對(duì)雙循環(huán)混合冷劑天然氣液化流程相關(guān)思考與分析

伍運(yùn)昌

摘要：本文主要分析了雙循環(huán)混合冷劑天然氣液化流程的相關(guān)研究，重點(diǎn)介紹了混合制冷劑天然氣流程的優(yōu)點(diǎn)，它不僅可以提高液化的效率，還能降低能耗，因此被廣泛應(yīng)用在大型LNG液化裝置中，而且還因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢(shì)更適合應(yīng)用在大型的天然氣液化裝置中。通過(guò)對(duì)該裝置的分析和研究，結(jié)合DMR液化流程中混合制冷劑循環(huán)節(jié)流級(jí)數(shù)的差異，就需要對(duì)流程進(jìn)行下一步的優(yōu)化和升級(jí)，并根據(jù)模擬環(huán)節(jié)得出流程消耗，計(jì)算比功耗等數(shù)值。

關(guān)鍵詞：雙混合冷劑;天然氣液化;HYSYS模擬

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球變暖和空氣質(zhì)量問(wèn)題成為關(guān)注的重點(diǎn)。并且，人們對(duì)生存環(huán)境要求逐漸提高，很多國(guó)家都將解決使用化學(xué)燃料造成的環(huán)境問(wèn)題列成重點(diǎn)。并且，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要能源作為支撐，但是，大多數(shù)能源都屬于不可再生資源，尤其是煤炭和石油，還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。煤炭和石油作為能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，更需要進(jìn)行研究。而天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中占比逐漸加大，就需要進(jìn)行思考和研究。

1.雙循環(huán)天然氣液化流程確定和冷劑選擇

混合制冷劑壓縮機(jī)段數(shù)選擇時(shí)，需要綜合考慮各方面的因素。并且，氣體在壓縮過(guò)程中大多會(huì)有多種表現(xiàn)形式，如果是等溫壓縮，將會(huì)降低相應(yīng)的功耗。在氣體增壓過(guò)程中，大多數(shù)壓縮機(jī)設(shè)備都被認(rèn)為是絕熱壓縮過(guò)程，并導(dǎo)致氣體壓力和溫度呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。實(shí)際上，大部分壓縮機(jī)的功耗都比較大，此時(shí)為了確保機(jī)器的安全運(yùn)行，也需要對(duì)出口溫度進(jìn)行控制。那么，為了降低功耗，可以結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)壓縮過(guò)程進(jìn)行分段，且每一過(guò)程結(jié)束后，氣體將會(huì)通過(guò)冷卻、溫度降低處理后進(jìn)行壓縮階段。在壓縮段數(shù)確定之后，要根據(jù)功耗來(lái)確定每一段的壓比。在對(duì)雙循環(huán)天然氣液化流程進(jìn)行選擇的過(guò)程中，一般會(huì)將制冷工藝的液化冷劑系統(tǒng)給予科學(xué)、合理的劃分，其主要包括深冷制冷循環(huán)和預(yù)冷制冷循環(huán)兩種。換句話(huà)說(shuō)，緩和制冷劑系統(tǒng)一般是由深冷混合制冷劑液化系統(tǒng)和混合制冷劑液化系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，他們之間相互獨(dú)立，然而又被稱(chēng)之為雙循環(huán)混合制冷劑系統(tǒng)。另外，在DMR流程中兩個(gè)循環(huán)也會(huì)有各自的換熱溫區(qū)，也需要根據(jù)具體的情況對(duì)混合制冷劑進(jìn)行組分和配比。實(shí)際上，深冷冷劑和預(yù)冷冷劑要按照一定要求壓縮處理后才可以送入冷箱內(nèi)進(jìn)行冷凝。在整個(gè)過(guò)程中，混合制冷劑和冷卻天然氣為冷箱提供熱量，這樣才能有效的達(dá)到液化天然氣的作用。在混合制冷劑的選擇上也要按照實(shí)際情況給予科學(xué)、合理的選擇，以此來(lái)發(fā)揮其作用。通常情況下，天然氣的液化一般是在換熱器內(nèi)天然氣和混合制冷劑換熱而形成，而且在天然氣液化過(guò)程中，冷量一般來(lái)源于換熱器內(nèi)混合制冷劑蒸發(fā)而產(chǎn)生。在混合制冷劑組分中，每一個(gè)組分都具有不同的制冷溫度范圍，此時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況給予選擇。如果組分沸點(diǎn)較高時(shí)，汽化量在溫度較高的制冷區(qū)域更大。相反，如果組分沸點(diǎn)較低時(shí)，汽化量在溫度較低的制冷區(qū)域更大。也就是說(shuō)，在相同溫度范圍內(nèi)，不同沸點(diǎn)的組分可以起到的制冷作用存在一定的差異。因此，在混合制冷劑配比選擇上也要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。并且，混合制冷劑具有多元化的組分。但是，如果種類(lèi)過(guò)多也會(huì)面臨儲(chǔ)存、調(diào)配系統(tǒng)更加復(fù)雜的情況。因此，就需要在選擇混合制冷劑組分時(shí)合理分析。具體情況如下圖 1所示：

2.天然氣和混合制冷劑的熱物性計(jì)算

一般情況下，在DMR整個(gè)流程中需要進(jìn)行HYSYS模擬，而在這一過(guò)程中，物流物性數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度也會(huì)直接關(guān)系到最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度?；谏鲜銮闆r，就需要天然氣液化流程中做好混合物物理特性分析，以便更好的了解和掌握混合物特征。在天然氣液化過(guò)程中，要綜合考慮天然氣和混合制冷劑的相變特征，對(duì)于預(yù)處理后的混合制冷劑和天然氣基本上是由不同配比的多元混合物構(gòu)成。因此，在對(duì)這種物質(zhì)進(jìn)行模擬時(shí)就需要使用相同的熱力學(xué)計(jì)算模型。然而，在DMR流程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，最好將混合制冷劑和天然氣的溫差變化按照要求控制在100℃～170℃。但是在物流的冷卻階段，會(huì)導(dǎo)致其狀態(tài)出現(xiàn)比較大的變化，一般是從氣態(tài)轉(zhuǎn)化成氣液平衡態(tài)，隨后成為液態(tài)。實(shí)際上，在氣態(tài)和液態(tài)狀態(tài)下，物流液相部分和氣相部分間會(huì)出現(xiàn)組分改變，此時(shí)就需要合理選擇熱力學(xué)計(jì)算模型，以便對(duì)物流的相平衡給予準(zhǔn)確計(jì)算，最后還需要對(duì)密度、熵值和焓值等參數(shù)給予準(zhǔn)確計(jì)算。在計(jì)算氣液相平衡中，通常會(huì)有兩大類(lèi)的方法。一種是狀態(tài)方程法，另一種是活度系數(shù)法。兩者所適用的條件和范圍都不同。由于在DMR過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)都處在高壓的狀態(tài)下，就需要選擇更加合適的計(jì)算高壓天然氣的方法，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。具體情況所下所示：

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，混合制冷劑液化天然氣流程有著其他方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)，并且液化效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)也被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)過(guò)程中。在混合制冷劑使用階段，雙循環(huán)混合制冷劑天然氣液化流程具有其他流程不可比擬的優(yōu)勢(shì)，并且還可以在大型的天然氣液化裝置中進(jìn)行使用。但是，在使用過(guò)程中仍然存在很多的問(wèn)題需要解決，以此來(lái)提高應(yīng)用的水平，還要提高DMR流程的適應(yīng)性和效率，提高對(duì)能源的利用率。

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