天然气混合制冷液化流程模拟.docx

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1、中国石油大学（北京）本科毕业设计 第I页天然气混混合制冷冷液化流流程模拟拟摘要混合制冷冷剂天然然气液化化工艺是是目前应应用最广广泛的液液化工艺艺。本文文在分析析天然气气液化装装置中常常用的混混合制冷冷剂液化化循环的的几种基基本工艺艺的基础础上，根根据天然然气和混混合制冷冷剂热物物性的特特点，选选择了PPR（PPengg-Roobinnsonn）方程程来计算算这两种种混合物物的相平平衡特性性。利用用HYSSYS软软件研究究了混合制制冷剂流流程的冷冷箱制冷冷部分，建立了了冷箱模模拟计算算模型，研究了了混合制制冷剂组组分对液液化过程程的影响响。关键词:混合制制冷液化化循环；流程模模拟；HHYSYYS

2、；冷箱中国石油大学（北京）本科毕业设计 第II页Simuulattionn off MiixeddReffriggeraant Cyccle forr Naaturral GassLiquuefaactiionAbsttracctThe Mixxed-Reffriggeraant Cyccle (MRRC) is thee moost widdelyy ussedlliquuefaactiionpproccesss noowaddayss.Seeverral MRCCcyclles forr Liiqueefieed NNatuurall Gaas(LLNG) prroduuctiion we

3、rre aanallyzeed iin tthisspapper,-BBaseed oon tthe theermoodynnamiic ppropperttiess off naaturral ggas andd miixedd-reefriigerrantt,thhePeeng-Robbinsson (PRR) eqquattionn waas sseleecteed tto ccalcculaate thee phhasee eqquillibrriumm.The colld bbox in thee liiqueefacctioon ccyclle wwas simmulaatedd

4、byy ussedHHYSYYS ssofttwarre,thee moodell waas eestaabliisheed aand thee coompoonenntsoof tthe mixxed reffriggeraantiinflluennce on liqqueffacttionnproocesss wweree sttudiied.Key worrds:MRCC;simmulaatioon; HYYSYSS;colld bbox中国石油大学（北京）本科毕业设计 第IV页目录第1章 前 言言11.1 工业背背景和研研究意义义11.1.1 世世界液化化天然气气工业的的发展221.1

5、.2 中中国液化化天然气气工业的的发展221.2 国内外外研究现现状41.3 研究内内容5第2章 混合制制冷液化化流程662.1 混合制制冷液化化流程662.2 混合制制冷剂液液化流程程的分类类62.2.1 闭闭式混合合制冷剂剂液化流流程62.2.2 开开式混合合制冷剂剂液化流流程82.2.3 丙丙烷预冷冷混合制制冷剂液液化流程程92.2.4 CCII液液化流程程122.2.5 新新型两级级混合制制冷剂液液化流程程14第3章 冷箱1163.1 冷箱简简介1663.2 冷箱的的技术关关键1663.2 液化天天然气领领域冷箱箱的应用用16第4章 天然气气液化流流程模拟拟软件1194.1 HYSSY

6、S简简介1994.2 HYSSYS中中各个模模块的性性质与原原理2004.2.1 气气液分离离器2004.2.2 壳壳管式换换热器2214.2.3 LLNG换换热器2244.2.4 阀阀门2664.3HHYSYYS的实实际应用用26第5章 天然气气液化流流程模拟拟285.1 概述2885.2 液化流流程模拟拟步骤2285.2.1 输输入条件件285.2.2流流程搭建建305.3流程模模拟计算算335.3.1收收敛计算算335.3.2制冷冷剂组分分对换热热的影响响345.3.3 结结果分析析35第6章 结论与与展望3376.1 结论3776.2 展望377参考文献献38致谢399第1章 前言 第

7、4页第1章前前言1.1工工业背景景和研究究意义天然气作作为一种种清洁优优质燃料料，是当当今世界界能源消消耗中的的重要组组成部分分，其开开发和利利用已在在全球受受到普遍遍关注1。随着天天然气探探明储量量的增加加，世界界天然气气的产量量呈持续续增长趋趋势。近近几十年年，天然然气在能能源结构构中的比比例逐年年稳步上上升。目目前，天天然气消消费量的的年平均均增长率率为2.2%，远高于于同期石石油消费费增长率率的0.8%。天然气气消费量量增长带带动和促促进了天天然气工工业的发发展，现现在，人人们越来来越多的的关心如如何更好好、更经经济地利利用天然然气来服服务于人人类生活活。液化化天然气气就是天天然气利利

