雙混合制冷劑液化工藝應(yīng)用于海上FLNG的適應(yīng)性模擬分析*

孫崇正 陳 杰 李玉星 曾偉平 朱建魯 潘紅宇

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院 山東青島 266580；2.山東省油氣儲(chǔ)運(yùn)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東青島 266580； 3.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心 北京 100028)

雙混合制冷劑液化工藝應(yīng)用于海上FLNG的適應(yīng)性模擬分析*

孫崇正1,2陳 杰3李玉星1,2曾偉平3朱建魯1,2潘紅宇1,2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院 山東青島 266580；2.山東省油氣儲(chǔ)運(yùn)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東青島 266580； 3.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心 北京 100028)

雙混合制冷劑液化工藝(DMR)在海上FLNG應(yīng)用時(shí)受到波浪晃蕩的影響，分離器會(huì)出現(xiàn)分離不完全和換熱器會(huì)存在換熱不充分的現(xiàn)象，從而影響液化工藝的性能指標(biāo)。通過建立DMR靜態(tài)仿真模型，對(duì)分離器氣相中重組分含量進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果表明分離器氣相中重組分含量的增加會(huì)降低DMR液化能力；在靜態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，建立DMR動(dòng)態(tài)仿真模型，針對(duì)我國(guó)近海海況進(jìn)行了晃蕩條件下分離器和換熱器擾動(dòng)敏感性分析，結(jié)果表明，分離器和換熱器在晃蕩條件下均會(huì)使DMR液化能力有所下降，但下降程度不足2%，說明DMR具有較好的海上適應(yīng)性。本文研究成果可以為FLNG液化工藝、設(shè)備等方面提供理論基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的理論和工程意義。

雙混合制冷劑液化工藝；FLNG；晃蕩；分離器；換熱器；仿真模型模擬；敏感性分析

20世紀(jì)60年代末,混合冷劑制冷循環(huán)是由階式制冷循環(huán)演變而來?；旌侠鋭┲评淞鞒汤美鋭└鹘M分的沸點(diǎn)不同，在流程中逐步冷凝，使整體流程溫度連續(xù)變化，達(dá)到天然氣液化所需溫度[1]。Shell提出的雙混合制冷劑液化工藝(Dual mixed refrigerant liquefaction process,DMR)包括深冷循環(huán)和預(yù)冷循環(huán)，其中深冷循環(huán)制冷劑為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氮?dú)獾幕旌衔?，預(yù)冷循環(huán)制冷劑為乙烷和丙烷的混合物[2]。DMR具有比功耗低、液化規(guī)模較大等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐漸成為大型LNG液化工藝的主流。

隨著海上氣田的開發(fā)，F(xiàn)LNG所具有的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸等功能以及投資低、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)使其成為海上LNG開發(fā)的首選設(shè)備。然而，DMR在FLNG應(yīng)用時(shí)，受波浪晃蕩的影響，分離器、換熱器等設(shè)備可能存在分離不完全或者換熱不充分的現(xiàn)象，從而影響DMR的性能指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)FLNG設(shè)備海上適應(yīng)性進(jìn)行了研究，祁江濤 等[3]對(duì)液艙晃蕩進(jìn)行了軟件數(shù)值模擬；朱小龍 等[4]對(duì)三維的FLNG儲(chǔ)艙晃蕩情況進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬；李焱 等[5-6]運(yùn)用CFD方法模擬研究了板翅式換熱器的入口結(jié)構(gòu)對(duì)單通道內(nèi)氣液流場(chǎng)分布的影響，通過建立多孔介質(zhì)模型，將導(dǎo)流結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并以流體動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬，分別對(duì)換熱器傳統(tǒng)入口分配方式和新型入口分配方式進(jìn)行數(shù)值模擬；劉士海 等[7]以勢(shì)流理論的勢(shì)流體單元為理論基礎(chǔ)，建立了任意三維剛性貯液容器內(nèi)液相晃蕩固有頻率都適用的有限元模型；劉新立 等[8]采用實(shí)驗(yàn)分析法和數(shù)值模擬分析法對(duì)船載液體晃蕩載荷特性進(jìn)行了研究；郭濤 等[9]在考慮流體表面張力作用及黏性作用下，采用分離求解器建立了內(nèi)嵌晃蕩減振器的彈性懸臂梁模型；Kim 等[10]研究了液體容器中的晃蕩流動(dòng)，利用有限差分法進(jìn)行了二維和三維的數(shù)值模擬；朱建魯 等[11-14]通過水和空氣兩相介質(zhì)分配實(shí)驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行了板翅式換熱器封頭結(jié)構(gòu)傾斜和水平狀態(tài)的單相以及氣液兩相實(shí)驗(yàn)，得到了不同傾斜狀態(tài)下封頭工質(zhì)的分配特性，從而為換熱器的優(yōu)化提供了依據(jù)；Kaneko等[15]進(jìn)行了重力式分離器實(shí)驗(yàn)，研究臥式分離器在晃蕩條件下的液面波動(dòng)情況；Akyildiz等[16]測(cè)量了晃動(dòng)條件下的矩形容器的壁面壓力?？梢钥闯觯鲜鱿嚓P(guān)研究多數(shù)為晃蕩對(duì)換熱器、儲(chǔ)罐等單體設(shè)備的影響，但沒有研究對(duì)于整體液化工藝的影響，進(jìn)而不能評(píng)價(jià)液化工藝的海上FLNG的適應(yīng)性。

