LNG輪船BOG再液化工藝流程優(yōu)化分析

1、LNG輪船BOG再液化工藝流程優(yōu)化分析在再液化系統(tǒng)中.臧貨艙的BOG壓力陸冉液化系統(tǒng)的運(yùn)存不斷降低.到液貨艙的壓力達(dá)到停機(jī)床力；海水換熱器的血口富度受海水蠱度的靈響，須由LMG船航線的平均晦水隘度確疋結(jié)件這兩點(diǎn).再臧化I：藝流桎的優(yōu)化A；的彈件直必碩滿足要我.所以對(duì)于再液化謊程.第合上一章的分析，分別UBOG壓縮機(jī)出口壓力、丙烯眾冷沿度-r-./.,；-1：.,宀.力、內(nèi)烘制冷廿渝腿已丨川：.丿八混冷制冷比孫肌出Jimfi為優(yōu)化的變9，山謊印中壓縮機(jī)功耗最低&小為優(yōu)化的11標(biāo)函ft:以此符到如卜的就化問(wèn)麵:Lw恥mQ=粘+FaBOG壓縮機(jī)出口壓力1b丙烯壓緬機(jī)出口樂(lè)力：一內(nèi)烯笊冷湍度d丙烯制冷

2、節(jié)流閥出口樂(lè)力$c混合制凈用編機(jī)出口壓力！JBOG壓縮機(jī)功也Pal-jJt縮機(jī)V?K:p混合制冷劑壓翔m功耗.4,2約束條件fl進(jìn)荷流程憂化時(shí)，為了鍥行到的捷優(yōu)蔘數(shù)具有物理意義.即聞憂化方江MfU的罄數(shù)進(jìn)行連裡計(jì)算時(shí)JLfj物理亞義.在優(yōu)化時(shí)匱須僅進(jìn)約束條件八譏-1)A制冷施環(huán)的壓騙機(jī)入口工皿略鎖為吒相h（2）丙烯制冷循環(huán)中,經(jīng)海水換熱器冷卻后的丙烯制冷劑,必須產(chǎn)生液相:（3）三個(gè)海水換熱器入U(xiǎn)溫度必須島于出L1溫度.否則出現(xiàn)負(fù)溫基使制冷循環(huán)屮的熱fit不能帶出系統(tǒng):（4）BOG制冷循環(huán)中,BOG經(jīng)深冷多股流換熱器HX4冷卻后,必須產(chǎn)生液相：（5）混合制冷和制冷循環(huán)中,混合制冷劑經(jīng)回?zé)崞鱄X1

3、冷卻后,必須產(chǎn)生液相：（6）IU抑;熱力學(xué)第二圧律，各換熱器的煥增必須人零在優(yōu)化訃算中必須設(shè)泄*換熱器的爛增人于零：（7）為達(dá)到秋化降隘的II的,各卩漁閥榔產(chǎn)生降溫,井且自氣液舸相產(chǎn)生:（S）產(chǎn)生II標(biāo)旳數(shù)的處優(yōu)值時(shí)對(duì)應(yīng)生底的一組流已知參數(shù)以此為己知參數(shù)計(jì)算整個(gè)流程性能時(shí),各換熱2S的熱雖契平衡.由以上的優(yōu)化計(jì)算步驟即町計(jì)算出以功耗最低為優(yōu)化目標(biāo)的再液化流程中的各V點(diǎn)的具體熱力學(xué)參數(shù)，并且可以對(duì)潦程的町行性進(jìn)行評(píng)價(jià),以及計(jì)算岀BOG制冷循環(huán)、I人j烯制冷循環(huán)、混合制冷劑制冷循環(huán)中的制冷星、壓細(xì)機(jī)功耗、制冷系數(shù)、換熱獵熱負(fù)荷、BOG再液化回罐溫度、液化率等關(guān)鍵流程運(yùn)行參數(shù).4.3優(yōu)化方法優(yōu)化模擬

