崔梦梦[1]2016年在《小型天然气液化流程及板翅式换热器结构优化研究》文中认为为满足世界天然气市场日益增长的需求和环境保护的需要,一些曾经被搁置的气田目前得到开发,包括海上或陆上分散的边远气田、油田伴生气、煤层气等,边际天然气的回收利用可有效降低气体放空量,减少环境污染,增加天然气生产能力。由于远离已建天然气管道或管道建设并不经济,边际天然气的有效集输是制约其快速发展的瓶颈。小型天然气液化装置是边际天然气的回收方式之一,液化流程及其关键设备的优化设计对提高我国天然气液化产业的市场竞争能力具有重要的实际意义。本文基于流体力学、工程热力学、传热学和最优化理论,采用实验、理论及数值模拟相结合的方法,围绕小型天然气液化流程的参数优化及板翅式换热器的结构优化问题,开展了天然气物性参数模型评价、小型天然气液化流程设计及优化、锯齿形翅片数值模拟方法、翅片流动传热关系式、板翅式换热器的结构优化等研究,为边际小气田、伴生气田的经济液化回收提供理论支持和技术支撑。具体的研究内容和取得的主要成果如下：(1)针对目前天然气液化过程基础物性参数模型的对比研究仅局限于某些参数或某种相态的不足,通过对富C1气、富N2气、富C02气等不同组分的天然气在低温至常温、低压至高压区间内物性参数实验数据与预测模型计算结果的对比分析,开展了SRK物性包、PENG-ROB物性包、LK-PLOCK物性包和GERG-2008物性包的综合对比评价研究。研究表明,SRK物性包对焓差、定压比热的预测精度不高；PENG-ROB物性包对气相密度和露点的预测结果与实验结果的偏差较大；LK-PLOCK物性包在混合物临界点附近区域的计算并不准确,在平衡闪蒸过程和饱和液密度的计算上偏差明显；GERG-2008物性包在不同工况条件和气质组分下,对气体密度、饱和液密度、焓、定压比热等热力学参数和相平衡性质均表现出较高的预测精度,确定采用该物性包作为天然气液化装置优化研究的基础物性参数计算模型。(2)结合天然气液化流程的特点开展了陆上撬装和海上使用的适应性研究,针对膨胀式液化流程和混合冷剂液化流程存在的不足,提出并设计了CO2预冷单级N2膨胀流程。基于ActiveX控件搭建了Aspen HYSYS软件与Matlab软件的混合仿真平台,以HYSYS作为服务器,Matlab作为客户,实现了数据的读取和传输。采用GERG-2008物性包计算流体物性参数,通过惩罚函数实现了约束条件的转化,构建了比功耗最低的单目标函数和比功耗最低、液化率最高的多目标函数,研究了采用遗传算法进行流程参数优化的方法。优化结果表明该方法弥补了数学规划法难以收敛的缺陷,使预冷换热器复合曲线有较高的匹配度,通用性强,可用于其他过程系统的参数优化。(3)以C02预冷单级N2膨胀流程的优化结果为基础,采用贴现现金流法对流程经济性进行了分析评价。分析表明,以主要目标法及带精英策略的快速非支配排序遗传算法得到的多目标优化结果经济性差异不大,多目标优化结果的经济效益显着高于单目标优化结果。天然气液化工厂的经济效益受市场影响较大,项目的初期投资是制约装置经济性的主要因素。从流程比功耗、紧凑性、制冷剂配比复杂程度等方面,开展了N2-CH4流程、丙烷预冷混合冷剂流程、节能新型混合冷剂液化流程、C02预冷单级N2膨胀流程的对比分析研究。研究表明,C02预冷单级N2膨胀流程以非碳氢化合物作为制冷剂,降低了流程作业风险和复杂度,结构简单、流程紧凑,弥补了膨胀式流程能耗较高的缺陷,对边际天然气的液化回收有较强的适应性。(4)针对高效能翅片数值模拟研究并不充分的现状,以ANSYS Workbench软件建立了翅片的几何模型,研究了控制壁面网格质量的方法,采用Fluent软件开展了流体在锯齿形翅片流动传热的数值模拟研究。