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

教学院系石油与天然气工程学院

专业年级油气储运工程2011级

指导教师职称

单位

辅导教师职称

单位

完成日期2015年06月

利用天然气管道压差能量液化天然气流程

摘要

长输管道天然气的输送压力通常较高（高达10兆帕），在城市门站通常需要一套节流装置完成减压过程，这个过程通常由节流装置实现，而且在此过程中会浪费非常巨大的压力能。在该文章中通过HYSYS软件来设计和模拟回收利用该巨大能量来完成一股天然气的膨胀液化过程。将单位能量消耗和液化率作为目标函数并作为优化设计选择的关键变量。同样对天然气管道在不同运输用作压力下的工作情况进行计算和讨论，同时对不同设备压力能损失进行评估，并对具体细节进行分析。结果显示，这一液化率显然低于普通液化过程的液化率，该天然气膨胀液化过程适用于进行天然气液化是由于他的单位能耗低，过程简单及灵活。

1.介绍

长距离输送管线通常在较高的工作压力下运行（高达10兆帕），高压天然气通常在城市门站内通过一个不可逆的节流过程从而降压到达较低的压力为了适应不同的需求，在这个过程中有用的压力能就这样被浪费了，因而，利用合适的能源利用方法回收这部分大量的压力能是十分有价值的。

天然气管道压力能多用于发电，轻质烃的分离以及天然气的液化。现在已经有很多关于一些小型的LNG站场天然气液化的研究报告，天然气技术研究所开发了一个小型的利用混合制冷机制冷循环的天然气液化系统，起液化能力在4-40m3 /d，kirllow等人研究了利用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等人描述了几个基于压力能回收利用的天然气液化流程。Lentransgaz公司开发了充分利用压力能而没有外来能源输入来液化天然气的天然气液化的新设备。

Mokarizadeh等人应用了基因遗传学的相关算法对于天然气调峰厂的液化天然气的压力能使用进行优化以及损失的评估，Cao等人使用Hysys软件分析了应用于小型天然气液化流程的使用混合制冷剂循环以及N2，CH4膨胀循环的撬装包。Remeljej等人比较了四种液化流程包括单级混合制冷循环，两级膨胀氮循环，两开环膨胀流程，以及类似的能量分析得到单级的混合制冷剂循环有最低的能量损失。

表1 符号命名

Maunder设计了一种甲烷饱和液化流程，在膨胀过程中温度压力的降低从而达到气体液化的效果。Alabdulkaremet等人通过使用丙烷预冷的混合制冷剂循环将制冷过程进行优化，并发现了一种可以降低单位产品的能耗的混合制冷剂的新组成。Shen等人提出了一种利用压力能的液化天然气流程，但是并没有进行详细的分析及优化设计。Xiong等人设计了一种适用于利用压缩机制冷及换热设备的城市门站。Gao等人设计了一种带有丙烷预冷的氮气膨胀制冷循环液化煤层气的流程，并分析了氮气含量对液化率的影响。

在本文中，通过利用接近城市门站的气体压力能来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。这种循环的液化率要低于像混合制冷剂循环和氮膨胀循环的液化流程。然而这种液化循环却有低能耗，使用灵活，简单的优点。

2.工艺流程设计

2.1原料气参数

管输天然气的压力值设置在4MPA，温度设置在15℃，流量假设在100104Nm3/d。这种制冷过程是一种液化天然气直接膨胀循环利用高野液化天然气的一部分。大部分供给的天然气膨胀到1.7MPA然后输送到中高压的管网中，另一部分的天然气膨胀到0,4MPA然后进入中等压力的管网，此时的管输流量低于100104Nm3/d，该天然气各个组分的摩尔百分数以及该流程中的其他参数在表2中展示。

2.2液化流程

该液化天然气膨胀液化流程如图1所示。首先供给的天然气被分为两个部分，其中较小部分的天然气流入预处理流程从而脱除二氧化碳，水及硫化氢，然后通过两级LNG 热交换器（LNG-100和LNG-101）从而到达气液分离器所需的重烃分离温度从而达到重烃的分离，此时天然气在另外的两个LNG 热交换器（LNG-102和LNG-103）中逐渐冷却及液化。之后通过一个气体节流阀调节天然气的压力，最终LNG 产品在一个气液分离器中分离出来。该气液分离器顶端排出的气体则流回四个LNG 换热器从而回收冷量然后流入中等压力天然气管网。

另外一部分的天然气通过压缩机增压后经过水冷系统冷却然后通过LNG 换热器（LNG-100）在此冷却。在此冷却的天然气被分为两个部分第一个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，LNG-103）提供冷量，最终被输入中高压天然气管网。另外的一部分天然气随后经过两个LNG 换热器（LNG-101，LNG-102）冷却,.随后这部分天然气经过第二个膨胀机（EXP-2）之后回到四个LNG 换热器中提供冷量。最终该部分天然气输入中高压天然气管网及中压天然气管网。

在本文中，研究的液化天然气流程不同于传统的液氮膨胀流程及甲烷膨胀流程。在传统的甲烷膨胀流程及氮气膨胀流程中两个膨胀机是级联式连接，但是在这个系统中，两个膨胀机是平行连接，因而具有可以通过调节两个膨胀机通过的天然气流量来满足不同液化能力的需求的优点。

2.3相平衡方程

相平衡方程是在液化过程中各物理参数计算的基础，在本文中使用P-R 方程，P-R 方程如下所示：

()()

b v b b v v a b v RT -++--=p

其中：

()()ij j i j i k a a z z a -=∑∑15

.0 i i b z b ∑=

P-R 方程还可以使用在压缩因数中，

()()()023132223=-----+--B B AB Z B B A Z B Z

其中：

RT PV Z /=

()2

/RT ap A = RT bp B /=

3. 优化处理

3.1关键参数的优化

单位能源消耗是用来评价液化天然气流程的一个重要方面，因而它往往被用作优化流程的目标函。其中几个参数对于单位能源消耗有重要的影响，其中包括压缩机的出口压力，两个膨胀机的进口温度以及重烃分离温度。

这四个参数可以通过变量X=（P 202,t 204,t 208,t 105）T ，能源消耗作为目标函数如下所示：

()LNG net MIN q W X f /=

其中

∑∑-=ander compressor net W W W exp

表明膨胀机产生的效果全部应用于压缩机(单位为KW)。

q LNG 为LNG 的体积流量（单位为Nm 3/h ）。

由于非常低的能源消耗以及相当低的液化率，因而仅仅考虑参数对单位能源消耗的影响是不正确的。实际上，还应该考虑这四个参数对于液化率的影响，在进行优化的过程中，应该保证单位能源消耗处于一个相当低的水平，然后让液化率可以到达一个尽可能高的值。在HYSYS 中的优化程序在优化流程和原始方法中被选中，给出的约束函数如下所示：

（1）换热器LNG-103的进出温差的最小值设置为3K 。

（2）输入中压天然气管网的天然气流量不超过10104Nm 3/d 。

（3）天然气经过膨胀机后不留下任何液体。

（4）经过重烃的分离后C 5的摩尔分率不超过70%。

3.2压缩机输出压力P 202在这个工艺流程中的影响

压缩机的输出压力对于单位能量消耗及液化率的影响是十分巨大的。该压缩机的出口压力同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增