外文翻译油气储运

本科毕业论文(翻译)英文标题学生姓名学号教授系石油和天然气工程学院专业年级油气储运项目2011级指导教师职称单位指导教师职称单位完成日期2015年06月亮采用天然气管道差压能源液化天然气工艺摘要信息长输管道天然气的输送压力通常为10兆帕(最高10兆帕)，城市门站需要一套减压装置，减压装置通常由减压装置完成，在这个过程中会浪费巨大的压力能量。本文通过HYSYS软件对这种巨大的能量进行循环利用，设计、模拟了一条天然气膨胀液化过程。使用单位能耗和液化率作为目标函数，作为优化设计选择的关键变量。同时，计算和讨论燃气管道在其他运输中用作压力的工作情况，分析了设备压力能量损失的评价和具体细节。据调查，该液化率比一般液化过程的液化率要低得多。这种天然气膨胀液化过程适合天然气液化，是因为单位能耗低，过程简单灵活。1.简介长距离运输管道通常以高工作压力(高达10兆波)运行，高压天然气通常通过城市大门站内的不可逆节流过程到达低压力，为了适应不同的需求，在此过程中会浪费有用的压力，因此用适当的能源利用方法回收这一大量压力可能是很有价值的。煤气管道压力可以更多地用于发电、轻烃分离、天然气液化。关于小型LNG站内天然气液化的研究报告很多。天然气技术研究所开发了利用混合冰箱冷冻周期的小型天然气液化系统，研究了液化能力利用4-40m3 /d、kirllow等涡流液化技术和膨胀液化技术的小型天然气液化调峰厂。Len等介绍了用于压力基础回收的气体液化工艺的几个方面。Lentransgaz开发了用于天然气液化的新设备，该设备在没有外来能源投入的情况下充分利用压力能源，液化天然气。Mokarizadeh等应用基因遗传学的相关算法，对天然气调峰厂液化天然气压力使用优化及损失评价，使用Hysys软件分析了小型天然气液化流程中使用的混合制冷剂循环和N2、CH4膨胀循环的利用软件包。Remeljej等比较了四种液化过程，包括一段混合制冷剂循环、两段膨胀氮循环、两环膨胀过程和类似的能量分析结果显示，一段混合制冷剂循环的能量损失最低。表1符号命名符号名字符号名字a吸入参数，Pa(m3/mol)t温度ka无量纲吸入参数v摩尔体积m3/molb摩尔体积m3/molw能量kWb无量纲摩尔体积z压缩系数Cp气体比热容Kj/kg.kZi成分I摩尔成分Ex，H单位质量内能kJ/kgZj成分j摩尔成分e能源kJ缩写h单位质量焓kJ/kgC5重质碳氢化合物Kg二进制交换系数CP压缩机p压力kPaEXP膨胀机r气体常数LMTD对数平均温差s熵kJ/kg.kLNG液化天然气t温度kNG天然气Maunder设计了甲烷饱和液化工艺，该工艺在膨胀过程中降低了温度压力，产生了气体液化的效果。Alabdulkaremet等公司发现了混合制冷剂的新配置，该组合制冷剂使用丙烷预冷的混合制冷剂循环，优化制冷过程，降低单位产品的能耗。Shen等人提出了利用压力能源的液化天然气工艺，但没有进行详细的分析或优化设计。熊等为利用压缩机空调设备设计了城市门站。高等设计了含丙烷预冷的氮气膨胀制冷循环液化煤层气的工艺，分析了氮含量对液化率的影响。本文利用接近城市文域的气体压力能量，完成液化天然气的膨胀液化过程。这种液化过程的液化率大概在10%-15%之间。这种循环的液化率必须低于混合制冷剂周期和氮膨胀周期等液化工艺。但是这个液化周期具有能耗低、使用灵活、简单的优点。2.流程设计2.1原料气体参数管道输送气体的压力值设置为4MPA，温度设置为15 ，流量假定为100104Nm3/d。这种制冷是一种液化天然气直接膨胀回收利用戈雅液化天然气的一部分。供应的大部分天然气将膨胀到1.7MPA，然后输送到中高压管网，剩下的天然气将膨胀到0，4MPA，然后进入中压管网。此时，管道输送流量小于100104Nm3/d，该天然气各组成部分的摩尔分数及该过程的其他参数见表2。