天然氣液化計算技術(shù)

1、天然氣液化計算技術(shù)天然氣液化計算技術(shù)混合制冷液化工藝計算混合制冷液化工藝計算天然氣液化工藝過程膨脹制冷工天然氣液化工藝過程膨脹制冷工藝計算藝計算文中常用符號、名稱及單位文中常用符號、名稱及單位Ti流程中第i點的溫度，K；Pi流程中第i點的壓力，Mpa；Hi流程中第i點的焓，kj/kg；Si流程中第i點的熵，kj/（kg*k）；Gi流程中第i點的質(zhì)量流量，kg/h；EX(火用)，KW；Pi流程中第i個換熱器阻力，MpaP換熱器總阻力，Mpa1技術(shù)支持技術(shù)支持天然氣和制冷劑的焓、熵、密度等計算以及相平衡、閃蒸計算。以此再進行液化工藝計算。1.1工藝計算目的工藝計算目的計算制冷劑循配比、制冷劑循環(huán)量

2、（混合制冷劑流程）；計算壓縮機功率；計算火用損失；應用范圍應用范圍可用于5種工程中應用廣泛的液化工藝計算：分別是氮氣膨脹制冷液化工藝；氮甲烷膨脹制冷液化工藝；調(diào)峰型丙烷預冷混合制冷劑（C3-MRC）液化工藝；基本負荷型丙烷預冷混合制冷劑（C3-MRC）液化工藝；無預冷混合制冷劑（MRC）液化工藝；1.2工藝計算前需已知的參數(shù)工藝計算前需已知的參數(shù)在工藝計算前，需確定如下已知參數(shù)（1）冷箱入口天然氣溫度、壓力、流量及各組分的摩爾分數(shù)；（2）LNG儲罐的存儲溫度、壓力；（3）換熱器端面冷、熱流體溫差，取3；（4）各種機械設備的效率，如壓縮機、膨脹機、增壓機；（5）計算中換熱器阻力，本計算冷箱總阻力

3、取0.1Mpa，每個換熱器平均分配，由此引起的誤差對計算結(jié)果的影響在誤差允許范圍內(nèi)。在丙烷預冷混合制冷劑流程中，還需確定如下參數(shù)：（6）丙烷壓縮機出口壓力，設計取1.3Mpa；（7）混合制冷劑的組成及各摩爾分數(shù)；C3/MRC混合制冷劑選4種：分別是甲烷、乙烯（或乙烷）、丙烷、氮氣；MRC混合制冷劑選5種或6種，詳見操作手冊；1.3火用火用損失損失1.3.1壓縮機火用壓縮機火用損失損失 Ex=3600/1112 .012 .SSTHHG式中 Ex壓縮機火用 損失KWG制冷劑流量Kg/hH1壓縮機入口焓KJ/kgH2壓縮機出口焓KJ/kgS1壓縮機入口熵 KJ/kg. S2壓縮機出口熵KJ/kg.

4、 壓縮機效率 T0環(huán)境溫度 K 1.3.2膨脹機火用損失 Ex=3600/112 .021SSTHHG式中 Ex壓縮機火用 損失KWG制冷劑流量Kg/hH1壓縮機入口焓KJ/kgH2壓縮機出口焓KJ/kgS1壓縮機入口熵 KJ/kg. S2壓縮機出口熵KJ/kg. 壓縮機效率 T0環(huán)境溫度 K 1.3.3節(jié)流閥火用節(jié)流閥火用損失損失 Ex=3600/12 .0SSTG式中 Ex節(jié)流閥火用 損失 KWG節(jié)流閥流量Kg/hS1節(jié)流閥入口熵KJ/kg. S2節(jié)流閥出口熵KJ/kg. T0環(huán)境溫度 K 1.3.4多股流換熱器火用多股流換熱器火用損失損失 Ex=3600/ )(120iiiSSGT式中

5、Ex多股流換熱器火用損失 KWGi換熱器中第i股流的流量Kg/hSi1換熱器中第i股流入口熵KJ/kg. Si2換熱器中第i股流出口熵KJ/kg. T0環(huán)境溫度 K 1.3.5水冷器火用水冷器火用損失損失 Ex=3600/120120ttntQTGSST式中 Ex水冷器火用 損失KWG水冷器中制冷劑流量Kg/hS1制冷劑入口熵 KJ/kg. S2制冷劑出口熵KJ/kg. T0環(huán)境溫度 K Q水冷器熱負荷 KJ/h 1.3.6混合火用混合火用損失損失 Ex=3600/(2211i210iiSGSGSGSGGGT）式中 Ex混合火用 損失KW G1混合前第一股流量Kg/h G2混合前第二股流量Kg

