天然氣混合制冷液化流程模擬

.天然氣混合制冷液化流程模擬摘要混合制冷劑天然氣液化工藝是目前應(yīng)用最廣泛的液化工藝本文在分析天然氣液化裝置中常用的混合制冷劑液化循環(huán)的幾種基本工藝的基礎(chǔ)上根據(jù)天然氣和混合制冷劑熱物性的特點(diǎn)，選擇了PR（Peng-Robinson方程來(lái)計(jì)算這兩種混合物的相平衡特性。利用軟件研究了混合制冷劑流程的冷箱制冷部分，建立了冷箱模擬計(jì)算模型，研究了混合制冷劑組分對(duì)液化過(guò)程的影響。詞:合制冷液化循環(huán)；流程模擬；冷箱專注.

.SimulationofMixedRefrigerantCycleforNaturalGasLiquefactionAbstractMixed-RefrigerantCycleisthewidelyusedliquefactionprocessforLiquefiedNaturalGas(LNG)productionanalyzedinthispaper,--Basedonthethermodynamicpropertiesofnaturalgasandmixed-refrigerant,thePeng-Robinsonequationselectedtocalculatethephaseequilibrium.Thecoldintheliquefactioncyclewassimulatedbysoftware,thewasestablishedandthethemixedrefrigerantinfluenceonliquefactionprocesswerestudied.words:

MRC;simulation;box專注.

.目錄第1章前言1.1工業(yè)背景和研究意義1.1.1世界液化天然氣工業(yè)的發(fā)展1.1.2中國(guó)液化天然氣工業(yè)的發(fā)展1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3研究?jī)?nèi)容第2章混合制冷液化流程52.1混合制冷液化流程2.2混合制冷劑液化流程的分類2.2.1閉式混合制冷劑液化流程2.2.2開(kāi)式混合制冷劑液化流程2.2.3丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程82.2.4CII化流程2.2.5新型兩級(jí)混合制冷劑液化流程12第3章冷箱143.1冷箱簡(jiǎn)介143.2冷箱的技術(shù)關(guān)鍵3.2液化天然氣領(lǐng)域冷箱的應(yīng)用第4章天然氣液化流程模擬軟件174.1簡(jiǎn)介4.2中各個(gè)模塊的性質(zhì)與原理4.2.1氣液分離器184.2.2殼管式換熱器184.2.3LNG換熱器4.2.4閥門(mén)22的實(shí)際應(yīng)用第5章天然氣液化流程模擬23專注.

.5.1概述235.2液化流程模擬步驟5.2.1輸入條件235.2.2

流程搭建5.3

流程模擬計(jì)算5.3.1

收斂計(jì)算5.3.2制冷劑組分對(duì)換熱的影響285.3.3結(jié)果分析29第6章結(jié)論與展望6.1結(jié)論316.2展望31參考文獻(xiàn)32致謝錯(cuò)誤!未義書(shū)簽專注.

.第章言1.1工業(yè)背景和研究意義天然氣作為一種清潔優(yōu)質(zhì)燃料，是當(dāng)今世界能源消耗中的重要組成部分，其開(kāi)發(fā)和利用已在全球受到普遍關(guān)注[

。隨著天然氣探明儲(chǔ)量的增加，世界天然氣的產(chǎn)量呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。近幾十年，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例逐年穩(wěn)步上升。目前，天然氣消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率為，遠(yuǎn)高于同期石油消費(fèi)增長(zhǎng)率的0.8%。天然氣消費(fèi)量增長(zhǎng)帶動(dòng)和促進(jìn)了天然氣工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在，人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)心如何更好、更經(jīng)濟(jì)地利用天然氣來(lái)服務(wù)于人類生活。液化天然氣就是天然氣利用的一種方式。液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，簡(jiǎn)稱LNG）是無(wú)色透明、無(wú)臭的低溫液體，是在常壓下將天然氣冷凍至-162℃左右由氣體變?yōu)橐簯B(tài)它是天然氣經(jīng)過(guò)凈脫水、脫等酸性氣體）后，采用節(jié)流、膨脹和外加冷源制冷的工藝使甲烷變成液體而形成的，其體積約為氣態(tài)體積的1/600。將天然氣液化的目的主要有以下幾個(gè)方面[2-4]

：）天然氣液化后便于進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸。目前，天然氣資源分布不均衡，生產(chǎn)地和消費(fèi)地常存在相當(dāng)長(zhǎng)的距離，在不便敷設(shè)管道的地區(qū)，用專門(mén)的槽車、火車、輪船，將運(yùn)輸?shù)戒N售地，方便靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。（2）提高儲(chǔ)存效率和安全保證?？蓪?shí)現(xiàn)低壓儲(chǔ)存及使用，避免了壓縮天然氣（）高壓（壓力20MPa）儲(chǔ)存及使用帶來(lái)的威脅。）將天然氣液化，有利于城市符合的調(diào)節(jié)?？蓪⒌拓?fù)荷時(shí)多余的天然氣液化后儲(chǔ)存，當(dāng)用氣或用電高峰時(shí)，再將其氣化，可以達(dá)到調(diào)節(jié)供需和應(yīng)急的目的。）液化天然氣的突出優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境效益顯著。液化天然氣作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料對(duì)大氣的污染要比汽油少得多?；谝陨媳姸鄡?yōu)點(diǎn)，可以看出，發(fā)展液化天然氣（）項(xiàng)目是目前世界能源發(fā)展的潮流，在我國(guó)發(fā)展液化天然氣也是勢(shì)在所趨。1.1.1世界液化天然氣工業(yè)的發(fā)展天然氣是一種非常重要的資源，它燃燒清潔，污染小，通常生產(chǎn)與輸送成本低廉，其儲(chǔ)量十分巨大。但是，天然氣的產(chǎn)地往往遠(yuǎn)離能源消耗區(qū)，這就需要通過(guò)某種方式將天然氣從氣田或資源國(guó)輸送至目標(biāo)用戶。管道輸送是一種好的輸送方式，但對(duì)于遠(yuǎn)距離越洋運(yùn)輸，目前還沒(méi)有成熟的技術(shù)可以建造深海長(zhǎng)距離輸送管道，因此需要尋找其他的方法。是一個(gè)越洋大量輸送天然氣的商業(yè)化技術(shù)。1964年9月27日，阿爾及利亞的世界上第一座工廠建成投產(chǎn)。同年，第一艘載著12000的船駛往英國(guó)，標(biāo)志著世界貿(mào)易的開(kāi)始。專注.

