晃动对双混合制冷剂天然气液化流程影响研究

摘要

海上天然气液化系统是FLNG的核心系统，其安全性、海上适应性以及生产效率等关键性能与陆上天然气液化工厂有所不同。海上液化生产装置被放置于FPSO上，会随着波浪晃动，影响到生产装置的性能及整体液化性能。混合制冷剂流程具有效率高，处理量大，撬装后占地面积小的优点，能够适应海上复杂环境条件。本文针对双混合制冷剂流程进行流程模拟及优化，建造相关实验装置，通过实验验证流程的准确性。并对晃动理论进行研究，研究海上晃动对液化系统的影响。 本文调研了双混合冷剂在天然气液化工艺中的应用，了解其适应的条件及范围。对双混合冷剂流程进行静态模拟，通过敏感性分析得到影响流程的关键参数，对所建立流程进行优化，使流程的整体性能达到最优状态，优化后的双混合制冷剂流程比功耗为0.373kWh/m3，并对其中关键设备的?损进行分析。 建造了液化实验装置，进行静态实验，与模拟结果对比，流程中关键节点参数的误差均在10%以内，验证了所建流程的准确性；同时说明实验装置能够很好的完成液化流程，达到要求。并对双混合冷剂流程的原料气以及冷剂进行敏感性实验，主要包括：测试双混合冷剂流程对气田的产量波动的敏感性、测试双混合冷剂流程对环境条件变化的敏感性以及测试变频控制对系统功耗的影响。得到双混合制冷剂流程对海上复杂工况具有适应性，流程中采用变频压缩机能够有效降低功耗。 研究晃动平台和设备中流体的运动方程，分析相关影响因素；并通过晃动实验研究装置在不同工况和运动周期下的热力学性能，分析关键节点的运动参数变化，得到晃动对关键设备的影响情况及双混合冷剂流程受晃动影响的临界参数。得出设备内流体受影响程度与流体运动方向和设备安装方向有关，船舶上安装液化天然气管道及设备时，应该尽量沿着船体的长轴线方向。实验得到当晃动周期大于18s时，晃动对流体的影响可以忽略不计，当晃动周期小于5.5s时，对系统影响非常大；晃动角度大于7°对系统影响显著。平移对原料气的处理量及液化效果影响较小，可忽略不计；艏摇和平移时装置内液体较稳定，对液化系统影响较小，小于纵摇和横摇；纵摇对系统的液化性能影响最大。在晃动过程中单体设备绕管式换热器受晃动影响大于分离器，分离器受到的影响大于板翅式换热器。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 不同液化工艺比较

1.2.2 液化装置晃动实验国内外研究概况

1.2.3 换热器国外内研究概况

1.3 本文研究的主要内容

第二章 实验装置的设计与建造

2.1 DMR流程设计

2.2 流程敏感性分析

2.2.1 原料气温度敏感性分析

2.2.2 原料气压力敏感性分析

2.2.3 原料气流量变化敏感性分析

2.2.4 原料气组成敏感性分析

2.2.5 小结

2.3 双混合制冷剂流程的优化

2.3.1 目标函数与约束条件

2.3.2 参数优化与分析

2.4 控制系统的动态模拟与选择

2.4.1 工艺流程控制系统动态仿真模型建立

2.4.2 系统流量调节控制

2.4.3 原料气节流控制

2.5 实验装置建造

2.5.1 实验装置介绍

2.5.2 实验装置误差分析

2.6 小结

第三章 双混合制冷剂流程静态实验

3.1 静态实验验证

3.1.1 实验目的

3.1.2 实验结果

3.2 混合冷剂流程原料气敏感性实验验证

3.2.1 原料气处理量变化

3.2.2 原料气压缩机变频

3.2.3 原料气冷却器后温度变化

3.3 小结

第四章 流体晃动理论研究与验证

4.1 晃动平台运动分析

4.2 流体运动模型建立

4.3 流体运动模型分析

4.3.2 流体流速分析

4.3.3 平台晃动周期影响分析

4.3.4 设备安装位置分析

4.3.5 对流体密度ρ分析

4.3.6 对管道横截面积A分析

4.3.7 流体流动规律放大性研究

4.4 晃动仿真模型的建立

4.4.1 换热器设计

4.4.2 工艺流程动态模型建立

4.5 液化流程模拟及实验验证

4.6 小结

第五章 DMR液化工艺晃动实验研究

5.1 晃动实验装置改造及实验内容

5.2 平移实验结果分析

5.2.1 平移对预冷循环影响

5.2.1 平移对深冷循环影响

5.2.3 平移对原料气循环影响

5.3 艏摇实验工况分析

5.3.1 艏摇对预冷循环影响

5.3.2 艏摇对深冷循环影响

5.3.3 艏摇对原料气循环影响

5.4 横摇实验工况分析

5.4.1 横摇对预冷循环影响

5.4.2 横摇对深冷循环影响

5.4.3 横摇对原料气循环影响

5.5 纵摇实验工况分析

5.5.1 纵摇对预冷循环影响

5.5.2 纵摇对深冷循环影响

5.5.3 纵摇对原料气循环影响

5.6 晃动实验工况对比

5.6.1 预冷循环关键参数对比

5.6.2 深冷循环关键参数对比

5.7 不同晃动周期和幅度对流程影响分析

5.7.1 不同晃动周期对流程影响

5.7.2 不同晃动角度对流程影响

5.8 小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