小型撬裝式lng裝置的流程模擬

1、 第 57 卷 第 6 期 化 工 學(xué) 報 Vol157 No162006 年 6 月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China)J une 2006研究論文 小型撬裝式LNG裝置的流程模擬曹文勝1 , 2 , 魯雪生1 , 顧安忠1 , 汪榮順1(1 上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所 , 上海 200030

2、 ; 2 集美大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 , 福建 廈門 361021)摘要 : 為了使小型撬裝式 LN G (液化天然氣) 裝置的流程研究具有普遍意義 , 通過對液化流程的評價 , 分別從混合制冷劑液化流程和膨脹機(jī)液化流程中選擇了極具代表性、性能最佳的丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程和 N22CH4 膨脹機(jī)液化流程 , 并結(jié)合液化流程的發(fā)展趨勢 , 綜合多種液化流程的優(yōu)點 , 提出了節(jié)能新型混合制冷劑液化流程 , 對以上液化流程進(jìn)行了模擬計算 , 并

3、比較了流程的關(guān)鍵參數(shù). 結(jié)果表明 , 節(jié)能新型混合制冷劑液化流程簡便靈活、能耗低、液化率高 , 適應(yīng)于小型撬裝式 LN G裝置.關(guān)鍵詞 : 小型 ; 撬裝式 ; 液化天然氣 ; 流程 ; 模擬中圖分類號 : TE 646 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : A 文章編號 : 0438 - 1157 (2006) 06 - 1290 - 06Simulation of small2scale natural gas liquefaction f

4、lows in skid2mounted packageCAO Wensheng1 ,2 , LU Xuesheng1 , G U Anzhong1 , WANG Rongshun1(1 Institute of Ref ri geration and Cryogenics , S hanghai J iao Tong University , S hanghai 200030 , China;2 School of Mechanica

5、l Engineering , J imei University , Xiamen 361021 , Fujian, China)Abstract : Considering the present market demand and the feasibility of technology , building small2scaleLN G (liquefied natural gas) plants has been prov

6、ed to be the most practical way to start LN G industry inChina1 A study was made to select the optimum liquefaction process to enhance the economy of the small2scale LN G equipment1 In this paper , the same criteria were

7、 used to evaluate three types of liquefactioncycles1 These types included propane pre2cooling mixed refrigeration cycle , nitrogen2methane expandercycle and new energy saving mixed refrigeration cycle (MRC) . The result

8、of comparison indicated that thenew energy saving MRC is suitable for the small2scale LN G equipment due to its simple process andacceptable power consumption.Key words : small2scale ; skid2mounted package ; liquefied na

9、tural gas ; flow sheet ; simulation2005 - 04 - 15 收到初稿 , 2005 - 12 - 06 收到修改稿.聯(lián)系人及第一作者 : 曹文勝 (1973 — ) , 男 , 講師.基金項目 : 福建省自然科學(xué)基金項目.引 言自 1964 年世界上第一座 LN G 裝置 ( CAM2EL) 建造以來 , 低溫液化裝置已廣泛應(yīng)用于商業(yè)天然氣液化領(lǐng)域 , 液化能力一般很大 , 如基本負(fù)荷型 LN

10、 G工廠單線液化能力已達(dá) 314 Mt · a- 1 , 調(diào)峰型約為 019 Mt · a- 1 . 但是大中型液化天然氣系統(tǒng)由于裝置龐大 , 不便于在天然氣加氣站、城市調(diào)峰用氣、開發(fā)利用邊遠(yuǎn)小氣田、油井殘氣及沼氣等Received date : 2005 - 04 - 15.Corresponding author : CAO Wensheng. E - mail : wscao @sjtu1edu1cn領(lǐng)域應(yīng)用

11、, 加之天然氣車輛市場的不斷發(fā)展 , 為開發(fā)小型天然氣液化系統(tǒng)創(chuàng)造了條件. 小型天然氣液化系統(tǒng)與大中型相比 , 最大的特點是設(shè)備簡單緊湊、投資小、尺寸小型化、裝置撬裝化. 目前 , 世界上除了加拿大以外 , 美國、芬蘭等國也在開展小型 LN G裝置的研發(fā)工作. 這種裝置的開發(fā)在中國也有重要的現(xiàn)實意義和很大的實用價值[126 ] .Fig12 Liquefaction process of N22CH4 expander cycleC

12、1～C2 — compressor ; W1～W2 — cooler ; E1～E3 — heat exchanger ; S1～S2 — separator ;T1～T2 — throttle ; N G— natural gas ; BO G— boil off gas ; LN G— liquefied natural gas是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機(jī)絕熱膨脹的克勞德循環(huán)制冷實現(xiàn)天然氣液化的流程. 氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同

13、時輸出功 , 可用于驅(qū)動流程中的壓縮機(jī).113 節(jié)能新型混合制冷劑液化流程 (New MRC)節(jié)能新型混合制冷劑液化流程如圖 3 所示. 混合制冷劑由氮、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷和異戊烷組成. 該流程包括制冷循環(huán)和天然氣循環(huán)兩部分. 制冷循環(huán)如下 : 低壓制冷劑氣體進(jìn)入低壓壓縮機(jī) C1 壓縮 , 經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入預(yù)冷換熱器 E1 , 冷卻降溫使部分高沸點組分凝結(jié)后 , 進(jìn)入氣液分離器 S1. 分離出來的液體制冷劑經(jīng)

14、節(jié)流閥 T1 節(jié)流降溫 , 與來自主換熱器 E2 的返流低壓氣體匯合 , 作為預(yù)冷換熱器 E1 的冷源 ; 分離出的氣體制冷劑被高壓壓縮機(jī) C2 壓縮至高壓 ,經(jīng)預(yù)冷換熱器 E1 降溫后 , 進(jìn)入氣液分離器 S2 分離. 分離出的液體在主換熱器 E2 中過冷 、經(jīng)節(jié)流閥 T2 節(jié)流后 , 與來自過冷換熱器 E3 的低壓制冷劑匯合 , 返回主換熱器 E2 提供冷量 ; 氣相經(jīng)主換熱器 E2 和過冷換熱器 E3 冷凝和過冷后 , 經(jīng)節(jié)流閥

15、T3 節(jié)流降溫后 , 返流為過冷換熱器 E3 提供冷量.預(yù)處理后的天然氣經(jīng)預(yù)冷換熱器 E1 預(yù)冷后 ,進(jìn)入主換熱器 E2 繼續(xù)冷卻 , 然后進(jìn)入氣液分離器S3 脫除重?zé)N組分. 重?zé)N返回預(yù)冷換熱器 E1 提供部分冷量 , 天然氣中的輕組分則繼續(xù)進(jìn)入主換熱器E2 和過冷換熱器 E3 冷凝和過冷 , 最后經(jīng)節(jié)流閥T4 節(jié)流降壓后注入 LN G儲罐.2 參數(shù)初始化在計算前 , 需要確定的參數(shù)見表 1～表 4[13216 ] .為便于比較 ,

16、 三種流程的天然氣條件相同 , 液化能力均為 100 m3 LN G · d- 1 , 屬于小型撬裝式規(guī)模.流程主要參數(shù)的選擇 , 對計算結(jié)果及裝置的Fig13 Liquefaction process of new energy saving MRCC1～C2 — compressor ; W1～W2 — cooler ; E1～E3 — heat exchanger ; S1～S4 — separator ;T1～T4