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LNG船BOG再液化系统装置关键性问题研究

作　者: 邓隆峰
导　师: 马小明；赵产兴
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械工程
关键词: LNG船 BOG再液化系统 ASPEN PLUS 热力学模拟
分类号: U674.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着经济的发展,全球的能量消耗越来越多,天然气(LNG)的海上贸易也日益频繁,其主要的运输工具LNG船的性能要求也越来越高。由于LNG特殊的理化性质,受热后极易汽化,LNG船在海上航行过程中,难免会因吸热而产生蒸发气BOG(Boil Off Gas),蒸发气的产生会导致液货舱的压力升高,压力过高会对液货舱及其维护系统产生危险,传统的处理方法是打开泄压阀,对产生的BOG进行排空、燃烧或引入驱动系统处理,这既浪费能源又会带来安全隐患和环境污染,因此,从LNG船运输的经济性和安全性考虑,可对LNG船装载BOG再液化系统。在概述和分析国内外LNG再液化系统及LNG船用再液化系统的研究和发展现状下,提出了再液化系统选择的原则,以丙烯预冷混合制冷剂循环为研究对象,对LNG船BOG再液化系统的关键性问题进行研究。根据相平衡原理及焓熵的定义,选用SRK方程计算丙烯混合制冷剂循环天然气液化流程的相平衡,同时选用LKP状态方程计算该流程的焓、熵,并根据已知条件对再液化系统流程进行热力学分析,计算出液货舱的总传热系数K=0.11985 W / m~2·K、LNG蒸发率为ω=0.402%及BOG处理量为Q_m=1218 kg/ h。利用大型化工工艺流程软件Aspen PLUS,对LNG船BOG再液化流程进行模拟,选用压缩机、冷却器、节流阀、气液分离器、双股流换热器、混合器/分流器建立工艺流程模型,根据已知条件及热力学计算结果,对BOG再液化系统全流程进行了热力学模拟计算,得出流程各节点的压力、温度、焓、熵、气液两相流量,总流量及气液两相摩尔分率,并根据所提供参数计算出流程中压缩机功耗、制冷量及制冷系数等表示液化流程性能的参数。从热力学角度出发,对LNG船BOG再液化系统流程进行分析,针对BOG压缩机出口压力、海水换热器出口温度、混合制冷剂循环压缩机出口压力等重要影响因素进行单变量模拟分析,得出再液化系统主要影响因素的规律,为再液化系统流程优化等进一步工作提供重要的参考依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究的背景和意义  10-12
    1.1.1 天然气概况  10-11
    1.1.2 LNG 船发展情况  11
    1.1.3 本文研究意义  11-12
  1.2 LNG 船 BOG 再液化系统研究现状  12-14
    1.2.1 BOG 再液化系统装置的配置形式  12-13
    1.2.2 船载 BOG 再液化系统  13-14
  1.3 本文的研究内容  14-16
第2章 LNG 船 BOG 液化系统流程选择与分析  16-35
  2.1 天然气再液化系统流程  16-28
    2.1.1 级联式液化流程  16-17
    2.1.2 混合制冷剂液化流程  17-23
    2.1.3 带膨胀机的液化流程  23-28
  2.2 天然气船用再液化装置的类型  28-31
    2.2.1 EcoRel 再液化系统  28-29
    2.2.2 Linde 多级混合制冷剂再液化系统  29-31
    2.2.3 Linde 丙烷混合制冷剂循环  31
  2.3 天然气船 BOG 再液化系统选择原则  31-32
  2.4 天然气船 BOG 再液化工艺流程  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 LNG 船 BOG 再液化系统模拟的计算模型  35-53
  3.1 再液化系统工艺流程模拟技术  35-36
    3.1.1 工艺流程模拟技术简介  35
    3.1.2 工艺流程模拟软件介绍  35-36
  3.2 热力学方法选取  36-42
    3.2.1 天然气和制冷剂相平衡计算方程的选取  36-39
    3.2.2 天然气和制冷剂焓熵计算热力学方程的选取  39-42
  3.3 再液化系统工艺流程模型的建立  42-45
    3.3.1 压缩机模型  42-43
    3.3.2 节流阀模型  43-44
    3.3.3 气液分离器模型  44
    3.3.4 双股流换热器模型  44-45
    3.3.5 冷却器模型  45
    3.3.6 混合器/分流器  45
  3.4 LNG 船 BOG 再液化系统热力学计算  45-52
    3.4.1 LNG 船液货舱充装率  45-47
    3.4.2 LNG 船液货舱蒸发率及总传热系数  47-49
    3.4.3 LNG 船再液化系统 BOG 处理量  49-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章 LNG 船 BOG 再液化系统的模拟及影响因素的分析  53-74
  4.1 再液化工艺流程模拟  53-58
    4.1.1. 再液化工艺流程模拟条件  53-54
    4.1.2 模拟模块参数设定  54
    4.1.3 再液化工艺流程性能参数的计算  54-55
    4.1.4 再液化工艺流程的算例  55-58
  4.2 再液化系统工艺流程影响因素的分析  58-73
    4.2.1 BOG 压缩机出口压力对再液化流程的影响  58-62
    4.2.2 海水换热器出口温度对再液化流程的影响  62-65
    4.2.3 丙烯预冷循环压缩机出口压力对再液化流程的影响  65-67
    4.2.4 BOG 预冷温度对再液化流程的影响  67-70
    4.2.5 混合制冷剂循环压缩机出口压力对再液化流程的影响  70-73
  4.3 本章小结  73-74
结论和建议  74-76
  结论  74-75
  建议  75-76
参考文献  76-80
附录  80-101
攻读硕士学位期间取得的研究成果  101-102
致谢  102-103
附件  103

LNG船BOG再液化系统装置关键性问题研究

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