6、/h Gi混合前第i股流量Kg/h S1混合前第一股流熵 KJ/kg. S2混合前第二股流熵KJ/kg. Si混合前第i股流熵KJ/kg. S混合后熵 KJ/kg. T0環(huán)境溫度 K 2氮膨脹液化工藝計算氮膨脹液化工藝計算說明說明2.1液化工藝流程液化工藝流程氮膨脹工藝流程國內(nèi)中小型氮膨脹工藝流程國內(nèi)中小型天然氣液化廠大部分用此流天然氣液化廠大部分用此流程。程。優(yōu)點：優(yōu)點：流程簡單，運行管理方便流程簡單，運行管理方便安全性好，無爆炸危險安全性好，無爆炸危險技術(shù)成熟技術(shù)成熟缺點：缺點：能耗高，比混合制冷劑液化能耗高，比混合制冷劑液化流程能耗高流程能耗高40%2.1.1天然氣流程天然氣流程經(jīng)過預處

7、理（脫硫、脫碳、脫水、脫汞）的天然氣由1點進入冷箱。經(jīng)過1號換熱器預冷后脫除重烴，經(jīng)2、3、4號換熱器液化、過冷，經(jīng)6點節(jié)流降壓到24點。24點即為成品LNG，由管路余壓輸送到LNG儲罐。2.1.2制冷劑流程制冷劑流程氮氣經(jīng)壓縮機壓縮、水冷后，依次進入低壓增壓機、中壓增壓機增壓，然后由7點進入冷箱，經(jīng)1號換熱器預冷后進入中壓膨脹機，膨脹后溫度、壓力均降低，同時輸出膨脹功帶動中壓增壓機。膨脹后的氮氣由9點進入3號換熱器繼續(xù)冷卻，由10點進入低壓膨脹機，膨脹后溫度、壓力進一步降低，同時輸出膨脹功帶動低壓增壓機。經(jīng)第二級膨脹后的制冷劑由換熱器的最冷端11點逐級進入各換熱器，為天然氣和制冷劑提供冷量。

8、2.2流程各點狀態(tài)參數(shù)確定流程各點狀態(tài)參數(shù)確定2.2.1確定冷箱冷、熱端溫度、壓力確定冷箱冷、熱端溫度、壓力（1）1點天然氣進冷箱壓力是進站穩(wěn)壓后（或原料氣壓縮機出口）壓力減去吸收塔、脫水、脫汞及管道阻力。通過迭代計算總功率最小時壓縮機出口壓力值，作為進冷箱壓力。溫度則根據(jù)工程所在地壓縮機出口氣體冷卻后的溫度確定。（2）7點7點是制冷劑進冷箱壓力，一般在4.44.7MPa之間，經(jīng)過迭代計算尋找壓縮機功耗最小時對應的的P7。溫度T7=T1。（3）24點24點是冷箱中LNG節(jié)流后狀態(tài)。其壓力為儲罐的存儲壓力加上輸送過程中的局部阻力、沿程阻力和液位高差，并考慮一定富余量。溫度按等于儲罐工作溫度計算（

9、考慮從冷箱至罐因有壓降而引起的焦耳湯姆遜效應將導致一定的溫降，會抵消一部分因輸送管道受熱而引起的溫升，故計算時按溫度相等計算，因此而所引起的誤差在允許范圍內(nèi)）。（4）6點6壓力為天然氣冷箱入口壓力減去各換熱器阻力。然后根據(jù)h6=h24及P、H閃蒸計算T6。（5）11點計算11點前先假定10點狀態(tài)，根據(jù)10點溫度、壓力迭代計算，尋找滿足T6-T113最大的T11。10點壓力工程設計取1.49Mpa，溫度在140K-160K之間，經(jīng)過膨脹機等熵膨脹迭代試算T11，P11取0.4Mpa。（6）15點T15=T11-3，P15=P11-P，P=0.1MPa為冷制冷劑通過三個換熱器的總阻力。2.2.28

