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LNG气化器冷雾形成及处理研究

作　者: 罗冬林
导　师: 解东来
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 冷雾 LNG调峰站空温式翅片管气化器数值模拟 PLC控制
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 27次
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内容摘要

随着能源结构转型，天然气消费量不断升高，为了解决季节性或日调峰问题，LNG调峰站正逐年增加。对于相应配套气化设备往往选用结构简单、价格便宜以及无需额外热源的空温式翅片管气化器进行气化，但人们往往忽略了一点，即LNG气化放出的冷能对原有环境的破坏。空气吸收冷量后会形成冷雾，如冷雾不及时处理，则会影响操作人员和周边居民区的人身安全、降低交通道路的可见度，破坏了城市的景观，造成下风地区的湿度上升，破坏周围环境的生态平衡等，带来一系列严重后果。针对LNG调峰站中冷雾问题，从冷雾形成机理、冷雾流动状态及影响因素、冷雾处理三个方面着手，开展详细地研究。基于热力学理论阐述湿空气中结露现象，在降低空气温度或增加水蒸气分压都会出现结露。通过成核理论分析冷雾中冰晶成核因素，定量地分析空气中尘埃多时，更容易凝结成冰晶，形成冷雾。同时，建立冷雾流动物理模型，通过CFD技术进行数值模拟，进一步揭示冷雾形成的原因和分布范围，并对影响因素进行了对比分析，发现空温式翅片管气化器表面温度、风速大小、方向是主要影响因素，而环境温度相比其他影响因素变化不大。在不考虑其他安装放置等问题时，侧面进风效果优于顶部进风，可为冷雾处理提供一定的理论参考。针对冷雾处理系统的工作要求，设计了一套冷雾处理系统，包括主电路系统、电路控制系统等，该系统采用闭环控制的方式进行冷雾处理，防止通风机空转，造成大量的电能浪费，分析了变频调速原理和通风机控制原理，并对温度传感器、PLC、变频器和通风机等系统硬件进行了选择。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-13
    1.1.1 LNG 概述  11
    1.1.2 LNG 运输方式  11-12
    1.1.3 LNG 接收站建设情况  12
    1.1.4 LNG 调峰站建设情况  12
    1.1.5 空温式翅片管气化器概述  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-18
    1.2.1 管外结霜的研究  13-15
    1.2.2 管内强制对流传热研究  15-16
    1.2.3 气化器传热计算方法  16-17
    1.2.4 冷雾形成研究  17-18
  1.3 研究意义  18
  1.4 研究内容  18-19
第2章冷雾形成及换热过程机理分析  19-29
  2.1 冷雾形成机理  19
  2.2 霜晶成核分析  19-22
    2.2.1 相变驱动力  19-20
    2.2.2 能障与临界半径  20-21
    2.2.3 冰晶成核分析  21-22
  2.3 翅片管气化器传热传质分析  22-29
    2.3.1 翅片管外空气侧换热  23-25
    2.3.2 翅片管内强制对流换热  25-26
    2.3.3 管内对流换热压降的计算  26-29
第3章冷雾流动数值模拟  29-46
  3.1 冷雾流动物理模型的建立  29
  3.2 冷雾流动几何模型的建立  29-31
  3.3 基本假设  31
  3.4 流动及传热控制方程  31
  3.5 介质物性的选择  31-33
  3.6 湍流模型  33-37
    3.6.1 湍流模型的选择  33-36
    3.6.2 湍流流动的近壁面处理  36-37
  3.7 计算网格的划分  37-38
  3.8 网格的划分准则  38-39
  3.9 网格创建及质量分析  39-41
  3.10 边界条件及介质物性  41
  3.11 控制方程的离散  41-42
  3.12 数值迭代方法  42
  3.13 收敛准则及计算情况  42-43
  3.14 数值模拟结果及分析  43-45
  3.15 本章小结  45-46
第4章冷雾形成的影响因素分析  46-60
  4.1 空温式翅片管气化器表面温度变化的影响  46-49
  4.2 空温式翅片管气化器附近环境温度变化的影响  49-51
  4.3 顶部吹风速度变化的影响  51-55
  4.4 侧面吹风速度变化的影响  55-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章冷雾处理系统设计  60-69
  5.1 冷雾处理系统的工作要求  60
  5.2 冷雾处理系统的组成  60-62
  5.3 变频调速原理分析  62-63
  5.4 通风机控制原理分析  63-65
  5.5 系统硬件选择  65-68
    5.5.1 温度传感器选择  65-66
    5.5.2 PLC 的选择  66-68
    5.5.3 通风机选择  68
  5.6 本章小结  68-69
第6章结论与展望  69-70
  6.1 结论  69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74-75
附件  75

LNG气化器冷雾形成及处理研究

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