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基于lng卫星站冷能利用的小型空分流程

浙江大学学报（工学版） 2013年第3期47卷 549-553页

作者：沈崴孙荣泽汤珂金滔浙江大学制冷与低温研究所浙江杭州310027

为有效利用液化天然气(lng)所含的低温位、高品质冷能,并针对lng卫星站冷能随时间波动的特点,提出一种新型的小型空分流程.该空分流程通过调节循环氮气量来适应lng用量的波动,同时利用倒灌液氮的方法在lng所供冷量不足时补足系统所需的... 详细信息

为有效利用液化天然气(lng)所含的低温位、高品质冷能,并针对lng卫星站冷能随时间波动的特点,提出一种新型的小型空分流程.该空分流程通过调节循环氮气量来适应lng用量的波动,同时利用倒灌液氮的方法在lng所供冷量不足时补足系统所需的制冷量要求.利用HYSYS软件对该流程在4种不同lng用量的工况下进行了模拟计算.结果表明:液氮在lng富余时的产出储存并在lng短缺时的倒灌补足的方案,实现了对供应波动的lng冷能起到"移峰填谷"作用.经系统优化,去除了传统系统中存在的低温压缩机,避免了由此带来的技术难度.

关键词：液化天然气(lng) 冷能利用空分流程 lng卫星站

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lng卫星站自增压时间影响因素研究

石油与天然气化工 2019年第1期48卷 55-61页

作者：马国光何金蓬 "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室.西南石油大学

lng卫星站主要采用自增压的液体增压方式,其自增压能力大小主要取决于增压时间。以lng卫星站储罐作为研究对象,对比4种低温液体无损储存热力学模型,选择三区模型进行计算,采用一阶向前差分实现方程离散化,并基于遗传算法进行程序设计,... 详细信息

lng卫星站主要采用自增压的液体增压方式,其自增压能力大小主要取决于增压时间。以lng卫星站储罐作为研究对象,对比4种低温液体无损储存热力学模型,选择三区模型进行计算,采用一阶向前差分实现方程离散化,并基于遗传算法进行程序设计,进而计算得到了不同储罐起始压力、储罐充满率以及增压气体温度下的储罐增压时间变化。结果表明,随着储罐所需压力上升,3种因素对储罐增压时间的影响效果有着不同程度的提升,其中储罐充满率对增压时间影响较为明显,最高可缩短78.4%的增压时间。

关键词： lng卫星站自增压时间遗传算法低温液体储存模型有限差分

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lng卫星站冷能与低温太阳能联合发电循环

石油与天然气化工 2021年第3期50卷 40-48页

作者：刘梅梅赵金文刘鑫刘兆起中国石化胜利油田分公司胜利采油厂

针对无工业余热可利用的lng卫星站,提出lng冷能和太阳能联合发电循环,该联合发电循环可分为lng冷能发电系统和太阳能热水系统。对lng冷能发电系统中的设备进行了[火用]分析:换热器内的[火用]损失占流程总[火用]损的69.23%,泵和膨胀机中... 详细信息

针对无工业余热可利用的lng卫星站,提出lng冷能和太阳能联合发电循环,该联合发电循环可分为lng冷能发电系统和太阳能热水系统。对lng冷能发电系统中的设备进行了[火用]分析:换热器内的[火用]损失占流程总[火用]损的69.23%,泵和膨胀机中存在的[火用]损失约占总[火用]损的30.77%;研究了太阳能热水温度、lng压力、各级膨胀压力等因素对系统性能的影响。使用软件模拟计算得到拉萨地区太阳能集热器各月的集热量和辅助加热量,每年5月至次年1月,太阳能热水系统辅助加热量均低于lng冷能发电系统的发电量,且富余1.13×10^(5)kW·h的电量。在拉萨2月至4月内,将太阳能热水温度调整至50℃,所需的辅助加热电能均低于lng冷能发电系统的发电量,且有富余电量。拉萨每年总共可以获得1.344×10^(5)kW·h的电量。夏季lng冷能发电系统中,冷却后的循环水可以用于冷水空调,冷水空调每年的节电效益为5808元。