以经验关系式的计算结果为基础,综合考虑模型的计算时间及预测精度,确定了不同雷诺数下的数值模拟方法：在300≤Re<1000时采用层流模型,在1000≤Re≤10000时采用考虑低雷诺效应的SST κ-ω模型研究流体在锯齿形翅片的流动传热特性。该方法对j因子的数值模拟结果与Manglik&Bergles关联式的平均相对偏差在13%以内,f因子的数值模拟结果与Manglik&B ergles关联式的平均相对偏差在8%以内,表现出较高的预测精度,验证了数值模拟方法的有效性和可靠性。(5)针对传统翅片经验关系式无法涵盖国产翅片常用规格的缺陷,以锯齿形翅片的数值模拟研究为基础,结合行业标准《铝制板翅式热交换器(NB/T 47006-2009)》,开展了翅片流动传热关系式的改进研究。将Manglik&Bergles关联式和ALEX关联式结合起来,提出了覆盖国产锯齿形翅片全范围的性能关系式。基于GERG-2008方程和REFPROP模型,得到了天然气和氮气的热力学参数及迁移性质,开展了不同介质在锯齿形翅片流动传热的数值模拟研究。结果表明,本文提出的锯齿形翅片关系式准确描述了无相变天然气冷却过程和氮气加热过程的性能表现。(6)基于本文提出的国产锯齿形翅片性能关系式,以惩罚函数实现了约束条件的转化,研究了基于遗传算法的板翅式换热器结构优化方法。与传统试凑法相比,该方法避免了重复计算带来的设计负担,提高了设计质量,缩短了设计周期。单目标优化和多目标优化的对比分析表明,以有效度为目标的优化结果相当于传热熵产的单目标考量,年总成本指标热力学性能表现较差的本质在于运行成本占据了总成本的较大比重,使优化过程侧重于阻力熵产的减小,改进熵产数提高了换热器在热力学和经济学性能的综合表现,NSGA-Ⅱ协调了目标函数的非占优性,使多目标优化实现了单目标指标的有效折中,优化结果提供多个方案以供生产实际的选择,具有较强的灵活性。
刘鹏鹏[2]2014年在《中小型天然气液化流程的模拟优化和动态扰动研究》文中认为未来30年世界能源需求将增加75%，天然气需求增长将近65%，到2025年天然气将占据世界能源供给的25%，超越煤炭成为世界第二大能源。我国能源消耗中煤炭占据68.2%，天然气占据3.9%。煤炭资源的逐渐枯竭，燃煤产生的高排放和极端雾霾天气等问题，未来中国的能源将发生巨大改变，其中天然气的开发和应用将迎来快速发展时期。除常规天然气资源外，煤层气，页岩气和海上小气田等资源的开发利用是当前天然气行业研究的重点。本文根据中小型天然气液化装置特点，提出四种液化流程设计方案。针对流程的详细工艺过程和参数，天然气进口参数变化对流程性能影响展开研究。研究手段采用稳态模拟，流程优化和动态模拟相结合的方式，所得出的结论和规律为中小型天然气液化设备的开发和应用提供理论支持。首先参考相关专利文献，确定流程模拟各节点的关键工艺参数，假设进口参数，天然气组成和混合制冷剂组成为稳态模拟提供准备，通过HYSYS软件的稳态模拟模块对四个液化流程建立模型，对流程的工艺过程进行深入的研究，使用损计算模型和稳态模拟计算结果分析流程的效率。通过API接口在MATLAB环境下更改天然气进口参数，将数据传入HYSYS模型，观察液化流程中耗功和混合制冷剂流量的变化规律。其次以稳态模型和流程性能变化规律为基础，以CII液化流程为例进行液化流程的整体优化研究。首先确定优化目标函数，通过流程自由度分析和假设简化，确定叁台压缩机出口参数和制冷剂流量为优化控制参数，使用遗传算法通过MATLAB和HYSYS模型之间的相互调用实现对流程的整体优化，最终编写优化计算和流程控制程序，确定流程运行的最优化参数。稳态模拟和整体流程优化为中小型天然气液化设备的设计提供工艺基础和运行参考。