一种蒸发天然气再液化氮膨胀制冷工艺流程的优化和海上适应性分析
发布时间：2020-01-23 13:29
【摘要】：大型液化天然气(LNG)运输船在运输过程中,会吸收外界热量,而使LNG受热气化为天然气。为避免压力超限LNG运输船发生危险,用蒸发天然气(BOG)再液化系统将天然气再液化成为一种优选处理方式。本文针对一种新型氮膨胀流程进行模拟,并进行流程中关键参数的优化。将优化后的流程与丙烷预冷混合冷剂制冷流程进行对比,结果表明:以产品LNG比功耗为衡量指标,对5个关键参数(换热器中BOG气体出口温度、BOG一级压缩机出口压力、换热器中氮气出口温度、膨胀机膨胀后压力及氮气压缩机的压力分配等)进行优化,降低了系统的比功耗;与丙烷预冷混合制冷流程比较,氮膨胀流程比功耗略高,流程简单,设备较少,更加安全;文中所选氮膨胀制冷流程比丙烷预冷混合冷剂流程更适合于LNG运输船上BOG再液化。
【图文】：
适应性强易于启动和关停可靠性，可用性析。由于流程中的损主要集中在压缩、传热（回热）以及膨胀过程中[15]，因此对流程中的主要设备：压缩机、多股流换热器、膨胀机以及节流阀进行损分析[16]。各主要设备损计算公式如式(2)～式(4)。压缩机21021m1HH1TSS(2)多股流换热器0outinTSS(3)膨胀机及节流阀0210LTSSR(4)式中，ηm为压缩机的机械效率；H1、H2分别为进出口焓值，kJ/kmol；S1、S2分别为进出口熵，kJ/kmol；为损失，kJ/kmol。计算得到各主要设备的损如图2所示。通过分析计算可以发现，流程中换热器、膨胀机和节流阀的损失较校其中3台换热器的损占总流程的11.2%，比例较小，压缩机的不可逆损失最大，占整个流程损失的72.3%，对流程的功耗起到决定性的作用。流程中BOG换热器的T-Q分布图如图3所示，可以看出，在 150～ 130℃时BOG发生液化，换热器的最小换热温差点在 132℃左右，，整体换热效果较好，达到流程要求。图2关键设备不可逆损失图图1氮膨胀液化流程图LNG100—BOG出口换热器；K100、K101—二级压缩机；E100—压缩机级间换热器；E101—压缩机出口冷却器；LNG101—BOG深冷换热器；VLV100—BOG节流阀；V100—LNG储舱；LNG102—氮气回热器；K102、K103、K104—氮气三级压缩机；E102、E103—氮气压缩机级间冷却器；E104—氮气压缩机出口冷却器；K105—氮气膨胀机
2分别为进出口焓值，kJ/kmol；S1、S2分别为进出口熵，kJ/kmol；为损失，kJ/kmol。计算得到各主要设备的损如图2所示。通过分析计算可以发现，流程中换热器、膨胀机和节流阀的损失较校其中3台换热器的损占总流程的11.2%，比例较小，压缩机的不可逆损失最大，占整个流程损失的72.3%，对流程的功耗起到决定性的作用。流程中BOG换热器的T-Q分布图如图3所示，可以看出，在 150～ 130℃时BOG发生液化，换热器的最小换热温差点在 132℃左右，整体换热效果较好，达到流程要求。图2关键设备不可逆损失图图1氮膨胀液化流程图LNG100—BOG出口换热器；K100、K101—二级压缩机；E100—压缩机级间换热器；E101—压缩机出口冷却器；LNG101—BOG深冷换热器；VLV100—BOG节流阀；V100—LNG储舱；LNG102—氮气回热器；K102、K103、K104—氮气三级压缩机；E102、E103—氮气压缩机级间冷却器；E104—氮气压缩机出口冷却器；K105—氮气膨胀机
本文编号：2572297
【图文】：
适应性强易于启动和关停可靠性，可用性析。由于流程中的损主要集中在压缩、传热（回热）以及膨胀过程中[15]，因此对流程中的主要设备：压缩机、多股流换热器、膨胀机以及节流阀进行损分析[16]。各主要设备损计算公式如式(2)～式(4)。压缩机21021m1HH1TSS(2)多股流换热器0outinTSS(3)膨胀机及节流阀0210LTSSR(4)式中，ηm为压缩机的机械效率；H1、H2分别为进出口焓值，kJ/kmol；S1、S2分别为进出口熵，kJ/kmol；为损失，kJ/kmol。计算得到各主要设备的损如图2所示。通过分析计算可以发现，流程中换热器、膨胀机和节流阀的损失较校其中3台换热器的损占总流程的11.2%，比例较小，压缩机的不可逆损失最大，占整个流程损失的72.3%，对流程的功耗起到决定性的作用。流程中BOG换热器的T-Q分布图如图3所示，可以看出，在 150～ 130℃时BOG发生液化，换热器的最小换热温差点在 132℃左右，，整体换热效果较好，达到流程要求。图2关键设备不可逆损失图图1氮膨胀液化流程图LNG100—BOG出口换热器；K100、K101—二级压缩机；E100—压缩机级间换热器；E101—压缩机出口冷却器；LNG101—BOG深冷换热器；VLV100—BOG节流阀；V100—LNG储舱；LNG102—氮气回热器；K102、K103、K104—氮气三级压缩机；E102、E103—氮气压缩机级间冷却器；E104—氮气压缩机出口冷却器；K105—氮气膨胀机
2分别为进出口焓值，kJ/kmol；S1、S2分别为进出口熵，kJ/kmol；为损失，kJ/kmol。计算得到各主要设备的损如图2所示。通过分析计算可以发现，流程中换热器、膨胀机和节流阀的损失较校其中3台换热器的损占总流程的11.2%，比例较小，压缩机的不可逆损失最大，占整个流程损失的72.3%，对流程的功耗起到决定性的作用。流程中BOG换热器的T-Q分布图如图3所示，可以看出，在 150～ 130℃时BOG发生液化，换热器的最小换热温差点在 132℃左右，整体换热效果较好，达到流程要求。图2关键设备不可逆损失图图1氮膨胀液化流程图LNG100—BOG出口换热器；K100、K101—二级压缩机；E100—压缩机级间换热器；E101—压缩机出口冷却器；LNG101—BOG深冷换热器；VLV100—BOG节流阀；V100—LNG储舱；LNG102—氮气回热器；K102、K103、K104—氮气三级压缩机；E102、E103—氮气压缩机级间冷却器；E104—氮气压缩机出口冷却器；K105—氮气膨胀机
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