不同气候分区LNG空温式气化器配置优化研究
发布时间：2021-09-05 07:02
近年来,由于传统化石能源的过量开采和不合理使用导致的环境恶化问题逐渐加剧,清洁高效的能源替代品成为全球社会的重要关注点。天然气以CH4为主,混有少量乙烷、丙烷、丁烷等有机物的混合气体,能够经过低温或压缩处理后进行大体积的储存和运输,具有良好的燃烧特性,是一种优良高效的低碳清洁能源。目前,天然气已成为我国主要的能源形式之一而广泛应用于各行各业,各个城市的工商业及居民等各类用户对天然气的需求量逐年大幅增加。其中,液化天然气具有大量储存能力和灵活运输能力而收到众多行业的广泛青睐。空温式气化器的气化过程是液化天然气使用过程中必不可少的工艺流程之一,因此对于空温式气化器合理利用的研究具有相当的意义。空温式气化器本身具有很好的经济性,然而目前,LNG空温式气化器设备在气化过程中存在一定问题,导致气化器的换热效率低下,阻碍了这种经济优质设备的广泛应用。主要原因是由于目前并没有关于该设备设计制造和设备选型的相关行业规定和相关准则,场站并不能够针对空温式气化器的换热特性来科学合理的配置,造成了能源和经济的浪费。本研究从空温式气化器设备本身的换热原理机制入手,以空温式气化器的基本组成结构翅片管为研究对象,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
993-2018年全球一次性能源消费趋势（百万吨石油当量）
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-图1-2我国天然气的消费总量（亿立方米）鉴于天然气在我国能源市场比重增加，人们开始考虑天然气的运输和使用形式。传统天然气管网虽然能够在城市中进行良好的运输供气，但在一些较为偏远不发达的城镇，管网无法完全覆盖，不能保证工商民等各类用户的需求，LNG场站由此运营而生。LNG为液态天然气，由天然气低温处理后形成，压缩体积六百多倍，可以进行大量的储存和灵活运输。目前LNG广泛应用于我国城镇居民燃料、工业燃料、发电、工艺生产、汽车轮船的燃料等各个方面。LNG必须经过气化成为一定温度的气体才能送入管网供给用户使用，故而在天然气场站中，气化部分是天然气使用的核心工艺流程，气化器是气化过程中的主要设备。空温式气化器（AAV）通过低温液体与环境空气间的温差进行换热，设备制造成本很低，同时不耗费能源，是兼具功能性和经济性的气化器设备。但由于深冷液体气化相变时的特性，使得空温式气化器在运行过程中存在结雾、结霜的现象，在气候寒冷的环境或地区甚至出现结冰现象，严重影响了气化器的气化效率和出口气体温度，需要定期停机融霜，切换另一组设备，并外加一台复热器帮助气化，增加了能源的消耗和设备成本。造成上述问题的原因主要是，目前我国对于空温式气化器的设计生产没有明确的行业规定和原则，设备制造考虑因素单一，场站在设备选型时没有考虑不同地区环境因素对设备换热的影响，在实际运行中缺乏对设备切换周期的指导性理论依据，只依靠人员经验，造成设备选择的不合理和能源成本的浪费，影响天然气的供应，同时也限制了空温式气化器的有效发展。目前对于空温式气化器的传热理论，国内已有不少研究，对于空温式气化器的气候分区研究数量较少，只存在少量的研究成果，但将空?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-29-图2-1不同环境温度下气化器出口温度随时间变化曲线图图2-1是环境相对湿度为50%，环境温度分别为-5℃、0℃、10℃和20℃时，不开启复热设备的空温式气化器出口天然气温度随运行时间的变化曲线，气化器出口温度随运行进程而逐渐降低。由于天然气管网的管道材料在低温下会出现冷脆现象，气化后的天然气需再经复热器加热，将其温度升至5℃以上，才能供给用户。由图中结果可得，当环境温度为0℃和-5℃时，天然气出口温度均不能达到5℃，需要开启复热器进行加热；当环境温度为10℃时，运行前5小时满足要求，5小时之后需要开启复热器。当环境温度20℃时，气化器连续运行24小时均满足要求，无需复热器。可以利用该动态曲线判断复热器的运行时间。2.7本章小结本章从空温式气化器换热机理入手研究，分别从结霜层面、管内沸腾相变换热层面以及空气侧换热层面，细致描述了LNG的换热过程，利用物理公式和一定经验公式将整个结霜换热过程描述出来，建立了较为贴合实际的空温式气化器在结霜工况下的整体换热模型。以一定的环境参数和设备参数作为输入参数，利用软件编程计算，得到了环境因素对气化器出口天然气温度随运行时间变化情况，为后续研究提供理论基矗******20℃oooooo10℃------0℃++++++-5℃