液化设备的设计也要考虑进口扰动下的动态响应特性。以较简单的PRICO-SMR循环为例，通过对多股流换热器，压缩机，节流阀等设备建立动态模型，根据模型假设对稳态模型进行修改，同时增加PID控制单元，实现模型的动态环境下的模拟。以进口压力温度和流程扰动源，观察流程耗功和制冷剂流量变化的动态过程。研究所得出的稳态模型的工艺过程、流程性能变化规律，流程整体优化的优化程序和得出的最优操作参数以及流程性能对扰动的响应规律都对中小型天然气液化装置的设计提供理论支持。限于个人知识水平，关于动态的研究仅是初探，对于环境参数变化、管路扰动、冷凝器负荷、设备之间的配合等扰动规律没能涉及到。这将是后续研究的重点。
位雅莉[3]2004年在《天然气液化工艺模拟与分析》文中提出我国天然气液化技术是一项新兴的技术，正在迅速发展，但与国外天然气液化技术相比，国内天然气液化技术才刚刚起步，差距较大。本文从热力学角度出发，对天然气低温液化流程模拟与优化进行了详细的研究。 文中首先论述了国内外天然气液化技术的现状和发展趋势，并详细阐述了液化技术原理，通过对各种常见的现代天然气液化流程特点的分析，给出了流程的选择和设计原则；确定了以SRK方程和P-R方程作为计算天然气液化相平衡的基础模型，并结合精度较高的LKP方程来计算混合物的焓和熵，提高了整个流程模拟的精度；利用模块化思想，对天然气液化流程中压缩机、混合器、多股流换热器等设备热力过程进行了模拟，通过其在流程计算中的使用，效果良好；混合制冷剂循环(MRC)液化天然气流程是目前世界上应用最广泛的工艺，本文对带回热和无回热的两种液化流程分别进行了模拟计算，比较了两种流程中压缩机耗功，丙烷预冷量、制冷剂流量、各换热器的换热量等表示流程性能的参数，并分析了混合制冷剂参数对流程性能的影响，得出了降低流程能耗、增加可行性的结论；给出MRC液化流程的优化模型，并提出以惩罚函数法作为优化算法，结合各种约束条件，对流程进行了优化计算，效果良好；用灰箱模型对天然气液化流程进行了(火用)分析，通过计算确定了流程中能耗大的薄弱环节，分析其(火用)损原因，并提出了若干项减少(火用)损的有力措施。
钟桦[4]2011年在《液化天然气冷能储存与回收热力循环蓄能研究》文中研究说明天然气作为一种清洁、高效的能源,其应用领域越来越广泛,在我国国民经济中发挥越来越重要的作用。天然气液化后,体积骤缩为原来的1/600,将所耗的能量转化为储存在液化天然气中的冷能；液化天然气气化过程中的冷能回收利用则是将储存的冷能转化为其他形式的能量。本文以热力学理论为基础,以降低流程功耗、提高流程经济收益为目的,对液化天然气冷能储存与回收耦合流程的模拟与优化进行了详细的研究。天然气液化冷能储存与液化天然气气化冷能回收的耦合利用可实现夜间天然气液化、白天天然气气化间歇运行,因而对于电网平稳运行、城市经济效益和节能减排具有重要意义,但至今关于天然气液化冷能储存和液化天然气气化冷能回收耦合过程蓄能的研究尚未见报道。本文采用化工流程模拟软件Aspen Plus对液化天然气冷能储存与回收耦合流程进行了模拟,得到了耦合流程各节点的计算数据,包括各节点的压力、温度、焓、熵、气相分率和流量等状态参数,以及耗电和发电设备的耗电量和发电量,还有各热流的热负荷。模拟结果表明,耦合流程符合热力学理论和要求,真实反映了耦合流程的运行效果。在流程模拟的基础上,以泵和透平的压缩比、天然气和制冷剂在泵和压缩机中的状态、节流阀的压降为约束条件,以混合制冷剂制冷循环压缩机的压缩比、开口天然气液化循环节流阀的进口温度、混合制冷剂的流量、朗肯循环的冷凝温度,以及开口液化天然气循环透平和朗肯循环透平的进出口压力为操作调节变量,进行了各操作变量的灵敏度分析,建立了以年经济收益最大为目标函数的液化天然气冷能储存与回收耦合流程的优化模型。以Aspen Plus软件为平台,编写FORTRAN程序对耦合流程的优化模型进行了求解,最终获得了理想的优化结果。本文所研究的液化天然气冷能储存与回收耦合流程,具有重大的社会效益和经济效益,对社会生产具有一定的理论指导作用和实用价值。