鑒于此，本文對(duì)于易受船舶晃蕩影響的冷劑分離和換熱2個(gè)方面進(jìn)行HYSYS靜態(tài)與動(dòng)態(tài)模擬分析。首先，通過建立DMR靜態(tài)仿真模型，對(duì)分離器氣相中重組分含量進(jìn)行敏感性分析；然后，在靜態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，建立DMR動(dòng)態(tài)仿真模型，進(jìn)行分離器和換熱器晃蕩擾動(dòng)敏感性分析。本文研究結(jié)果可以為FLNG液化工藝、設(shè)備等方面提供理論基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的理論和工程意義。

1 DMR靜態(tài)仿真模型建立及物流組分含量對(duì)DMR液化能力的影響分析

1.1 DMR靜態(tài)仿真模型建立

利用流體相平衡、化學(xué)式逸度平衡以及傳熱學(xué)等理論模型，建立LNG雙混合冷劑液化靜態(tài)模型。DMR靜態(tài)仿真模型如圖1所示，共分為3個(gè)循環(huán)：

原料氣循環(huán)、預(yù)冷循環(huán)和深冷循環(huán)。經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后的預(yù)冷冷劑經(jīng)換熱器冷卻后形成氣液兩相，分別進(jìn)入板翅換熱器冷卻，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓后返流冷卻原料氣和深冷冷劑；兩級(jí)壓縮后的深冷制冷劑進(jìn)入預(yù)冷換熱器冷卻后形成氣液兩相，在深冷換熱器中分別被冷卻，經(jīng)節(jié)流閥降壓降溫后返流冷卻原料氣和溫度較高的深冷冷劑；原料氣進(jìn)入預(yù)冷換熱器和深冷換熱器經(jīng)降溫、液化和過冷后形成LNG，經(jīng)節(jié)流閥降壓進(jìn)入空溫式汽化器后汽化為天然氣，天然氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷箱換熱，實(shí)現(xiàn)原料氣的循環(huán)利用。

1.2 物流組分含量對(duì)DMR液化能力的影響分析

對(duì)氣相中組分含量變化對(duì)節(jié)流后溫度變化進(jìn)行敏感性分析。物流由甲烷和正戊烷組成，節(jié)流前溫度定為-30 ℃。圖2給出了在節(jié)流壓降不變的情況下節(jié)流后溫度隨著物流組成(減少甲烷含量)的變化曲線，可以看出，隨著甲烷(輕組分)含量降低，正戊烷(重組分)含量增加，節(jié)流后溫度不斷上升，節(jié)流降溫效果不斷惡化。

圖2 節(jié)流后溫度隨輕組分含量的變化曲線Fig.2 The curve of temperature after throttling changing with the light component content