8、用的一一种方式式。液化天然然气（LLiquuefiied Natturaal GGas，简称LLNG）是无色色透明、无臭的的低温液液体，是是在常压压下将天天然气冷冷冻至-1622左右，由气体体变为液液态，它它是天然然气经过过净化（脱水、脱COO2、H2S等酸酸性气体体）后，采用节节流、膨膨胀和外外加冷源源制冷的的工艺使使甲烷变变成液体体而形成成的，其其体积约约为气态态体积的的1/6600。将天然气气液化的的目的主主要有以以下几个个方面2-44：（1）天天然气液液化后便便于进行行经济可可靠的运运输。目目前，天天然气资资源分布布不均衡衡，生产产地和消消费地常常存在相相当长的的距离，在不便便敷设管管

9、道的地地区，用用专门的的槽车、火车、轮船，将LNNG运输输到销售售地，方方便灵活活，适应应性强。（2）提提高储存存效率和和安全保保证。可可实现低低压储存存及使用用，避免免了压缩缩天然气气（CNNG）高高压（压压力200MPaa）储存存及使用用带来的的威胁。（3）将将天然气气液化，有利于于城市符符合的调调节。可可将低负负荷时多多余的天天然气液液化后储储存，当当用气或或用电高高峰时，再将其其气化，可以达达到调节节供需和和应急的的目的。（4）液液化天然然气的突突出优点点是环境境效益显显著。液液化天然然气作为为汽车发发动机燃燃料对大大气的污污染要比比汽油少少得多。基于以上上LNGG众多优优点，可可以看

10、出出，发展展液化天天然气（LNGG）项目目是目前前世界能能源发展展的潮流流，在我我国发展展液化天天然气也也是势在在所趋。1.1.1 世世界液化化天然气气工业的的发展天然气是是一种非非常重要要的资源源，它燃燃烧清洁洁，污染染小，通通常生产产与输送送成本低低廉，其其储量十十分巨大大。但是，天天然气的的产地往往往远离离能源消消耗区，这就需需要通过过某种方方式将天天然气从从气田或或资源国国输送至至目标用用户。管管道输送送是一种种好的输输送方式式，但对对于远距距离越洋洋运输，目前还还没有成成熟的技技术可以以建造深深海长距距离输送送管道，因此需需要寻找找其他的的方法。LNGG是一个个越洋大大量输送送天然气

11、气的商业业化技术术。19644年9月月27日日，阿尔尔及利亚亚的世界界上第一一座LNNG工厂厂建成投投产。同同年，第第一艘载载着1220000吨LNNG的船船驶往英英国，标标志着世世界LNNG贸易易的开始始。1.1.2 中中国液化化天然气气工业的的发展我国是能能源和原原材料生生产大国国，也是是消费大大国，人人均占有有资源量量相对少少。尽管管有丰富富的国内内天然气气资源和和周边国国家可供供利用的的天然气气资源，但是到到目前为为止，由由于客观观原因，致使我我国天然然气消费费量在一一次能源源消费结结构中仅仅占2%左右，而西方方发达国国家要占占20%左右。随着我我国国民民经济的的发展，尤其是是对环境境

12、保护的的日益重重视，天天然气需需求量将将迅速增增大。天天然气需需求量的的增长必必然促进进液化天天然气工工业的发发展。20011年中原原油田为为了将天天然气资资源用于于城市燃燃气和汽汽车代用用燃料，建造了了国内第第一座生生产型的的液化天天然气装装置。20022年新疆疆广汇集集团开始始建设一一座日处处理天然然气量为为1500万m33的液化化天然气气工厂。20044年6月月，国家家发改委委在我我国能源源中长期期发展规规划的的基础上上制定了了关于于我国液液化天然然气进口口方案的的建议。建建议中中提出在在广东，福建，山东，浙江，上海，江苏，辽宁，河北，天津，广西等等沿海地地区建设设若干LLNG接接收码头

13、头和输气气干线。基本形形成以LLNG为为主体的的沿海天天然气大大通道，并适时时与全国国主干管管网相连连接。这这标志着着我国LLNG进进口工作作全面启启动，并并将通过过实施以以市场换换资源战战略推动动石油公公司走出出去，进进入国际际石油天天然气资资源地和和LNGG工业。近年来全全球LNNG的生生产和贸贸易日趋趋活跃，正在成成为世界界油气工工业新的的热点。我国正正处在天天然气工工业发展展的黄金金时期，随着更更多的城城市使用用更多的的天然气气，对液液化天然然气(LLNG)的需求求也有明明显的增增长。220066年6月月底，深深圳大鹏鹏LNGG项目的的投产，更是吹吹响了我我国LNNG事业业全面发发展的

