【摘要】：近年來LNG產(chǎn)業(yè)在全球迅速發(fā)展,天然氣的液化技術(shù)和設(shè)備不斷發(fā)展完善、日漸成熟。然而我國LNG領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚,許多技術(shù)卻落后于同期世界水平,亟待深入研究和開發(fā)。在天然氣液化工藝流程的設(shè)計(jì)以及液化裝置的生產(chǎn)等方面缺乏技術(shù)上的自主產(chǎn)權(quán)。開展天然氣液化工藝流程及設(shè)備的研究,對于液化裝置的國產(chǎn)化、高效化有十分重要的意義。本文根據(jù)中小型天然氣液化裝置特點(diǎn),設(shè)計(jì)五種液化流程方案:單級混合制冷劑液化流程、雙級混合制冷劑液化流程、N_2-CH_4膨脹制冷流程、天然氣自膨脹制冷流程以及帶混合制冷劑循環(huán)的天然氣自膨脹制冷流程。利用熱力學(xué)分析方法建立天然氣液化流程的熱力學(xué)模型,分析制冷循環(huán)中壓縮、冷卻、換熱、節(jié)流、膨脹以及天然氣換熱、節(jié)流等熱力過程,采用比功耗、(火用)損失和(火用)效率等作為天然氣液化系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)。分析天然氣液化規(guī)律和LNG儲存特性,為液化工藝模擬初始參數(shù)的確定提供理論依據(jù),得出如下結(jié)論:天然氣在高壓下更容易實(shí)現(xiàn)液化;提高LNG儲存壓力可增大相同儲存溫度下的液化率;LNG進(jìn)罐前的節(jié)流溫度應(yīng)低于儲存壓力下LNG的泡點(diǎn)溫度。以HYSYS為平臺建立液化工藝的穩(wěn)態(tài)模型,計(jì)算流程的性能指標(biāo)。在相同的進(jìn)出口條件下對各流程進(jìn)行對比:天然氣自膨脹液化工藝的比功耗最低,雙級混合制冷劑液化工藝次之,N_2-CH_4膨脹制冷比功耗最大;LNG換熱器的能量損失最大,制冷循環(huán)中冷卻器的能量損失最大。以此為基礎(chǔ)對負(fù)荷型液化裝置、調(diào)壓型液化裝置和調(diào)峰型液化裝置的工藝做出優(yōu)選。針對負(fù)荷型液化裝置,對單級混合制冷劑液化流程進(jìn)行整體優(yōu)化。優(yōu)化制冷循環(huán)結(jié)構(gòu),增加混合制冷劑的節(jié)流級數(shù)和制冷循環(huán)的壓縮級數(shù)。以系統(tǒng)總功耗為目標(biāo)函數(shù),建立優(yōu)化模型,優(yōu)化流程設(shè)計(jì)參數(shù)。利用HYSYS優(yōu)化器對混合制冷劑配比進(jìn)行優(yōu)化,利用遺傳算法對流程設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,編寫遺傳算法MATLAB程序,實(shí)現(xiàn)MATLAB與HYSYS的通信,完成設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化。研究所得各種液化流程的性能變化規(guī)律,流程參數(shù)優(yōu)化的遺傳算法程序和最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)對中小型天然氣液化工藝的開發(fā)提供理論支持。
【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

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本文編號：2769014