4、中,以BOG壓縮機(jī)出口壓力、丙烯壓縮機(jī)岀口壓力、丙烯預(yù)冷溫度、內(nèi)烯節(jié)流閥床力、混合制冷刑斥縮機(jī)出口斥力作為優(yōu)化變址，以總功耗為H標(biāo)幣數(shù).由于優(yōu)化計(jì)算中優(yōu)化變呈仔5個(gè).求解堆度較人.為了簡(jiǎn)化求解，本論文采用變呈輪換法何也稱(chēng)為交替方向法，基本原理較為簡(jiǎn)單,它對(duì)口標(biāo)慚數(shù)的解析性質(zhì)沒(méi)有特別的耍求，適用于齊變2Z何尤本質(zhì)I聯(lián)系玻沿坐杯軸方向搜索比牧容易的待殊結(jié)構(gòu)。圖41為便用變雖輪換法進(jìn)行優(yōu)化汁算的樞圖.優(yōu)化變呈的初始值為衣24聽(tīng)水。為了便優(yōu)化的結(jié)果精確,在優(yōu)化計(jì)算中設(shè)定了變量的變化值.即優(yōu)化變圮步長(zhǎng)山,如表4-1示4-1優(yōu)化變量步長(zhǎng)優(yōu)化變毘名稱(chēng)優(yōu)化變秋步UAx優(yōu)化變肚步氏值BOG壓縮機(jī)出口壓力AaO.

5、IMPa內(nèi)烯爪縮機(jī)HIUJK力AbO.IMPa內(nèi)烯閉冷溫度Ac039丙烯卩流閥壓力Ad0.01MPa混介制冷劑爪縮機(jī)出口爪力AcO.IMPa優(yōu)化變雖齊X6d.cIR初始值.計(jì)算總功耗化b甘算總功耗0;、七ayP（8、b.C、（I、E）二化in圖4i模擬優(yōu)化tmiEffl圖41中，f為計(jì)凳結(jié)果是否滿足要求的判據(jù)，I兩次計(jì)刖結(jié)果簽值絕對(duì)值小亍判據(jù)數(shù)值時(shí)計(jì)算結(jié)束.在優(yōu)化計(jì)算中eJU0.05kW.4.4優(yōu)化結(jié)果經(jīng)過(guò)優(yōu)化厲得到優(yōu)化變城的優(yōu)化值如衣4-2所示.匸藝參數(shù)優(yōu)化值單位BOG用縮機(jī)出口樂(lè)力0.9MPa內(nèi)烯壓縮機(jī)田口壓力1.5MPa內(nèi)烯偵冷溫度40r內(nèi)烯制冷節(jié)流閥出口用力01MPa混介制冷爪緇機(jī)出口

6、壓力4.4MPa在優(yōu)化值狀態(tài)卜計(jì)算得匸藝流程最優(yōu)狀態(tài)卜的節(jié)點(diǎn)參數(shù).見(jiàn)表43。農(nóng)43I.藝流程模擬節(jié)點(diǎn)參數(shù)節(jié)點(diǎn)濕度r壓力MPa化率Frac液化率FrackgT1焙kJkg1密度kgin埔JkgKBOGBOG-160.0630.1146100.229-4664.532.0946585.595制冷Bl1072950.1146100.229-455721.396-5X06287B244.4390.9100.229-4250.235.718-5517.476B3350.9100.229-4271.125.9025584.25B4-400.9100.2294432.627.984-6184.314B514

7、00.9010.22950S4.93399.855-10416.8Ff?FDRACK.162.1130.11460790.8210.229-5084.03i1.636-10321.35制冷Cl146.9121.5100.611674.83719.4823348141C2351.5010.611139.3M465.0694979.159C345.9520l0.4&00.5400.611139.3945.483-4834.11C3H6-R5.4620丨100.611448.5M)2.0353504.T5混合制冷刊制冷WI環(huán)Ml202.7314.4100.3822607.7230.99R525627

8、7M2354.4100.3823018.5160.1846317.613M3404.40.2130.7870.382-341631219.5(11-7798.03M4-70.8674.4010.3823538.29470.0808356.619M51004.4010.3823618.06522.4488781.969Mb-1254.4010.382-3682.46559.309-9183.431M7-149.673O10.2480.7520.3823682.4511.7439039.186M875.867010.8820.118().382-3211.292.08S6155.464MIXER-