14、号号角。同同时国际际LNGG市场正正由买方方市场转转向卖方方市场，但近年年内仍处处于买方方市场，这也为为我国发发展LNNG产业业创造了了良好的的外部资资源条件件。LNNG产业业的发展展对我国国发展国国民经济济，调整整能源结结构，改改善环境境质量，提高生生活水平平，促进进经济与与环境协协调发展展具有重重要意义义!我国国LNGG工业应应实施全全球化，市场化化，多元元化和系系统化发发展战略略，以形形成LNNG与管管道以及及海洋天天然气共共同发展展与石油油资源互互为补充充的格局局。从而而改善我我国能源源结构，保障国国家能源源安全!在未来的的一些年年中，除除了有数数以百万万吨计的的LNGG自海外外进口，

15、更多的的天然气气液化工工厂和LLNG末末端装置置也会迅迅速建设设起来。总的来说说，我国国LNGG工业的的特点是是起步晚晚、潜力力大，广广阔的市市场和客客观的经经济和社社会效益益为我国国的LNNG工业业发展提提供了难难得的机机遇。LLNG已已经成为为一种重重要的不不可替代代的能源源，持续续高速度度的发展展历程展展示了它它强大的的生命力力。近年年来，LLNG基基础技术术以及天天然气液液化、储储运装置置的研究究蓬勃发发展。随随着应用用研究的的深入，LNGG将有越越来越广广泛得到到应用。可是预预言，我我国LNNG工业业将会进进入一个个崭新的的发展阶阶段。我们LNNG工业业刚刚起起步，未未有成熟熟的独立

16、立设计、建造工工厂的经经验，只只能引进进国外配配套设备备和技术术。但是是由于国国情和工工厂设计计规模等等情况的的不通，往往使使得引进进的天然然气液化化流程和和提供的的岗位操操作参数数不合时时宜，出出现投资资费用大大、液化化率低、功耗大大的情况况。解决决上述问问题的方方法就是是根据实实际情况况、利用用自身特特点优选选液化流流程及合合理选择择操作参参数。当代工业业规模的的天然气气液化（即LNNG的生生产）技技术通常常可用下下面框图图表示为为三部分分，即原原料气预预处理、液化和和储存三三部分。图1.11 天然然气液化化技术组组成图其中，液液化流程程在整个个LNGG工厂中中占有重重要的地地位，实实践证

17、明明，在LLNG工工厂总投投资中天天然气液液化部分分所占的的比例大大约为440%左左右，研研究液化化工艺流流程具有有现实意意义和深深远的社社会以及及经济效效益，所所以对液液化流程程进行模模拟设计计和流程程参数分分析显得得尤为重重要，因因为流程程模拟是是过程系系统工程程中最基基本的技技术不论论过程系系统的分分析和优优化，还还是过程程系统的的综合，都是以以流程模模拟为基基础。而而合理地地选择参参数不仅仅使模拟拟过程能能够顺利利进行，而且还还会使模模拟结果果切实可可行。1.2 国内外外研究现现状我国的LLNG工工业刚刚刚起步，独立设设计、建建造LNNG装置置的经验验较少。进行天天然气液液化流程程的理

18、论论分析和和设计流流程有重重要的意意义。国外从220世纪纪70年年代开始始，对LLNG装装置的液液化流程程进行来来设计、模拟与与评价工工作55-6。Shhelll公司针针对基本本负荷型型LNGG装置的的液化流流程的最最新发展展，模拟拟计算了了级联式式液化流流程、丙丙烷预冷冷混合制制冷剂液液化流程程、两级级混合制制冷剂液液化流程程和氮气气膨胀液液化流程程，并分分别分析析了其优优劣77。119955年，MMelaaaenn提出了了简化的的绕管式式换热器器模型。在此基基础上，建立了了基本负负荷型天天然气液液化流程程动态仿仿真模型型，并采采用隐式式DASSSL进进行了仿仿真计算算，指出出设计变变量初值

19、值的选取取对仿真真计算的的收敛影影响很大大。19998年年，Teerryy采用HHYSYYS软件件对典型型的调峰峰型天然然气液化化流程进进行了模模拟计算算与优化化8。19997年年，Kiikkaawa在在现有设设备的基基础上，设计了了新型的的混合制制冷剂预预冷、膨膨胀机液液化流程程，并采采用CHHEMCCADIIII软软件进行行了模拟拟计算9。我国目前前缺乏天天然气液液化流程程设计调调试经验验，在专专用天然然气液化化模拟软软件的开开发方面面比较欠欠缺。220世纪纪90年年代初，开始进进行天然然气液化化流程理理论发面面的研究究，陈国国邦、滕滕大振分分析了调调峰型LLNG装装置液化化流程的的特点，

