【摘要】：天然氣因其清潔、高效、低污染排放等優(yōu)勢被譽為是21世紀(jì)的能源。液化天然氣因便于儲存和運輸?shù)奶攸c得到了長足的發(fā)展,能源地位也愈顯重要。在眾多天然氣液化工藝中,混合制冷劑液化工藝應(yīng)用較多,其中C3/MRC液化工藝流程應(yīng)用范圍最廣�；旌现评鋭┲评湫Чc其配比復(fù)雜程度相互制約,使得混合制冷劑的合理配比問題成為混合制冷劑液化工藝中的難點之一。針對混合制冷劑天然氣液化工藝中混合制冷劑的組成及配比沒有明確標(biāo)準(zhǔn)的情況,本文首先根據(jù)備選混合制冷劑組分的熱力學(xué)性質(zhì),結(jié)合天然氣液化工藝的制冷特點,對備選混合制冷劑組分進(jìn)行初選;通過建立混合制冷劑天然氣液化工藝流程HYSYS模型,對初選組分在天然氣液化工藝制冷過程中起的作用進(jìn)行簡要分析。對于尋求MRC天然氣液化工藝中混合制冷劑的合理配比,選用混料試驗二次多項式回歸模型,對混合制冷劑的配比進(jìn)行優(yōu)化。對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行發(fā)現(xiàn),優(yōu)化值和模擬值相差超過50%,優(yōu)化結(jié)果非常不理想,說明該方法不適用于混合制冷劑配比優(yōu)化問題。對于混料試驗二次多項式回歸模型中存在的不足以及出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,有針對性的對優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)選和改進(jìn)。經(jīng)過分析之后,選用具有機器學(xué)習(xí)能力的支持向量機(Support Vector Machine,簡稱SVM)回歸模型,對混合制冷劑的配比進(jìn)行優(yōu)化。本文第三章中采用線性核函數(shù)和樣條核函數(shù)支持向量機回歸法對少量模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練,回歸得到目標(biāo)函數(shù),并通過測試樣本對其進(jìn)行檢驗,誤差在0~1.94%之間。對所得的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化求解,最終得到最優(yōu)配比及其比功耗值,比功耗可降低11.9%,優(yōu)化效果非常顯著。本文在第四章中,采用遺傳算法和HYSYS二次開發(fā)技術(shù)結(jié)合的方法,對混合制冷劑配比進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化效果顯著,比功耗最多降低14.4%。對比兩者的最優(yōu)配比和最優(yōu)比功耗,發(fā)現(xiàn)兩者差距較小,均在3%以內(nèi)。通過對比這兩種優(yōu)化方法,從而可以證明這兩種的方法都可以應(yīng)用于混合制冷劑天然氣液化工藝中混合制冷劑配比優(yōu)化問題,且可以相互證明優(yōu)化所得最優(yōu)配比即為C3/MRC天然氣液化工藝流程的最優(yōu)混合制冷劑配比。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE646
【圖文】：

20.374651.542260.26992 k立圖 2-1 和圖 2-2 所示 HYSYS 模型。該模型主要包括四個子流程：天然氣預(yù)處理、丙烷預(yù)冷、混合制冷劑增壓和天然化。預(yù)處理流程即為脫除原料氣中的 CO2和 H2O；丙烷預(yù)冷流程即丙烷增壓、水冷脹、換熱、返回增壓，往復(fù)循環(huán)將混合制冷劑和原料氣預(yù)冷至-35℃；混合制冷劑流程主要是對液化工藝流程中返回的低壓制冷劑進(jìn)行二級增壓、水冷。在四個子流程中，天然氣液化工藝流程最為關(guān)鍵，如圖 2-2 所示。高壓混合制冷過分離器 V-103 進(jìn)行一次氣液分離，與天然氣分別進(jìn)入冷箱 LNG-100 進(jìn)行第一次至-87℃，液相冷劑將節(jié)流閥 VLV-104 降壓，與來自 LNG-101 的回流冷劑混合NG-100 提供冷量；第一次分離所得氣相組分經(jīng)過一次換熱后，經(jīng)過 V-104 進(jìn)行二次分離，與天然氣分別進(jìn)入冷箱 LNG-101 進(jìn)行二次換熱，冷卻至-117℃。同理進(jìn)行第換熱，天然氣冷卻至-155℃，經(jīng)節(jié)流閥降至微正壓，經(jīng)分離器 V-105 分離出不凝氣相進(jìn)入 LNG 儲罐。

圖 2-2 天然氣液化子流程圖Fig2-2 Liquefied natural gas sub-flow chart2.2.2 混合制冷劑組分影響分析混合制冷劑主要是通過蒸發(fā)吸熱及復(fù)雜的換熱過程對天然氣制冷，利用多級換熱器使冷劑中不同組分在不同換熱區(qū)間對天然氣進(jìn)行階式制冷，實現(xiàn)能量的梯級利用。經(jīng)過多級換熱器冷卻的高壓冷劑，自身氣化吸熱，逐級吸收天然氣的熱量。所以，每一級換熱器中混合冷劑氣相含量變化量的大小即代表提供冷量的多少。從上述流程模型中，分別提取進(jìn)出冷箱 LNG-100、LNG-101、LNG-102 的混合制冷劑組成、含量、氣液比等參數(shù)，計算得到混合制冷劑各組分在每一級冷箱換熱過程中氣相含量變化量見圖 2-3。

圖 2-2 天然氣液化子流程圖Fig2-2 Liquefied natural gas sub-flow chart合制冷劑組分影響分析合制冷劑主要是通過蒸發(fā)吸熱及復(fù)雜的換熱過程對天然氣制冷，利用多級中不同組分在不同換熱區(qū)間對天然氣進(jìn)行階式制冷，實現(xiàn)能量的梯級利熱器冷卻的高壓冷劑，自身氣化吸熱，逐級吸收天然氣的熱量。所以，每混合冷劑氣相含量變化量的大小即代表提供冷量的多少。上述流程模型中，分別提取進(jìn)出冷箱 LNG-100、LNG-101、LNG-102 的混、含量、氣液比等參數(shù)，計算得到混合制冷劑各組分在每一級冷箱換熱過變化量見圖 2-3。

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本文編號：2766029