城市门站天然气调压过程中冷能的回收及应用研究

论文摘要

长期以来,我国以煤为主的能源结构造成了严重的环境污染。为了改善能源结构,缓解环境压力,污染小、储量丰富、燃烧性能好的天然气在我国的应用越来越广泛,这就加快了我国开发国内天然气资源和引进海外LNG的步伐,从而也带动了天然气长输管线的发展。考虑到天然气输送过程的经济性,大多数输送管道都采用了高压输送,高压天然气到达城市门站后,都要通过调压站调压后才能进入城市管网供用户使用。传统的调压方法是采用节流阀膨胀降压,节流过程中火用损较大,使得大量的能量被白白浪费掉了。若采用透平膨胀机进行调压,调压过程中压力减小,温度降低,产生大量高品质的压力能和冷能。本文提出将高压天然气膨胀降压过程中产生的冷能回收用于空调系统,以达到节约能源的目的。本文首先从热力学的角度对高压天然气膨胀降压过程中产生的冷量火用、压力火用进行了分析。对于一定组分的天然气来说,环境温度T0和降压梯度都对冷量火用的大小具有一定的影响。随着环境温度T0的升高,膨胀降压产生的冷量火用随之增大;高压天然气的降压梯度增大,膨胀降压产生的冷量火用也增大。要想求出高压天然气膨胀降压过程中产生的冷量火用,就必须求出高压天然气膨胀降压后的温度,通过对高压天然气膨胀降压后的温度的两种计算方法进行对比分析,验证了热力学计算法的准确性,而且得出其在一定程度上较查焓熵图法具有更好的通用性及实用性。此外,对节流阀和透平膨胀机进行了热力学分析和比较,分析得知,透平膨胀机的火用损失小,具有较好的热力学完善性。在对某分输站每年可回收的冷能进行分析计算后,提出了合适的高压天然气膨胀降压冷能的回收系统流程,分析了在冷能回收系统中设置各种装置和蓄冷系统的必要性。同时,对某分输站办公大楼的空调负荷进行了分析计算,提出了将高压天然气膨胀降压冷能回收用于空调系统的流程,对系统中所用的各换热设备的类型与特点进行了分析说明,设计了基于板翅式换热器、板式换热器、表冷器的多级换热系统,此外,确定了冷量回收系统中的各流程参数。对系统中各换热设备的换热特点和换热过程进行了具体的分析,并编制了计算流程对各换热器进行设计计算,确定了各换热设备的工艺参数。此外,将天然气直燃机空调系统与高压天然气冷能回收空调系统进行了经济性比较,结果表明,在门站高压天然气膨胀降压产生的冷能可以满足门站办公大楼空调系统的负荷时,虽然冷能回收空调系统的初投资比天然气直燃机组的略高,但运行费用要低很多,而且投资回收期比较短,高压天然气膨胀降压冷能用于门站办公大楼空调系统是一种比较理想的利用方式,为其实际应用提供了理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 我国天然气工业的发展
• 1.1.2 我国天然气管网的发展
• 1.1.3 我国天然气管网的输送压力
• 1.1.4 天然气的调压
• 1.2 高压天然气降压冷能的回收利用
• 1.2.1 高压天然气降压冷能在发电中的应用
• 1.2.2 高压天然气降压冷能在空气分离中的应用
• 1.2.3 高压天然气降压冷能在制造液化二氧化碳上的应用
• 1.2.4 高压天然气降压冷能在冷库系统中的应用
• 1.2.5 高压天然气降压冷能在低温粉碎上的应用
• 1.3 研究内容
• 2 高压天然气降压过程的热力学分析
• 2.1 高压天然气降压冷能的分析及计算
• 2.1.1 火用分析模型
• 2.2 节流阀和透平膨胀机的热力学分析与比较
• 2.2.1 节流阀
• 2.2.2 透平膨胀机
• 2.2.3 结果分析
• 2.3 高压天然气降压后温度的计算
• 2.3.1 热力学计算法
• 2.3.2 查焓熵图法
• 2.4 高压天然气降压过程产生的冷火用的影响因素
• 2.4.1 环境温度T0 对冷火用的影响
• 2.4.2 降压梯度对冷火用的影响
• 2.5 高压天然气降压冷能的计算与分析
• 2.6 本章小结
• 3 城市门站天然气膨胀降压冷能的回收
• 3.1 高压天然气膨胀降压可回收的冷能
• 3.2 高压天然气膨胀降压冷能回收系统的组成
• 3.2.1 脱水装置
• 3.2.2 调压装置
• 3.2.3 蓄冷系统
• 3.3 系统流程方案的确定
• 3.3.1 系统流程图
• 3.3.2 系统流程介绍
• 3.3.3 系统中换热器的类型以及特点
• 3.3.4 系统中循环泵的设置与选择
• 3.4 小结
• 4 回收冷能在空调系统中的应用
• 4.1 办公楼空调冷负荷计算
• 4.2 系统流程方案的确定
• 4.2.1 冷能回收利用系统的组成
• 4.2.2 系统流程设计
• 4.2.3 系统流程介绍
• 4.2.4 系统运行模式
• 4.2.5 系统中换热器的选择设计
• 4.2.6 系统中泵的设置与选择
• 4.2.7 系统流程参数的确定
• 4.3 小结
• 5 冷能回收系统的热工计算与经济性分析
• 5.1 低温换热器
• 5.2 板翅式换热器
• 5.2.1 低温天然气的换热特点
• 5.2.2 板翅式换热器的结构特点
• 5.2.3 板翅式换热器的换热过程的分析
• 5.2.4 板翅式换热器的设计
• 5.3 板式换热器
• 5.3.1 板式换热器的结构特点
• 5.3.2 板式换热器的传热机理
• 5.3.3 板式换热器的设计
• 5.4 表冷器
• 5.4.1 表冷器的选择
• 5.4.2 表冷器的校核
• 5.5 系统的经济性评价
• 5.5.1 评价指标
• 5.5.2 冷能分析
• 5.5.3 经济性分析与比较
• 5.5.4 结论
• 5.6 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录