李金华[5]2016年在《氮—甲烷膨胀天然气液化流程数值模拟》文中研究指明天然气是21世纪的主要能源之一,其消耗量日益增大。液化天然气(LNG)在储存和运输方面都具有十分明显的优势,液化天然气已发展成为一门新兴工业。尽管国外天然气液化技术已经比较成熟,但考虑到国内天然气液化的研究现状和行业实际需求,有必要对液化天然气技术开展进一步的研究和探讨。本文从热力学角度出发,对氮-甲烷膨胀天然气液化流程模拟优化进行了详细的研究。本文论述了国内外中小型天然气液化流程及装置研究进展,选择了氮-甲烷膨胀天然气液化流程作为本文的研究对象。调研了我国陕北长庆天然气田的组分和压力,确定天然气组分和气源条件作为本研究模拟的依据。着重分析了天然气的热物性,基于天然气的物性特点,选择P-R方程计算天然气液化流程相平衡,选择LKP方程计算天然气液化流程中各节点焓、熵值。本文用HYSYS软件对整个流程进行模拟,详细介绍了HYSYS软件中各主要设备的计算模块。从热力学角度出发,分析氮-甲烷膨胀天然气液化流程中主要工艺参数,如天然气压力、天然气温度、天然气组成、LNG储存压力、制冷剂高压压力、制冷剂低压压力、制冷剂中甲烷含量和制冷剂膨胀前温度等对液化流程性能指标的影响。在此基础上以比功耗为目标函数,对流程参数进行了优化,增加其液化率,降低其比功耗。对比分析叁种氮-甲烷膨胀天然气液化流程各自特点。并对天然气液化流程进行了（火用）分析,通过计算确定了流程中能耗大的设备为压缩机,分析（火用）损失原因,并提出了若干项减少（火用）损失的有力措施。本文研究结果,对进一步研究氮-甲烷膨胀天然气液化流程具有一定的理论指导意义和实用价值。
叶青[6]2016年在《中小型天然气液化工艺优化研究》文中研究指明近年来LNG产业在全球迅速发展,天然气的液化技术和设备不断发展完善、日渐成熟。然而我国LNG领域内的相关研究起步较晚,许多技术却落后于同期世界水平,亟待深入研究和开发。在天然气液化工艺流程的设计以及液化装置的生产等方面缺乏技术上的自主产权。开展天然气液化工艺流程及设备的研究,对于液化装置的国产化、高效化有十分重要的意义。本文根据中小型天然气液化装置特点,设计五种液化流程方案:单级混合制冷剂液化流程、双级混合制冷剂液化流程、N_2-CH_4膨胀制冷流程、天然气自膨胀制冷流程以及带混合制冷剂循环的天然气自膨胀制冷流程。利用热力学分析方法建立天然气液化流程的热力学模型,分析制冷循环中压缩、冷却、换热、节流、膨胀以及天然气换热、节流等热力过程,采用比功耗、(火用)损失和(火用)效率等作为天然气液化系统的评价指标。分析天然气液化规律和LNG储存特性,为液化工艺模拟初始参数的确定提供理论依据,得出如下结论:天然气在高压下更容易实现液化;提高LNG储存压力可增大相同储存温度下的液化率;LNG进罐前的节流温度应低于储存压力下LNG的泡点温度。以HYSYS为平台建立液化工艺的稳态模型,计算流程的性能指标。在相同的进出口条件下对各流程进行对比:天然气自膨胀液化工艺的比功耗最低,双级混合制冷剂液化工艺次之,N_2-CH_4膨胀制冷比功耗最大;LNG换热器的能量损失最大,制冷循环中冷却器的能量损失最大。以此为基础对负荷型液化装置、调压型液化装置和调峰型液化装置的工艺做出优选。针对负荷型液化装置,对单级混合制冷剂液化流程进行整体优化。优化制冷循环结构,增加混合制冷剂的节流级数和制冷循环的压缩级数。以系统总功耗为目标函数,建立优化模型,优化流程设计参数。利用HYSYS优化器对混合制冷剂配比进行优化,利用遗传算法对流程设计参数进行优化,编写遗传算法MATLAB程序,实现MATLAB与HYSYS的通信,完成设计参数优化。研究所得各种液化流程的性能变化规律,流程参数优化的遗传算法程序和最优设计参数对中小型天然气液化工艺的开发提供理论支持。