关键词： lng卫星站冷能利用太阳能发电流程

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lng卫星站冷能发电微型化工艺研究设计

LNG卫星站冷能发电微型化工艺研究设计

作者：钟胜华南理工大学

学位级别：硕士

随着环境问题成为全球性问题,天然气的发展举世瞩目。近几年,特别是lng卫星站以星火燎原式的粗犷式发展存在的弊端不断浮现,导致lng卫星站冷能浪费、日常运营所需电力欠缺、卫星站自身监控系统及智能化升级乏力等现象司空见惯。因此有... 详细信息

随着环境问题成为全球性问题,天然气的发展举世瞩目。近几年,特别是lng卫星站以星火燎原式的粗犷式发展存在的弊端不断浮现,导致lng卫星站冷能浪费、日常运营所需电力欠缺、卫星站自身监控系统及智能化升级乏力等现象司空见惯。因此有必要对lng卫星站的发展现状及发展需求进行进一步地梳理,并针对其中部分问题采取进一步地深入研究、开发,提出相应的解决方案。本文论述了国内当前lng卫星站发展现状,尤其是lng卫星站冷能发电现状及lng卫星站后续发展存在的问题和弊端。基于lng卫星站现有条件,研究、设计、开发出两种适用于lng卫星站冷能发电微型化工艺。在研究、设计lng卫星站冷能发电工艺微型化基础之上,经比选采用丁烷作为循环工质,再通过透析单因素对系统发电量变化率的角度为后续系统化方案设计提供理论指导,得出单因素对系统发电量变化率的排序为:工质的蒸发压力与冷凝压力之比>工质的蒸发温度>lng质量流量。在lng进口温度分别为-155℃,出口温度为-140℃,流量为460kg/h,工质蒸发压力为150kPa,冷媒的蒸发温度为11℃,气体马达出口绝对压力为101.4kPa,流量为时80kg/h,发电量为99.86W。在研究、设计lng卫星站冷能发电工艺微型化基础之上,对工艺中的关键设备进行特殊的选型与结构设计,在气体马达叶轮前后压差小的条件下采用管道内置发电结构,在气体马达叶轮前后压差大的条件下采用管道外置发电结构。因地制宜的在满足发电需求时,实现整套发电微型化工艺低成本、占用空间小、与原有工艺无缝衔接。以国内某lng卫星站为工况背景,结合lng冷能发电微型化工艺方案二进行了工程化设计,并对该工程化方案进行工艺流程设计、逻辑控制设计、关键设备选型、系统操作弹性分析、智能化分析、投资成本分析等可行性分析。结果表明,采用该工程化方案在lng质量流量为1.3t/h-2.2t/h,循环冷媒的质量流量为0.23t/h,冷凝器和蒸发器垂直方向的距离为2.5m时,能够发出电量98W,满足场站气化系统的用电需求。文中设计的lng卫星站冷能发电微型化工艺存在着冷能利用率不高、发电量有待进一步提升的不足,后期需要对内置发电装置进行进一步优化改善提升发电量,以供给更多用电设备,助力解决、完善lng卫星站监控系统及智能化升级。

关键词： lng卫星站冷能发电微型化工艺设计丁烷

lng卫星站无外输BOG再液化技术节能优化研究

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LNG卫星站无外输BOG再液化技术节能优化研究

作者：邓峥嵘贵州大学

学位级别：硕士

我国液化天然气(lng)小型接收站、卫星站和小型调峰站数量日益增多,lng储罐和外界大气环境进行热交换会产生过多的蒸发气(BOG),针对常规的BOG回收工艺需要有稳定的天然气外输渠道。开发小型撬装式BOG再液化回收工艺对于我国的BOG零排放... 详细信息