10、點和點和2點點P8=P7-P1，T8是影響制冷劑壓縮機功耗的主要因素之一，需迭代計算以尋找最小功耗對應的T8，迭代溫度范圍在230K-245K。T2=T8，P2=P1-P1，P1為天然氣通過1號換熱器阻力。2.2.39點和點和4點點P9=P10+P3，P3為熱制冷劑通過3號換熱器阻力。由8點等熵膨脹計算T9。T4=T9，P4=P1-P1-P2。2.2.4確定制冷劑的循環(huán)量確定制冷劑的循環(huán)量G7列一、二、三、四換熱器熱平衡方程一換G1（H1-H2）+G7（H7-H8）=G7（H15-H14）二換（當無重烴分離時）G1（H3-H4）=G7（H14-H13）三換（當無重烴分離時）G1（H4-H5）+

11、G7（H9-H10）=G7（H13-H12）四換G1（H5-H6）=G7（H12-H11）四個方程相加即為冷箱熱平衡方程G1（H1-H5）+G7（H7-H8）+G7（H9-H10）=G7（H15-H11），可寫成G7=以此式求G7，可關(guān)聯(lián)四個換熱器的熱平衡，故所求的G7可滿足四個換熱器的熱平衡。 109871115611HHHHHHHHG2.2.5做第一個換熱器熱平衡，求做第一個換熱器熱平衡，求H14。由求得的及做P、H閃蒸求T14。2.2.6做第二個換熱器熱平衡，求做第二個換熱器熱平衡，求H13，由求得的及做P、H閃蒸求。2.2.7做第四個換熱器熱平衡，求做第四個換熱器熱平衡，求H12，由求

12、得的及做P、H閃蒸求。78772111514/)()(GHHGHHGHH74331413/ )(GHHGHH76531112/ )(GHHGHH2.2.8定低壓增壓機增壓后壓力定低壓增壓機增壓后壓力P20定P20后，中壓增壓機入口P21=P200.01，其中0.01為冷卻器阻力。中壓增壓機入口。確定中壓增壓機入口溫度、壓力及出口壓力后可計算出增壓機需要的功率。經(jīng)過試算不同的使中壓膨脹機輸出功滿足/=1.011.02。即中壓膨脹機輸出的膨脹功能滿足中壓增壓機。2.2.9定壓縮機壓縮后壓力定壓縮機壓縮后壓力P17確定P17的方法同上，即低壓膨脹機輸出功率NPZ2能夠滿足低壓增壓機需功率。2.2.1

13、0計算壓縮機功率計算壓縮機功率N由壓縮機進口壓力、溫度及出口壓力可計算出壓縮機功耗N。2.2.11結(jié)果的約束條件結(jié)果的約束條件（1）、各換熱器斷面溫差不能出現(xiàn)負溫差，且冷熱流體的設計溫差不能小于3；（2）、各換熱器熵增必須大于零為了使各換熱器換熱過程可行，除了不能出現(xiàn)負溫差外，各換熱器的熵增必須大于零，及火用損失不能為負值。軟件中對每次計算結(jié)果都有檢查程序，保證換熱器換熱過程中不出現(xiàn)負溫差。（3）通過換熱器檢查程序換熱器檢查程序的目的是校核換熱器中制冷劑提供的冷量在換熱器的低溫段是否足夠。天然氣液化過程中天然氣和混合制冷劑均有相變。天然氣由氣相液化過程中，在較小的溫差范圍內(nèi)需要大量的冷量?；旌?/p>

14、制冷劑先被冷卻液化后再為天然氣和制冷劑提供冷量，因此有同樣的問題。而混合制冷劑在提供冷量過程中，由液相制冷劑變成氣相制冷劑的相變過程中，在較小的溫差范圍內(nèi)會提供大量冷量。如果天然氣在一個換熱器低溫段液化，而制冷劑在換熱器高溫段氣化提供冷量，雖然換熱器冷熱負荷看似平衡，但由于制冷劑汽化溫度高，冷熱流體間是負溫差，不會傳熱，因此制冷劑不會把天然氣冷卻到預計的溫度。因此檢查程序就是檢查某換熱器低溫段冷量是否足夠。檢查的方法是從換熱器底部每5一個溫度區(qū)間，確保自低溫向高溫的溫度區(qū)間累積冷負荷足夠。2.2.12氮膨脹天然氣液化工氮膨脹天然氣液化工藝程序結(jié)構(gòu)流程圖藝程序結(jié)構(gòu)流程圖2.3原料氣組分選擇及組成