吕双双[7]2015年在《液化天然气冷能存储与回收发电过程模拟与优化》文中指出天然气的液化是将压缩机的轴功即机械能转化为内能,液化后的天然气温度低至-162℃,其体积比气态时减少600多倍,这大大方便了运输。液态天然气(LNG)在终端需要转变为气态供给用户。LNG气化过程可释放出830-890kJ/kg的能量,这部分能量需回收。本文根据国内外液化天然气技术与其冷能回收的研究,介绍了叁种典型的液化天然气流程和叁种基本液化天然气冷能回收发电流程；研究了液态天然气的物理特性(炯和焓)随压力和温度变化的关系；确定物性计算方程和流程计算方法,天然气物性计算采用SRK方程,混合制冷剂和烟气采用Peng-Rob方程,氨水采用TNRTL-RK方程,流程收敛计算采用Wegstein法,优化计算采用序列二次规划法(SQP)；对比叁种不同的混合制冷剂循环的功耗、损与经济性,选择流程简单,功耗和损都相对较小的单级丙烷预冷的混合制冷剂循环液化天然气；利用序贯模块法,在Aspen Plus中建立天然气的液化和冷能回收的耦合过程模型并进行模拟,获取耦合过程中各节点的状态参数(温度、压力、流量、焓和熵值等)和过程参数(做功量、换热量等)；分析单级丙烷预冷的混合制冷循环中天然气供给压力、压缩机出口压力和节流阀节流压力对冷能存储过程制冷系数和效率的影响；对LNG冷能回收发电的动力循环也进行了热力学分析,分析了汽轮机进出口压力、循环最高温度和冷凝温度对冷能回收发电过程的热效率和效率的影响；利用模拟软件Aspen Plus结合FORTRAN,耦合流程的经济效益和分段的效率分别作为目标函数优化流程,获取优化后流程节点的参数,与优化之前的各节点参数对比,确定流程优化程度,为提高天然气冷能存储与回收发电过程的效率提供一定的理论依据。
曹乐[8]2016年在《非共沸混合制冷剂低温制冷系统优化及换热特性研究》文中指出在天然气液化工业领域中,广泛采用非共沸混合工质低温制冷技术,其中,中小型天然气液化流程的冷箱主要采用板翅式换热器。冷箱内工质换热的温度滑移较大,可达到200°C左右。在其低温蒸发段,混合制冷工质干度低,流速慢,尤其在天然气液化负荷较低的工况下,换热器的换热性能下降。然而,这种工况下板翅式换热器的换热、工质液相积存等问题的理论和实验研究仍然欠缺。为了研究低温低干度混合工质在板翅式换热器中的换热性能,建立具有实际参考价值的理论预测模型,本文搭建了一套以板翅式换热器为低温段回热装置、以类似于天然气液化流程所用的混合工质(N2+CH4+C2H4+C3H8+iC4H10)为制冷剂、以普通商用涡旋压缩机驱动的低温制冷系统,在获取最低-160°C低温的前提下,对低干度低流速混合工质在板翅式换热器中的换热性能进行了研究;同时,整理了国内外学者对混合工质冷凝及沸腾换热关联式的研究,基于传热单元模型对板翅式换热器的总传热系数进行了理论预测,并与实验结果进行了对比分析,同时,基于实验数据对部分关联式进行了修正。在此基础上,对应用于天然气液化流程的板翅式换热器的优化设计进行改进,采用遗传算法,以单位熵增数为目标函数,冷热流压降为约束条件对板翅式换热器中通道和翅片参数进行寻优,并提出板翅式换热器设计的改进方向。