本文编号：3384880
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
993-2018年全球一次性能源消费趋势（百万吨石油当量）
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-图1-2我国天然气的消费总量（亿立方米）鉴于天然气在我国能源市场比重增加，人们开始考虑天然气的运输和使用形式。传统天然气管网虽然能够在城市中进行良好的运输供气，但在一些较为偏远不发达的城镇，管网无法完全覆盖，不能保证工商民等各类用户的需求，LNG场站由此运营而生。LNG为液态天然气，由天然气低温处理后形成，压缩体积六百多倍，可以进行大量的储存和灵活运输。目前LNG广泛应用于我国城镇居民燃料、工业燃料、发电、工艺生产、汽车轮船的燃料等各个方面。LNG必须经过气化成为一定温度的气体才能送入管网供给用户使用，故而在天然气场站中，气化部分是天然气使用的核心工艺流程，气化器是气化过程中的主要设备。空温式气化器（AAV）通过低温液体与环境空气间的温差进行换热，设备制造成本很低，同时不耗费能源，是兼具功能性和经济性的气化器设备。但由于深冷液体气化相变时的特性，使得空温式气化器在运行过程中存在结雾、结霜的现象，在气候寒冷的环境或地区甚至出现结冰现象，严重影响了气化器的气化效率和出口气体温度，需要定期停机融霜，切换另一组设备，并外加一台复热器帮助气化，增加了能源的消耗和设备成本。造成上述问题的原因主要是，目前我国对于空温式气化器的设计生产没有明确的行业规定和原则，设备制造考虑因素单一，场站在设备选型时没有考虑不同地区环境因素对设备换热的影响，在实际运行中缺乏对设备切换周期的指导性理论依据，只依靠人员经验，造成设备选择的不合理和能源成本的浪费，影响天然气的供应，同时也限制了空温式气化器的有效发展。目前对于空温式气化器的传热理论，国内已有不少研究，对于空温式气化器的气候分区研究数量较少，只存在少量的研究成果，但将空?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-29-图2-1不同环境温度下气化器出口温度随时间变化曲线图图2-1是环境相对湿度为50%，环境温度分别为-5℃、0℃、10℃和20℃时，不开启复热设备的空温式气化器出口天然气温度随运行时间的变化曲线，气化器出口温度随运行进程而逐渐降低。由于天然气管网的管道材料在低温下会出现冷脆现象，气化后的天然气需再经复热器加热，将其温度升至5℃以上，才能供给用户。由图中结果可得，当环境温度为0℃和-5℃时，天然气出口温度均不能达到5℃，需要开启复热器进行加热；当环境温度为10℃时，运行前5小时满足要求，5小时之后需要开启复热器。当环境温度20℃时，气化器连续运行24小时均满足要求，无需复热器。可以利用该动态曲线判断复热器的运行时间。2.7本章小结本章从空温式气化器换热机理入手研究，分别从结霜层面、管内沸腾相变换热层面以及空气侧换热层面，细致描述了LNG的换热过程，利用物理公式和一定经验公式将整个结霜换热过程描述出来，建立了较为贴合实际的空温式气化器在结霜工况下的整体换热模型。以一定的环境参数和设备参数作为输入参数，利用软件编程计算，得到了环境因素对气化器出口天然气温度随运行时间变化情况，为后续研究提供理论基矗******20℃oooooo10℃------0℃++++++-5℃
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