20、对不同同流程及及其使用用条件进进行了比比较。119922年，郭郭东海对对混合制制冷剂天天然气液液化流程程的参数数的选定定及优化化工作做做了初步步的探讨讨100。刘刘新伟针针对煤层层天然气气的回收收，提出出了带循循环压缩缩机的氮氮膨胀液液化流程程并进行行了模拟拟计算。上海交交通大学学顾安忠忠教授领领导的课课题组长长期以来来从事液液化天然然气的研研究，尽尽管如此此，我国国在液化化天然气气液化技技术水平平和应用用范围等等方面与与国外还还是存在在一定的的差距。从国内外外研究发发展情况况可以看看出，无无论国外外还是国国内，在在建设LLNG工工厂时，首先要要仔细分分析各种种液化流流程根据据实际情情况，通通

21、过模拟拟计算对对流程性性能进行行比较；然后优优选流程程方式，合理选选择流程程参数。该项工工作在我我国显得得尤为重重要。随随着液化化天然气气工业在在我国的的蓬勃发发展，这这项工作作越来越越受到人人们的重重视，并并提到研研究的日日程。1.3 研究内内容在天然气气的液化化过程中中，天然然气与混混合制冷冷剂不仅仅是混合合物，它它们随着着流程中中压力、温度的的不断变变化，将将会处于于气相、气液平平衡相和和液相状状态，所所以混合合物的相相平衡计计算理论论是整个个流程物物性计算算的基础础。本文文针对天天然气和和混合制制冷剂的的组分特特性，选选择了PPR方程程作为计计算这两两类混合合物的相相平衡方方程。本本文

22、选取取模拟软软件HYYSYSS作为本本次研究究所使用用的主要要模拟工工具，介介绍了HHYSYYS的计计算原理理与方法法，最后后用HYYSYSS软件对对混合制制冷剂液液化循环环的冷箱箱部分进进行模拟拟，以研研究混合合工质组组分的改改变对LLNG产产品（也也可以说说是初级级LNGG产品）温度的的影响。第2章 混合制冷剂液化流程 第13页第2章混混合制冷冷液化流流程2.1混混合制冷冷液化流流程19344年，美美国的波波特北尼尼克提出出了混合合制冷剂剂液化流流程（MMRC: Miixedd Reefriigerrantt Cyyclee）的概概念。之之后，法法国Teecknnip公公司的佩佩雷特，详细

23、描描述了混混合制冷冷剂液化化流程用用于天然然气液化化的工艺艺过程。MRC是是以C11和C3的碳氢氢化合物物及N22等五种种以上的的多组分分混合制制冷剂为为工质，进行逐逐级的冷冷凝、蒸蒸发、节节流膨胀胀得到不不同温度水水平的制制冷量，以达到到逐步冷冷却和液液化天然然气的目目的。MMRC既既达到类类似级联联式液化化流程的的目的，又克服服了其系系统复杂杂的缺点点。自220世纪纪70年年代以来来，对于于基本负负荷型天天然气液液化装置置，广泛泛采用了了各种不不同类型型的混合合制冷剂剂液化流流程。2.2 混合制制冷剂液液化流程程的分类类混合制冷冷剂液化化路程还还包括很很多种类类，如：闭式混混合制冷冷剂液化

24、化流程，开式混混合制冷冷剂液化化流程，丙烷预预冷混合合制冷剂剂液化流流程等，下面我我们就对对上述几几种流程程进行简简单介绍绍。2.2.1 闭闭式混合合制冷剂剂液化流流程图2.11为闭式式混合制制冷剂液液化流程程（Clloseed MMixeed RRefrrigeerannt CCyclle）示示意图。在闭式式液化流流程中，制冷剂剂和天然然气液化化过程分分开，自自成一个个独立的的制冷循循环。制冷剂通通常由NN2、CHH4、C2H6、C3H8、C4H10和CC5H12组成成。这些些组分都都可以从从天然气气中提取取。液化化流程中中天然气气依次流流过四个个换热器器后，温温度逐渐渐降低，大部分分天然气

25、气被液化化，最后后节流后后在常压压下保存存，闪蒸蒸分离产产生的气气体可直直接利用用，也可可回到天天然气入入口再进进行液化化。液化流程程中的制制冷剂经经过压缩缩机压缩缩至高温温高压后后，首先先用水进进行冷却却，然后后进入气气液分离离器，气气液相分分别进入入换热器器1。液液体在换换热器11中过冷冷，再经经过节流流阀节流流降温，与后续续流程的的返流气气混合后后共同为为换热器器1提供供冷量，冷却天天然气、气态制制冷剂和和需过冷冷的液态态制冷剂剂。气态态制冷剂剂经换热热器1冷冷却后进进入闪蒸蒸分离器器分离成成气相和和液相，分别流流入换热热器2，液体经经过冷和和节流降降压降温温后，与与返流气气混合为为换热