混合工质的传热特性与流动特性密切相关,工质在系统中的液相积存不仅影响换热器的换热性能,还会影响混合工质的循环浓度,系统的总体性能也因此改变。因此,本文针对混合工质低温制冷循环中的降温特性、回热器中的冷热流温差变化、换热器负荷变化以及液相积存等问题进行了分析讨论。另外,基于混合工质一维竖直流动方程建立了低温制冷系统中混合工质液相积存的数学模型,分析讨论了低温制冷循环中混合工质的液相积存特性,以及混合工质循环浓度随降温过程的变化规律。天然气液化流程中混合工质的循环浓度对系统效率和稳定运行起着至关重要的作用,然而,在实际运行过程中很难将运行循环浓度调节至与优化浓度一致。通过对SMR液化流程的优化发现,在以系统(火用)效率为目标函数的前提下对混合工质进行寻优,可以得到差异较大的不同混合工质循环浓度,同时,系统在获取较高(大于0.4)的(火用)效率同时,换热器中温差匹配均匀合理。另外,在不同的预冷温度、系统高低压的情况下,优化的循环浓度均能使系统保持高效运行,这说明混合工质的浓度配比在天然气液化流程中存在较强的鲁棒性;另外,本文提出了SMR液化流程的调节方案,在实际工程应用中具有一定的参考价值。
张诗悦[9]2017年在《混合冷剂制冷的天然气液化工艺研究与分析》文中研究说明天然气液化过程是一个能耗非常高的过程,出于这个原因,需要研究液化过程的关键因素对流程性能的影响。本论文针对影响液化工艺能耗的因素进行优化,得出天然气预冷后的温度、制冷剂的蒸发压力和冷凝压力、混合制冷剂的组成是降低能耗的关键操作因素,压缩机是LNG厂的主要能耗单元,所以以LNG的比功耗为目标函数,以上述7个影响因素作为优化变量对流程进行优化。用HYSYS优化器优化的结果表明,压缩机的功耗降低32.6%,LNG换热器内冷热复合曲线匹配程度也更好,也就是说LNG换热器的换热效率提升了。考察天然气中甲烷的含量变化,对流程参数进行优化,用MATLAB软件对优化后的结果做拟合,得出混合冷剂配比与比功耗之间的二次多项式拟合方程,对拟合方程进行取值范围内的最小值求解,将其代入实际生产中进行验证,结果表明两者的值分别为3.4973和3.5148,相差为0.5%,误差较小,符合工程要求。在优化后流程的基础上对液化装置进行有效能分析,结果表明天然气液化流程中压缩机的有效能损失最大,提出两种工艺改进方案,一是将混合制冷剂两级压缩改为叁级压缩,结果表明压缩机的有效能损失由5028kW降低到4703kW,降低了 6.46%,有明显的效果;二是闪蒸气换热,压缩机的有效能损失由由5028kW降低到4838kW,降低了 3.78%,有效果。
尹全森[10]2010年在《混合制冷剂循环优化设计和动态特性研究》文中指出天然气液化后,可以解决气体运输问题,实现天然气的跨国贸易和分散的小气田开发。本文在现有天然气液化流程分析比较的基础上,针对小型天然气液化装置设计了单级混合制冷剂循环,针对大型天然气液化装置设计了双混合制冷剂循环,系统地对混合制冷剂循环进行热力学分析、稳态模拟和优化、动态模拟和优化操作,探索混合制冷剂循环的天然气液化流程的设计和操作方法,为国内开发和应用混合制冷剂循环的天然气液化装置提供理论支持,具有很大的实际应用价值。本文对不同规模的天然气液化装置的流程选择原则,设计出了适合小型液化装置的单级混合制冷剂循环,适合大型液化装置的新型双混合制冷剂循环。对天然气和混合制冷剂的物性计算方法进行评价和选择,建立混合制冷剂循环中压缩机、冷却器、换热器、节流阀、混合器和气液分离器等设备的热力学模型,并给出混合制冷循环的评价标准:能耗、制冷系数和火用效率。