【摘要】：噴油螺桿壓縮機(jī)具有體積小、效率高、運(yùn)動部件少等優(yōu)點,非常適合在小型天然氣液化裝置中應(yīng)用。但是在壓縮過程中,潤滑油與壓縮工質(zhì)會充分接觸,產(chǎn)生互溶現(xiàn)象。本課題以噴油螺桿壓縮機(jī)在混合制冷劑液化流程中的應(yīng)用為背景,識別噴油螺桿壓縮機(jī)在應(yīng)用中的技術(shù)限制,并從以下三個方面進(jìn)行了分析討論。(一)分析異丁烷與異戊烷組分對混合制冷劑液化流程的影響混合制冷劑中異丁烷與異戊烷組分更易與潤滑油發(fā)生互溶,本文采用HYSYS流程軟件,分析多組分混合制冷劑中的重?zé)N組成異丁烷和異戊烷組分變化對液化流程的影響,得到以下結(jié)論:(1)隨異丁烷或異戊烷含量的增加,混合制冷劑流量和系統(tǒng)比功耗先減小后增加,最優(yōu)比功耗分別為0.28 kWh/Nm~3和0.25kWh/Nm~3,混合制冷劑中不含異丁烷和異戊烷時,功耗比其他兩種工況分別升高14.3%和25.0%。(2)異丁烷與異戊烷組分偏離最優(yōu)值時,LNG換熱器的換熱效果變差,冷熱流體的最大溫差升高,換熱器中?損增加,系統(tǒng)的?效率降低。(3)與異丁烷相比,異戊烷在降低系統(tǒng)比功耗、提高系統(tǒng)?效率方面的作用更大。(4)增加預(yù)冷循環(huán),流程比功耗會降低,R507預(yù)冷工質(zhì)效果最好,比功耗降低24%。(二)分析三組分混合制冷劑液化流程的優(yōu)劣性潤滑油與混合制冷劑的互溶導(dǎo)致混合制冷劑組分配比及監(jiān)測控制難度增大,針對這一問題,本文減少混合制冷劑組分,模擬優(yōu)化三組分混合制冷劑流程,并與氮膨脹流程對比,得到以下結(jié)論:(1)氮氣-甲烷-丙烷三組分液化流程性能最好,功耗最小為0.359kWh/Nm~3,比氮氣-甲烷-異丁烷和氮氣-甲烷-異戊烷三組分的能耗分別降低15.53%和47.36%。(2)與氮膨脹流程相比,氮氣-甲烷-丙烷三組分液化流程比功耗降低41.91%,?效率提高42.07%。(3)相比混合制冷劑流程,氮膨脹流程換熱器尺寸較小,但關(guān)鍵動設(shè)備數(shù)量更多。綜合考慮能耗影響,氮氣-甲烷-丙烷三組分液化流程應(yīng)用更有優(yōu)勢。(三)實驗探究活性炭對甲烷-丙烷混合氣體的動態(tài)吸附特性噴油螺桿壓縮機(jī)采用活性炭除油技術(shù)使除油精度達(dá)到1ppm,該過程對混合制冷劑會產(chǎn)生一定的吸附作用。本文以甲烷-丙烷混合氣體為研究對象,分析了壓力、溫度、組分和流量對活性炭吸附性能的影響,得到以下結(jié)論:(1)隨著吸附壓力的升高和吸附溫度的降低,活性炭對甲烷和丙烷的吸附能力有所增加。隨著丙烷含量的增加及樣品氣流量的增加,丙烷的吸附穿透時間縮短。(2)在實驗條件下,該除油活性炭對丙烷的吸附作用不強(qiáng),吸附完全穿透時間均在10min以內(nèi)。(3)對比實際的工程工況和實驗工況參數(shù),實際工程條件下更不利于該活性炭對混合制冷劑的吸附,因此可推得實際工況中混合制冷劑的穿透時間也在10分鐘以內(nèi),而液化流程的啟動時間遠(yuǎn)大于10min,在啟動過程中檢測混合制冷劑組分并加以調(diào)整,從而消除吸附除油過程對組分的影響。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE646
【圖文】：

液化工藝是單混合制冷劑流程，占到所有液化工藝流程的一半以上。據(jù)統(tǒng)計，截至到 2012 年，我國投產(chǎn)的 LNG 總產(chǎn)能中 75%是使用 SMR 流程的 LNG 裝置生產(chǎn)出來的，2008 年以前，我國投產(chǎn)的 LNG 工廠以帶膨脹機(jī)的液化流程為主，從 2010 年開始，建造的絕大部分小型 LNG 工廠都采用單混合制冷劑液化流程[4]。1.1.3 單混合制冷劑液化流程技術(shù)我國的天然氣液化裝置以小型為主，而單混合制冷劑液化流程以其能耗低、設(shè)備少而受到廣泛的關(guān)注，并且在今后一段時間內(nèi)也將得到很多的應(yīng)用。單混合制冷劑液化流程采用碳?xì)浠衔锛暗獨獾冉M分組成混合制冷劑，經(jīng)過壓縮并在后冷卻器中冷卻后，在主換熱器中進(jìn)一步冷凝，通過 J-T 閥節(jié)流膨脹降溫后返回到主換熱器中，逐步蒸發(fā)提供冷量，吸收天然氣及高壓混合制冷劑的熱量，然后以氣態(tài)形式返回到壓縮機(jī)中完成循環(huán)，天然氣在主換熱器中被冷凝，然后通過節(jié)流閥降溫降壓，達(dá)到液化的目的。單混合制冷劑流程有各種形式，但其本質(zhì)都是一樣的。最經(jīng)典的兩種單混合制冷劑流程是 BV 公司的 PRICO 流程和 APCI 公司的 SMR 流程。圖 1是 BV 公司的 PRICO 流程示意圖。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論到壓縮機(jī)被加壓至高壓，液相由泵加壓至相同壓力，兩股流體經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入排氣緩沖分離器中，產(chǎn)生的氣相和液相分別進(jìn)入板翅式換熱器，在主換熱器中制冷劑被進(jìn)一步冷卻，經(jīng)過節(jié)流閥降溫降壓后，返回到主換熱器中，為高壓制冷劑及天然氣提供冷量，天然氣在換熱器中冷卻到一定溫度，離開換熱器進(jìn)入到重?zé)N回收器中回收天然氣凝析液 NGL，然后氣相部分流回到換熱器進(jìn)一步冷凝成 LNG 產(chǎn)品。圖 2 是 APCI 公司的 SMR 流程。

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