15、計算原料氣組分選擇及組成計算2.3.1原料氣組成計算原料氣組成計算根據(jù)天然氣每種物質(zhì)的摩爾分數(shù),計算出各摩爾分數(shù)之和。2.3.2天然氣液化計算天然氣液化計算氮膨脹液化流程工藝計算其計算最終考核結(jié)果是原料氣壓縮機功率和制冷劑壓縮機功率之和最小?！暗蛎浱烊粴庥嬎恪边m用于天然氣壓力滿足液化工藝需要（一般大于4MPa），無需增加原料氣壓縮機。2.3.3天然氣液化工藝計算天然氣液化工藝計算計算前先輸入基本參數(shù)。方法是選“氮膨脹”“氮膨脹天然氣計算”“初始化”。進入“初始化”頁面輸入計算所需的基本數(shù)據(jù)。其中膨脹機及增壓機效率若不輸入，系統(tǒng)會根據(jù)液化規(guī)模自動選擇相應的效率。氮膨脹天然氣計算的迭代有2個嵌套

16、循環(huán)。分別是氮氣進入冷箱（7點）壓力和氮氣第一個膨脹機入口（8點）溫度。7點壓力的迭代區(qū)間一般在4.4Mpa4.8Mpa（絕壓），步長取0.01或0.02Mpa。8點溫度的迭代區(qū)間一般在230K245K，步長取0.5K或1K。迭代方法是先固定壓力不變，計算完一個溫度循環(huán)，改變壓力，再次計算一個溫度循環(huán)。3氮甲烷膨脹液化工藝計氮甲烷膨脹液化工藝計算說明算說明3.1液化工藝流程液化工藝流程氮膨脹流程的改進，功耗氮膨脹流程的改進，功耗比氮膨脹節(jié)省比氮膨脹節(jié)省10%15%。優(yōu)點：優(yōu)點：流程簡單，運行流程簡單，運行管理方便管理方便,技術(shù)成熟技術(shù)成熟缺點：能耗高，比混合制缺點：能耗高，比混合制冷劑液化流程

17、能耗高冷劑液化流程能耗高25%30%,制冷劑需防制冷劑需防爆爆氮甲烷膨脹天然氣流程與氮膨脹相同，這里只介紹制冷劑系統(tǒng)。氮甲烷膨脹優(yōu)點是比純氮氣膨脹液化系統(tǒng)壓縮機功耗低。在氮甲烷制冷系統(tǒng)中，制冷劑氮-甲烷經(jīng)循環(huán)壓縮機和增壓機增壓到工作壓力，經(jīng)水冷器冷卻后，進入第一換熱器被冷卻到透平膨脹機的入口溫度。一部分制冷劑進入膨脹機膨脹到循環(huán)壓縮機的入口壓力，與返流的20點制冷劑混合后，為第二換熱器提供冷量，回收的膨脹功用于驅(qū)動增壓機。另一部分制冷劑從16點經(jīng)第二、第三換熱器冷卻，經(jīng)節(jié)流閥降溫后返流，為第三換熱器提供冷量。氮甲烷膨脹用一級膨脹機的目的是為了避免采用兩個膨脹機時第二級膨脹后帶液。3.2流程各點

18、狀態(tài)參數(shù)確定流程各點狀態(tài)參數(shù)確定3.2.1確定制冷劑組成確定制冷劑組成制冷劑是由氮甲烷組成，其組成配比需迭代計算，尋找功耗最小時對應的配比。制冷劑中氮氣含量高則系統(tǒng)功耗大，含量低冷箱低端節(jié)流后溫差不夠3，試算時氮氣摩爾分數(shù)取25%，逐漸增大。3.2.2確定冷箱冷、熱端溫度、壓力確定冷箱冷、熱端溫度、壓力氮甲烷膨脹1點、5點、6點確定方法同氮膨脹相同。（1）12點制冷劑進冷箱12點壓力基本和氮膨脹進冷箱壓力相同，在4.44.7Mpa之間，經(jīng)迭代計算尋找壓縮機功耗最小時對應的壓力。（2）18和19點T18=T5，P18=P12-P，P=0.1MPa為熱制冷劑通過三個換熱器的總阻力。冷箱冷端節(jié)流后1

19、9點壓力設計取0.4Mpa。計算節(jié)流后T19，約束條件T18-T193。（3）23點T23=T12-3，P23=P19-P，P為冷制冷劑通過三個換熱器的總阻力，按設計條件與熱制冷劑總阻力近似相等。3.2.313和和2點點P13=P12-P1，P1為熱制冷劑通過1號換熱器的阻力，T13是影響制冷劑壓縮機功耗及換熱器熱平衡的主要因素之一，應迭代計算，迭代溫度范圍230K-255K。T2=T13。3.2.415、20、21及及4點點，。根據(jù)P15計算膨脹后15點溫度T15.。為了減小15點和20點混合火用損失，設計取。T4=T17=T20+331915PPP152120PPP3.2.5求制冷劑循環(huán)量

