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

  更多相關文章： 天然氣 凈化工藝 液化工藝 優(yōu)化 動態(tài)響應

【摘要】：隨著我國環(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,而目前對天然氣液化裝置的研究存在諸多問題,如對象獨立、在工藝流程優(yōu)化過程中難以快速優(yōu)選操作參數(shù)、難以評估液化工藝在擾動下的動態(tài)響應等。針對以上問題,本文對天然氣液化裝置—天然氣凈化工藝和二級丙烷預冷混合制冷天然氣液化工藝進行了模擬、優(yōu)化和控制結(jié)構(gòu)的綜合,主要內(nèi)容如下：(1)為了避免引起設備內(nèi)部腐蝕或者在低溫狀態(tài)下形成固體導致設備損壞,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),在此基礎上建立混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)模型來優(yōu)化設備費用和中間連接流股所產(chǎn)生的操作費用,獲得初始優(yōu)化工藝,并采用夾點分析法對該初始優(yōu)化工藝進行熱集成,以降低系統(tǒng)公用工程消耗量；另外,考慮到生產(chǎn)過程多目標需求,本文采用AHP-模糊綜合評價法綜合分析了凈化效果、初始投資費用、操作費用、能量利用率和填料塔穩(wěn)定性5個評價指標對工藝的影響,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荷型的二級丙烷預冷混合制冷天然氣液化工藝為研究對象。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、壓縮機進出口壓力在內(nèi)的10個關鍵操作變量為優(yōu)化變量,以整個液化工藝中主要用能設備壓縮機的能耗最小為目標函數(shù)對該工藝進行優(yōu)化。優(yōu)化過程基于Aspen HYSYS與Matlab的數(shù)據(jù)接口,在Aspen HYSYS中模擬計算,在Matlab中編寫遺傳算法(GA)程序進行數(shù)值優(yōu)化,最終得到優(yōu)化的操作參數(shù)并進行分析,提出工藝改進的方向。(3)通過嚴格控制預冷部分各變量以及過程中壓縮機的轉(zhuǎn)速,可以將深冷部分作為獨立研究對象。另外,深冷部分在不同生產(chǎn)需求下涉及多個操作變量和控制變量,構(gòu)成了多輸入多輸出的過程系統(tǒng),存在多種控制結(jié)構(gòu)。本文以穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結(jié)果和動態(tài)特性分析為基礎,通過定量計算穩(wěn)態(tài)增益矩陣的條件數(shù)和穩(wěn)態(tài)相對增益矩陣,確定最優(yōu)控制結(jié)構(gòu)。最后在Aspen HYSYS中建立動態(tài)模型,分析原料氣參數(shù)擾動下所選取控制結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應,進一步說明該控制結(jié)構(gòu)對不同工況具有更好的適應性。
【關鍵詞】：天然氣 凈化工藝 液化工藝 優(yōu)化 動態(tài)響應
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻綜述10-28
• 1.1 液化天然氣簡介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 天然氣脫酸過程12-14
• 1.2.2 天然氣脫水過程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 天然氣液化工藝動態(tài)模擬優(yōu)化研究現(xiàn)狀25-26
• 1.4 論文研究內(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-模糊綜合評價法優(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重系數(shù)36-38
• 2.3.3 基于模糊綜合評價法進行方案評估38-40
• 2.3.4 綜合評價40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 3 二級丙烷預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 二級丙烷預冷混合制冷天然氣液化工藝優(yōu)化45-51
• 3.2.1 目標函數(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 關鍵參數(shù)對工藝性能的影響51-53
• 3.3.1 混合制冷劑流量對工藝性能的影響51-52
• 3.3.2 壓縮機進出口壓力對工藝性能的影響52-53
• 3.4 單元過程(?)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 動態(tài)天然氣液化工藝的建立56-57
• 4.2 天然氣液化工藝動態(tài)特性分析57-61
• 4.2.1 操作變量對控制變量的影響58-59
• 4.2.2 固定操作變量下進料條件對控制變量的影響59-61
• 4.3 控制結(jié)構(gòu)的綜合61-65
• 4.4 天然氣液化工藝動態(tài)響應分析65-68
• 4.4.1 天然氣產(chǎn)量固定下液化工藝動態(tài)響應分析66-67
• 4.4.2 天然氣產(chǎn)量不固定下液化工藝動態(tài)響應分析67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻70-76
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況76-77
• 致謝77-79

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本文編號：681376