在此基础上针对单级混合制冷剂循环、丙烷预冷的混合制冷剂循环和双混合制冷剂循环进行热力学分析,得到这叁种液化流程的火用损、压缩机功率、制冷系数和火用效率,并针对不同设备的火用损失分布,给出混合制冷循环提高效率的措施,最后比较了双混合制冷剂循环和丙烷预冷的混合制冷剂循环的热力学性能,推荐在大型天然气液化系统中优先采用双混合制冷剂循环。采用数值法对单级混合制冷剂循环和双混合制冷剂循环进行稳态模拟和优化,进行纯制冷剂的选取,在合理的约束条件下,进行制冷循环的结构优化,并在此基础上以最小能耗为目标函数,采用模式搜索法的优化算法对设计变量进行优化计算,得到两种制冷循环的最优设计参数。建立混合制冷循环中压缩机、换热器和节流阀等主要设备的动态模型,设计了双混合制冷剂循环中主要流程参数的控制回路,分析天然气液化流程中实际可能的扰动,分别以天然气压力、天然气温度、天然气流量、天然气的成分、制冷剂冷却温度、深冷制冷剂的组成和预冷制冷剂的组成等为扰动,对制冷循环进行动态模拟,得到流程参数的变化趋势和响应时间。动态模拟的结果显示,双混合制冷剂循环在扰动发生时,系统能够自动调节和适应,在较短的时间内重新达到稳定状态。动态模拟也验证了控制方案的合理。双混合制冷剂循环的动态模拟,有利于促进流程的优化设计,同时对其实际应用有重要意义。在双混合制冷剂循环的稳态模拟和动态模拟的基础上,根据实际设备参数,对其进行优化操作的研究。讨论了混合制冷剂循环的操作自由度,针对操作变量进行分析,选择合适的控制变量和控制结构,建立实际操作中可能的两种优化操作模式:单位产品能耗最低和在设备约束下的最大产量,分别进行无扰动下的优化操作和扰动下的优化操作。天然气压力、天然气流量和冷却温度变化后,通过调整制冷剂的组成和压缩机的转速,制冷循环仍然能够维持高效运行;深冷制冷剂和预冷制冷剂的组成偏离最优的配比后,调整压缩机转速,维持液化天然气的产量不变。优化操作研究表明双混合制冷剂循环具有良好的适应性和操作性,优化操作研究为采用该制冷循环的天然气液化装置的实际调试和操作提供理论指导。根据本文的理论研究,设计完成了一些实际的天然气液化装置,其中,每天液化5000Nm~3的煤层气液化装置(LNG5)和每天液化2000Nm~3的微型天然气液化装置(MR3)已经调试完毕。对LNG5和MR3测试了不同制冷剂组成时的制冷循环性能,并与模拟参数比较,运行结果与理论模拟结果接近,这说明了理论的模拟计算是可靠的。本文的研究结果有助于在国内小型天然气液化装置中推广的混合制冷剂循环的流程,同时为国内发展大型天然气液化系统提供技术支持。
参考文献：
[1]. 小型天然气液化流程及板翅式换热器结构优化研究[D]. 崔梦梦. 西南石油大学. 2016
[2]. 中小型天然气液化流程的模拟优化和动态扰动研究[D]. 刘鹏鹏. 上海交通大学. 2014
[3]. 天然气液化工艺模拟与分析[D]. 位雅莉. 西南石油学院. 2004
[4]. 液化天然气冷能储存与回收热力循环蓄能研究[D]. 钟桦. 北京化工大学. 2011
[5]. 氮—甲烷膨胀天然气液化流程数值模拟[D]. 李金华. 西安石油大学. 2016
[6]. 中小型天然气液化工艺优化研究[D]. 叶青. 中国石油大学(华东). 2016
[7]. 液化天然气冷能存储与回收发电过程模拟与优化[D]. 吕双双. 大连理工大学. 2015
[8]. 非共沸混合制冷剂低温制冷系统优化及换热特性研究[D]. 曹乐. 华南理工大学. 2016
[9]. 混合冷剂制冷的天然气液化工艺研究与分析[D]. 张诗悦. 西南石油大学. 2017
[10]. 混合制冷剂循环优化设计和动态特性研究[D]. 尹全森. 哈尔滨工业大学. 2010
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