.1.1.2中國(guó)液化天然氣工業(yè)的發(fā)展我國(guó)是能源和原材料生產(chǎn)大國(guó)，也是消費(fèi)大國(guó)，人均占有資源量相對(duì)少。盡管有豐富的國(guó)內(nèi)天然氣資源和周邊國(guó)家可供利用的天然氣資源，但是到目前為止，由于客觀原因，致使我國(guó)天然氣消費(fèi)量在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中僅占左右，而西發(fā)達(dá)國(guó)家要占20%左右。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，天然氣需求量將迅速增大。天然氣需求量的增長(zhǎng)必然促進(jìn)液化天然氣工業(yè)的發(fā)展。2001中原油田為了將天然氣資源用于城市燃?xì)夂推嚧萌剂显炝藝?guó)內(nèi)一座生產(chǎn)型的液化天然氣裝置。2002##廣匯集團(tuán)開(kāi)始建設(shè)一座日處理天然氣量為150萬(wàn)

3的液化天然氣工廠。20046，國(guó)家發(fā)改委在《我國(guó)能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》的基礎(chǔ)上制定了《關(guān)于我國(guó)液化天然氣進(jìn)口方案的建議》中提出在，##，##，##，##，##，##，##，##等沿海地區(qū)建設(shè)若干接收碼頭和輸氣干線?；拘纬蔀橹黧w的沿海天然氣大通道，并適時(shí)與全國(guó)主干管網(wǎng)相連接。這標(biāo)志著我進(jìn)口工作全面啟動(dòng)，并將通過(guò)實(shí)施以市場(chǎng)換資源戰(zhàn)略推動(dòng)石油公司走出去，進(jìn)入國(guó)際石油天然氣資源地和工業(yè)。近年來(lái)全球的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點(diǎn)。我國(guó)正處在天然氣工業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期，隨著更多的城市使用更多的天然氣，對(duì)液化天然氣的需求也有明顯的增長(zhǎng)。2006年月底，大鵬項(xiàng)目的投產(chǎn)，更是吹響了國(guó)事業(yè)全面發(fā)展的號(hào)角。同時(shí)國(guó)市場(chǎng)正由買方市場(chǎng)轉(zhuǎn)向賣方市場(chǎng)，但近年內(nèi)仍處于買方市場(chǎng)，這也為我國(guó)發(fā)展LNG產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的外部資源條件。產(chǎn)的發(fā)展對(duì)我國(guó)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境質(zhì)量，提高生活水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義!國(guó)LNG工業(yè)應(yīng)實(shí)施全球化，市場(chǎng)化，多元化和系統(tǒng)化發(fā)展戰(zhàn)略，以形與管道以及海洋天然氣共同發(fā)展與石油資源互為補(bǔ)充的格局。從而改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，保障國(guó)家能源安全!在未來(lái)的一些年中，除了有數(shù)以百萬(wàn)噸計(jì)自海外進(jìn)口，更多的天然氣液化工廠和末端裝置也會(huì)迅速建設(shè)起來(lái)。總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)工業(yè)的特點(diǎn)是起步晚、潛力大，廣闊的市場(chǎng)和客觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益為我國(guó)的業(yè)發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。LNG已經(jīng)成為一種重要的不可替代的能源，持續(xù)高速度的發(fā)展歷程展示了它強(qiáng)大的生命力。近年來(lái)，基礎(chǔ)技術(shù)以及天然氣液化、儲(chǔ)運(yùn)裝置的研究蓬勃發(fā)展。隨著應(yīng)用研究的深入，將有越來(lái)越廣泛得到應(yīng)用?？墒穷A(yù)言，我國(guó)工業(yè)將會(huì)進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。我們工業(yè)剛剛起步，未有成熟的獨(dú)立設(shè)計(jì)、建造工廠的經(jīng)驗(yàn)，只能引進(jìn)國(guó)外配套設(shè)備和技術(shù)。但是由于國(guó)情和工廠設(shè)計(jì)規(guī)模等情況的不通，往往使得引進(jìn)的天然氣液化流程和提供的崗位操作參數(shù)不合時(shí)宜，出現(xiàn)投資費(fèi)用大、液化率低、功耗大的情況。解決上述問(wèn)題的方法就是根據(jù)實(shí)際情況利用自身特點(diǎn)優(yōu)選液化流程及合理選擇操作參專注.

.數(shù)。當(dāng)代工業(yè)規(guī)模的天然氣液即的生產(chǎn)術(shù)通?？捎孟旅婵驁D表示為三部分，即原料氣預(yù)處理、液化和儲(chǔ)存三部分。圖1.1天氣液化技術(shù)組成圖其中，液化流程在整個(gè)工廠中占有重要的地位，實(shí)踐證明，工廠總投資中天然氣液化部分所占的比例大約為40%左右，研究液化工藝流程具有現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)效益，所以對(duì)液化流程進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)和流程參數(shù)分析顯得尤為重要，因?yàn)榱鞒棠M是過(guò)程系統(tǒng)工程中最基本的技術(shù)不論過(guò)程系統(tǒng)的分析和優(yōu)化還是過(guò)程系統(tǒng)的綜合，都是以流程模擬為基礎(chǔ)。而合理地選擇參數(shù)不僅使模擬過(guò)程能夠順利進(jìn)行，而且還會(huì)使模擬結(jié)果切實(shí)可行。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國(guó)的工業(yè)剛剛起步，獨(dú)立設(shè)計(jì)、建裝置的經(jīng)驗(yàn)較少。進(jìn)行天然氣液化流程的理論分析和設(shè)計(jì)流程有重要的意義。國(guó)外從20紀(jì)年代開(kāi)始，裝置的液化流程進(jìn)行來(lái)設(shè)計(jì)、模擬與評(píng)價(jià)工作[5-6]。Shell公司針對(duì)基本負(fù)荷型裝置的液化流程的最新發(fā)展，模擬計(jì)算了級(jí)聯(lián)式液化流程烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程級(jí)混合制冷劑液化流程和氮?dú)馀蛎浺夯鞒?，并分別分析了其優(yōu)劣[

。1995，提出了簡(jiǎn)化的繞管式換熱器模型。在此基礎(chǔ)上，建立了基本負(fù)荷型天然氣液化流程動(dòng)態(tài)仿真模型，并采用隱進(jìn)行了仿真計(jì)算，指出設(shè)計(jì)變量初值的選取對(duì)仿真計(jì)算的收斂影響很大。年Terry采用軟件對(duì)典型的調(diào)峰型天然氣液化流程進(jìn)行了模擬計(jì)算與優(yōu)化[

。1997，Kikkawa在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型的混合制冷劑預(yù)冷膨脹機(jī)液化流程并采用CHEMCADIII軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算[

。我國(guó)目前缺乏天然氣液化流程設(shè)計(jì)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)在專用天然氣液化模擬軟件的開(kāi)發(fā)方面比較欠缺。20世紀(jì)90年代初，開(kāi)始進(jìn)行天然氣液化流程理論發(fā)面的研究，陳國(guó)邦、滕大振分析了調(diào)峰型裝置液化流程的特點(diǎn)，對(duì)不同流程及其使用條件進(jìn)行了比較。1992東海對(duì)混合制冷劑天然氣液化流程的參數(shù)的選定及優(yōu)化工作做了初步的探討[10]

。X新偉針對(duì)煤層天然氣的回收，提出了帶循環(huán)壓縮機(jī)的氮膨脹液化流程并進(jìn)行了模擬計(jì)算##通大學(xué)顧安忠教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組長(zhǎng)期以來(lái)從事液化天然氣的研究，盡管如此，我國(guó)在液化天然氣液化技術(shù)水平和應(yīng)用圍等方面與國(guó)外還是存在一定的差距。從國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展情況可以看出，無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，在建LNG工廠時(shí)，首先要仔細(xì)分析各種液化流程根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)模擬計(jì)算對(duì)流程性能進(jìn)行比較；然后優(yōu)選流程方式，合理選擇流程參數(shù)。該項(xiàng)工作在我國(guó)顯得尤為重要。隨著液化天然氣工業(yè)在我專注.