我国液化天然气(lng)小型接收站、卫星站和小型调峰站数量日益增多,lng储罐和外界大气环境进行热交换会产生过多的蒸发气(BOG),针对常规的BOG回收工艺需要有稳定的天然气外输渠道。开发小型撬装式BOG再液化回收工艺对于我国的BOG零排放回收有重要的现实意义。本研究基于经典液化工艺,开发了四种不同的小型撬装式BOG再液化工艺流程,进而推动再液化工艺的实际应用。主要内容如下:(1)选择经典的氮气膨胀液化流程构建小型撬装预热BOG氮气并联式膨胀液化流程。以液化流程的单位能耗为单目标函数,运用遗传算法(GA)对流程关键参数进行优化,得到流程的最佳设计参数;对再液化流程进行了?分析和换热分析。结果表明,经GA算法优化后,液化流程的单位能耗较优化前降低了8.7%;新设计的小型撬装预热BOG氮气并联式膨胀液化流程整体性能更好,且相较于传统液化工艺节能7.67%。(2)基于PRICO工艺构建了一种小型撬装预热BOG单混合制冷剂液化流程。以液化流程的单位能耗为单目标函数,运用GA算法对流程关键参数进行优化,得到流程的最佳设计参数;结合?分析和换热分析对优化前后的流程进行对比分析;对开发的小型撬装预热BOG单混合制冷剂循环流程和氮膨胀液化流程进行流程适应性分析对比研究。结果表明:经GA算法优化后,液化流程能耗较优化前降低了4.56%;优化后的换热器内冷热流体间的换热间隔更小,流程中的总换热量降低了4.24%,总?损值降低了6.23%。(3)为进一步提高再液化流程的热效率,基于单混合制冷剂液化流程构建了小型撬装预热BOG双混合制冷剂循环液化流程。以液化流程的单位能耗为单目标函数,运用GA算法对流程关键参数进行优化,得到流程的最佳设计参数,并结合?分析和换热分析对优化前后的流程进行了对比分析。结果表明:经GA算法优化后,液化流程能耗较优化前降低了7.08%,流程的?效率提高为0.1992;优化后的流程总换热量降低了4.80%,同时,换热器的总面积降低至195.23m;优化后的总?损值较优化前降低了11.00%。(4)为解决混合制冷剂配比困难和补充损耗制冷剂难度大等问题,构建了一种小型撬装无需外界混合制冷剂的液化流程。本工艺以BOG作为混合制冷剂,经加压冷凝膨胀降压后来液化BOG。本研究对不同气源的卫星站所产生的BOG当作混合制冷剂进行了可行性分析,并基于GA算法对流程参数进行优化设计。通过与单混合制冷剂循环工艺(SMR)和双混合制冷剂循环工艺(DMR)的对比分析,发现以BOG作为混合制冷剂工艺(BMR)的可回收利用性强,是一种新型的BOG再液化解决方案。(5)对四类小型撬装再液化工艺在经济方面进行了比较。运用简单的裸模块计算方法和经验公式来对再液化流程的设备进行选型计算,得到每类再液化流程的各设备投资成本和流程年度运营成本。同时还对再液化流程进行了不同年份的运营成本对比分析。经过经济性分析,考虑使用年限长的再液化工艺,首选DMR再液化工艺;考虑使用年限较短的再液化工艺,首选SMR再液化工艺;考虑实际管理操作方便上,选择氮气膨胀再液化工艺;在无需考虑制冷剂存储且短期运行时,可考虑BMR再液化工艺。

关键词： lng卫星站 BOG再液化小型撬装工艺模拟优化液化流程

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lng卫星站冷能制冰工艺研究

LNG卫星站冷能制冰工艺研究

作者：况岱坪西南石油大学

学位级别：硕士

液化天然气(lng)蕴含着宝贵的低温冷能,回收这部分冷能具有非常可观的经齐和社会效益。lng卫星站作为一种小型的lng接收和气化站,相比大型lng接收冬端,单个lng卫星站可供利用的冷能要明显小很多,但全国各地分散着大量的lng卫星站,其冷... 详细信息