2.2液化工艺液化天然气膨胀液化过程如图1所示。首先供应的天然气将二氧化碳、水、硫化氢去除，然后通过两级LNG热交换器(LNG-100和LNG-101)，达到气液分离器所需的重烃分离温度，达到重烃分离，此时天然气将到达其他两个LNG热交换器(LNG-102和LNG-101)之后通过气体节流调节天然气的压力，最终LNG产品从气液分离器中分离出来。气体-液体分离器顶部排出的气体再流入四个LNG换热器。结果冷却能力得到回收，流向中压燃气管网。另一种天然气通过压缩机加压，通过水冷系统冷却，然后通过LNG换热器(LNG-100)在此冷却。这里冷却的天然气分为两部分。第一部分通过第一个膨胀机(exp-1)为其他三个LNG换热器(LNG-101、LNG-102和LNG-103)提供冷量，最终投入到中等高压天然气管网。另一种天然气通过两个LNG换热器(LNG-101、LNG-102)冷却，然后通过第二个膨胀机(EXP-2)返回四个LNG换热器，提供冷量。最终，这部分投入到中压天然气管网和中压天然气管网中。本文研究的液化天然气工艺不同于现有的液氮膨胀工艺和甲烷膨胀工艺。在现有的甲烷膨胀过程和氮膨胀过程中，两个膨胀机通过级联连接，但在这个系统中，两个膨胀机并行连接，因此可以调节两个膨胀机通过的天然气流量，以满足不同液化能力的需要。2.3相平衡方程相平衡方程是液化过程中每个物理参数计算的基础，本文使用P-R方程，P-R方程为：其中：P-R方程式也可用于压缩系数其中：3.优化过程3.1主要参数优化单位能耗用于评估液化天然气工艺的重要方面，因此经常用作优化工艺的目标信。其中一些参数对单位能耗有重要影响，如压缩机的出口压力、两个膨胀机的入口温度、中烃分离温度等。这四个参数可以通过X=(P202，t204，t208，t105)T变量将能耗用作目标函数，如下所示：其中表示膨胀机产生的所有效果均适用于压缩机(KW单位)。QLNG为LNG的卷流(以Nm3/h为单位)。由于能耗极低，液化率相当低，因此只考虑参数对单位能耗的影响是不正确的。实际上，还必须考虑这四个参数对液化率的影响，并确保在优化过程中单位能耗处于相当低的水平，然后使液化率达到尽可能高的值。HYSYS的优化程序从优化过程和原始方法中选择并给定的约束函数包括：(1)换热器LNG-103的进出温差的最小值设置为3K。(2)输入中压燃气管网的燃气流量不超过10104Nm3/d。(3)天然气经过膨胀机后，不会留下任何液体。(4)中碳氢化合物分离后，C5的摩尔分数不超过70%。此过程中3.2压缩机输出压力P202的影响压缩机的输出压力对单位能耗及液化率有很大影响。该压缩机的出口压力和压缩机性能之间的关系如图2所示。随着压缩机出口压力的提高，液化率也大大提高。压缩机出口压力升高，膨胀机膨胀率提高，因为冰箱制冷能力强，可以液化更多的天然气。据调查，随着压缩机出口压力持续升高，压缩机能耗也在持续增加。图2压缩机出口压力与压缩机性能的关系3.3第一膨胀机入口温度对该过程性能的影响膨胀剂的入口温度对制冷效果和膨胀机的出口工作量有很大的影响。图3说明了随着函数变量的第一膨胀机入口温度t204的变化，单位能耗和液化率的变化关系(EXP-1)，随着膨胀机入口温度t204的减少，单位能耗先减少，然后继续增加，入口温度t204达到-20 ，单位能耗具有最低值。随着膨胀机入口温度的持续降低，通过制冷剂流动的单位制冷剂产生更大的制冷剂，因为冰箱所需的总制冷剂减少，压缩机所需的压力也减少。但是，减少制冷剂流量会降低膨胀机的输出功率，同时增加整个过程的单位能耗。因此，第一膨胀机的入口温度t204和制冷剂流量具有获得最低单位能耗的最佳值。相反，液化率随着膨胀机入口温度的降低而增加。图3单位能耗和液化率相同的第一膨胀机入口温度t204的变化图3.4第二膨胀机入口温度t208对工艺性能的影响第二膨胀机的入口温度对第二膨胀机的出口温度有一定影响。