26、器器2提供供冷量，天然气气进一步步降温，气相流流体也被被部分冷冷凝。换换热器33中的换换热过程程同换热热器1和和2。制冷剂剂在换热热器中被被冷却后后，在换换热器44中进行行过冷，然后节节流降温温后返回回该换热热器，冷冷却天然然气和制制冷剂。在混合制制冷剂液液化流程程的换热热器中，提供冷冷量的混混合工质质的液体体蒸发温温度随组组分的不不同而不不同，在在换热器器内热交交换过程程是个变变温过程程，通过过合理选选择制冷冷剂，可可使冷热热流体间间的换热热温差保保持比较较低的水水平。图2.11闭式混混合制冷冷剂液化化流程示示意图2.2.2开式式混合制制冷剂液液化流程程图2.22 开式式混合制制冷剂液液化流

27、程程示意图图图2.22为开始始混合制制冷剂液液化流程程（Oppen Mixxed Reffriggeraant Cyccle）示意图图。在开开式液化化流程中中，天然然气既是是制冷剂剂，又是是需要液液化的对对象。原料天然然气经净净化后，经压缩缩机压缩缩后达到到高温高高压，首首先用水水冷却，然后进进入气液液分离器器，分离离掉重烃烃，得到到的液体体经第一一个换热热器冷却却并节流流后，与与返流气气混合后后为第一一个换热热气提供供冷量。第一个个分离器器产生的的气体经经过第一一个换热热器冷却却后，进进入第二二个气液液分离器器。产生生的液体体经第二二个换热热器冷却却并节流流后，与与返流气气混合为为第二个个换

28、热器器提供冷冷量。第第二个气气液分离离器产生生的气体体经第二二个换热热器冷却却并节流流后，为为第三个个换热器器提供冷冷量。第第三个气气液分离离器产生生的气体体经第三三个换热热器冷却却并节流流后，进进入气液液分离器器，产生生的液体体进入液液化天然然气储罐罐储存。2.2.3 丙丙烷预冷冷混合制制冷剂液液化流程程图2.33 丙烷烷预冷混混合制冷冷剂液化化流程示示意图a) 混合制冷冷剂循环环； b) 丙烷烷预冷循循环丙烷预冷冷混合制制冷剂液液化流程程（C33/MRRC: Proopanne-MMixeed RRefrrigeerannt CCyclle），结合了了级联式式液化流流程和混混合制冷冷剂液化

29、化流程的的优点，流程既既高效又又简单。所以，自200世纪770年代代以来，这类液液化流程程在基本本负荷型型天然气气液化装装置中得得到了广广泛的应应用。目目前世界界上800%以上上的基本本负荷型型天然气气液化装装置中，采用了了丙烷预预冷混合合制冷剂剂液化流流程。图2.33是丙烷烷预冷混混合制冷冷剂循环环液化天天然气流流程图。流程由由三部分分组成：混合制制冷剂循循环；丙烷预预冷循环环；天然气气液化回回路。在在此液化化流程中中，丙烷烷预冷循循环用于于预冷混混合制冷冷剂和天天然气，而混合合制冷剂剂用于深深冷和液液化天然然气。混合制冷冷剂循环环如图22.3aa所示，混合制制冷剂经经两级压压缩机压压缩至高

30、高压，首首先用水水冷却，带走一一部分热热量，然然后通过过丙烷预预冷循环环预冷，预冷后后进入气气液分离离器分离离成液相相和气相相，液相相经第一一换热器器冷却后后，节流流、降温温、降压压，与返返流的混混合制冷冷剂混合合后，为为第一个个换热器器提供冷冷箱，冷冷却天然然气和从从分离器器出来的的气相和和液相两两股混合合制冷剂剂。气相相制冷剂剂经第一一换热器器冷却后后，进入入气液分分离器分分离成气气相和液液相，液液相经第第二个换换热器冷冷却后节节流、降降温、降降压，与与返流的的混合制制冷剂混混合后，为第二二个换热热器提供供冷量，冷却天天然气和和从分离离器出来来的气相相和液相相两股混混合制冷冷剂。从从第二个