為了更直觀地驗(yàn)證分離器氣相中重組分含量對(duì)DMR液化能力的影響，在圖1流程工藝基礎(chǔ)上，保持預(yù)冷冷劑、深冷冷劑流量以及原料氣節(jié)流后溫度不變，在預(yù)冷循環(huán)壓縮機(jī)出口緩沖罐液相出口處分離一股液相流體進(jìn)入氣相出口并與氣相混合，通過改變分離器中氣相出口處含液量，得到原料氣流量隨氣相出口處含液量的變化曲線(圖3)?？梢钥闯?，針對(duì)分離器隨晃蕩加劇情況，改變氣相出口處含液量(從0增加到9%)，原料氣流量從10 Nm3/h降至7.1 Nm3/h,可見分離器氣相中重組分含量增加會(huì)降低DMR液化能力。

圖3 原料氣流量隨氣相出口含液量的變化曲線Fig.3 The curve of feed gas flow changing with the light component content

2 DMR動(dòng)態(tài)仿真模型建立及分離器和換熱器晃蕩擾動(dòng)敏感性分析

2.1 DMR動(dòng)態(tài)仿真模型建立

運(yùn)用集中參數(shù)法建立一維動(dòng)態(tài)模型，即空間上假設(shè)流體物性參數(shù)相等，在分析中只考慮時(shí)間梯度。相較于靜態(tài)模型，對(duì)板翅式換熱器進(jìn)行簡(jiǎn)化，將一個(gè)板翅式換熱器拆成多個(gè)普通管殼式換熱器，形成的DMR動(dòng)態(tài)仿真模型如圖4所示。

2.2 分離器晃蕩擾動(dòng)敏感性分析

晃蕩對(duì)分離器的影響主要體現(xiàn)在隨著晃蕩的加劇，氣液界面不斷波動(dòng)，液體可能進(jìn)入分離器的氣相管路，使得氣相管路中出現(xiàn)氣液兩相，在節(jié)流降溫等方面產(chǎn)生不利影響。我國(guó)南海一年一遇的海況參數(shù)為橫搖6.1°、縱搖2.5°、垂蕩6.1 m，惡劣海況下海上的開采作業(yè)會(huì)停止，浮式平臺(tái)晃動(dòng)的固有周期為橫搖24.474 s、縱搖10.796 s、垂蕩11.318 s。本文以此工況為基礎(chǔ)進(jìn)行分離器晃蕩對(duì)DMR液化能力敏感性分析。

2.2.1 原料氣流量敏感性分析

本文以立式分離器氣相出口為研究對(duì)象，將立式分離器作為暗箱，通過改變分離器氣相出口流體的含液量模擬海況影響，通過改變節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)流量。節(jié)流閥開度變化由式(1)給出，即

f=50-0.001t

(1)

式(1)中：f為閥門開度；t為時(shí)間。

原料氣流量與閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖5所示，氣相出口含液量與原料氣流量隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示，可以看出，隨著閥門開度降低，氣相出口含液量逐漸降低，原料氣流量不斷提高，液化能力不斷上升。為了模擬真實(shí)船舶海上晃動(dòng)情況，閥門開度按照簡(jiǎn)諧函數(shù)變化，簡(jiǎn)諧函數(shù)由式(2)給出，即

圖4 DMR動(dòng)態(tài)模型Fig.4 The dynamic model of DMR liquefaction process

圖5 靜止條件下原料氣流量與閥門開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.5 The curve of feed gas flow and valve opening changing with time under static condition

圖6 靜止條件下氣相出口含液量與原料氣流量隨時(shí)間的變化曲線Fig.6 The curve of feed gas flow and liquid holdup changing with time under static condition

y=Asin(ωt)

(2)

周期性地調(diào)節(jié)閥門開度，近似模擬橫搖角度為6.1°情況下實(shí)際海上晃蕩工況。該晃蕩工況下閥門開度函數(shù)由式(3)給出，即

(3)

原料氣流量隨時(shí)間的變化曲線如圖7所示，可以看出，晃蕩開始時(shí)原料氣流量為10.0 Nm3/h，6 000 s后原料氣流量降為9.96 Nm3/h且維持穩(wěn)定，原料氣流量降低0.4%,晃蕩條件下DMR液化能力有所下降，這是因?yàn)榛问幵斐煞蛛x器氣相出口處重組分含量增加，氣相出口節(jié)流降溫效果不明顯，冷劑總冷量降低，DMR液化能力降低，但降低程度較小，說明DMR具有較好的海上適應(yīng)性。