.國(guó)的蓬勃發(fā)展，這項(xiàng)工作越來(lái)越受到人們的重視，并提到研究的日程。1.3研究?jī)?nèi)容在天然氣的液化過(guò)程中然氣與混合制冷劑不僅是混合物們隨著流程中壓力、溫度的不斷變化，將會(huì)處于氣相、氣液平衡相和液相狀態(tài)，所以混合物的相平衡計(jì)算理論是整個(gè)流程物性計(jì)算的基礎(chǔ)。本文針對(duì)天然氣和混合制冷劑的組分特性，選擇了方程作為計(jì)算這兩類混合物的相平衡方程本文選取模擬軟件HYSYS作為本次研究所使用的主要模擬工具，介紹的計(jì)算原理與方法，最后軟件對(duì)混合制冷劑液化循環(huán)的冷箱部分進(jìn)行模擬，以研究混合工質(zhì)組分的改變產(chǎn)品（也可以說(shuō)是初級(jí)產(chǎn)品）溫度的影響。專注.

.第章合制冷液化流程2.1混合制冷液化流程1934，美國(guó)的波特北尼克提出了混合制冷劑液化流程（RefrigerantCycle）的概念。之后，法國(guó)Tecknip公司的佩雷特，詳細(xì)描述了混合制冷劑液化流程用于天然氣液化的工藝過(guò)程。是以和的碳?xì)浠衔锛癗等五種以上的多組分混合制冷劑為工質(zhì)行逐級(jí)的冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹得到不同溫度水平的制冷量，以達(dá)到逐步冷卻和液化天然氣的目的。既達(dá)到類似級(jí)聯(lián)式液化流程的目的，又克服了其系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，對(duì)于基本負(fù)荷型天然氣液化裝置，廣泛采用了各種不同類型的混合制冷劑液化流程。2.2混合制冷劑液化流程的分類混合制冷劑液化路程還包括很多種類，如：閉式混合制冷劑液化流程，開(kāi)式混合制冷劑液化流程，丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程等，下面我們就對(duì)上述幾種流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。2.2.1閉式混合制冷劑液化流程圖2.1為閉式混合制冷劑液化流程（MixedRefrigerantCycle示意圖。在閉式液化流程中，制冷劑和天然氣液化過(guò)程分開(kāi)，自成一個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)。制冷劑通常由、CH、C、C和組成。這些組分都可以從天然氣中提取。液化流程中天然氣依次流過(guò)四個(gè)換熱器后，溫度逐漸降低，大部分天然氣被液化，最后節(jié)流后在常壓下保存，閃蒸分離產(chǎn)生的氣體可直接利用，也可回到天然氣入口再進(jìn)行液化。液化流程中的制冷劑經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮至高溫高壓后，首先用水進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入氣液分離器，氣液相分別進(jìn)入換熱器1。液體在換熱器1中過(guò)冷，再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流降溫，與后續(xù)流程的返流氣混合后共同為換熱器1供冷量，冷卻天然氣、氣態(tài)制冷劑和需過(guò)冷的液態(tài)制冷劑制冷劑經(jīng)換熱器1冷卻后進(jìn)入閃蒸分離器分離成相和液相，分別流入換熱器2體經(jīng)過(guò)冷和節(jié)流降壓降溫后與返流氣混合為換熱器提供冷量，天然氣進(jìn)一步降溫，氣相流體也被部分冷凝。換熱器中的換熱過(guò)程同換熱器和2制冷劑在換熱器中被冷卻后，在換熱器4中進(jìn)行過(guò)冷，然后節(jié)流降溫后返回該換熱，冷卻天然氣和制冷劑。在混合制冷劑液化流程的換熱器中提供冷量的混合工質(zhì)的液體蒸發(fā)溫度隨組分的不同而不同，在換熱器內(nèi)熱交換過(guò)程是個(gè)變溫過(guò)程，通過(guò)合理選擇制冷劑，可使冷熱流體間的換熱溫差保持比較低的水平。專注.

.圖2.1閉混合制劑液化流程示意圖專注.

.2.2.2式混合制冷劑液化流程圖2.2開(kāi)混合制冷劑液化流程示意圖圖2.2為開(kāi)始混合制冷劑液化流程（Refrigerant）示意圖。在開(kāi)式液化流程中，天然氣既是制冷劑，又是需要液化的對(duì)象。原料天然氣經(jīng)凈化后，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后達(dá)到高溫高壓，首先用水冷卻，然后進(jìn)入氣液分離器，分離掉重?zé)N，得到的液體經(jīng)第一個(gè)換熱器冷卻并節(jié)流后，與返流氣混合后為第一個(gè)換熱氣提供冷量。第一個(gè)分離器產(chǎn)生的氣體經(jīng)過(guò)第一個(gè)換熱器冷卻后，進(jìn)入第二個(gè)氣液分離器。產(chǎn)生的液體經(jīng)第二個(gè)換熱器冷卻并節(jié)流后，與返流氣混合為第二個(gè)換熱器提供冷量。第二個(gè)氣液分離器產(chǎn)生的氣體經(jīng)第二個(gè)換熱器冷卻并節(jié)流后，為第三個(gè)換熱器提供冷量。第三個(gè)氣液分離器產(chǎn)生的氣體經(jīng)第三個(gè)換熱器冷卻并節(jié)流后，進(jìn)入氣液分離器，產(chǎn)生的液體進(jìn)入液化天然氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。專注.

.2.2.3丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程圖2.3丙預(yù)冷混合制冷劑液化流程示意圖a)混制冷劑循環(huán)；b)丙預(yù)冷循環(huán)丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程（RefrigerantCycle合了級(jí)聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程的優(yōu)點(diǎn)，流程既高效又簡(jiǎn)單。所以，自世紀(jì)70年代以來(lái)，這類液化流程在基本負(fù)荷型天然氣液化裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。目前世界上以上的基本負(fù)荷型天然氣液化裝置中，采用了丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程。圖2.3是丙烷預(yù)冷混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流程圖。流程由三部分組成①混合制冷劑循環(huán)；②丙烷預(yù)冷循環(huán)③天然氣液化回路。在此液化流程中，丙烷預(yù)冷循環(huán)用專注.