液化天然气(lng)蕴含着宝贵的低温冷能,回收这部分冷能具有非常可观的经齐和社会效益。lng卫星站作为一种小型的lng接收和气化站,相比大型lng接收冬端,单个lng卫星站可供利用的冷能要明显小很多,但全国各地分散着大量的lng卫星站,其冷能总量是非常惊人的。所以,lng卫星站的冷能利用研究越来越受到人们的重视。相比其它冷能利用项目,制冰的工艺流程非常简单,且技术成熟,还有着投资少、占地小、地域限制低等特点,并且冰的市场需求量非常大,因此特别适合lng卫星站的冷能利用。本文对lng卫星站的自身特点及其冷能供应的特点进行了详细的分析,在此基础上,针对现有的lng冷能制冰工艺所存在的问题(lng气化量与冰的需求量不匹配问题和lng气化量季节性波动带来的制冰量不稳定问题),设计了三套新的更加适合lng卫星站的lng冷能制冰工艺。这三套新工艺不仅可以解决现有工艺存在的问题,还能对电力与燃气的季节性不平衡问题起到缓解作用。其中工艺流程二和三是在工艺流程一的基础上,进一步改进而来。运用HYSYS模拟软件首先对三套新工艺流程进行了模拟分析,模拟结果表明三套新工艺流程的运行情况正好符合lng卫星站对其冷能利用项目的要求。然后对三套工艺流程的主要运行参数进行了优化,优化后三套工艺流程的压缩机能耗都降低了17%左右,优化效果非常明显。根据参数优化后的模拟结果,对三套新工艺流程之间的系统能耗进行了对比分析,结果显示：工艺流程二和三的能耗都要比工艺流程一低,但工艺流程二与工艺流程三之间的能耗却相差非常小,说明单从能耗的大小上很难判断出那套工艺流程的改进方法更好,因此本文更加深入的考虑了设备初投资和运行维护方面的问题,认为在设备初投资和运行维护方面,工艺流程三要稍占优势。最后,以气化量为2～10×104Nm3·d-1的lng卫星站为例,对三套工艺流程的经济性进行了分析,结果说明：1、三套工艺流程的节能效果都非常明显,相比采用普通的制冰方法制取相同量的冰,每套工艺流程每天最多可节省5000元以上的电费;2、三套工艺流程的经济性都非常可观,每套工艺流程的售冰年营业额都能达到300多万。在相同的气化量情况下,工艺流程三的制冰日收益是最高的,并且lng的气化量越大,工艺流程二和三的制冰日收益比工艺流程一的制冰日收益越多。由此,本文认为lng卫星站冷能制冰工艺流程三更加适合作为lng卫星站的冷能利用项目。

关键词： lng卫星站冷能利用制冰工艺 HYSYS俱拟冷媒R410A

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lng卫星站冷热电联产工艺研究

LNG卫星站冷热电联产工艺研究

作者：张自波西南石油大学

学位级别：硕士

近年来,我国年进口天然气量不断增大,液化天然气(lng)得到快速发展,一大批的lng气化站和lng卫星站迅速建立起来,lng冷能利用研究步伐不断加快。目前,lng冷能利用研究主要是针对沿海大型lng气化站,而针对lng卫星站冷能利用的研究则相对... 详细信息