原料氣流量與閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖8所示，可以看出，原料氣流量變化較閥門開度變化滯后約6 s。這是因?yàn)橐还傻蜏亓黧w和一股高溫流體不可能在接觸的一瞬間就立刻換熱，冷熱流體溫度瞬間變化即出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。

圖8 晃蕩條件下原料氣流量與閥門開度隨時(shí)間的變化曲線,Fig.8 The curve of feed gas flow and valve opening changing with time under sloshing condition

2.2.2 原料氣溫度敏感性分析

原料氣預(yù)冷和深冷一、二級(jí)循環(huán)出口溫度隨時(shí)間的變化曲線如圖9所示，原料氣深冷二級(jí)出口溫度穩(wěn)定為-153 ℃。0 s時(shí)，原料氣預(yù)冷一級(jí)出口溫度為-3.9 ℃，原料氣預(yù)冷二級(jí)出口溫度為-29.4 ℃，原料氣深冷一級(jí)出口溫度為-115.47 ℃。7 000 s時(shí)，原料氣預(yù)冷一級(jí)出口溫度為-5.6 ℃，原料氣預(yù)冷二級(jí)出口溫度為-30.7 ℃，原料氣深冷一級(jí)出口溫度為-115.27 ℃。擾動(dòng)開始時(shí)，預(yù)冷氣相雖然節(jié)流溫度降低，但是由于冷劑總流量增加，所以制冷效果增強(qiáng)，原料氣預(yù)冷一級(jí)出口溫度降低。然而，預(yù)冷液相流量降低并且由于晃蕩影響預(yù)冷冷劑總冷量降低，因此原料氣預(yù)冷二級(jí)出口溫度升高。由于工藝中設(shè)置了串級(jí)控制，保障原料氣節(jié)流降溫后達(dá)到-160 ℃以下，因此原料氣深冷二級(jí)出口溫度穩(wěn)定，并且造成原料氣流量降低，預(yù)冷冷劑冷量過剩，原料氣預(yù)冷一級(jí)、二級(jí)出口溫度同時(shí)降低；此外，預(yù)冷冷劑冷量過剩造成深冷冷劑在預(yù)冷循環(huán)中吸收冷量增加，深冷循環(huán)中分離器溫度下降，氣相流量降低，因此原料氣深冷一級(jí)出口溫度升高。

圖9 原料氣預(yù)冷和深冷一、二級(jí)循環(huán)出口溫度隨時(shí)間的變化曲線Fig.9 The curve of procoding first-stage and second-stage feed gas temperature changing with time

2.3 換熱器晃蕩擾動(dòng)敏感性分析

波動(dòng)的海面會(huì)引起船體晃蕩傾斜,嚴(yán)重影響換熱器流道中流體的分布，進(jìn)而降低換熱器的換熱效率。李焱 等[5-6]對(duì)換熱器分別在3°、6°、9°傾斜條件下進(jìn)行模擬得到對(duì)應(yīng)換熱器流道流量變化率分別為±4%、±7.5%、±12.5%。本文以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行換熱器在3°、6°、9°晃蕩條件下對(duì)DMR液化能力的敏感性分析。按照前期動(dòng)態(tài)模擬簡(jiǎn)化思路，將換熱器分成多個(gè)管殼式換熱器，通過改變管殼式換熱器流量模擬晃蕩條件下?lián)Q熱器各流道流量的變化情況。

2.3.1 傾斜角為3°、6°、9°晃蕩工況下原料氣流量敏感性分析

將原料氣均分成兩股物流，與冷劑換熱，通過周期性控制閥門開度不斷變換管殼式換熱器原料氣入口流量，從而模擬換熱器在晃動(dòng)條件下的流量分布情況。

1) 傾斜角為3°晃蕩工況。在傾斜角3°晃蕩工況下，換熱器兩側(cè)流道流量變化率為4%[5-6]。由DMR動(dòng)態(tài)仿真模型模擬可知，當(dāng)閥門開度分別設(shè)為43%、57%時(shí)，流量變化率為4%，即傾斜角為3°的晃蕩工況。該晃蕩工況下閥門開度函數(shù)由式(4)給出，即

(4)

傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣流量和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖10所示，可以看出，隨著閥門開度周期性變化，原料氣流量也周期性變化，原料氣流量最高為9.99 Nm3/h，最低為9.96 Nm3/h。流量變化周期為閥門變化周期的一半時(shí)，原料氣流量變化較閥門開度變化滯后3 s。

圖10 傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣流量和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.10 The curve of feed gas flow and valve opening changing with time under 3° sloshing conditions

晃蕩還未開始時(shí)，原料氣與預(yù)冷冷劑均勻換熱，換熱能力較高。隨著晃蕩開始并加劇，原料氣在換熱器內(nèi)出現(xiàn)偏流，流量較高的原料氣所受冷量不足，出液溫度升高，而另一股原料氣所受冷量過剩，出液溫度降低，說明冷箱中冷量未得到充分利用，DMR系統(tǒng)液化能力降低。

2) 傾斜角為6°晃蕩工況。在傾斜角6°晃蕩工況下，換熱器兩側(cè)流道流量變化率為7.5%[5-6]。由DMR動(dòng)態(tài)仿真模型模擬可知，閥門開度設(shè)為35%、65%，流量變化率為7.5%，即傾斜角為6°的晃蕩工況。該晃蕩工況下閥門開度函數(shù)由式(5)給出，即

(5)

傾斜角為6°晃蕩條件下原料氣流量和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖11所示，可以看出，該晃蕩條件下原料氣流量隨時(shí)間的變化較傾斜角為3°的晃蕩條件更為劇烈，流量最低降至9.90 Nm3/h，液化能力降低了1%，原料氣流量變化較閥門變化滯后3 s。

3) 傾斜角為9°晃蕩工況。在傾斜角為9°的晃蕩工況下，換熱器兩側(cè)流道流量變化率為12.5%[5-6]。由DMR動(dòng)態(tài)仿真模型模擬可知，閥門開度設(shè)為29%、71%，流量變化率為12.5%，即傾斜角為9°的晃蕩工況。該晃蕩工況下閥門開度函數(shù)由式(6)給出，即

圖11 傾斜角為6°晃蕩條件下原料氣流量和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.11 The curve of feed gas flow and valve opening changing with time under 6° sloshing conditions

(6)

傾斜角為9°晃蕩條件下原料氣流量和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖12所示，可以看出，該晃蕩條件下原料氣流量隨時(shí)間的變化均較傾斜角為3°和6°的晃蕩條件更為劇烈，流量最低降至9.80 Nm3/h，液化能力降低了2%。

綜上所述，換熱器在晃蕩角度分別為3°、6°、9°，晃蕩周期為24.474 s的工況下，原料氣流量最低分別降至9.96、9.90、9.80 Nm3/h，流量分別降低了0.375%、1%、2%。因此，換熱器在晃蕩條件下，DMR液化能力有所下降，但下降程度較小(不足2%)，說明DMR具有較好的海上適應(yīng)性。

圖12 傾斜角為9°晃蕩條件下原料氣流量和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.12 The curve of feed gas flow and valve opening changing with time under 9° sloshing conditions

2.3.2 傾斜角為3°的晃蕩工況下時(shí)原料氣溫度敏感性分析

傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣預(yù)冷一級(jí)出口溫度和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖13所示，可以看出，該晃蕩條件下原料氣在預(yù)冷一級(jí)出口處溫度變化曲線并不是平滑曲線，近似于簡(jiǎn)諧曲線，溫度在波峰、波谷以及波中都將持續(xù)一段時(shí)間，隨后驟增或驟降，說明溫度因素具有較大的滯后性。

傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣在預(yù)冷二級(jí)出口溫度和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖14所示，可以看出，該晃蕩條件下原料氣在預(yù)冷二級(jí)出口處溫度較上一節(jié)點(diǎn)降低52℃，波峰與波谷相對(duì)值不斷減少，說明換熱器中各流道流量分配不均造成DMR液化能力下降。

圖13 傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣預(yù)冷一級(jí)出口溫度和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.13 The curve of precooling first-stage feed gas temperature and valve opening changing with time

圖14 傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣預(yù)冷二級(jí)出口溫度和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.14 The curve of precooling second-stage feed gas temperature and valve opening changing with time

傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣深冷一級(jí)出口溫度和閥門開度隨時(shí)間的變化曲線如圖15所示，可以看出，晃蕩條件下原料氣在深冷一級(jí)出口處溫度較上一節(jié)點(diǎn)下降78 ℃，溫度變化曲線與圖13、14相似，都非平滑簡(jiǎn)諧曲線，溫度變化滯后嚴(yán)重。

圖15 傾斜角為3°晃蕩條件下原料氣深冷一級(jí)出口溫度和閥門開度隨時(shí)間變化曲線Fig.15 The curve of cryogenic first-stage feed gas temperature and valve opening changing with time

3 結(jié)論

1) 通過建立DMR靜態(tài)仿真模型，對(duì)分離器氣相中重組分含量進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果表明分離器氣相中重組分含量的增加會(huì)使DMR液化能力降低；

2) 在靜態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，建立DMR動(dòng)態(tài)仿真模型，針對(duì)我國(guó)近海海況進(jìn)行了晃蕩條件下分離器和換熱器擾動(dòng)敏感性分析，結(jié)果表明分離器與換熱器在晃蕩條件下均會(huì)使DMR液化能力有所下降，但下降程度不足2%，說明DMR具有較好的海上適應(yīng)性。

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(編輯：葉秋敏)

Simulation analysis of the applicability of DMR liquefaction process in offshore FLNG

SUN Chongzheng1,2CHEN Jie3LI Yuxing1,2ZENG Weiping3ZHU Jianlu1,2PAN Hongyu1,2

(1.CollegeofPipelineandCivilEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China; 2.ProvincialKeyLaboratoryofOilandGasStorageandTransportationSecurity,Qingdao,Shandong266580,China; 3.R&DCenter,CNOOCGas&PowerGroup,Beijing100028,China)

Dual mixed refrigerant (DMR) liquefaction process would be influenced by the sloshing waves if applied on FLNG on the sea.Mixed refrigerants would not be separated completely with the separator and heat exchange would not be sufficient with the feed gas, which accordingly affects the performance of the liquefaction process.A DMR static simulation model is developed to analyze the sensitivity of the heavy components in the gas-phase outlet of the separator.Simulation results show that the increase in the heavy component content in the gas-phase outlet of the separator would decrease the DMR liquefaction capacity.On the basis of the static model, a DMR liquefaction dynamic simulation model is also developed and used to study the effects of the separator and heat exchanger under sloshing conditions.The results show that the DMR liquefaction capacity decreases slightly (less than 2%) when the separator and/or the heat exchanger are used under sloshing conditions, which indicates the DMR liquefaction process is applicable in offshore FLNG liquefaction plants.This study could provide the theoretical basis for FLNG liquefaction processes, and has significance in both theory and engineering.

DMR liquefaction process; FLNG; sloshing; separator; heat exchanger; simulation model; sensitivity analysis

*工業(yè)和信息化部課題“浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置(LNG-FPSO)總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究”、山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金“繞管式換熱器在海上天然氣液化裝置中換熱性能及工藝影響研究(編號(hào)：BS2014ZZ009)”部分研究成果。

孫崇正，男，中國(guó)石油大學(xué)(華東)在讀博士生，主要從事液化天然氣工藝及關(guān)鍵設(shè)備研究。地址：山東省青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)中國(guó)石油大學(xué)(華東)工科實(shí)驗(yàn)樓D-401室(郵編：266580)。E-mail：zgsydxscz@163.com。

朱建魯，男，講師，主要從事液化天然氣工藝及關(guān)鍵設(shè)備研究。地址：山東省青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)中國(guó)石油大學(xué)(華東)工科實(shí)驗(yàn)樓D-301室(郵編：266580)。E-mail：aaabccc@163.com。

1673-1506(2017)01-0142-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.021

孫崇正,陳杰,李玉星，等.雙混合制冷劑液化工藝應(yīng)用于海上FLNG的適應(yīng)性模擬分析[J].中國(guó)海上油氣，2017,29(1)：142-149.

SUN Chongzheng,CHEN Jie,LI Yuxing,et al.Simulation analysis of the applicability of DMR liquefaction process in offshore FLNG[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):142-149.

TE646

A

2016-04-26 改回日期：2016-10-08