润滑油对混合制冷剂天然气液化流程的影响研究

发布时间：2020-11-14 18:48

　　 由于喷油螺杆压缩机具有体积小、效率高、运动部件少的特点,应用于天然气液化装置中时会使得整个压缩模块变得更为紧凑,因此非常适用于小型的液化装置中。但是由于喷油螺杆压缩机中润滑油的存在,压缩过程中润滑油会与混合制冷剂充分接触,产生互溶现象,改变混合制冷剂中各组分的百分比进而影响系统的性能。着眼于此,本课题以喷油螺杆压缩机在混合制冷剂天然气液化流程中的应用为背景,研究混合制冷剂在润滑油中的溶解对液化流程中一些重要参数的影响。本文采用HYSYS流程软件,首先对混合制冷剂由四种组分(甲烷、乙烯、丙烷、氮气)构成和由五种组分(甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷、氮气)构成时的配比进行优化。优化以流程比功耗最小为目标函数,混合制冷剂由四种组分构成时,甲烷含量为21%、乙烯含量为14%、丙烷含量为58%、氮气含量为7%。混合制冷剂由五种组分构成时,甲烷含量为19%、乙烯含量为30%、丙烷含量为4%、异丁烷含量为39%、氮气含量为8%。在优化混合制冷剂配比的过程中还发现五组分混合制冷剂流程比四组分混合制冷剂流程能耗节省12%。然后在优化的制冷剂配比基础上逐渐研究每一种组分的改变对流程性能的影响。通过模拟研究可得当混合制冷剂由四种组分构成时,丙烷含量的降低对流程的比功耗、液化率和换热器最小换热温差的影响最大。当混合制冷剂为五组分时,异丁烷含量的降低对流程的比功耗、液化率和换热器最小换热温差的影响最大。除此之外通过各组分的温度敏感区间对流程的最小换热温差的变化进行了研究。虽然五种组分的混合制冷剂流程比四种组分的混合制冷剂流程所需的比功耗和混合制冷剂的总流量更小,但在考虑到混合制冷剂在润滑油中的溶解之后,含有异丁烷的混合制冷剂更容易溶于润滑油,进而影响液化流程的所需要的混合制冷剂的流量。因此又对异丁烷润滑油混合物体系气液相平衡的计算进行了研究。在喷油螺杆压缩机对混合制冷剂进行压缩的过程中,混合制冷剂和润滑油是充分接触的,因此混合制冷剂的各个组分都可能同时发生变化。因此只研究单组分的变化对液化流程性能的影响是远远不够的。混合制冷剂通过润滑油后整体配比的变化对流程性能影响十分重要。因此搭建试验台,研究由四种组分构成的混合制冷剂和由五种组分构成的制冷剂分别通过CPI-1005-100、CPI-1010-100和CPI-1516-100后组分的变化。通过实验研究可得,当含有四种组分的混合制冷剂分别通过三种不同的润滑油之后,均是丙烷被吸收的量比较多,乙烯次之,甲烷几乎不会被吸收。提高润滑油温度,乙烯和丙烷被溶解的量整体上呈增多的趋势。含有五种组分的混合制冷剂分别通过三种不同的润滑油之后,异丁烷被吸收的量非常显著。在获得了两种不同的制冷剂通过润滑油之后配比的改变之后,将被改变过的混合制冷剂的配比重新输入到上述的液化流程成中,研究混合制冷剂配比被改变之后液化流程性能的改变。通过研究表明,当由四种组分构成的混合制冷剂分别被三种不同的润滑油溶解之后,润滑油CPI-1005-100对混合制冷剂组分的改变对流程性能的影响最大,为保持液化流程的液化率保持不变,实验范围内,流程的比功耗增加可达20%,制冷剂的总流量增加可达17.5%。其余两种润滑油对混合制冷剂组分的改变对流程性能造成的影响相对较小,其中液化流程的比功耗增加10%,混合制冷剂的总流量增加9%。当由五种组分构成的混合制冷剂分别被三种不同的润滑油溶解之后,润滑油CPI-1516-100对混合制冷剂组分的改变对流程性能的影响最大,为保持液化流程的液化率保持不变,实验范围内,流程的比功耗和混合制冷剂的总流量增加可达42.9%。液化流程的比功耗和混合制冷剂的总流量会受到其他两种润滑油的溶解影响分别增加17.8%和18.7%。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TE626.3;TB64
【部分图文】：

图 1- 1AP-SMR 流程示意图Fig.1- 1 Schematic ofAP-SMR process developed byAPCIAP-SMR 流程与 PRICO 流程相类似，都是混合制冷剂经过两级压缩，且在第一级压缩机出口处进入到中间分离器进行气液分离，液相制冷剂由泵压缩，气相制冷剂由压缩机压缩，经过压缩后的混合制冷剂进入到气液分离器进行分

图 1- 2 PRICO 流程示意图Fig.1- 2 Schematic of PRICO process在 PRICO 流程中，混合制冷剂由氮气、甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷组成。混合制冷剂经过第一级压缩机后进入冷却器冷凝，然后进入中间分离器进行气液分离，分离出的气相进入第二级压缩机进行压缩，液相由泵进行压缩，这样

图 2- 1 KBO 法优化流程图.2- 1 Framework of optimization process with knowledge based optimiz 中“根据换热器中相应的温区提高流量”是 Mohd 等根据研加对应冷箱中冷热物流温差升高处的热流的温度区间，表 2- 1 分敏感性区间
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本文编号：2883835