20、及去節(jié)流分流量求制冷劑循環(huán)量及去節(jié)流分流量做第三換熱器熱平衡，求制冷劑去節(jié)流閥的質(zhì)量流量：列冷箱三個換熱器的總熱平衡方程以求G12將G16方程代入上式，整理后得：）（172054116(HHHHGG)()()()()(192016212312181616131212511HHGHHGHHGHHGHHG)H - H + H - (H)()()()()(201312231720201654131221112HHHHHHHHHHGG3.2.6做第一個換熱器熱平衡，求做第一個換熱器熱平衡，求H22122111312122322G / )H - (H G + )H - (H (G - HH22H22P由

21、求得的 及做P、H閃蒸求T22。3.2.7定壓縮機壓縮后壓力定壓縮機壓縮后壓力P7增壓機入口P9=P7-0.02，其中0.02為冷卻器及管路阻力。增壓機出口P11=P12+0.01。確定增壓機入口溫度、壓力及出口壓力后計算增壓機需要的功率NZY。迭代計算不同壓縮機出口壓力P7使膨脹機輸出功NPZ滿足NPZ/NZY=1.011.02。3.2.8計算壓縮機功率計算壓縮機功率N由壓縮機進口壓力、溫度及出口壓力可計算出壓縮機功耗N。3.2.9結(jié)果的約束條件結(jié)果的約束條件（1）、各換熱器斷面溫差不能出現(xiàn)負溫差，且冷熱流體的設計溫差不能小于3；（2）、各換熱器熵增必須大于零為了使各換熱器換熱過程可行，除了

22、不能出現(xiàn)負溫差外，各換熱器的熵增必須大于零，及火用損失不能為負值。軟件中對每次計算結(jié)果都有檢查程序，保證換熱器換熱過程中不出現(xiàn)負溫差。（3）膨脹機膨脹后不能帶液3.2.10氮甲烷膨氮甲烷膨脹天然氣液化工脹天然氣液化工藝計算程序結(jié)構(gòu)藝計算程序結(jié)構(gòu)流程圖流程圖3.3原料氣組成及組分選擇原料氣組成及組分選擇氮甲烷膨脹原料氣組成及組分選擇和氮膨脹相同。3.4天然氣液化工藝計算天然氣液化工藝計算氮甲烷膨脹液化工藝計算同氮膨脹一樣，其計算的最終結(jié)果是原料氣壓縮機功率和制冷劑壓縮機功率之和最小。“氮甲烷膨脹天然氣計算”也是適用于天然氣壓力滿足液化工藝需要（一般大于4MPa），無需增加原料氣壓縮機。氮甲烷膨脹

23、天然氣計算的迭代有3個嵌套循環(huán)。分別是制冷劑中氮氣含量、氮甲烷進入冷箱（12點）壓力和膨脹機入口（13點）溫度。12點壓力的迭代區(qū)間一般在4.4Mpa4.8Mpa，步長取0.01或0.02Mpa。13點溫度的迭代區(qū)間一般在230K255K，步長取0.5K或1K。迭代方法是先固定壓力不變，計算完一個溫度循環(huán)，改變壓力，再次計算一個溫度循環(huán)。4調(diào)峰型丙烷預冷調(diào)峰型丙烷預冷混合制冷劑混合制冷劑（C3/MRC）液化）液化工藝計算說明工藝計算說明4.1調(diào)峰型調(diào)峰型C3/MRC流流程程全世界全世界80%以上以上LNG液液化廠采用化廠采用C3/MRC液化液化流程流程優(yōu)點：優(yōu)點：能耗低能耗低缺點：缺點：運行管

24、理復雜運行管理復雜調(diào)峰型丙烷預冷混合制冷劑流程由三部分組成：（1）混合制冷劑（MRC）流程；（2）丙烷預冷流程；（3）天然氣液化流程。丙烷預冷循環(huán)用于預冷混合制冷劑和天然氣，混合制冷劑用于天然氣液化和過冷。4.1.1混合制冷劑循環(huán)流程混合制冷劑循環(huán)流程在混合制冷劑循環(huán)中，混合制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮，首先用水冷卻，帶走一部分熱量，然后通過丙烷預冷，預冷后進入氣液分離器分離成液相和氣相，液相經(jīng)第一個主換熱器冷卻后節(jié)流，降溫、降壓，并與返流的混合制冷劑混合，為第一個主換熱器提供冷量，冷卻天然氣和從氣液分離器出來的氣相和液相兩股混合制冷劑。氣相制冷劑經(jīng)第一主換熱器冷卻及第二主換熱器深冷后節(jié)流，降溫后進入第

