由于噴油螺桿壓縮機(jī)具有體積小、效率高、運(yùn)動(dòng)部件少的特點(diǎn),應(yīng)用于天然氣液化裝置中時(shí)會(huì)使得整個(gè)壓縮模塊變得更為緊湊,因此非常適用于小型的液化裝置中。但是由于噴油螺桿壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油的存在,壓縮過程中潤(rùn)滑油會(huì)與混合制冷劑充分接觸,產(chǎn)生互溶現(xiàn)象,改變混合制冷劑中各組分的百分比進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。著眼于此,本課題以噴油螺桿壓縮機(jī)在混合制冷劑天然氣液化流程中的應(yīng)用為背景,研究混合制冷劑在潤(rùn)滑油中的溶解對(duì)液化流程中一些重要參數(shù)的影響。本文采用HYSYS流程軟件,首先對(duì)混合制冷劑由四種組分(甲烷、乙烯、丙烷、氮?dú)?構(gòu)成和由五種組分(甲烷、乙烯、丙烷、異丁烷、氮?dú)?構(gòu)成時(shí)的配比進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化以流程比功耗最小為目標(biāo)函數(shù),混合制冷劑由四種組分構(gòu)成時(shí),甲烷含量為21%、乙烯含量為14%、丙烷含量為58%、氮?dú)夂繛?%�；旌现评鋭┯晌宸N組分構(gòu)成時(shí),甲烷含量為19%、乙烯含量為30%、丙烷含量為4%、異丁烷含量為39%、氮?dú)夂繛?%。在優(yōu)化混合制冷劑配比的過程中還發(fā)現(xiàn)五組分混合制冷劑流程比四組分混合制冷劑流程能耗節(jié)省12%。然后在優(yōu)化的制冷劑配比基礎(chǔ)上逐漸研究每一種組分的改變對(duì)流程性能的影響。通過模擬研究可得當(dāng)混合制冷劑由四種組分構(gòu)成時(shí),丙烷含量的降低對(duì)流程的比功耗、液化率和換熱器最小換熱溫差的影響最大。當(dāng)混合制冷劑為五組分時(shí),異丁烷含量的降低對(duì)流程的比功耗、液化率和換熱器最小換熱溫差的影響最大。除此之外通過各組分的溫度敏感區(qū)間對(duì)流程的最小換熱溫差的變化進(jìn)行了研究。雖然五種組分的混合制冷劑流程比四種組分的混合制冷劑流程所需的比功耗和混合制冷劑的總流量更小,但在考慮到混合制冷劑在潤(rùn)滑油中的溶解之后,含有異丁烷的混合制冷劑更容易溶于潤(rùn)滑油,進(jìn)而影響液化流程的所需要的混合制冷劑的流量。因此又對(duì)異丁烷潤(rùn)滑油混合物體系氣液相平衡的計(jì)算進(jìn)行了研究。在噴油螺桿壓縮機(jī)對(duì)混合制冷劑進(jìn)行壓縮的過程中,混合制冷劑和潤(rùn)滑油是充分接觸的,因此混合制冷劑的各個(gè)組分都可能同時(shí)發(fā)生變化。因此只研究單組分的變化對(duì)液化流程性能的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。混合制冷劑通過潤(rùn)滑油后整體配比的變化對(duì)流程性能影響十分重要。因此搭建試驗(yàn)臺(tái),研究由四種組分構(gòu)成的混合制冷劑和由五種組分構(gòu)成的制冷劑分別通過CPI-1005-100、CPI-1010-100和CPI-1516-100后組分的變化。通過實(shí)驗(yàn)研究可得,當(dāng)含有四種組分的混合制冷劑分別通過三種不同的潤(rùn)滑油之后,均是丙烷被吸收的量比較多,乙烯次之,甲烷幾乎不會(huì)被吸收。提高潤(rùn)滑油溫度,乙烯和丙烷被溶解的量整體上呈增多的趨勢(shì)。含有五種組分的混合制冷劑分別通過三種不同的潤(rùn)滑油之后,異丁烷被吸收的量非常顯著。在獲得了兩種不同的制冷劑通過潤(rùn)滑油之后配比的改變之后,將被改變過的混合制冷劑的配比重新輸入到上述的液化流程成中,研究混合制冷劑配比被改變之后液化流程性能的改變。通過研究表明,當(dāng)由四種組分構(gòu)成的混合制冷劑分別被三種不同的潤(rùn)滑油溶解之后,潤(rùn)滑油CPI-1005-100對(duì)混合制冷劑組分的改變對(duì)流程性能的影響最大,為保持液化流程的液化率保持不變,實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),流程的比功耗增加可達(dá)20%,制冷劑的總流量增加可達(dá)17.5%。其余兩種潤(rùn)滑油對(duì)混合制冷劑組分的改變對(duì)流程性能造成的影響相對(duì)較小,其中液化流程的比功耗增加10%,混合制冷劑的總流量增加9%。當(dāng)由五種組分構(gòu)成的混合制冷劑分別被三種不同的潤(rùn)滑油溶解之后,潤(rùn)滑油CPI-1516-100對(duì)混合制冷劑組分的改變對(duì)流程性能的影響最大,為保持液化流程的液化率保持不變,實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),流程的比功耗和混合制冷劑的總流量增加可達(dá)42.9%。液化流程的比功耗和混合制冷劑的總流量會(huì)受到其他兩種潤(rùn)滑油的溶解影響分別增加17.8%和18.7%。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TE626.3;TB64
【部分圖文】：

圖 1- 1AP-SMR 流程示意圖Fig.1- 1 Schematic ofAP-SMR process developed byAPCIAP-SMR 流程與 PRICO 流程相類似，都是混合制冷劑經(jīng)過兩級(jí)壓縮，且在第一級(jí)壓縮機(jī)出口處進(jìn)入到中間分離器進(jìn)行氣液分離，液相制冷劑由泵壓縮，氣相制冷劑由壓縮機(jī)壓縮，經(jīng)過壓縮后的混合制冷劑進(jìn)入到氣液分離器進(jìn)行分

圖 1- 2 PRICO 流程示意圖Fig.1- 2 Schematic of PRICO process在 PRICO 流程中，混合制冷劑由氮?dú)�、甲烷、乙烯、丙烷和異戊烷組成。混合制冷劑經(jīng)過第一級(jí)壓縮機(jī)后進(jìn)入冷卻器冷凝，然后進(jìn)入中間分離器進(jìn)行氣液分離，分離出的氣相進(jìn)入第二級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，液相由泵進(jìn)行壓縮，這樣

圖 2- 1 KBO 法優(yōu)化流程圖.2- 1 Framework of optimization process with knowledge based optimiz 中“根據(jù)換熱器中相應(yīng)的溫區(qū)提高流量”是 Mohd 等根據(jù)研加對(duì)應(yīng)冷箱中冷熱物流溫差升高處的熱流的溫度區(qū)間，表 2- 1 分敏感性區(qū)間
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