31、个换热器器出来的的气相制制冷剂，经第三三换热器器冷却后后，节流流、降温温后进入入第三换换热器，冷却天天然气和和气相混混合制冷冷剂。丙烷预冷冷循环如如图2.3b所所示，丙丙烷预冷冷循环中中，丙烷烷通过三三个温度度级的换换热器，为天然然气和混混合制冷冷剂提供供冷量。丙烷经经压缩机机压缩至至高温高高压，经经冷却水水冷却后后流经节节流阀降降温降压压，再经经分离器器产生气气液两相相，气相相返回压压缩机，液相分分成两部部分，一一部分用用于冷却却天然气气和制冷冷剂，另另一部分分作为后后续流程程的制冷冷剂。在混合制制冷剂液液化流程程中，天天然气首首先经过过丙烷预预冷循环环预冷，然后流流经各换换热器逐逐步被冷冷

32、却，最最后经图图2.3a中中节流阀阀4进行行降压，从而使使液化天天然气在在常压下下储存。图2.44为空气气产品公公司APPCI设设计的丙丙烷预冷冷混合制制冷剂循循环液化化天然气气流程13。在空空气产品品公司设设计的液液化流程程中，天天然气先先经过丙丙烷预冷冷，然后后用混合合制冷剂剂进一步步冷却并并液化。低压混混合制冷冷剂经两两级压缩缩机压缩缩后，先先用水冷冷却，然然后流经经丙烷换换热器进进一步降降温至约约-355，之之后进入入气液分分离器分分离成气气、液两两相。生生成的液液体在混混合制冷冷剂换热热器温度度较高区区域（热热区）冷冷却后，经节流流阀降温温，并与与返流的的气相流流体混合合后为热热区提

33、供供冷量。分离器器生成的的气相流流体，经经混合制制冷剂换换热器冷冷却后，节流降降温为冷冷区提供供冷量，之后与与液相流流混合为为热区提提供冷量量。混合合后的低低压混合合制冷剂剂进入压压缩机压压缩。图2.44APCCI丙烷烷预冷混混合制冷冷剂循环环液化天天然气流流程示意意图在丙烷预预冷循环环中，从从丙烷换换热器来来的高、中、低低压的丙丙烷，用用一个压压缩机压压缩，压压缩后先先用水进进行预冷冷，然后后经节流流降温、降压后后，为天天然气和和混合制制冷剂提提供冷量量。这种种液化流流程的操操作弹性性很大。当生产产能力降降低时，通过改改变制冷冷剂组成成及降低低吸入压压力来保保持混合合制冷剂剂循环的的变化时时

34、，可通通过调整整混合制制冷剂组组成及混混合制冷冷剂压缩缩机吸入入和排出出压力，也能使使天然气气高效液液化。2.2.4CIII液化化流程天然气液液化技术术的发展展要求液液化循环环具有高高效、低低能耗、低成本本、可靠靠性好、易操作作等特点点。为了了适应这这一发展展趋势，法国燃燃气公司司的研究究部门开开发了新新型的混混合制冷冷剂液化化流程，即整体体结合式式级联型型液化流流程（IInteegraal IIncoorpooratted Casscadde），简称CCII液液化流程程。CIII液化化流程吸吸收了国国外LNNG技术术最新发发展成果果，代表表天然气气液化技技术的发发展趋势势。在上海建建在的CC

35、II液液化流程程是我国国第一座座调峰型型天然气气液化装装置中采采用的流流程。CCII液液化流程程如图22.5所所示，该该液化流流程的主主要设备备包括混混合制冷冷剂压缩缩机、混混合制冷冷剂分馏馏设备和和整体式式冷箱三三部分。整个液液化流程程可分为为天然气气液化系系统和混混合制冷冷剂循环环两部分分。图2.55 CIII液化化流程示示意图在天然气气液化系系统中，预处理理后的天天然气进进入冷箱箱12上上部被预预冷，在在气液分分离器113中进进行气液液分离，气相部部分进入入冷箱112下部部被冷凝凝和过冷冷，最后后节流至至LNGG储罐。在混合制制冷剂循循环中，混合制制冷剂是是N2和C11C55的烃类类混合

36、物物。冷箱箱12出出口的低低压混合合制冷剂剂蒸汽被被气液分分离器11分离后后，被低低压压缩缩机2压压缩至中中间压力力，然后后经冷却却器3部部分冷凝凝后进入入分馏塔塔8。混合制制冷剂分分馏后分分成两部部分，分分馏塔底底部的重重组分液液体主要要含有丙丙烷、丁丁烷和戊戊烷，进进入冷箱箱12，经预冷冷后节流流降温，再返回回冷箱上上部蒸发发制冷，用于预预冷天然然气和混混合制冷冷剂；分分馏塔上上部的轻轻组分气气体主要要成分是是氮、甲甲烷和乙乙烷，进进入冷箱箱12上上部被冷冷却并部部分冷凝凝，进气气液分离离器6进进行气液液分离，液体作作为分馏馏塔8的的回流液液，气体体经高压压压缩机机4压缩缩后，经经水冷却却