25、二主換熱器，冷卻天然氣和氣相混合制冷劑。4.1.2丙烷預冷循環(huán)流程丙烷預冷循環(huán)流程丙烷預冷循環(huán)中，丙烷經(jīng)過三個溫度級的換熱器，為天然氣和混合制冷劑提供冷量。丙烷經(jīng)壓縮機壓縮、水冷后通過節(jié)流閥降溫降壓，再經(jīng)分離器分離成氣液兩相，氣相返回壓縮機，液相分成兩部分，一部分只釋放出潛熱，用于冷卻天然氣和制冷劑，另一部分作為后續(xù)流程的制冷劑，節(jié)流后進入下一級丙烷換熱器。4.1.3天然氣流程天然氣流程在天然氣通路中，天然氣首先經(jīng)過丙烷預冷循環(huán)預冷，然后流經(jīng)各換熱器逐級被冷卻，最后經(jīng)節(jié)流閥降壓后輸送到儲罐，使LNG在常壓或壓力下儲存。4.2流程各點狀態(tài)參數(shù)確定流程各點狀態(tài)參數(shù)確定4.2.1設定制冷劑的組分及各

26、組分的摩爾分數(shù)設定制冷劑的組分及各組分的摩爾分數(shù)混合制冷劑組分可選用4種，分別是甲烷、乙烯（或乙烷）、丙烷、氮氣各組分摩爾分數(shù)范圍：甲烷26%35%、乙烯（或乙烷）35%47%、丙烷15%25%、氮氣：8%12%混合制冷劑各組分的性能：（1）甲烷甲烷和氮氣主要為第二主換熱器提供冷量。隨著甲烷含量增加，第二主換熱器提供冷量增多，壓縮機功耗同時增加。LNG比功耗（單位質(zhì)量LNG功耗）增加。甲烷含量低時第二主換熱器可能因冷量不足而不能正常工作。（2）氮氣氮氣的功能和甲烷基本一致。隨著氮氣含量增加，冷箱冷端制冷劑節(jié)流后溫降增大，第二主換熱器提供冷量增多，壓縮機功耗增加。LNG比功耗（單位質(zhì)量LNG功耗

27、）增加。氮氣含量低時第二主換熱器可能因冷量不足而不能正常工作。（3）乙烯（或乙烷）乙烯（或乙烷）主要是為第一主換熱器提供冷量。第一主換熱器冷量不足時，應增大含量，壓縮機功耗隨之增大。（4）丙烷丙烷同乙烯功能相似，也是為第一換熱器提供冷量。丙烷含量增加時，耗功率下降。改變前三種組分是，為使制冷劑組分之和歸一，可相應調(diào)整丙烷組分。4.2.2確定冷箱冷、熱端溫度、壓力確定冷箱冷、熱端溫度、壓力C3/MRC流程1點、6點、49點確定方法同氮膨脹相同，此處不再贅述。4.2.3確定混合制冷劑壓縮機出口確定混合制冷劑壓縮機出口46壓力壓力混合制冷劑壓縮機出口壓力一般在2.63.0之間，針對不同的天然氣組分，

28、通過迭代計算尋找功耗最小時對應的壓力。4.2.4確定確定41、48、7、17點點丙烷底端節(jié)流后P41=0.12Mpa，T41=235K。T48=T41+3。T7=T48，T17=T4-34.2.5確定確定13、14點點14點壓力設計取0.4Mpa，T13=T6，根據(jù)節(jié)流后14點焓等于節(jié)流前13點焓計算T14，需滿足T13-T143。4.2.6確定確定5、15、12及及9點溫度，計算制冷劑循環(huán)量點溫度，計算制冷劑循環(huán)量先假設T5，設計取T12=T5，T9=T5，T15=T5-3。根據(jù)第二主換熱器熱平衡由其中l(wèi)v是7點氣相質(zhì)量分數(shù)，由7點溫度、壓力可由軟件計算lv。則可計算出制冷劑的循環(huán)量G7。)

