天然氣液化工藝中多元混合制冷劑循環(huán)的模擬實驗研究

【摘要】：天然氣液化工業(yè)在我國隨著能源形勢的變化以及科技的發(fā)展，其在能源結構中的地位日趨重要，然而，天然氣液化流程復雜龐大，各個部件之間的性能相互影響顯著，整體運行最優(yōu)化調節(jié)難度大，同時，由于天然氣液化采用混合工質制冷循環(huán)，其還存在以下問題：天然氣液化流程龐大，制冷劑的充灌量需根據(jù)流程中各部件及其工作狀態(tài)進行計算。由于換熱復合曲線的匹配問題，換熱器中的火用損失較大，導致制冷的效率較低?；旌现评鋭┑慕M分以及壓縮機進口的狀態(tài)參數(shù)對離心式壓縮機的性能有著顯著的影響，在實際操作過程中，任何參數(shù)的變化都有可能導致壓縮機的低效或失效，影響系統(tǒng)的正常運行。 本文主要針對天然氣液化流程中的制冷劑充灌量、離心式壓縮機性能預測以及換熱器換熱特性等相關問題進行模擬及實驗研究。通過對典型制冷循環(huán)的實驗模擬，在傳熱學理論基礎上建立循環(huán)系統(tǒng)的制冷劑充灌量計算模型，并與實驗數(shù)據(jù)進行對比驗證模型的準確性，得出冷凝器中制冷劑積存質量所占比例最大，是總積存質量的55%~64%，而蒸發(fā)器制冷劑積存質量所占比例為17%~32%。 離心式壓縮機是天然氣液化循環(huán)中耗功部件，壓縮機的性能調節(jié)也將影響到整個液化流程的運行狀況。本文通過建立壓縮機性能預測計算模型，分別將不同制冷劑組分及壓縮機進口狀態(tài)參數(shù)作為變量進行預測分析，得出壓縮機的性能變化趨勢。 天然氣液化工藝流程中，換熱器是產品生成的核心部件，也是整個流程中最為復雜的部分，換熱器中的換熱匹配優(yōu)化以及能耗降低成為液化流程優(yōu)化的核心問題。本文重點利用Aspen Plus對混合工質制冷循環(huán)中的換熱部分進行了流程模擬，對兩種大型天然氣液化流程建立模擬流程，分析發(fā)現(xiàn)：換熱器中的理想換熱溫差為5°C~10°C，而在實際運行中，A廠的換熱溫差在12°C~18°C之間，而B廠的平均換熱溫差分別為17.1°C、34°C和27.5°C，將設計工況與實際運行工況進行比較得出運行問題產生的原因，并提出改進運行的相關建議。 【關鍵詞】：混合制冷劑 充灌量 離心式壓縮機 性能預測 流程模擬
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TE646
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 課題研究背景及意義9-12
• 1.1.1 天然氣的組成及分類9-10
• 1.1.2 我國的能源消費現(xiàn)狀10
• 1.1.3 我國天然氣的開采及利用10-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 天然氣液化技術研究12-15
• 1.2.2 混合制冷劑特性研究15-16
• 1.2.3 離心式壓縮機性能研究16-17
• 1.3 課題研究的工作內容17-18
• 第二章 制冷循環(huán)流程中制冷劑充灌量的研究18-29
• 2.1 制冷劑充灌量研究的必要性分析18
• 2.2 充灌量計算模型18-26
• 2.2.1 壓縮機18-19
• 2.2.2 冷凝器19-23
• 2.2.3 節(jié)流裝置23-24
• 2.2.4 蒸發(fā)器24-26
• 2.2.5 其他管路26
• 2.2.6 管內側換熱系數(shù)變化情況26
• 2.3 實驗裝置26-27
• 2.4 計算結果與實驗數(shù)據(jù)比較27
• 2.5 結果分析27-28
• 2.6 本章小結28-29
• 第三章 混合制冷劑對離心式壓縮機性能的影響分析29-41
• 3.1 離心式壓縮機29
• 3.2 離心式壓縮機性能預測模型29-34
• 3.2.1 離心式壓縮機的能量頭30-31
• 3.2.2 離心式壓縮機的損失計算31-32
• 3.2.3 計算流程32-34
• 3.3 模擬計算結果分析34-40
• 3.3.1 壓縮機性能曲線的繪制34-35
• 3.3.2 進口制冷劑參數(shù)對壓縮機性能的影響35-37
• 3.3.3 制冷劑中重組分濃度對壓縮機性能的影響37
• 3.3.4 兩級壓縮機串聯(lián)運行性能分析37-40
• 3.4 本章小結40-41
• 第四章 大型天然氣液化廠的換熱流程模擬分析41-57
• 4.1 流程模擬必要性分析41-42
• 4.2 模擬計算的熱力學基礎42-43
• 4.2.1 氣液相平衡計算方程42-43
• 4.3 Aspen Plus 流程模擬43-55
• 4.3.1 A 廠天然氣液化流程模擬43-47
• 4.3.2 B 廠天然氣液化流程模擬47-55
• 4.4 本章小結55-57
• 總結與展望57-59
• 參考文獻59-63
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果63-64
• 致謝64-65
• 答辯委員會對論文的評定意見65

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