9、50.6800l100.382-3089.311.6305556.516IU據(jù)&2-3的流程車(chē)耍性能參故汁毎公式.H-算出所2；耍分析的逼耍性能參數(shù)值.并與優(yōu)化詢(xún)的匚藝流程重耍性能參數(shù)進(jìn)行比較.見(jiàn)卜表44衣44優(yōu)化R虛I.藝沆吐巫耍性能整數(shù)值比較性能參數(shù)位現(xiàn)有流程計(jì)算值優(yōu)化前計(jì)算值優(yōu)化后計(jì)算值現(xiàn)有與優(yōu)化后比較優(yōu)化的后叱4攵Q制循不BG冷坯制冷st險(xiǎn)kW872829633096.34310.38%0.01%BOG汗站機(jī)CPR1功率SkW62.38474.93870.34712.76%63%BOG制冷循環(huán)制冷系數(shù)*L1.412851.370218%6.54%制冷循環(huán)制冷量kW244.5761778

10、03188.94722.75%6.27%內(nèi)壞Ik編機(jī)CFK2功豐尸CPEkW163.812150094138.2615.59%-7.8%丙烯制冷循環(huán)制冷系數(shù)1.4931.1851.3674.47%15.36%混合忙劑制冷循環(huán)制冷昴如.kW229.482232189226.5471.28%-2.43%混合制冷劑壓縮機(jī)CPR3功率AthukW220.90319986818194016.73%-7.97%混介制冷孫制冷循環(huán)制冷系數(shù)1.0391.1621.23218.54%6.02%總功耗P.kW447.099424901392.556-12.20%-7.61%比較后發(fā)現(xiàn).經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的匚藝佔(zhàn):，方面得

11、到了改#1I、能耗方而:經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的流程與優(yōu)化前及現(xiàn)何的匸藝流程做對(duì)比.在總能耗方面都有較好的優(yōu)化,優(yōu)化詢(xún)工藝流程的總功耗為424.9kW,優(yōu)化后降為392.555kW優(yōu)化疳與優(yōu)化前比降低77.61%:現(xiàn)有工藝流程的總功耗為447.099kW,優(yōu)化后與現(xiàn)仃流程比降低了12.2%,可見(jiàn)在-定程度上.優(yōu)化較好地達(dá)到了降低再液化系統(tǒng)能耗的LI的.2、制冷效率方仏通過(guò)調(diào)整各壓縮機(jī)出口壓力與各節(jié)流閥出L1壓力.便得制冷循環(huán)中的冷鼠得到充分利用.即保證制冷圮最優(yōu)化滿足工藝要求優(yōu)化后與優(yōu)化前作對(duì)比.BOG、丙烯、混介制冷劑制冷術(shù)環(huán)的制冷系數(shù)分別提髙了6.54%.1536%.6.02%,制冷效率紂到優(yōu)化。而甘

12、比現(xiàn)仃的流樫，除了混存制冷劑循環(huán)制冷系數(shù)捉島了18.54%,Jt它兩個(gè)術(shù)壞都降低了，從優(yōu)化的效果來(lái)石還略為不足。4.5優(yōu)化結(jié)果在流程設(shè)備選型與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用LNG船在不同的海域中航行，海水換熱器所用的海水溫度會(huì)有所不同,這對(duì)再液化流程中的齊工藝琴數(shù)都仃所澎響.同時(shí)再液化系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí).液貨艙中BOG的壓力不斷降低.再液化系統(tǒng)中孑設(shè)務(wù)的功耗、負(fù)荷都仃所變化.因此在再液化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中.必須根據(jù)再液化系統(tǒng)所在的LNG船行駛的海域以及液貨艙中BOG壓力的變化范國(guó)選定設(shè)計(jì)參數(shù).衣45設(shè)備沒(méi)計(jì)傾值件能勢(shì)數(shù)符號(hào)單位35r40X?城大值BOG壓力b(心MPa0l010.1146010101460146換熱器HX1

