中小型天然氣液化流程的模擬優(yōu)化和動(dòng)態(tài)擾動(dòng)研究.pdf

1、未來30年世界能源需求將增加75％，天然氣需求增長將近65%，到2025年天然氣將占據(jù)世界能源供給的25%，超越煤炭成為世界第二大能源。我國能源消耗中煤炭占據(jù)68.2%，天然氣占據(jù)3.9%。煤炭資源的逐漸枯竭，燃煤產(chǎn)生的高排放和極端霧霾天氣等問題，未來中國的能源將發(fā)生巨大改變，其中天然氣的開發(fā)和應(yīng)用將迎來快速發(fā)展時(shí)期。除常規(guī)天然氣資源外，煤層氣，頁巖氣和海上小氣田等資源的開發(fā)利用是當(dāng)前天然氣行業(yè)研究的重點(diǎn)。
　　本文根據(jù)中小型天然

2、氣液化裝置特點(diǎn)，提出四種液化流程設(shè)計(jì)方案。針對(duì)流程的詳細(xì)工藝過程和參數(shù)，天然氣進(jìn)口參數(shù)變化對(duì)流程性能影響展開研究。研究手段采用穩(wěn)態(tài)模擬，流程優(yōu)化和動(dòng)態(tài)模擬相結(jié)合的方式，所得出的結(jié)論和規(guī)律為中小型天然氣液化設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用提供理論支持。
　　首先參考相關(guān)專利文獻(xiàn)，確定流程模擬各節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵工藝參數(shù)，假設(shè)進(jìn)口參數(shù)，天然氣組成和混合制冷劑組成為穩(wěn)態(tài)模擬提供準(zhǔn)備，通過HYSYS軟件的穩(wěn)態(tài)模擬模塊對(duì)四個(gè)液化流程建立模型，對(duì)流程的工藝過程進(jìn)行深

3、入的研究，使用損計(jì)算模型和穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算結(jié)果分析流程的效率。通過API接口在MATLAB環(huán)境下更改天然氣進(jìn)口參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳入HYSYS模型，觀察液化流程中耗功和混合制冷劑流量的變化規(guī)律。
　　其次以穩(wěn)態(tài)模型和流程性能變化規(guī)律為基礎(chǔ)，以CII液化流程為例進(jìn)行液化流程的整體優(yōu)化研究。首先確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過流程自由度分析和假設(shè)簡化，確定三臺(tái)壓縮機(jī)出口參數(shù)和制冷劑流量為優(yōu)化控制參數(shù)，使用遺傳算法通過MATLAB和HYSYS模型之間的

4、相互調(diào)用實(shí)現(xiàn)對(duì)流程的整體優(yōu)化，最終編寫優(yōu)化計(jì)算和流程控制程序，確定流程運(yùn)行的最優(yōu)化參數(shù)。
　　穩(wěn)態(tài)模擬和整體流程優(yōu)化為中小型天然氣液化設(shè)備的設(shè)計(jì)提供工藝基礎(chǔ)和運(yùn)行參考。液化設(shè)備的設(shè)計(jì)也要考慮進(jìn)口擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。以較簡單的PRICO-SMR循環(huán)為例，通過對(duì)多股流換熱器，壓縮機(jī)，節(jié)流閥等設(shè)備建立動(dòng)態(tài)模型，根據(jù)模型假設(shè)對(duì)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行修改，同時(shí)增加PID控制單元，實(shí)現(xiàn)模型的動(dòng)態(tài)環(huán)境下的模擬。以進(jìn)口壓力溫度和流程擾動(dòng)源，觀察流程耗功和