lng汽化站储罐自增压过程动态模拟研究.docx
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1、硕士学位论文LNG汽化站储罐自增压过程动态模拟研究DYNAMIC SIMULATION OF THE SELF-PRESSURIZED PROCSS IN THE LNG VAPORIZATION STATION STORAGE TANK覃露才哈尔滨工业大学2014年6月国内图书分类号:TU996.9 学校代码:10213国际图书分类号:696 密级:公开工学硕士学位论文LNG汽化站储罐自增压过程动态模拟研究硕士研究生:覃露才导师:焦文玲 教授申请学位:工学硕士学科:供热、供燃气、通风及空调工程所 在 单 位:市政环境工程学院答 辩 日 期:2014年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学Class
2、ified Index:TU996.9U.D.C:696Dissertation for the Master Degree in EngineeringDYNAMIC SIMULATION OF THE SELF-PRESSURIZED PROCSS IN THE LNG VAPORIZATION STATION STORAGE TANKCandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for:Speciality:Affiliation:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution:Qin LucaiPr
3、of. Jiao WenlingMaster of EngineeringHeating,Gas Supplying,Ventilating & Air conditioning EngineeringSchool of Municipal and Environmental EngineeringJune,2014Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘 要随着世界能源局势的紧张和环境问题的日益严峻,天然气以其清洁、高效的特点逐步进入国民的生产和生活等各个方面。为满足日益扩大的天然气需求量,液化天然气(Liquefied Natural G
4、as,简称LNG)作为非管输天然气的主要来源,在我国得到了迅速发展。在LNG汽化站的工艺流程中,储罐的自增压工艺是很重要的一步,但目前国内对于自增压工艺的研究较少,缺乏专门针对增压器方面的功能改进和优化设计,工程设计中对于增压器的选型也基本凭借经验,无具体的确定方法和规范可循。因此,若要更进一步改进LNG汽化站的自增压工艺,为增压器选型方面提供更多的理论指导,对整个自增压过程进行动态的模拟研究,是非常具有现实意义的。本文根据实际气源成分确定LNG的组成,分别对天然气的热力学性质和迁移性质的计算模型和混合规则等进行了选择,选择了相平衡计算方法,并给出了物性计算中反向求解问题的解决办法,利用Mat
5、lab软件对各个参数计算编写了程序。对比国内外现有的低温储罐热力学模型,建立了针对LNG汽化站储罐自增压热力过程的物理数学模型,给出了增压管路的传热和流阻计算方法。针对具体算例,进行了自增压过程的动态模拟。对增压管路的传热和流阻进行计算,得出了压力、温度等参数沿增压管路的稳态和动态变化曲线,确定了自增压过程的增压气体流量;对储罐的传热传质计算求解,得出了储罐内压力、温度等参数的变化曲线。分析了影响自增压过程的几个重要因素,得出自增压过程中压力随之变化的规律。根据自增压模拟结果,提出了满足工程精度的自增压选型的具体算法,针对100m3和150m3储罐预增压和稳压供气等10个不同自增压过程工况进行
6、计算,给出了这两种规模储罐应匹配的增压器合理选型方案,并对自增压工艺的优化与改进提出了可行性建议。关键词:液化天然气;汽化站;增压器;传热传质;动态模拟 AbstractWith tensions and environmental problems of the worlds energy situation is increasingly grim, natural gas for its clean, efficient features, such as gradually into all aspects of national production and life. In ord
7、er to meet the growing demand for natural gas, LNG (Liquefied Natural Gas, referred to as LNG) as a major source of non-pipeline natural gas, has been developing rapidly in China. In the technological process of LNG Vaporizing Station, since the tanks pressurized process is a very important step, ho
8、wever, the domestic research for self-pressurization process is too little, engineering design for the selection of the self-pressurized vaporizer is basically virtue experience, no specific algorithms and normative guidance. At present, the domestic equipment for the vaporization research stations
9、are mostly separate study areas for tanks or self-pressurized vaporizer, lack the research of self-pressurization process for heat transfer, mass transfer, flow resistance and other aspects of the research, the lack of a self-pressurized vaporizer in self-pressurized aspects of functional improvemen
10、t and optimization. Therefore, to further optimize the process of self-pressurized LNG vaporization station, providing more theoretical guidance for the selection of the self-pressurized vaporizer, the self-pressurization process dynamic simulation studies are very practical significant .This paper
11、identifies the composition of LNG according to actual gas source components, respectively selecting the calculations models and mixed rules for the thermodynamic properties and migration properties of natural gas. Described the phase equilibrium calculations and the reverse solve the problem, using
