天然气液化工艺中多元混合制冷剂循环的模拟实验研究

【摘要】：天然气液化工业在我国随着能源形势的变化以及科技的发展，其在能源结构中的地位日趋重要，然而，天然气液化流程复杂庞大，各个部件之间的性能相互影响显著，整体运行最优化调节难度大，同时，由于天然气液化采用混合工质制冷循环，其还存在以下问题：天然气液化流程庞大，制冷剂的充灌量需根据流程中各部件及其工作状态进行计算。由于换热复合曲线的匹配问题，换热器中的火用损失较大，导致制冷的效率较低。混合制冷剂的组分以及压缩机进口的状态参数对离心式压缩机的性能有着显著的影响，在实际操作过程中，任何参数的变化都有可能导致压缩机的低效或失效，影响系统的正常运行。 本文主要针对天然气液化流程中的制冷剂充灌量、离心式压缩机性能预测以及换热器换热特性等相关问题进行模拟及实验研究。通过对典型制冷循环的实验模拟，在传热学理论基础上建立循环系统的制冷剂充灌量计算模型，并与实验数据进行对比验证模型的准确性，得出冷凝器中制冷剂积存质量所占比例最大，是总积存质量的55%~64%，而蒸发器制冷剂积存质量所占比例为17%~32%。 离心式压缩机是天然气液化循环中耗功部件，压缩机的性能调节也将影响到整个液化流程的运行状况。本文通过建立压缩机性能预测计算模型，分别将不同制冷剂组分及压缩机进口状态参数作为变量进行预测分析，得出压缩机的性能变化趋势。 天然气液化工艺流程中，换热器是产品生成的核心部件，也是整个流程中最为复杂的部分，换热器中的换热匹配优化以及能耗降低成为液化流程优化的核心问题。本文重点利用Aspen Plus对混合工质制冷循环中的换热部分进行了流程模拟，对两种大型天然气液化流程建立模拟流程，分析发现：换热器中的理想换热温差为5°C~10°C，而在实际运行中，A厂的换热温差在12°C~18°C之间，而B厂的平均换热温差分别为17.1°C、34°C和27.5°C，将设计工况与实际运行工况进行比较得出运行问题产生的原因，并提出改进运行的相关建议。 【关键词】：混合制冷剂 充灌量 离心式压缩机 性能预测 流程模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE646
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-12
• 1.1.1 天然气的组成及分类9-10
• 1.1.2 我国的能源消费现状10
• 1.1.3 我国天然气的开采及利用10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 天然气液化技术研究12-15
• 1.2.2 混合制冷剂特性研究15-16
• 1.2.3 离心式压缩机性能研究16-17
• 1.3 课题研究的工作内容17-18
• 第二章 制冷循环流程中制冷剂充灌量的研究18-29
• 2.1 制冷剂充灌量研究的必要性分析18
• 2.2 充灌量计算模型18-26
• 2.2.1 压缩机18-19
• 2.2.2 冷凝器19-23
• 2.2.3 节流装置23-24
• 2.2.4 蒸发器24-26
• 2.2.5 其他管路26
• 2.2.6 管内侧换热系数变化情况26
• 2.3 实验装置26-27
• 2.4 计算结果与实验数据比较27
• 2.5 结果分析27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 混合制冷剂对离心式压缩机性能的影响分析29-41
• 3.1 离心式压缩机29
• 3.2 离心式压缩机性能预测模型29-34
• 3.2.1 离心式压缩机的能量头30-31
• 3.2.2 离心式压缩机的损失计算31-32
• 3.2.3 计算流程32-34
• 3.3 模拟计算结果分析34-40
• 3.3.1 压缩机性能曲线的绘制34-35
• 3.3.2 进口制冷剂参数对压缩机性能的影响35-37
• 3.3.3 制冷剂中重组分浓度对压缩机性能的影响37
• 3.3.4 两级压缩机串联运行性能分析37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 大型天然气液化厂的换热流程模拟分析41-57
• 4.1 流程模拟必要性分析41-42
• 4.2 模拟计算的热力学基础42-43
• 4.2.1 气液相平衡计算方程42-43
• 4.3 Aspen Plus 流程模拟43-55
• 4.3.1 A 厂天然气液化流程模拟43-47
• 4.3.2 B 厂天然气液化流程模拟47-55
• 4.4 本章小结55-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果63-64
• 致谢64-65
• 答辩委员会对论文的评定意见65

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