.于預(yù)冷混合制冷劑和天然氣，而混合制冷劑用于深冷和液化天然氣?；旌现评鋭┭h(huán)如圖所示，混合制冷劑經(jīng)兩級(jí)壓縮機(jī)壓縮至高壓，首先用水冷卻，帶走一部分熱量，然后通過(guò)丙烷預(yù)冷循環(huán)預(yù)冷，預(yù)冷后進(jìn)入氣液分離器分離成液相和氣相液相經(jīng)第一換熱器冷卻后節(jié)流降溫降壓與返流的混合制冷劑混合后，為第一個(gè)換熱器提供冷箱，冷卻天然氣和從分離器出來(lái)的氣相和液相兩股混合制冷劑。氣相制冷劑經(jīng)第一換熱器冷卻后，進(jìn)入氣液分離器分離成氣相和液相，液相經(jīng)第二個(gè)換熱器冷卻后節(jié)流降溫降壓與返流的混合制冷劑混合后為第二個(gè)換熱器提供冷量，冷卻天然氣和從分離器出來(lái)的氣相和液相兩股混合制冷劑從第二個(gè)換熱器出來(lái)的氣相制冷劑，經(jīng)第三換熱器冷卻后，節(jié)流、降溫后進(jìn)入第三換熱器，冷卻天然氣和氣相混合制冷劑。丙烷預(yù)冷循環(huán)如圖所示，丙烷預(yù)冷循環(huán)中，丙烷通過(guò)三個(gè)溫度級(jí)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(jī)壓縮至高溫高壓，經(jīng)冷卻水冷卻后流經(jīng)節(jié)流閥降溫降壓，再經(jīng)分離器產(chǎn)生氣液兩相，氣相返回壓縮機(jī)，液相分成兩部分，一部分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。在混合制冷劑液化流程中，天然氣首先經(jīng)過(guò)丙烷預(yù)冷循環(huán)預(yù)冷，然后流經(jīng)各換熱器逐步被冷卻，最后經(jīng)圖中節(jié)流閥進(jìn)行降壓，從而使液化天然氣在常壓下儲(chǔ)存。圖2.4為空氣產(chǎn)品公司APCI設(shè)計(jì)的丙烷預(yù)冷混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流程[。在空氣產(chǎn)品公司設(shè)計(jì)的液化流程中，天然氣先經(jīng)過(guò)丙烷預(yù)冷，然后用混合制冷劑進(jìn)一步冷卻并液化。低壓混合制冷劑經(jīng)兩級(jí)壓縮機(jī)壓縮后，先用水冷卻，然后流經(jīng)丙烷換熱器進(jìn)一步降溫至-℃，之后進(jìn)入氣液分離器分離成氣、液兩相。生成的液體在混合制冷劑換熱器溫度較高區(qū)域（熱區(qū)）冷卻后，經(jīng)節(jié)流閥降溫，并與返流的氣相流體混合后為熱區(qū)提供冷量。分離器生成的氣相流體，經(jīng)混合制冷劑換熱器冷卻后，節(jié)流降溫為冷區(qū)提供冷量，之后與液相流混合為熱區(qū)提供冷量?；旌虾蟮牡蛪夯旌现评鋭┻M(jìn)入壓縮機(jī)壓縮。專注.

.圖丙預(yù)冷混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流程示意圖在丙烷預(yù)冷循環(huán)中，從丙烷換熱器來(lái)的高、中、低壓的丙烷，用一個(gè)壓縮機(jī)壓縮，壓縮后先用水進(jìn)行預(yù)冷，然后經(jīng)節(jié)流降溫、降壓后，為天然氣和混合制冷劑提供冷量。這種液化流程的操作彈性很大。當(dāng)生產(chǎn)能力降低時(shí)，通過(guò)改變制冷劑組成及降低吸入壓力來(lái)保持混合制冷劑循環(huán)的變化時(shí)可通過(guò)調(diào)整混合制冷劑組成及混合制冷劑壓縮機(jī)吸入和排出壓力，也能使天然氣高效液化。2.2.4CII化流程天然氣液化技術(shù)的發(fā)展要求液化循環(huán)具有高效、低能耗、低成本、可靠性好、易操作等特點(diǎn)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，法國(guó)燃?xì)夤镜难芯坎块T(mén)開(kāi)發(fā)了新型的混合制冷劑液化流程即整體結(jié)合式級(jí)聯(lián)型液化流（IntegralIncorporated稱CII液化流程。CII液化流程吸收了國(guó)外LNG技術(shù)最新發(fā)展成果，代表天然氣液化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。在##在的CII液化流程是我國(guó)第一座調(diào)峰型天然氣液化裝置中采用的流程。CII液化流程如圖2.5示，該液化流程的主要設(shè)備包括混合制冷劑壓縮機(jī)、混合制冷劑分餾設(shè)備和整體式冷箱三部分整個(gè)液化流程可分為天然氣液化系統(tǒng)和混合制冷劑循環(huán)兩部分。專注.

.圖2.5CII液化流程示意圖在天然氣液化系統(tǒng)中，預(yù)處理后的天然氣進(jìn)入冷箱12上部被預(yù)冷，在氣液分離器13進(jìn)行氣液分離，氣相部分進(jìn)入冷箱下部被冷凝和過(guò)冷，最后節(jié)流至LNG儲(chǔ)罐。在混合制冷劑循環(huán)中，混合制冷劑是和C1~C5的烴類混合物。冷箱出口的低壓混合制冷劑蒸汽被氣液分離器1分離后，被低壓壓縮壓縮至中間壓力，然后經(jīng)冷卻器3部分冷凝后進(jìn)入分餾塔。混合制冷劑分餾后分成兩部分，分餾塔底部的重組分液體主要含有丙烷、丁烷和戊烷，進(jìn)入冷箱，經(jīng)預(yù)冷后節(jié)流降溫，再返回冷箱上部蒸發(fā)制冷，用于預(yù)冷天然氣和混合制冷劑；分餾塔上部的輕組分氣體主要成分是氮、甲烷和乙烷，進(jìn)入冷箱12上部被冷卻并部分冷凝，進(jìn)氣液分離器進(jìn)行氣液分離，液體作為分餾塔8回流液，氣體經(jīng)高壓壓縮4縮后，經(jīng)水冷卻5卻后，進(jìn)入冷箱上部預(yù)冷，進(jìn)氣液分離7進(jìn)行氣液分離，得到的氣液兩相分別進(jìn)入冷箱下部預(yù)冷后，節(jié)流降溫返回冷箱的不同部位為天然氣和混合制冷劑提供冷量，實(shí)現(xiàn)天然氣的冷凝和過(guò)冷。CII流程具有如下特點(diǎn)：（1）流程精簡(jiǎn)、設(shè)備少CII液化流程出于降低設(shè)備投資和建設(shè)費(fèi)用的考慮，簡(jiǎn)化了預(yù)冷制冷機(jī)組的設(shè)計(jì)。在流程中增加了分餾塔，將混合制冷劑分餾為重組分（以丁烷和戊烷為主）和輕組分（以氮、甲烷、乙烷為主）兩部分。重組分冷卻、節(jié)流降溫后返專注.

