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小型天然气液化中低温换热装置设计及性能研究

作　者: 张广耀
导　师: 鹿院卫
学　校: 北京工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 天然气液化流程热力学分析板翅式换热器优化
分类号: TE965
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

天然气以其高效、清洁的特点，已成为21世纪的主要能源之一，并且其消耗量呈现日益增大的趋势。而小型液化天然气装置以体积小、可撬装、机动运输、开停方便等特点，可实现对分散的小型天然气气田进行开采，提高我国能源开发利用度，降低对外依存度，具有重要价值。本文针对这一装置及其关键技术展开研究，主要内容如下：1、调研了国内外小型天然气液化流程及装置研究进展，选择了空气膨胀式天然气液化流程作为本文的研究对象。2、通过对小型膨胀式天然气液化流程的热力学分析，找到了流程中不可逆损失的主要环节和可以改善的空间，并通过对流程中的回热器进行优化，使系统的性能得到提高。通过进一步的热力学分析及窄点分析，考虑改进液化流程的结构，使得改进流程的液化率达到100%，且比功耗相对降低。本文同时考虑换热器压降，对系统性能进行优化，得到了较优的结果。3、以天然气液化系统优化结果为依据，进行低温换热器的设计。通过定性和定量的对比分析，选择板翅式换热器为小型撬装式天然气液化流程低温换热器。应用换热器设计软件Aspen MUSE对流程中的低温换热器进行初步设计，确定换热器的基本结构。在此基础上，应用粒子群优化算法对MUSE软件设计出的换热器芯体，以体积和质量为优化目标进行优化，分别得到了体积和质量最优的换热器芯体。以质量最优的换热器结构参数为基础，进行了换热器分配结构设计。最终针对低温换热器保温绝热的要求，对冷箱整体进行了设计，以满足撬装化的要求。4、针对天然气液化装置撬装化的要求，选择板翅式换热器作为压缩机空冷器。应用MUSE软件针对不同流量的空气进行设计分析，以确定最佳的空气流量。在最佳空气流量情况下，确定了换热器的翅片参数和整体尺寸。并根据空气流量和压降要求，确定了风机的型号。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
物理量名称及符号表  8-11
第1章绪论  11-25
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 研究现状  12-24
    1.2.1 天然气液化流程简介  12-17
    1.2.2 膨胀式液化流程研究综述  17-19
    1.2.3 板翅式换热器研究现状  19-24
  1.3 本论文的研究内容  24-25
第2章撬装式天然气膨胀液化流程优化  25-43
  2.1 小型撬装式天然气液化流程简介  25-27
    2.1.1 流程具体参数介绍  25
    2.1.2 流程的评价方法  25-26
    2.1.3 流程的模拟工具  26-27
  2.2 小型撬装式天然气液化流程参数优化  27-32
    2.2.1 热力学分析  28-29
    2.2.2 天然气液化曲线分析  29-30
    2.2.3 回热器性能调节  30-32
  2.3 小型撬装式天然气膨胀液化流程结构改进  32-35
  2.4 改进流程的性能分析  35-42
  2.5 本章小结  42-43
第3章低温换热器的设计优化及其撬装化  43-71
  3.1 不同形式换热器的比较  43-46
    3.1.1 管壳式换热器设计  43-45
    3.1.2 板翅式换热器设计  45-46
  3.2 换热器优化算法及模型  46-51
    3.2.1 粒子群优化算法介绍  46-47
    3.2.2 板翅式换热器物理模型  47-50
    3.2.3 板翅式换热器数学模型  50-51
  3.3 冷却器的设计及优化  51-57
    3.3.1 冷却器的设计  51-52
    3.3.2 冷却器芯体优化  52-55
    3.3.3 冷却器物流分配结构优化  55-57
  3.4 预冷器的设计及优化  57-62
    3.4.1 预冷器的设计  57-58
    3.4.2 预冷器芯体优化  58-60
    3.4.3 预冷器物流分配结构优化  60-62
  3.5 回热器的设计及优化  62-66
    3.5.1 回热器的设计  62
    3.5.2 回热器芯体优化  62-64
    3.5.3 回热器物流分配结构优化  64-66
  3.6 冷箱的整体设计  66-69
  3.7 本章小结  69-71
第4章空冷器的设计分析  71-81
  4.1 空冷器形式选择  71-72
  4.2 空冷器 1 的设计  72-74
    4.2.1 空冷器 1 的空气流量选择  73-74
    4.2.2 空冷器 1 设计结果  74
  4.3 空冷器 2 的设计  74-76
    4.3.1 空冷器 2 的空气流量选择  75-76
    4.3.2 空冷器 2 设计结果  76
  4.4 空冷器 3 的设计  76-78
    4.4.1 空冷器 3 的空气流量选择  77-78
    4.4.2 空冷器 3 设计结果  78
  4.5 空冷器风机的选择  78-79
  4.6 本章小结  79-81
结论与展望  81-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  87-89
致谢  89

小型天然气液化中低温换热装置设计及性能研究

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