37、器5冷冷却后，进入冷冷箱上部部预冷，进气液液分离器器7进行行气液分分离，得得到的气气液两相相分别进进入冷箱箱下部预预冷后，节流降降温返回回冷箱的的不同部部位为天天然气和和混合制制冷剂提提供冷量量，实现现天然气气的冷凝凝和过冷冷。CII流流程具有有如下特特点：（1）流流程精简简、设备备少。CCII液液化流程程出于降降低设备备投资和和建设费费用的考考虑，简简化了预预冷制冷冷机组的的设计。在流程程中增加加了分馏馏塔，将将混合制制冷剂分分馏为重重组分（以丁烷烷和戊烷烷为主）和轻组组分（以以氮、甲甲烷、乙乙烷为主主）两部部分。重重组分冷冷却、节节流降温温后返流流，作为为冷源进进入冷箱箱上部预预冷天然然气

38、和混混合制冷冷剂；轻轻组分气气液分离离后进入入冷箱下下部，用用于冷凝凝、过冷冷天然气气。（2）冷冷箱采用用高效钎钎焊铝板板翅式换换热器，体积小小，便于于安装。整体式式冷箱结结构紧凑凑，分为为上下两两部分，由经过过优化设设计的高高效钎焊焊铝板翅翅式换热热器平行行排列，换热器器面积大大，绝热热效果好好。天然然气在冷冷箱内由由环境温温度冷却却至-1160左右的的液体，减少了了漏热损损失，并并较好地地解决了了两相流流体分布布问题。冷箱以以模块化化的型式式制造，便于安安装，只只需在施施工现场场对预留留管路进进行连接接，降低低了建设设费用。（3）压压缩机和和驱动机机的型式式简单、可靠、降低了了投资与与维护

39、费费用。2.2.5新型型两级混混合制冷冷剂液化化流程丙烷预冷冷天然气气液化流流程具有有功耗低低的有点点，但是是由于该该液化流流程采用用单独的的丙烷循循环预冷冷天然气气，流程程复杂，设备数数量较多多；膨胀胀机液化化流程简简便，设设备紧凑凑，但是是功耗偏偏高。出出于简化化流程设设备以及及保证流流程效率率的考虑虑，本研研究中结结合当前前天然气气液化流流程追求求简便、高效的的发展趋趋势，综综合考虑虑了丙烷烷预冷混混合制冷冷剂液化化流程、单级混混合制冷冷剂液化化流程，以及整整体级联联式液化化流程等等多种混混合制冷冷剂液化化流程的的技术特特点，提提出了新新型两级级混合制制冷剂液液化流程程。新型两级级混合制

40、制冷剂液液化流程程如图22.6所所示。混混合制冷冷剂由氮氮、甲烷烷、乙烷烷、丙烷烷、正丁丁烷、异异丁烷、正戊烷烷和异戊戊烷组成成。该流流程包括括制冷剂剂循环和和天然气气循环两两部分。制冷循循环如下下：来自自冷箱的的制冷剂剂低压气气体进入入低压压压缩机AA1，经经冷却器器冷却后后进入预预冷换热热器A44，冷却却降温使使部分高高沸点组组分凝结结后，进进入气液液分离器器A3。分离出出来的液液体制冷冷剂经节节流阀AA5节流流降温，与来自自主换热热器A77的返流流低压气气体汇合合，作为为预冷换换热器AA4的冷冷源；分分离出的的气体制制冷剂被被高压压压缩机AA2压缩缩至高压压，经预预冷换热热器A44降温后

41、后，与来来自过冷冷换热器器A9的的低压制制冷剂汇汇合，返返回主换换热器AA7提供供冷量；气相经经主换热热器A77和过冷冷换热器器A9冷冷凝和过过冷后，经节流流阀A110节流流降温后后，返流流为过冷冷换热器器A9提提供冷量量。预处理后后的天然然气经预预冷换热热器A44预冷后后，进入入主换热热器A77继续冷冷却，然然后进入入气液分分离器AA11脱脱除已凝凝结的重重烃组分分。重烃烃返流回回预冷换换热器AA4提供供部分冷冷量，天天然气中中的轻组组分则继继续进入入主换热热器A77和过冷冷换热器器A9冷冷凝和过过冷，最最后经节节流阀AA12节节流降压压后注入入LNGG储罐12。图2.66 新型型两级混混合