.流為冷源進(jìn)入冷箱上部預(yù)冷天然氣和混合制冷劑組分氣液分離后進(jìn)入冷箱下部，用于冷凝、過(guò)冷天然氣。）冷箱采用高效釬焊鋁板翅式換熱器，體積小，便于安裝。整體式冷箱結(jié)構(gòu)緊湊，分為上下兩部分，由經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效釬焊鋁板翅式換熱器平行排列，換熱器面積大，絕熱效果好。天然氣在冷箱內(nèi)由環(huán)境溫度冷卻-160℃左右的液體，減少了漏熱損失，并較好地解決了兩相流體分布問(wèn)題。冷箱以模塊化的型式制造，便于安裝，只需在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)留管路進(jìn)行連接，降低了建設(shè)費(fèi)用。（3）壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)的型式簡(jiǎn)單、可靠、降低了投資與維護(hù)費(fèi)用。2.2.5型兩級(jí)混合制冷劑液化流程丙烷預(yù)冷天然氣液化流程具有功耗低的有點(diǎn)但是由于該液化流程采用單獨(dú)的丙烷循環(huán)預(yù)冷天然氣，流程復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量較多；膨脹機(jī)液化流程簡(jiǎn)便，設(shè)備緊湊，但是功耗偏高。出于簡(jiǎn)化流程設(shè)備以及保證流程效率的考慮，本研究中結(jié)合當(dāng)前天然氣液化流程追求簡(jiǎn)便、高效的發(fā)展趨勢(shì)，綜合考慮了丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程、單級(jí)混合制冷劑液化流程，以及整體級(jí)聯(lián)式液化流程等多種混合制冷劑液化流程的技術(shù)特點(diǎn)，提出了新型兩級(jí)混合制冷劑液化流程。新型兩級(jí)混合制冷劑液化流程如圖2.6所示混合制冷劑由氮甲烷乙烷丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷和異戊烷組成。該流程包括制冷劑循環(huán)和天然氣循環(huán)兩部分。制冷循環(huán)如下來(lái)自冷箱的制冷劑低壓氣體進(jìn)入低壓壓縮機(jī)經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入預(yù)冷換熱器，冷卻降溫使部分高沸點(diǎn)組分凝結(jié)后，進(jìn)入氣液分離器A3。分離出來(lái)的液體制冷劑經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫，與來(lái)自主換熱A7返流低壓氣體匯合，作為預(yù)冷換熱器的冷源；分離出的氣體制冷劑被高壓壓縮機(jī)A2壓縮至高壓，經(jīng)預(yù)冷換熱器A4降溫后，與來(lái)自過(guò)冷換熱A9的低壓制冷劑匯合，返回主換熱提供冷量；氣相經(jīng)主換熱器和過(guò)冷換熱器A9冷凝和過(guò)冷后，經(jīng)節(jié)流節(jié)流降溫后，返流為過(guò)冷換熱器A9提供冷量。預(yù)處理后的天然氣經(jīng)預(yù)冷換熱器預(yù)冷后，進(jìn)入主換熱繼續(xù)冷卻，然后進(jìn)入氣液分離器A11脫除已凝結(jié)的重?zé)N組。重?zé)N返流回預(yù)冷換熱器A4提供部分冷量，天然氣中的輕組分則繼續(xù)進(jìn)入主換熱器A7過(guò)冷換熱A9冷凝和過(guò)冷經(jīng)節(jié)流閥A12節(jié)流降壓后注入儲(chǔ)罐[專注.

.圖2.6新兩級(jí)混合制冷劑液化流程示意圖專注.

.第章箱3.1冷箱簡(jiǎn)介冷箱在我國(guó)最先主要是用于乙烯制冷工藝中的乙烯冷箱冷箱是一種換熱器組裝后的形式，它可以是幾個(gè)換熱器的組合。通常為了避免現(xiàn)場(chǎng)的工作量，大容積裝置的換熱器是在制造廠完成，組裝成冷箱。3.2冷箱的技術(shù)關(guān)鍵冷箱實(shí)際上是鋁板翅式換熱器加上鋼殼保溫箱。核心部分是鋁板翅式換熱器，設(shè)計(jì)和制造的難點(diǎn)亦集中于此。多股持壓的物流在其中按化工工藝條件和參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的、有相變的換熱過(guò)程，其操作溫度一般為℃～-170℃最高操作壓力約為5Mpa技術(shù)關(guān)鍵有三個(gè)方面：1.正確、精密的板翅式換熱器單元設(shè)計(jì)；2.專用制造技術(shù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚦绦颍?.嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控和先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)[3.2液化天然氣領(lǐng)域冷箱的應(yīng)用混合制冷劑液化流程中，冷箱的應(yīng)用也有很多，其外形如3.1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2示：圖3.1混制冷劑冷箱專注.

.圖3.2冷箱內(nèi)部結(jié)目前我國(guó)的東海調(diào)峰型天然氣液化裝置和#廣匯液化天然氣工程均采用冷箱作為液化單元。流程如3.3和3.4示。3.3即為CII液化流程，在前面2.2.4中已有介紹。圖3.3東調(diào)峰型天然氣液化裝置專注.

.圖3.4廣匯液化天氣工程冷箱及制冷劑循環(huán)系統(tǒng)部分工藝流程示意圖專注.