第二膨胀机的出口温度对节流前的气体温度有重要影响。此影响的结果如图4所示。确保t208在-69.2 以上，以防止膨胀剂中发生液体。工程的液化率随着t208的减少而增加，因为随着第二膨胀机t208的减少，天然气在节流前可以冷却到更低的温度，从而提高天然气的液化率。单位能耗随着第二个膨胀机入口温度的降低而减少。因为从约束函数可以很容易地看出，随着液化率的提高，闪蒸蒸汽的发生量减少，为了输入到中间高压气体管网中，闪蒸蒸汽必须压缩。总之，单位能源消耗减少。图4第二膨胀机出口温度对节流前天然气温度的影响3.5重烃的分离温度t205对工艺性能的影响中碳氢化合物的分离工作在天然气液化中起着很大的作用。如果在适当的温度下不进行重碳氢化合物的分离，重碳氢化合物就会在较低的温度下固化，成为产生输送管的堵塞。中碳氢化合物的分离温度对液化工艺性能的影响如图5所示。中碳氢化合物分离温度降低，液化率也随之降低。碳氢化合物分离温度越低，天然气中的碳氢化合物就越多。结果天然气液化率降低，无论如何，单位能耗随着重烃分离温度的降低而增加。图5分离温度对液化工艺性能的影响4.结果和分析可以使用燃气管道压力优化液化过程的主要参数，如表3所示。此过程在0.03975kWh/Nm3时能耗似乎很低。比较起来，MRC过程中的单位能耗为0.2-0.4kWh/Nm3，氮气膨胀过程中的单位能耗约为0.6kWh/Nm3。无论如何，液化率低是与其他液化工艺相比，这一过程的缺点。与其他液化流程的95%相比，液化率只有13.55%。此液化能力相当于小型LNG工厂的液化能力，约为13.555104 nm3/d。冷热复合曲线是LNG换热器的重要参数，如图6所示。将压力分析理论应用于LNG换热器。高温传热系统的高温曲线通过小LMTD与低温复合曲线一致。如果此传热系统下降到较低的温度，则高温复合曲线与低温复合曲线不太一致，此时所需的LMTD非常大。这是因为目前LMTD相当小，因为在高温下只有少量重质碳氢化合物液化时，大部分天然气都在气体上。但是，甲烷和其他碳氢化合物在低温度下液化时，大部分位于气液两相中，从而产生大量LMTD。图6冷热复合曲线5.能量分析5.1管线可用的压力能量天然气管网可以看作是稳定的开放系统。能量分析用于计算天然气管道中可用的压力能量。开放系统单位能量组的计算可能如下：根据热力学熵的关系：开放系统的单位能量组可以表示为：本文在管线的单位能量计算中使用PR方程。单位能量与管道压力的关系如图7所示。如图所示，随着管线压力的增加，单位能量也随之增加。图7单位能量与管道压力的关系5.2设备的能量分析包括压缩机、膨胀机、LNG换热器、水冷、阀门在内的设备会导致能量损失。能源分析适用于这五个装置，以评估这些装置的能源损失。Lie等介绍了这些装置的能量损失计算结果。这些设备的计算结果如图4所示。其中Ex，I表示设备的能量损失，Ein表示输入设备的能量，Eout表示输出设备的能量，Wc表示压缩机消耗的能量，We表示膨胀机压缩的电力，Sin表示输入系统的熵，Sout表示输出系统的接地熵，T0表示周围环境周围环境的温度。能源分析结果如图5所示，您可以看到许多能源损失，其中LNG热交换器在低温度下产生的许多LMTD中产生的总能量损失约为37.91%。因此，LNG换热器的优化处理是降低能量损失的关键。膨胀机的热损失约为32.67%，因为两个膨胀机并行设置，分别是独立膨胀过程，能量损失随着膨胀率的增加而增加。这部分能量损失可以使用两阶段扩展或级联扩展有效地减少。选择合理的进口压力或提高膨胀机的效率也是减少能源损失的有效方法。压缩率低的话，压缩程序只会从4Mpa压缩到6.3Mpa，因此压缩程序只会产生一些能量损失。另一种天然气需要投入中间高压燃气管网，从450Kpa压缩到1750Kpa，