近年来,我国年进口天然气量不断增大,液化天然气(lng)得到快速发展,一大批的lng气化站和lng卫星站迅速建立起来,lng冷能利用研究步伐不断加快。目前,lng冷能利用研究主要是针对沿海大型lng气化站,而针对lng卫星站冷能利用的研究则相对较少。为了改善现有lng卫星站冷能发电循环高温热源及lng低品位冷能用于空调供冷循环所存在一些不足：常用高温热源对lng卫星站选址要求过苛刻;而单以太阳能资源为高温热源时,工艺制热不稳定,太阳能集热板面积过大;lng低品位冷能用于空调供冷循环中,工艺供热功能缺失。本文提出一种综合利用lng冷能梯级回收利用技术、蒸汽动力发电循环技术、空气源热泵辅助式太阳能制热技术、蓄冷蓄热技术的新型lng卫星站冷热电联产工艺。工艺主要创新点如下：1)将lng冷能发电与太阳能热发电两种不同的发电技术有机整合,使太阳能与lng冷能优势互补,从而大大提高发电效益;2)充分利用太阳能季节性变化规律与社会用电负荷季节性变化规律较一致的特点,利用夏季太阳能辐射强度大、环境温度高的优势来提高工艺夏季发电量,从而缓解夏季用电高峰压力;3)设置工质预热器和工质再热器,使环境空气热源和空气源热泵辅助式太阳能制热高温热源均能得到合理利用,降低了工艺制热成本,同时在冬季环境温度较低时可通过关闭工质再热器,来降低热泵制热能耗;4)根据环境温度的不同,分季设置工艺运行参数,提高了工艺控制灵活性。通过lng冷炯特性及换热工质自身特性分析,并结合工艺要求,确定R1270为蒸汽动力发电循环换热工质,水作为蓄冷蓄热介质。根据环境温度的不同,将工艺一年的运行时段分为供冷季、低温季、过渡季。通过Aspen HYSYS软件对工艺参数的模拟优化分析发现,在蒸汽动力发电循环中,透平发电机组入口工质温度与压力对发电循环效益影响作用十分明显：在压力一定时,工质的温度越高,其发电效益越明显;在温度一定时,发电效益先随工质压力的增大而增大,当其达到对应温度下工质的露点压力时,发电效益最大,随后急剧降低。故工艺运行时,透平发电机组入口工质压力不宜超过对应温度下的露点压力,且应有一定的安全裕量。运用TRNSYS模拟分析了太阳能辐射强度和环境温度对太阳能制热效果的影响,结果显示：太阳能辐射强度越大、环境温度越高,太阳能保证率和集热器集热效率越大;当环境温度过低时,太阳能制热效果十分低下。为了充分利用夏季太阳能辐射强度大、环境温度高的优势,同时有效回避冬季太阳能辐射强度弱、环境温度低,热泵制热成本高的劣势,对工艺制热温度采取分季控制措施：适当提高工艺夏季制热温度,适当降低工艺冬季制热温度。考虑太阳能资源季节变化特点,设在供冷季、低温季、过渡季,空气源热泵制热量分别占对应工况下工艺用热需求总量的20%、60%、40%,以此计算空气源热泵制热能耗。通过对工艺发电效益、热泵制热成本的计算,得出各工况下工艺综合经济效益,结果显示：当lng气化量为2、6、10、14、18、20x104Nm3·d-1时,在给定的工业用电单价基础上,工艺的年度净收益额分别约为12.11万元、36.60万元、60.69万元、85.01万元、109.25万元、121.34万元,工艺经济效益较明显。综上,此新型lng卫星站冷热电联产工艺不但能很好弥补现有lng卫星站冷能利用工艺所存在的不足,而且能充分利用我国丰富的太阳能资源,达到冷热电联产的目的,并取得较优的经济效益。

关键词： lng卫星站冷热电联产 Aspen HYSYS lng冷(?) TRNSYS R1270 太阳能空气源热泵

lng卫星站冷能用于冷水空调与发电集成工艺研究

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LNG卫星站冷能用于冷水空调与发电集成工艺研究

作者：曾志伟华南理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国经济的发展和人们环保意识的增强,对液化天然气（lng）的需求越来越大。lng卫星站因其小型化和灵活性正在快速发展,传统气化工艺将lng冷能直接释放到空气中,不仅造成冷能的浪费,还对周边环境形成冷污染。另一方面,随着... 详细信息