.第章然氣液化流程模擬軟件簡(jiǎn)介出品的是一個(gè)化工流程模擬動(dòng)態(tài)仿真軟件一款環(huán)境模擬設(shè)計(jì)軟件，允許設(shè)計(jì)者通過(guò)概念上的設(shè)計(jì)而簡(jiǎn)化制作過(guò)程來(lái)完成項(xiàng)目工作完整的交互性能充分發(fā)揮你的創(chuàng)造力。該軟件分動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩大部分。用于過(guò)程與設(shè)備模擬、分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)化及開(kāi)停車指導(dǎo)、動(dòng)態(tài)仿真培訓(xùn)、設(shè)計(jì)先進(jìn)控制系統(tǒng)等。公司創(chuàng)建于年是世界上最早開(kāi)拓石油化工方面的工業(yè)模擬仿真技術(shù)的跨國(guó)公司其技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油開(kāi)采儲(chǔ)運(yùn)天然氣加工石油化工精細(xì)化工、制藥、煉制等領(lǐng)域。它在世界圍內(nèi)石油化工模擬、仿真技術(shù)領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。軟件與同類軟件相比具有非常好的操作界面，方便易學(xué)，軟件智能化程度高。此外還有著如下的一些特點(diǎn)：（1）集成式工程環(huán)境使用了面向目標(biāo)的新一代編程工具，實(shí)現(xiàn)了集成式的工程模擬軟件。在這種集成系統(tǒng)中，流程、單元操作是互相獨(dú)立的。流程只是各種單元操作這種目標(biāo)的集合，單元操作之間靠流程中的物流發(fā)生聯(lián)系。在工程設(shè)計(jì)中穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)使用同一個(gè)目標(biāo)，然后共享目標(biāo)的數(shù)據(jù)，不須進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。從而得到最大的效益，對(duì)復(fù)雜的工藝流程分成幾個(gè)部分模擬。由于其小流程分析方便，速度快，且對(duì)不同體系采用不同的熱力學(xué)方法以取得更精確的結(jié)果其集成式的工程環(huán)境能在一個(gè)模擬環(huán)境中將流程分為若干個(gè)子流程，可大可小。獨(dú)到之處是子流程、主流程之間的數(shù)據(jù)相互共享的，不須傳遞。它們之間還可以采用不同的物性計(jì)算包。（2）動(dòng)態(tài)模擬功能動(dòng)態(tài)模擬的方法及過(guò)程是流程穩(wěn)態(tài)模擬收斂后，首先定義單元操作的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)(分離器的幾何尺寸、液位高度)安裝控制儀表，然后就可以進(jìn)入動(dòng)態(tài)，開(kāi)始動(dòng)態(tài)模擬。動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程中，可以隨時(shí)調(diào)整溫度、壓力等各種工藝變量(就是的多任務(wù))觀察它們對(duì)產(chǎn)品的影響以及變化規(guī)律。還可以隨時(shí)停下來(lái)，轉(zhuǎn)回靜態(tài)。由于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)是相同對(duì)象的共享，所以動(dòng)靜之間轉(zhuǎn)換非常容易。HYSYS提供了PID控制器、傳遞函數(shù)發(fā)生器、數(shù)控開(kāi)關(guān)、變量計(jì)算表等進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的控制單元。（3）事件驅(qū)動(dòng)加物性計(jì)算包等供了一組物性計(jì)算包，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的校驗(yàn)，包括交互作用參數(shù)和1500個(gè)純物質(zhì)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工藝流程的模擬提供了基礎(chǔ)。將模擬技術(shù)和完全交互的操作方法結(jié)合，獲得成功。而利用面向目標(biāo)的技術(shù)這一交互方式提高到一個(gè)更高的層次，即事件驅(qū)動(dòng)。在研究方案時(shí)，需要將許多工藝參數(shù)放在一X表中。當(dāng)變化一種或幾種變量時(shí)，另一些也要隨之改變，算出的結(jié)果也要在表中自動(dòng)刷新。另外還提供了數(shù)據(jù)回歸包，內(nèi)置人工智能等功能。為我們的驗(yàn)證方案提專注.

.供了較好的試驗(yàn)平臺(tái)。軟件以其高效、準(zhǔn)確的模擬特性贏得了廣泛好評(píng)，得到天然氣行業(yè)內(nèi)的高度認(rèn)可。基于的這些特點(diǎn)，因此本文選擇使用HYSYS作為進(jìn)行研的模擬工具。中各個(gè)模的性質(zhì)與原理本文中是用進(jìn)行的主要是制冷系統(tǒng)的模擬，運(yùn)用的模擬設(shè)備主要包括:縮機(jī)、換熱器、殼管式換熱器、節(jié)流閥等。下面我們來(lái)分別介紹一下中以上模塊的特點(diǎn)。4.2.1液分離器模擬軟件中的氣液分離器如圖4.1所示：圖4.1中的氣液分離器注：“3經(jīng)過(guò)初步冷卻的天然氣，“2經(jīng)分離器后的氣相組分，即輕組分，“1經(jīng)分離器后的液相組分，即重?zé)N。氣液分離器是液化流程中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。流程中氣液分離器分離出的液相冷卻后進(jìn)入節(jié)流閥產(chǎn)生溫降為換熱器提供冷量分離出的氣相為后續(xù)流程提供制冷劑。(4.1)

(4.2)(i=1,2,3......N)(4.3)(i=1,2,3......N)(4.4)物流在氣液分離器中經(jīng)歷的是一個(gè)等溫等壓的閃蒸過(guò)程，式4.1）至4.4）分別為物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系式，可利用HYSYS軟件中閃蒸計(jì)算程序進(jìn)行求解，得到物流經(jīng)氣液分離器后的氣相流量、氣相摩爾分率、液相流量和液相摩爾分率，還可以進(jìn)一步得出氣液相的焓值和熵值。4.2.2殼管式換熱器模擬軟件中的壓縮機(jī)如圖4.2所示：專注.

.圖4.2中殼管式換熱器中的換熱器能夠進(jìn)行雙向能量與質(zhì)量的計(jì)算，其計(jì)算是基于冷流體與熱流體的能量守恒。換熱器的計(jì)算非常靈活，能解出溫度、壓力、熱流量(括熱損失與熱泄露)質(zhì)量流量或綜合換熱系數(shù)等參數(shù)。其實(shí)，熱泄漏就是環(huán)境中的熱量泄漏到換熱器的冷端，造成冷端溫度升高。熱損失就是換熱器熱端熱量泄漏到環(huán)境中去，造成了熱端溫度的減少。（1）總熱傳熱系數(shù)的值在換熱器殼側(cè)與管側(cè)的總換熱量(熱器功率)以按照總換熱系數(shù)總換熱面積與對(duì)數(shù)平均溫差來(lái)確定：

t

(4.5)式中，為總換熱系數(shù)總換熱面積ΔT為對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)為t修正因子。出于方便的考慮，換熱系數(shù)與換熱面積經(jīng)常合并為一個(gè)變量，這就是UA。（2）換熱器的換熱模式在中用戶可以選擇模擬中的換熱器所用到的換熱模式一共有四種換熱模式可以選擇:端點(diǎn)分析設(shè)計(jì)模式②想權(quán)重設(shè)計(jì)模(③穩(wěn)態(tài)參數(shù)方法④用于動(dòng)態(tài)模擬的動(dòng)態(tài)參數(shù)方法。下面我們重點(diǎn)介紹前三種模式：①換熱器設(shè)計(jì)的端點(diǎn)模式(EndPoint)換熱器設(shè)計(jì)的端點(diǎn)模式是基于標(biāo)準(zhǔn)換熱器功率方程，根據(jù)總傳熱系數(shù)，總換熱面積與對(duì)數(shù)平均溫度差來(lái)確定。其關(guān)聯(lián)式參見(jiàn)式(4.5)。該模式存在兩個(gè)假定a.傳熱系數(shù)為一個(gè)常數(shù)b.側(cè)與管側(cè)流體的比熱是一個(gè)常數(shù)。端點(diǎn)模式中，換熱器兩側(cè)的熱曲線是線性的。對(duì)于沒(méi)有相變是一個(gè)常數(shù)時(shí)的簡(jiǎn)單問(wèn)題用該模式模擬換熱器己經(jīng)足夠了于非線性熱流動(dòng)問(wèn)題則要運(yùn)用權(quán)重模式。專注.