29、()()(141512131212654HHGHHGHHG)()(121565412HHHHGG127GlGv4.2.7判斷第一主換熱器是否熱平衡判斷第一主換熱器是否熱平衡根據(jù)計算出制冷劑循環(huán)量，判斷第一主換熱器是否熱平衡，如果不平衡，程序自動重復4.2.5步，計算下一個t5。如果熱平衡，計算結(jié)束并檢查換熱器是否有負溫差，如有，舍棄計算結(jié)果。4.2.8計算丙烷預冷系統(tǒng)計算丙烷預冷系統(tǒng)丙烷預冷系統(tǒng)壓縮機出口壓力為1.3Mpa，溫度經(jīng)水冷后是常溫，丙烷為液態(tài)。經(jīng)一級節(jié)流后，壓力從1.3Mpa將為0.5Mpa，溫度約降到275K。節(jié)流后的液態(tài)一部分為第一預冷換熱器提供冷量，另一部分繼續(xù)節(jié)流，由0.5

30、Mpa節(jié)流到0.26Mpa，溫度降到約255K。再次節(jié)流后的液態(tài)一部分為第二預冷換熱器提供冷量，另一部分在繼續(xù)節(jié)流，由0.26Mpa節(jié)流到0.12Mpa，溫度降到約235K。在丙烷預冷換熱器中，丙烷只釋放潛熱，所以換熱器制冷劑通道進出口溫度相等。4.2.9計算壓縮機功率計算壓縮機功率根據(jù)計算出的各點參數(shù)計算丙烷壓縮機和混合制冷劑壓縮機的功率。4.2.10結(jié)果的約束條件結(jié)果的約束條件（1）、各換熱器冷端溫差不能出現(xiàn)負溫差，且冷熱流體的設計溫差不能小于3；（2）、各換熱器熵增必須大于零為了使各換熱器換熱過程可行，除了不能出現(xiàn)負溫差外，各換熱器的熵增必須大于零，及火用損失不能為負值。軟件中對每次計算

31、結(jié)果都有檢查程序，保證換熱器換熱過程中不出現(xiàn)負溫差。4.2.11調(diào)峰型丙烷調(diào)峰型丙烷預冷天然氣液化工預冷天然氣液化工藝計算程序結(jié)構(gòu)流藝計算程序結(jié)構(gòu)流程圖程圖4.3工藝計算原理工藝計算原理C3/MRC液化工藝計算過程是在一定的制冷劑配比、壓縮機進出口壓力條件下，先假設5點溫度，做第二主換熱器（過冷換熱器）熱平衡求制冷劑循環(huán)量，再校核第一主換熱器冷負荷QL、熱負荷QR是否相等。當冷負荷富裕比例Q=（QL-QR）/QL小于某一值時，認為此時系統(tǒng)冷熱量已達到平衡。4.4調(diào)峰型調(diào)峰型C3/MRC天然氣液化工藝流程手動計算天然氣液化工藝流程手動計算由于C3/MRC流程計算過程復雜，需對溫度、壓力、混合制冷

32、劑配比均迭代計算，工作量較大，故一般不推薦采用手動計算方法?？刹捎煤竺娉绦虻淖詣佑嬎惴椒?。手動計算需操作者手動選擇混合制冷劑的組成及配比。每計算完一組混合制冷劑需查看“C3_MRC”中對各換熱器的檢查結(jié)果“冷量富裕比例”是否全部大于0，如果是則該組分滿足要求。否則需調(diào)整配比重新計算。MRC壓縮機和丙烷壓縮機效率若未做選擇，系統(tǒng)會根據(jù)液化規(guī)模選擇相應的效率，壓縮機類型選擇主要因為不同類型壓縮機有不同的壓縮比，離心機最大壓縮比為2.5，往復機最大壓縮比為3.3。根據(jù)進出壓縮機壓力、壓縮機最大壓縮比自動選擇壓縮級數(shù)及水冷器級數(shù)。計算其中需迭代的是過冷換熱器天然氣入口溫度（5點），迭代步長根據(jù)冷負荷富

33、裕比例Q而定，Q較大時步長相應較長，Q小時迭代步長小。C3/MRC液化計算工藝過程是在一定的制冷劑配比、壓縮機進出口壓力條件下，先假設5點溫度，做第二主換熱器（深冷換熱器）熱平衡求出制冷劑循環(huán)量，再校核第一主換熱器是否熱平衡。Q=（QL-QR）/QL，冷負荷賦予比例Q小于某一值時，認為此時系統(tǒng)冷熱已達到熱平衡。C3/MRC液化工藝換熱器的檢查程序液化工藝換熱器的檢查程序換熱器檢查目的是校核換熱器中制冷劑提供的冷量在換熱器的低溫段是否足夠。天然氣液化過程中天然氣和混合制冷劑均有相變。天然氣由氣相液化過程中，在較小的溫差范圍內(nèi)需要大量的冷量。混合制冷劑先被冷卻液化后再為天然氣和制冷劑提供冷量，因此