42、制冷冷剂液化化流程示示意图第3章 冷箱 第16页第3章冷冷箱3.1冷冷箱简介介冷箱在我我国最先先主要是是用于乙乙烯制冷冷工艺中中的乙烯烯冷箱，冷箱是是一种换换热器组组装后的的形式，它可以以是几个个换热器器的组合合。通常常为了避避免现场场的工作作量，大大容积装装置的换换热器是是在制造造厂完成成，组装装成冷箱箱。3.2冷冷箱的技技术关键键冷箱实际际上是铝铝板翅式式换热器器加上钢钢壳保温温箱。核核心部分分是铝板板翅式换换热器，设计和和制造的的难点亦亦集中于于此。多多股持压压的物流流在其中中按化工工工艺条条件和参参数进行行复杂的的、有相相变的换换热过程程，其操操作温度度一般为为+300-1770，最高

43、高操作压压力约为为5Mpaa。技术关键键有三个个方面：1. 正确、精密的的板翅式式换热器器单元设设计；22.专用制制造技术术和严谨谨的工艺艺程序；3. 严格的的质量监监控和先先进的测测试技术术144。 3.2液液化天然然气领域域冷箱的应用混合制冷冷剂液化化流程中中，冷箱箱的应用用也有很很多，其其外形如如图3.1所示示，内部结结构如图图3.22所示：图3.11 混合合制冷剂剂冷箱图3.22冷箱内内部结构构目前我国国的东海海调峰型型天然气气液化装装置和新新疆广汇汇液化天天然气工工程均采采用冷箱箱作为液液化单元元。流程程如图33.3和3.4所示。图3.3即为CCII液液化流程程，在前前面2.2.44

44、中已有有介绍。图3.33 东海海调峰型型天然气气液化装装置图3.44 新疆疆广汇液液化天然然气工程程冷箱及及制冷剂剂循环系系统部分分工艺流流程示意意图第4章 天然气液化流程模拟软件 第22页第4章天天然气液液化流程程模拟软软件4.1HHYSYYS简介介ASPEEN出品品的HYYSYSS是一个个化工流流程模拟拟动态仿仿真软件件，是一一款环境境模拟设设计软件件，允许许设计者者通过概概念上的的设计而而简化制制作过程程来完成成项目工工作。完完整的交交互性能能充分发发挥你的的创造力力。该软软件分动动态和稳稳态两大大部分。用于过过程与设设备模拟拟、分析析、设计计、优化化及开停停车指导导、动态态仿真培培训、

45、设设计先进进控制系系统等。ASPEEN公司司创建于于19776年，是世界界上最早早开拓石石油、化化工方面面的工业业模拟、仿真技技术的跨跨国公司司。其技技术广泛泛应用于于石油开开采、储储运、天天然气加加工、石石油化工工、精细细化工、制药、炼制等等领域。它在世世界范围围内石油油化工模模拟、仿仿真技术术领域占占主导地地位。HHYSYYS软件件与同类类软件相相比具有有非常好好的操作作界面，方便易易学，软软件智能能化程度度高。此外HYYSYSS还有着着如下的的一些特特点：（1）集集成式工工程环境境HYSYYS使用用了面向向目标的的新一代代编程工工具，实实现了集集成式的的工程模模拟软件件。在这这种集成成系

46、统中中，流程程、单元元操作是是互相独独立的。流程只只是各种种单元操操作这种种目标的的集合，单元操操作之间间靠流程程中的物物流发生生联系。在工程程设计中中稳态和和动态使使用同一一个目标标，然后后共享目目标的数数据，不不须进行行数据传传递。从从而得到到最大的的效益，对复杂杂的工艺艺流程分分成几个个部分模模拟。由由于其小小流程分分析方便便，速度度快，且且对不同同体系采采用不同同的热力力学方法法以取得得更精确确的结果果。其集集成式的的工程环环境能在在一个模模拟环境境中将流流程分为为若干个个子流程程，可大大可小。独到之之处是子子流程、主流程程之间的的数据相相互共享享的，不不须传递递。它们们之间还还可以采

47、采用不同同的物性性计算包包。（2）动动态模拟拟功能动态模拟拟的方法法及过程程是流程程稳态模模拟收敛敛后，首首先定义义单元操操作的动动态数据据(如分分离器的的几何尺尺寸、液液位高度度等)，安装控控制仪表表，然后后就可以以进入动动态，开开始动态态模拟。动态模模拟过程程中，可可以随时时调整温温度、压压力等各各种工艺艺变量(这就是是WINNDOWWS的多多任务)，观察察它们对对产品的的影响以以及变化化规律。还可以以随时停停下来，转回静静态。由由于动态态和静态态是相同同对象的的共享，所以动动静之间间转换非非常容易易。HYYSYSS提供了了PIDD控制器器、传递递函数发发生器、数控开开关、变变量计算算表等进进行动态态模拟的的控制单单元。（3）事事件驱动动加物性性计算包包等HYSY