.當(dāng)選中端點(diǎn)模式時(shí)可以從中得到的參數(shù)見(jiàn)表4.1表4-1換器中點(diǎn)式得的數(shù)參數(shù)管側(cè)與殼側(cè)eq\o\ac(△,的)(力)UA

描述此處可以確定換熱器管側(cè)與殼側(cè)的壓力降，如果用戶不確eq\o\ac(△,定)值，則根上下游流體壓力計(jì)算該值。為總換熱系數(shù)與總換熱面積的乘積，換熱器功率正比于對(duì)數(shù)平均溫差，UA為比例因數(shù)可由用戶確定或者由計(jì)出來(lái)eq\o\ac(○,2)換熱器設(shè)計(jì)的重模式(weighted)權(quán)重模式是處理非線性熱曲線問(wèn)題的很好的一種模式比如換熱器的一側(cè)或者兩側(cè)的純組分發(fā)生相變的情況。在權(quán)重模式中，熱曲線斷成一段段的間隔線，沿著每斷間隔線都有能量平衡。熱曲線的每一段中的對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)與都能計(jì)算出來(lái)，并且加在一起計(jì)算換熱器總的。只有在逆流換熱器中才有權(quán)重模式，這種模式必然是一種能量與質(zhì)量的平衡模式。換熱器的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)于修正因子F,影響在權(quán)重模式下不予考慮。eq\o\ac(○,3)穩(wěn)態(tài)參數(shù)模型(StateRating)穩(wěn)態(tài)模型就是合并了參數(shù)計(jì)算的一種端點(diǎn)模型的擴(kuò)展形式其假設(shè)基礎(chǔ)與端點(diǎn)模型是完全一致的。如果用戶能夠提供換熱器的詳細(xì)的幾何信息，那么可以使用這種模型進(jìn)行模擬。正如其名稱，這種模型只適用于穩(wěn)態(tài)過(guò)程。在解決線性或近似線性熱曲線問(wèn)題時(shí)，可以使用穩(wěn)態(tài)參數(shù)模型。由于求解器包含了這種參數(shù)模型，穩(wěn)態(tài)參數(shù)模型比動(dòng)態(tài)參數(shù)模型計(jì)算速度更快。對(duì)于端點(diǎn)模式與權(quán)重模式，用戶可以確定換熱器是否經(jīng)歷熱泄漏或熱損失。（3）換熱器中的壓力降換熱器的壓力降可以由以下三個(gè)方式之一來(lái)確定①用戶給出壓力降；②根據(jù)換熱器的幾何特性與組成計(jì)算壓力降通過(guò)確k的方法定義換熱器中的壓力流量關(guān)系。如果在換熱器決定壓力降時(shí)選中壓力流量選項(xiàng)則值使得通過(guò)換熱器的摩擦壓力降與流量產(chǎn)生聯(lián)系，此關(guān)系如下面方程所示：fP12

(4.6)總流量方程使用通過(guò)換熱器的壓力降沒(méi)有任何靜壓頭的作用P-P定義為摩擦壓1力損失。專注.

.熱器模擬軟件中的壓縮機(jī)如圖4.3所示：LNG(液化天然)熱器模型解決了多相流換熱器和換熱器網(wǎng)絡(luò)的熱量與物質(zhì)的平衡。該方法可以求解大量的已知的或未知的變量。對(duì)于整個(gè)換熱器，用戶可以得到各類參數(shù)，包括熱泄漏量、熱損失以及UA值等。換熱器的求解一般使用兩種方法。圖4.3HYSYS的換器就單一未知量的情況，算法直接從能量平衡得到未知量；對(duì)于多重未知量的情況，采用迭代方法使得其結(jié)果不僅滿足能量守恒而且滿足相應(yīng)的約束條件，比如，溫度約束條件等。換熱器與普通換熱器的區(qū)別是，LNG換熱器允許多相流，而普通換熱器只有一個(gè)熱流側(cè)和一個(gè)冷流側(cè)。（1）換熱器計(jì)算理論換熱器的計(jì)算是基于熱體與冷流體的能量守恒。在熱器操作單元的任何一個(gè)換熱層面中，應(yīng)用如下總的關(guān)系式：(4.7)式中，為一個(gè)換熱層面中的流體流量，為密度，為焓，為從周圍internal層中的得熱，為從外部環(huán)境的得熱，殼程或者管程的持液體。external（2）LNG換熱器中的壓力降在操作單元的任何層中的壓力降可以有下列兩項(xiàng)中的一項(xiàng)來(lái)確定壓力降；①通過(guò)定義K值，來(lái)定義每個(gè)換熱層的壓力流關(guān)系②在LNG操作中，如果選擇壓力流量選項(xiàng)來(lái)確定壓力降，值則將通過(guò)換熱器的摩擦損失和流量聯(lián)系起來(lái)。關(guān)聯(lián)式如式(4.6)總流方程使用經(jīng)過(guò)換熱器的壓力降，其中不含任何靜態(tài)壓頭項(xiàng)。式中-P被定義1為摩擦壓力損失，其使用K值體現(xiàn)了換熱器的規(guī)格尺寸。專注.

.4.2.4閥門(mén)模擬軟件中的壓縮機(jī)如圖4.4所示：圖4.4HYSYS中閥門(mén)在閥門(mén)操作的過(guò)程中，HYSYS對(duì)入口物流與出口物流進(jìn)行了能量平衡與物量平衡計(jì)算。根據(jù)物質(zhì)平衡與焓守恒的原則對(duì)入口物流與出口物流進(jìn)行了計(jì)算。假定閥門(mén)操作是等焓的。在閥門(mén)操作中，用戶可以明確下列變量①入口物流溫度；②入口物流壓力③出口物流溫度；④出口物流壓力；⑤閥門(mén)壓力降。在閥門(mén)操作求解之前需要有三個(gè)參數(shù)，至少需要一個(gè)溫度參數(shù)與一個(gè)壓力參數(shù)?？梢杂?jì)算其它兩個(gè)未知參數(shù)。閥門(mén)的總壓力降依據(jù)入口物流的總壓力與出口物流的總壓力間的壓力差來(lái)求得通過(guò)閥門(mén)的總壓力降由閥門(mén)的摩擦壓力損失，靜態(tài)壓頭壓力損失計(jì)算而求得[。的實(shí)際應(yīng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛國(guó)內(nèi)用戶總數(shù)已超過(guò)50所有的油田設(shè)計(jì)系統(tǒng)全部采用該軟件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。下面是部分國(guó)內(nèi)油田用戶：##油田##遼河油田、華北油田##、大港油##、##油田##長(zhǎng)慶油田##、##油田##中原油田##、江漢油##克拉瑪依油田##、克拉瑪依油田研究院、獨(dú)子煉油廠、獨(dú)山子石##、##管道勘察設(shè)計(jì)研究院、中國(guó)海洋總公司生產(chǎn)研究中心、中國(guó)海洋總公司石油工程公司（塘沽國(guó)海洋總公司南海分公司、殼牌中國(guó)分公司（Shell化纖公司、石化##石化##、##石化公司##化公司##化公司揚(yáng)子石化公司、揚(yáng)子石##、##石化#、##化公司、金陵石化公司、石化、##煉化工程公司等[

。專注.

