(guò)程14-15
• 1.2.3 天然氣凈化工藝模擬優(yōu)化研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 天然氣液化工藝研究16-26
• 1.3.1 蒸汽壓縮制冷循環(huán)16-17
• 1.3.2 天然氣液化工藝研究17-23
• 1.3.2.1 天然氣液化工藝17-21
• 1.3.2.2 不同液化工藝比較21-22
• 1.3.2.3 中國(guó)天然氣液化產(chǎn)業(yè)發(fā)展22-23
• 1.3.3 天然氣液化工藝穩(wěn)態(tài)模擬優(yōu)化研究現(xiàn)狀23-25
• 1.3.4 天然氣液化工藝動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化研究現(xiàn)狀25-26
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容與框架26-28
• 2 天然氣凈化工藝的模擬與優(yōu)化28-42
• 2.1 凈化工藝模型的建立28-29
• 2.2 流程超結(jié)構(gòu)法優(yōu)選工藝方案29-35
• 2.2.1 流程超結(jié)構(gòu)的建立29-31
• 2.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立和求解31-33
• 2.2.3 初始優(yōu)化工藝的熱集成方案33-35
• 2.3 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)選工藝方案35-41
• 2.3.1 凈化工藝各方案的模擬36
• 2.3.2 基于層次分析法求解權(quán)重系數(shù)36-38
• 2.3.3 基于模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行方案評(píng)估38-40
• 2.3.4 綜合評(píng)價(jià)40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 3 二級(jí)丙烷預(yù)冷混合制冷天然氣液化工藝模擬與優(yōu)化42-56
• 3.1 液化工藝模型的建立42-45
• 3.2 二級(jí)丙烷預(yù)冷混合制冷天然氣液化工藝優(yōu)化45-51
• 3.2.1 目標(biāo)函數(shù)45
• 3.2.2 優(yōu)化方法45-47
• 3.2.3 優(yōu)化結(jié)果47-51
• 3.3 關(guān)鍵參數(shù)對(duì)工藝性能的影響51-53
• 3.3.1 混合制冷劑流量對(duì)工藝性能的影響51-52
• 3.3.2 壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力對(duì)工藝性能的影響52-53
• 3.4 單元過(guò)程(?)分析53-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 4 天然氣液化工藝控制結(jié)構(gòu)的綜合56-69
• 4.1 動(dòng)態(tài)天然氣液化工藝的建立56-57
• 4.2 天然氣液化工藝動(dòng)態(tài)特性分析57-61
• 4.2.1 操作變量對(duì)控制變量的影響58-59
• 4.2.2 固定操作變量下進(jìn)料條件對(duì)控制變量的影響59-61
• 4.3 控制結(jié)構(gòu)的綜合61-65
• 4.4 天然氣液化工藝動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析65-68
• 4.4.1 天然氣產(chǎn)量固定下液化工藝動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析66-67
• 4.4.2 天然氣產(chǎn)量不固定下液化工藝動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況76-77
• 致謝77-79

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本文編號(hào)：681376