34、有同樣的問題。而混合制冷劑在提供冷量過程中，由液相制冷劑變成氣相制冷劑的相變過程中，在較小的溫差范圍內(nèi)會提供大量冷量。如果天然氣在一個換熱器低溫段液化，而制冷劑在換熱器高溫段氣化提供冷量，雖然換熱器冷熱負荷看似平衡，但由于制冷劑汽化溫度高，冷熱流體間是負溫差，不會傳熱，因此制冷劑不會把天然氣冷卻到預計的溫度。因此檢查就是檢查某換熱器低溫段冷量是否足夠。檢查的方法是從換熱器底部每5一個溫度區(qū)間，確保自低溫向高溫的溫度區(qū)間累積冷負荷足夠。即每一段的冷負荷富裕比例Q均大于零。4.5C3/MRC天然氣液化工藝自動計算天然氣液化工藝自動計算4.5.1天然氣液化自動計算天然氣液化自動計算和前面所講流程相同

35、，“天然氣液化計算”是在原料氣壓力足夠高時，無需增加原料氣壓縮機。C3/MRC調(diào)峰型天然氣液化工藝計算混合制冷劑組成選擇甲烷、乙烷（或乙烯）、丙烷、氮氣。計算時需迭代混合制冷劑壓縮機出口壓力，混合制冷劑中甲烷、乙烷（或乙烯）、丙烷、氮氣等的體積分數(shù)，過冷換熱器天然氣入口溫度（流程圖中5點）提到的“冷負荷富裕比例Q”。混合制冷劑壓縮機出口壓力迭代計算時可選2.63.0MPa?；旌现评鋭┲屑淄轶w積分數(shù)一般在25%35%、乙烷（或乙烯）體積分數(shù)在35%48%、氮氣體積分數(shù)在7%12%，過冷換熱器天然氣入口溫度取196K160K（計算時是從高溫向低溫計算）。不同的天然氣組分需不同的制冷劑組成。根據(jù)輸入

36、的上述三種制冷劑范圍自動計算丙烷的范圍。C3/MRC調(diào)峰型自動計算過程會通過檢查壓縮機出口壓力、混合制冷劑配比及對應的壓縮機總功率（混合制冷劑壓縮機功率和丙烷壓縮機功率之和）。在所輸入的制冷劑范圍全部計算完畢后，會輸出最小功率對應的系統(tǒng)各點參數(shù)。5基本負荷型丙烷預冷基本負荷型丙烷預冷混合制冷劑（混合制冷劑（C3/MRC）液化工藝計算說明液化工藝計算說明5.1流程流程基本負荷型丙烷預冷混合制冷劑液化流程和調(diào)峰型基本一樣，不同之處是基本負荷型混合制冷劑循環(huán)經(jīng)過2次氣液分離。計算方法同調(diào)峰型基本相同。基荷型丙烷預冷天然氣基荷型丙烷預冷天然氣液化工藝計算程序結(jié)構(gòu)液化工藝計算程序結(jié)構(gòu)流程圖流程圖5.2基

37、荷型基荷型C3/MRC天然天然氣液化工藝計算氣液化工藝計算基本負荷型C3/MRC天然氣液化工藝流程手動計算和調(diào)峰型C3/MRC天然氣液化工藝流程手動計算過程基本相同。不同之處是在初始化時，除給定過冷換熱器入口溫度范圍之外，還需迭代計算第二個氣液分離器入口溫度。6無預冷混合制冷劑無預冷混合制冷劑（MRC）液化工藝流）液化工藝流程說明程說明6.1無預冷混合制冷劑無重烴無預冷混合制冷劑無重烴分離器流程分離器流程6.1.1流程流程無預冷混合制冷劑流程示意圖如圖6.1。天然氣流程和其余流程相同，由1點進入冷箱，液化后由5點離開冷箱進入LNG儲罐。混合制冷劑流程由7點進入冷箱，在冷箱中被低溫制冷劑液化后，在冷箱底部9點節(jié)流，為混合制冷劑和天然氣提供低溫冷量。6.1.2流程各點狀態(tài)參數(shù)確定流程各點狀態(tài)參數(shù)確定6.1.2.1確定冷箱冷、熱端溫度、壓力（1）冷箱天然氣側(cè)溫度、壓力確定方法與其余流程相同，