混合制冷劑循環液化天然氣流程的優化

趙軍(重慶龍冉能源科技有限公司，重慶 408017)

0 引言

伴隨技術的進步，我國也產生了許多新型的清潔能源，在這之中就包括液化天然氣，因為其操作流程非常簡便，而且所需成本費用相對較少，所以它被廣泛運用到各個相關行業中。特別是近些年的發展，促使液化天然氣項目也得到了快速發展。根據具體的實踐來看，雖然我國大多數的技術以及設備都是比較完善的，且能夠進行自主研發，但是在其運行過程中，其流程以及配比等方面都還有著許多問題，若是想維持健康運行狀態，應當對其展開深入分析和探討。

1 混合制冷劑循環液化天然氣流程

就天然氣流程而言，通?？蓪⑵浞譃閮刹糠郑阂徊糠质侵评溲h；另一部分就是液化回路。前者往往基于對制冷劑的使用，在壓縮機的作用下進行升壓，接著借助冷水進到換熱器，以達到分離氣液的目的。基于第一換熱器，制冷劑會進行冷卻，然后實施一系列手段，如降溫，與返流制冷劑相互融合，由此產生一定的冷量，以供換熱器使用，與此同時與氣相制冷劑相互融合，在完成這一環節后，基于換熱器進行冷卻，在流到第三換熱器時，可為后續冷卻工藝的開展，提供足夠的冷量。就后者來講，往往是基于已凈化的天然氣來開展的，可以更好滿足有關規范以及要求。基于第一換熱器，天然氣進行冷卻，接著在分離器的作用下，實現對重烴的分離，在流到換熱器之后，隨之進到閃蒸系統，然后基于換熱器，氣相再進行冷卻，在此環節之后，完成節流、降壓等一系列操作，最終基于第三換熱器，實現對氣液的分離，由此產生標準產品，并將其置于液化罐。

2 混合制冷劑循環液化天然氣工藝技術

就這一天然氣工藝而言，一般可結合制冷方式的不同，進一步分成多個類型，比如單級制冷劑循環。首先，對于單級的混合制冷劑循環工藝而言，其特點就是在整個流程中，它只有一個獨立的循環機制，這是我國當前比較常見的工藝。在此需要注意的是，在這個工藝當中，不但僅存在一個壓縮機，而且也僅存在1個節流閥，所以就混合制冷劑來講，僅能夠開展1次節流。另外就丙烷預冷工藝而言，往往是借助丙烷預冷系統，然后開展制冷劑循環，同時冷卻液化，該工藝有著一定的獨特性，主液化系統相對獨立。此外以雙級循環工藝來分析，在此工藝過程中，可選用多種物質，來當作預冷循環，比如較為常用的乙烷，這一循環工藝也有著一定的不同，即擁有兩個相對獨立的循環系統。通過這三個工藝性能的對比，我們能夠從中看出，當在實踐過程中使用時，每一個工藝的性能都存在一定的不同，因此可以根據這三個工藝技術的特點，將其流程以及配比等進行分析，并在此基礎上加以完善，要確保其具有可操作性，從而使工藝流程操作變得更為簡單，加強這類工藝技術的適應力，并強化其運行效果，減少其能源消耗，使其在國內相關行業得以推廣和使用，進而對后續工作打下夯實基礎。

3 混合制冷劑循環液化天然氣流程優化

3.1 明確目標函數與約束條件

將以上三個工藝流程進行聯系，從而明確實際的目標函數，分別從兩個方面來完成：一方面是該工藝流程中有關壓縮機的功耗；另一方面是甲烷預冷量。

文章主要設立了多個限制條件：第一，對于首個換熱器來講，無論是熱端面，還是制冷劑，均存在于兩個相區，以便基于分離器，可以產生氣液兩種狀態；第二，基于首個熱端面，其制冷器都存在于氣相狀態；第三，針對換熱器而言，確保其端面沒有出現負溫差，而以別的換熱器來分析，在對傳熱溫差進行明確時，均依據端面溫差來開展；第四，應把換熱器的熵增進行設立，保證所有的換熱器熵增都超過0，防止其產生負溫差；第五，基于每一個調節閥開關部位，應當實施降溫舉措，從而為其提供一定的驅動力，針對全部的換熱器與燃氣等，以達到互相傳熱的目的；第六，明確其工藝流程后，對于每一個分離器來講，均要能夠形成氣液兩種形態。

3.2 明確最優值與參數值

在對最優值和其流程參數進行明確之前，應先聯系混合制冷劑循環液化天然氣的配比，將獲取到的數據進行優化，同時也應將其配比參數貫徹到優化之后的流程操作中，而且還應對其實際上限和下限進行設立，以便其對自變量進行調整。接著將流程中目標函數以及優化值導入其中，在此應特別重視容差、最大變量以及迭代次數等數據，當將優化器開啟之后，就能夠將數據自動完成優化。當最優值處于6.726，就熱端面而言，在處于高壓的情況下，其壓力應為2.4 Pa。溫度應為0.42 ℃，在處于低壓的情況下，其壓力應為117.2 Pa，溫度應為0.12 ℃；通常在混合制冷劑中，會存在一定量的甲烷，而其摩爾分率應當達到0.55。就不一樣的最優值來講，所對應的流程參數也存在著一定的不同，應結合具體狀況對其展開分析[1]。