12、Matlab written each parameter for calculation program, and lay a good foundation for the subsequent simulation.CoMParison of existing cryogenic tanks thermodynamic model domestic and abroad, established a physical and mathematical model suitable for self-pressurization process simulation, selecting
13、models for heat transfer and flow resistance calculated of the pressurized pipeline. For specific examples, simulate for the self-pressurized process. Calculate the heat transfer and flow resistance for pressurized pipeline, drawn steady-state and dynamic-state curves of pressure, temperature, and o
14、ther parameters along the pressurized pipeline. Determine the flow of pressurized gas from the pressurized process for tanks computing for heat and mass transfer, obtained the tank pressure, temperature, gas quality, gas density graph. Analysis of several important factors that affect the process of
15、 self-pressurized, obtained pressure change rule from the process of self-pressurized.According to the simulation results, proposed a specific algorithm that meets project accuracy in selection of self-pressurized process. Calculate the 100 m3 and 150 m3 LNG storage tank self-pressurization process
16、for different conditions, obtained some guidance conclusions to the selection of self-pressurized vaporizer. Finally, make some feasible suggestions for the self-pressurized process.Key words: Liquefied Natural Gas,Vaporizing Station,self-pressurized vaporizer, Heat and Mass Transfer,dynamic simulat
17、ion- III -目 录摘 要IIIAbstractIII第 1 章绪论31.1 课题的背景及意义31.1.1 中国天然气及LNG产业的发展31.1.2 LNG汽化站及其工艺简介31.1.3 LNG增压器简介31.1.4 课题的研究意义31.2 国内外研究现状31.2.1 国外研究现状31.2.2 国内研究现状31.3 课题的主要研究内容3第 2 章 天然气物性参数计算32.1 LNG气样组成32.2 天然气热力学物性参数计算32.2.1 密度32.2.2 焓值32.2.3 定压比热32.2.4 汽化潜热32.2.5 干度32.2.6 体积膨胀系数32.2.7 相平衡的计算32.2.8 泡点
18、的计算32.2.9 物性计算中的反向求解问题32.3 天然气迁移物性参数计算32.3.1 动力粘度32.3.2 导热系数32.4 本章小结3第 3 章 自增压系统模型的建立和分析33.1 LNG储罐的自增压供气系统33.1.1 自增压系统的工作原理33.1.2 自增压系统控制方式33.1.3 LNG储罐热力学模型的选择和建立33.2 储罐热力学过程数学模型的建立33.2.1 储罐数学方程的离散化33.3 增压管路的传热以及流阻计算33.3.1 概述33.3.2 增压管路的传热计算33.3.3 增压管路的流阻计算33.4 自增压过程程序的设计33.4.1 自增压计算流程设计33.4.2 程序主要
19、问题33.4.3 初始条件和边界条件33.5 本章小结3第 4 章 自增压过程的求解与分析34.1 算例及分析34.1.1 结构参数及初始条件34.1.2 增压管路的传热和流阻稳态计算分析34.1.3 增压管路的传热和流阻动态计算分析34.1.4 储罐传热传质计算结果分析34.2 自增压影响因素分析34.2.1 天然气的组成34.2.2 初始充满率34.2.3 储罐初始压力34.2.4 室外温度34.2.5 增压器换热34.3 本章小结3第 5 章 选型计算分析及建议35.1 增压器的选型概述35.2 增压器的选型分析35.2.1 增压选型计算方法35.2.2 增压计算工况分析35.3 自增压
20、过程的建议35.4 本章小结3结论与展望3参考文献3哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限3致 谢3- 88 -第 1 章 绪论1.1 课题的背景及意义1.1.1 中国天然气及LNG产业的发展当今世界,经济飞速发展,能源消耗巨大,而煤、石油等能源逐渐濒临耗尽,温室效应和环境污染等问题则层出不穷,对人类的赖以生存的环境造成了极大的威胁 De La Rey. NATURAL GAS: ESSENTIAL IN THE GLOBAL ENERGY MIX . International Conference on LNG Industry C. 2010: 2-3., Betsy Spomer.
21、 THE ROLE OF THE US IN A GLOBALISING INDUSTRY. International Conference on LNG Industry C. 2010: 56-58.。在这一背景下,天然气作为一种优质、清洁、高效的能源正逐步进入人们的视野,现已广泛地应用于发电、汽车、工业以及民用等各个领域王安建, 王高尚, 于汶加等.中国能源需求展望报告R.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心, 2011: 6-7.。国际能源(IEA)的预测,天然气的使用量将逐步超过煤和石油,成为第一能源,21世纪必将是天然气发挥能源优势的一个大舞台。根据国家统计局数据,我国在201
22、0年天然气的总产量为942亿m3,在一次能源产量中的比重为4.3%;天然气的总消耗量为1072亿m3,在一次能源消耗量中的比重为4.4%,距离国际的平均指标24%还有很大差距王华北. 我国LNG工业发展及应用研究D. 大庆石油学院石油与天然气工程硕士学位论文.2009:7-10.。从1980到2010年,我国天然气的年产量平均增长率为6.6%,天然气的年消耗量平均增长率为7%。从2000到2010年,其年产量平均增长率为13.5%,天然气的年消耗量平均增长率为15.9%檀学燕. 中国进口液化天然气可持续发展战略D. 中国地质大学管理科学与工程博士学位论文.2012:11-14.。2006-20
23、10年天然气供求量及供求差如图1-1所示,近几年内,国内天然气需求量仍飞速上涨,天然气在一次能源的比重越来越大,据中石油预测,未来十年内我国天然气仍将保持上涨势头,消费的年均增长率将会达到10.8%,而产量增长速度却远远小于消费速度,仅为7.5%,因此,对于天然气的供需不平衡问题将日益严重,到2020预计将达到29%天然气发展“十二五”规划N. 2010. 2/01/t20130201_21331770.shtml。图11 2006-2010年我国天然气供求关系图为了解决这一突出矛盾,我国提高了进口天然气的数量,一方面通过长输管线从俄罗斯和澳大利亚等国家进口,另一方面通过在建设大量LNG接收终
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