近年来,随着我国经济的发展和人们环保意识的增强,对液化天然气（lng）的需求越来越大。lng卫星站因其小型化和灵活性正在快速发展,传统气化工艺将lng冷能直接释放到空气中,不仅造成冷能的浪费,还对周边环境形成冷污染。另一方面,随着人们对生活和生产条件要求越来越高,空调使用量正在快速增加,空调能耗问题日益严峻。本文针对某lng卫星站气化量小和厂站自身用冷需求大的特点,设计一套工艺简单、操作弹性大的lng冷能用于冷水空调与发电集成工艺。首先,结合调研结果和lng卫星站实际情况,确定设计的lng冷能用于冷水空调与发电集成工艺和原气化工艺并联,保证下游用气不受影响。由于lng卫星站气化规模小,可回收冷能较少,采用一次冷媒法将lng冷能传递给空调用水,选择直接膨胀法进行冷能发电,满足需求的同时,降低工艺成本。相比原有的电压缩制冷工艺,lng气化量为500kg/h时,冷水空调系统可以提供16730kg/h的冷水,减少用电负荷26.16k W,年节电效益为52320k W·h;冷能发电系统额外增加7.75k W的净电力输出,总节电功率为33.91k W。其次,针对第二章冷水空调与发电集成工艺系统?效率较低的问题,从冷媒、工艺和设备方面进行优化。对比冷媒与lng的气化曲线,丙烷-异丁烷混合冷媒曲线斜率与lng最为接近,说明两者传热效果最好,进一步通过Aspen模拟确定丙烷:异丁烷=8:2质量比时系统?效率达到25.06%。冷水空调系统优化后冷水量达到18120kg/h,增加8.50%,系统?效率提升到26.39%;冷能发电系统优化后发电量达到8.41k W,增加6.46%,系统?效率提升到26.39%。关键设备选取缠绕管式换热器、透平膨胀发电机和空温式复热器最适合本工艺。最后,对某金属加工厂自建lng卫星站进行lng冷能利用工艺系统化方案设计。总项目分一期冷水空调项目和二期冷能发电项目进行规划,其中一期冷水空调项目,总设备投资费用约为35.5万元,年节电效益为15万k W·h。对已建成的一期项目进行调试,发现lng流量调节过程需要缓慢增加,保证lng与冷媒换热均匀,提高换热效果。

关键词： lng卫星站冷能冷水空调发电

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lng卫星站工艺及关键设备研究

LNG卫星站工艺及关键设备研究

作者：季夏夏西南石油大学

学位级别：硕士

随着天然气的普遍应用,lng (liquefied natural gas液化天然气,简称lng)卫星站被越来越广泛的应用。lng卫星站以其建站规模小、投资少的特点,与输气管道相互配合解决城市调峰问题。但是目前对于lng卫星站的工艺研究仍然不完善,因此对LN... 详细信息

随着天然气的普遍应用,lng (liquefied natural gas液化天然气,简称lng)卫星站被越来越广泛的应用。lng卫星站以其建站规模小、投资少的特点,与输气管道相互配合解决城市调峰问题。但是目前对于lng卫星站的工艺研究仍然不完善,因此对lng卫星站的工艺展开研究,主要包括BOG (boil-off gas蒸发气体,简称BOG)的处理、储罐自增压工艺的传热传质及空温式汽化器的传热传质。首先采用特定的混合规则对天然气的热物理性质进行拟合计算,包括天然气及液化天然气的密度、比焓、比热容、汽化热、粘度和导热系数,为后面的编程计算提供理论基础。其次,对lng卫星站的BOG处理工艺进行优选,提出两种BOG处理工艺,包括直接压缩工艺和再冷凝工艺,比较了两种工艺在不同状况下的功率能耗,包括不同外输量、不同外输压力、不同储存压力及不同BOG处理量,优选出适合lng卫星站的BOG处理工艺。然后,建立了储罐自增压过程的传热模型,利用编程的方法对模型进行求解,计算得到了储罐增压所需的时间,并分析影响储罐增压的因素,包括储罐充装率和储罐初始压力,为储罐的实际运行提供理论指导。最后,建立了空温式汽化器的传热传质模型,利用编程的方法对模型进行求解,得到空温式汽化器翅片管的长度,验证了模型的可靠性,同时得到了传热传质规律,分析了影响空温式汽化器传热的因素,包括空气温度、翅片高度、翅片个数和lng汽化量,为空温式汽化器的运行及设计建造提供了理论依据。

关键词：工艺优选传热模型运行参数影响分析储罐自增压 lng卫星站