依照具體的數據對其展開分析后，我們能夠知道擁有回熱的工藝流程，其功耗會比較高，實際上，從整體角度上來看，其工藝效果較為理想?；诖?，在優化后的工藝流程中，我們可以以雙級循環工藝為切入點，對其工藝流程開展優化，在此基礎上，可以降低設備所需的費用，盡可能減少工藝能耗，并且創造更多的收益，從而幫助后續工作順利進行。比如某天然氣工廠，就是實施了以上的方法，對有關裝置進行了優化，從而獲取一定的效益，就該裝置而言，就是以雙級循環工藝為切入點，除此之外，還運用了三級節流制冷工藝，當其完成改造之后，其材質彈性可以實現50%至115%作用，并且其產量也獲得了很大提高，從其整體運行狀況來看，它是非常安全穩定的，且其還具有較佳的效果，非常值得推廣[2]。

4 混合制冷劑配比優化

4.1 優化遺傳算法

利用遺傳算法來找出最優解，這是非常關鍵的，可以將其使用到配比優化中，以便全面發揮其優勢。具體來說，首先應先明確決策變量以及約束條件，然后構建相應的配比優化模型，明確具體的優化方法，運用量化評價法，接著設計出遺傳算子，最后利用遺傳算法明確運行參數。就該算法自身而言，其能夠有效解決復雜的非線性問題以及離散問題，在這上面具有很大優勢，可以為其提供通用型結構框架。

4.2 優化開發技術

就配比優化開發而言，就是基于HYSYS技術，對其進行再次開發，該技術有著一系列的優勢，存在較好的軟件架構。除此之外，還具備一項關鍵技術，即對象連接融入，由于具備這些優勢，使其工作量化繁為簡，將不再取決于語言架構，可以實行遠程組件的方式來完成。現階段，以HYSYS軟件來分析，可以達到開放數百個對象的目的，而且在該軟件中，包含了數千種研究方式。通常狀況下，能夠通過Visual Basic程序來進行訪問，這也是目前最為便捷的方式。根據實際的訪問方法，對其類庫對象以及屬性等進行查看，接著將其變量值進行調整?；赩isual Basic程序，可以實現對變量值的調節，且不受時間的約束，此外就其變量申明而言，通常屬于Dim，對于這一對象變量來講，往往屬于一般對象，實際上，在開展程序編寫時，也會出現一定的限制情況[3]。

4.3 優化實際案例

從上述論述中，我們能夠知道文章主要借助遺傳算法，并且依據HYSYS技術，來對配比展開分析，主要可以將其分為三部分來完成：首先基于配比優化問題，除了要確定決策變量，也需要明確限制條件；其次，對于配比優化問題中的遺傳參數進行設定，同時也要對其運算程序進行設定；最后，利用Visual Basic程序對HYSYS進行訪問，然后完成賀歲，隨后將獲得最優結果。在這一過程，為了有效確保計算結果的準確性，可以將其種群數設定為200，其他參數可以設定位默認值，接著通過VB程序構建工藝流程模型，并且適當對其調整，更為關鍵的是，應適當調整制冷劑構成。并以此為前提，利用HYSYS軟件完成模擬核算，在配比條件的基礎上，獲取有關的比功耗值，并把它運用到Matlab中，若是該工藝流程的模型并未進行收斂，那么在Matlab之中的比值就是10。依照具體的模擬效果來看，在液化流程中，其比功耗值應是2，然而其HYSYS模型卻并沒收斂，這也就意味著，混合制冷劑的構成配比應當再進行調整，繼續重復這一計算，直到將不合理的個體排除掉。文章選取的甲烷材料含量是100%、50%、20%，然后再依照以上方案實行優化。表1所示為優化結果[4]。

表1 優化結果

5 結語

綜上所述，基于混合制冷劑循環，其液化天然氣工藝不但能夠運用到工業燃氣方面，還能夠對城市公交以及大型卡車上面進行使用，不但能夠降低能源損耗，還能提升城市空氣質量。通過本文的論述，雙級的混合制冷劑流程比丙烷預冷的混合制冷劑流程更加完善，帶回熱的混合制冷劑流程也比不帶回熱的要好。將其工藝流程進行優化，可以有效降低設備所需的費用，而且還能有效減少工藝能耗，將在很大程度上增加其經濟效益。對該工藝進行優化，能夠使其在良好的運行條件下被運用，從而促進相關行業的發展，為其提供優質的清潔能源，促進其健康發展。