LNG系统中工作压力设定依据与换热器正交试验设计

论文摘要

液化天然气（LNG）在天然气的储存和运输方面都具有十分明显的优势,而我国的天然气液化技术是一项新兴的技术,正在迅猛发展,但与国外天然气液化技术相比,国内天然气液化技术起步较晚,差距很大。尤其是我国存在许多零散的天然气资源,由于各种条件的限制,这些资源没有得到开发或利用,小型液化天然气装置研制的目的正是为了开发和利用边远地区零散天然气资源,使这些无法开发利用的天然气资源优势真正转化为经济优势。本文从热力学角度出发,对小型混合制冷剂天然气液化流程模拟与优化进行了详细的研究。本文首先论述了国内外天然气液化技术的现状和发展趋势,阐述了液化技术原理,并通过各地天然气液化工厂的不同液化技术的比较,给出了液化流程的选择原则;确定了以P-R方程作为计算天然气液化相平衡的基础模型,并对液化流程中的设备（压缩机、节流阀、多股流换热器）建立了数学模型;结合气源特点,拟选出三套小型混合制冷剂天然气液化流程,并在前两步的基础上,进行了全流程的模拟和分析,最终确定采用带回热的丙烷预冷混合制冷剂天然气液化流程。本文对带回热的丙烷预冷混和制冷剂天然气液化流程进行了工作压力分析,重点分析了制冷剂低压的工作压力、制冷剂高压的工作压力、液化天然气储存工作压力的设定依据。并在此基础上以功耗为目标函数,对流程参数进行了优化。本文对带回热的丙烷预冷混合制冷天然气液化流程中的重要设备板翅式换热器,进行了正交试验设计,并用MATLAB编程计算结果。从正交试验设计的直观分析得出最优搭配方案,从正交试验设计的方差分析得出因素的显著性。并采用局部热负荷平衡型通道排列模型,来分析板翅式换热器通道排列的好坏。最后,本文运用商业软件FLUENT对板翅式换热器封头结构内部流场进行了稳态数值模拟。在不同管径比和纵深比情况下,得到了相应的速度分布规律,并指出封头结构对内部流动的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外天然气液化技术研究现状
• 1.2.1 国外在该方向上的研究现状
• 1.2.2 国内在该方向上的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 混和制冷剂液化流程模拟
• 2.1 液化流程中设备的热力学模拟
• 2.1.1 压缩机压缩过程的热力学模拟
• 2.1.2 节流阀降压降温过程的热力学模拟
• 2.1.3 多股流换热器换热过程的热力学模拟
• 2.2 混和制冷剂液化流程模拟
• 2.2.1 模拟的基础数据
• 2.2.2 流程的模拟及分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 C3/MRC 工作压力分析及优化
• 3.1 流程性能参数
• 3.2 流程工作压力影响分析
• 3.2.1 制冷剂低压影响分析
• 3.2.2 制冷剂高压影响分析
• 3.2.3 液化天然气储存压力影响分析
• 3.3 流程优化分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 板翅换热器设计
• 4.1 板翅式换热器结构
• 4.2 板翅式换热器正交试验设计
• 4.2.1 正交表的介绍
• 4.2.2 正交试验设计的直观分析
• 4.2.3 正交试验设计的方差分析
• 4.3 板翅式换热器通道排列分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 板翅式换热器封头数值模拟
• 5.1 封头及封头内部流场的物理描述
• 5.2 封头内部流场的控制方程组
• 5.3 封头内低温混合物流物性计算
• 5.4 封头数值模拟说明
• 5.5 封头内部流场的模拟结果及分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