13、負(fù)荷(?.XPkv24.59624.59624.59624.59624.596BOG壓縮機(jī)CPR1功率PzkW71.93570.34771.9357034771.935BOGJk縮機(jī)CPR1理論輸P蜃CTRPm/$0700.1640.1700.164070海水換般搭CI負(fù)荷QwkW6.1924.7873.6622.2576.192預(yù)冷多股流換熱器HX2LNG端負(fù)荷(?HX2LNGkW37.00937.0093954039.54039.540洙冷多股沆換熱器HX4LNG端饑荷kW149.490149.490149.49()149.490149.490制冷循環(huán)丙烯壓縮機(jī)CPR2功率PzkW1382

14、68L；山、155.00-1155.004155.004縮機(jī)CPR2理論輸代就匕2in/s0.0310.0310.0300.0300.031海水換熱器C2負(fù)荷Qci.kW327216327.216351.244351.244351.244預(yù)冷幺股流換熱器HX2負(fù)荷皿kW卜、M.188.947196.241196.241196.241混合制冷劑爪縮機(jī)CPR3功率PcpilukV183.940183.940183.940183.kW30.47030.47030.47030.47030.470深冷參股涼換熱搭HX4負(fù)荷SwkW179.958179.958179.958179.958179.958假設(shè)

15、所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)液化糜統(tǒng)啟動(dòng)壓力為O.ll46MEa關(guān)閉壓力為O.llOIMPa,M所在的LNG船航行的海域水溫在3(TC-35CZ何，海水換熱器I：質(zhì)出口與海水入口溫差最低為5C。我45中列出了在海水溫度分別為309、35C,再池化系統(tǒng)幵啟關(guān)閉時(shí)所仃壓縮機(jī)、換熱器的性能參數(shù).對(duì)比可見(jiàn)在以種狀態(tài)卜.各性能參數(shù)值都不同，在設(shè)汁中必須以以種狀態(tài)中性能參數(shù)雖大值為設(shè)條的設(shè)汁參數(shù)，如此才能最大程度地滿足BOG再液化的要求.結(jié)介軒液化系統(tǒng)中各設(shè)備的T質(zhì)進(jìn)出I】狀態(tài)，確定設(shè)備的設(shè)計(jì)參敵如衣46、47、4-8,49、4-10所示.&44壓綸機(jī)役計(jì)夕數(shù)ffi衣47海水換熱曙設(shè)計(jì)參數(shù)值計(jì)整數(shù)設(shè)備名彌進(jìn)口壓力MPa岀口

16、壓hMPa質(zhì)城流駅kg/s輸氣屋m3/s功純kW壓BOG爪縮機(jī)CPR1O.liOi0.90.2290.17071.935縮內(nèi)烯爪縮機(jī)CPR20.111.70.6110.031155.004機(jī)混介制冷劑爪縮機(jī)CPR30.114.40.3820.012183.940設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)1.質(zhì)進(jìn)口1.質(zhì)出質(zhì)址流fitks熱負(fù)荷kW用力MPa溫度r壓力MPa溫度V門(mén)亠海水換熱2SC10.947.1930.9350.2296.192海水換熱器C21：173.9021.7350.611351.244海水換熱SC34.4202.7314.4350.382156.896衣4-8女股:沆換熱器議計(jì)整數(shù)值誅備名你路能設(shè)計(jì)參數(shù)爪力MPa入口溫度r岀口溫度r質(zhì)鯊流蜀kg/s熱負(fù)荷kW対盹回?zé)崞?.1101-160.548-107.2950.229-71SA賽HX,殼程4.4-100-1250.382執(zhí)皿換熱益管程0.11-75.86750.6800.382dASOHX34.4-4070.8670.3824D.3oyE49E般流換熱器i殳il婁數(shù)值設(shè)簽名稱(chēng)路工虞儀汁姿數(shù)壓力MPa入U(xiǎn)WfLr111UWftr質(zhì)駅流呈kgs熱負(fù)估kW預(yù)冷多股符程丙烯01-45.95223.352