.第章然氣液化流程模擬5.1概述天然氣液化流程的模擬,對(duì)液化流程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的熱力和物料衡算,定液化流程各節(jié)點(diǎn)的熱力參數(shù)以及液化流程的重要性能指標(biāo),液化流程進(jìn)行系統(tǒng)分析的重要手段,天然氣液化流程參數(shù)優(yōu)化分析的基礎(chǔ)本文是利用流程模擬了解混合工質(zhì)(然氣和混合制冷劑)分改變會(huì)對(duì)產(chǎn)品的溫度有什么影響。5.2液化流程模擬步驟5.2.1輸入條件（1）組分列表分為常規(guī)組分（Traditional）和假定組分(Hypotheticalponents)我們首先假定天然氣的組分分別為如表5.1所示：表5.1天氣合冷組列混合制冷劑組分

天然氣組分--

--打開(kāi)的選擇組分界面加擇組分：雙擊添加所需組分。界面顯示如圖5.1示：圖5.1中組分選取視圖以上為簡(jiǎn)化的假設(shè)，為的是使創(chuàng)建模擬流程時(shí)計(jì)算收斂比較簡(jiǎn)單。流程搭建計(jì)算收專注.

.斂后，可將參數(shù)修改為實(shí)際情況下的組分。（2）物性方法（狀態(tài)方程）狀態(tài)方程是物質(zhì)P-V-T關(guān)系的解析式。從世紀(jì)的理想氣體方程開(kāi)始，狀態(tài)方程一直在完善和發(fā)展中。狀態(tài)方程可以分為下列三類。第一類是立方型狀態(tài)方程，如Vander、RK、SRK、PR等；第二類是多常數(shù)狀態(tài)方程，如Virial、BWR、MH；第三類是理論型狀態(tài)方程。第一類和第二類狀態(tài)方程直接以工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)在分析和探討流體性質(zhì)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合一定的理論指導(dǎo)，由半經(jīng)驗(yàn)方法建立模型，并帶有若干個(gè)模型參數(shù)，需要從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。一般來(lái)說(shuō)，狀態(tài)方程包含的流體性質(zhì)規(guī)律愈多，方程就越可靠，描述流體性質(zhì)的準(zhǔn)確性越高，X圍越廣，模型越有價(jià)值。即使是實(shí)驗(yàn)型狀態(tài)方程也不是簡(jiǎn)單的擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與研究者的理論素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)和技巧密切相關(guān)。物質(zhì)的宏觀性質(zhì)決定于其微觀結(jié)構(gòu)科學(xué)工作者一直致力于從微觀出發(fā)建立狀態(tài)方程。第三類的狀態(tài)方程就是分子間相互作用與統(tǒng)計(jì)力學(xué)結(jié)合的結(jié)果，但是，微觀現(xiàn)象如此復(fù)雜，目前狀況下，其結(jié)果離實(shí)際使用仍有差距。綜上特點(diǎn)，本文決定采用第一類立方型狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算。在第一類狀態(tài)方程中，由于PR方程能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)液相摩爾體積所以此次研究中我們選擇方程進(jìn)行氣液平衡的計(jì)算。如圖5.2所示：圖5.2求解方程選擇視圖（3）.創(chuàng)建物流等控件輸入條件、選定物性方程后，進(jìn)入模擬環(huán)境，創(chuàng)建物流。添加的物流包括天然氣和混合制冷不同狀態(tài)參數(shù)下的各物流。添加的其他控件包括LNG熱器（兩個(gè)流閥（兩個(gè)液分離器（一個(gè)些控件都在第三章中進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。5.2.2程搭建（1）分析流程專注.

.如圖4.3所示，該流程系混合制冷劑制冷循環(huán)。主要流程為：天然氣進(jìn)入冷箱（換熱器）初步冷卻，約至-℃左右，分離掉部分重?zé)N（主要是以上的組分氣相組分繼續(xù)流過(guò)冷箱，進(jìn)一步冷卻，至約-150℃的低溫，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓約-160的低溫，成為液態(tài)形式合制冷劑物流進(jìn)入冷箱，被冷的混合制冷劑物流冷卻，至-140左右。然后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫、降壓，℃右的低溫，該股流體成為天然氣液化制冷和混合制冷初步冷卻的冷源。圖5.3液化流程項(xiàng)目混合制冷劑制冷部分（2）搭建流程模型因?yàn)樘烊粴饨?jīng)冷箱時(shí)中間有一個(gè)分離重?zé)N的操作以模擬時(shí)需將冷（換熱器）部分等同為兩個(gè)換熱器串聯(lián)的形式建時(shí)主要先分為三部分氣液分離（如圖5.4（a器1如圖5.4（b器（如圖5.4至收斂后再把這幾部分連接起來(lái)。專注.

.圖5.4（a氣分離器圖5.4（b熱器1專注.

.圖5.4（c熱器2最終搭建成的流程如圖5.5所示：圖5.5最搭建流程（已計(jì)算收斂的流程）專注.

.5.3流程模擬計(jì)算5.3.1斂計(jì)算針對(duì)搭建的各獨(dú)立的控件模塊，參照實(shí)際情況，輸入其進(jìn)出口物流的參數(shù)，將各項(xiàng)參數(shù)：各組分的摩爾分?jǐn)?shù)，物流的壓力、溫度、流量等輸入進(jìn)去。初步收斂計(jì)算情況下的參數(shù)設(shè)置如表5.2所示：表5.2初收計(jì)參設(shè)列物流名稱輕組分

溫度（℃）-48.3-48.3-84.76-161.0-50.0-145.0-161.3-79.68

壓力（）4.3404.3104.2704.0003.9604.2700.29640.270

流量(kgmol/h)

備注注：混合制冷劑組分為甲0.25，乙烷，丙烷0.25，氮?dú)?.25；天然氣組分為甲烷，乙烷（均為摩爾分?jǐn)?shù)體字為輸入數(shù)據(jù)，斜體字為軟件計(jì)算生成的出數(shù)據(jù)。5.3.2冷劑組分對(duì)換熱的影響表5.3所示為輸入的數(shù)值，各模擬過(guò)程均在此條件下進(jìn)行，為不改變值（壓力、流量如表5.2中，不改變熱效率通過(guò)觀察最后LNG產(chǎn)品（節(jié)流降壓降溫前的溫度，即流程中物流“LNG1”的溫度）的溫來(lái)進(jìn)行對(duì)比。表5.3不變數(shù)物流名溫度（℃）

-48.3

輕組分-48.3

-145.0

在此以初步收斂計(jì)算時(shí)的組分情況為基礎(chǔ)（混合制冷劑中各組分摩爾分?jǐn)?shù)均為“”為步長(zhǎng)，如下表所示改變混合制冷劑組分：專注.

.表5.4改組的算果表組分

溫（℃）

摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)

-84.76-85.62-87.84-89.79-86.63-91.93-97.64-87.78-97.32-108.3-89.06-103.9-121.65.3.3結(jié)果分析對(duì)表5.4中對(duì)應(yīng)不同制冷劑組分下，模擬計(jì)算所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做趨勢(shì)圖，如圖5.6示：-80-85.62

-87.84-90-100-110

-86.63-87.78-89.06

-91.93-97.32-103.9

-89.79-97.64-108.3

1234-120-130

-121.6甲