小型LNG冷能回收系统研究及气化器设计性能分析

发布时间：2020-05-14 13:28

【摘要】：众所周知,我国经济发展速度越来越快,但经济迅速发展的同时,环境问题、能源浪费问题也会随之而来。天然气作为绿色能源,是我国主要应用的能源形式之一,液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)在气化过程中可以释放出大量的冷量,若能在实际工程中将此部分冷量进行有效利用,则能充分响应我国节能减排的国策,建设带有冷能利用的液化天然气气化站具有重要的工程实际意义。LNG在气化过程中,气化器的换热性能直接决定了气化站冷能回收系统的效果即冷能回收利用的效率,所以研究气化器的换热性能具有非常重要的实际意义。通过阅读相关文献并结合热力学理论基础及数值模拟分析,对小型LNG气化站冷能回收方式进行研究,得出其冷能利用的方式;同时对冷能回收过程起到重要影响作用的气化器进行结构设计及流场数值模拟分析,从而得出气化中流场变化情况及其本身的换热效果。首先,基于热力学角度采用?分析的方法分析LNG气化过程的冷量?的变化,从冷量?中包含的低温?及压力?展开,并对LNG冷量?起到主要影响的环境温度及系统压力因素进行分析,从而为LNG冷能的高效回收提供理论基础。同时,对单位体积的LNG气化冷量进行了计算,得到可产生约417MJ的冷量,这说明小型LNG气化站的冷量是有回收利用价值的,同时表明了气化器的设计意义。其次,基于某气化站实例,将站内产生的冷能用于冷库与站内空调系统,实现能量的梯级利用。通过对冷媒的分析确定本设计中选用液态二氧化碳作为一级气化器的冷媒,体积分数为50%的乙二醇溶液作为二级气化器的冷媒。根据相关公式计算气化站的冷库系统的冷量,应用EnergyPlus软件对站内空调系统的冷负荷进行全年动态分析,得出其在全年内的最大耗冷量。通过对其冷量进行对比分析,证明站内供给冷量均能满足站内生产与生活的冷量需求,这也同时为气化器设计提供了理论基础。气化器是小型LNG气化站气化过程中的重要工作部件,为提高冷能回收系统对冷量的有效利用率,依据气化器设计原则,对气化器进行结构设计。通过计算得到气化器的换热系数、管壁温度、流动阻力等参数,设计出气化器的结构,保证气化器的管壁不会发生冻结。最后,应用流体数值模拟分析软件,对气化器的运行工况进行数值模拟,从而从数值模拟方面校核气化器设计的可行性。通过建模及参数设置得出其流场分布及温度场分布,分析得出气化器中流体在折流板附近区域形成漩涡,流速变化较大,因此在设计过程中要注意增加折流板的厚度以加强其运行稳定性。随着壳程流体的进口流速越大,流体在挡板区域产生的涡流面积越小,涡流周边区域的流速很大,且速度变化梯度非常明显。对流换热系数总体趋势随流速增大而增大,利于换热过程的进行,但当流经折流板时,其值减小。因此,在对气化器进行设计时,一定要注意其在折流板附近的情况,对流速进行合理设置,选用合适的强化换热措施才能提高气化器换热效率。
【图文】：

温变,冷量

以推导出热效率，实际工程中常用量的“量”的问题，结合不同形式转化。而热力学第二定律对能量的高品位能与低品位能，，也就是常说“质”来分析能量，准确说明在能能量的一种重要方法，将热力学第量的传递过程及不可逆过程。此方析，为 LNG 冷能分析提供理论依定义为传热过程中系统与环境到达有用功。当物体的温度较环境的温冷量被系统吸收做的最大有用功称热源放热时，冷源则吸热，这个过度变化时可用能的情况如图 2-1 所

冷量,物性参数,气源,影响因素

由于 LNG 为混合物，其物性参数难以确例，所以在计算时，采用液态甲烷的物0 0, 0 0=x t p ps sT Te ( T - T s )c c T ln ( ) + ( - 1 )T T ,+x h x ,t x , pe = e e影响因素的气源来说，一旦其被选定，其组成成对 LNG 冷量有较大影响的就是系统的 LNG 冷量在系统压力及环境温度这两0对 LNG 的影响分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE96

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