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《大眾科技雜志》2015年第三期
制冷劑的選擇主要依據(jù)其本身的基礎(chǔ)熱物性及節(jié)流特性,其中常壓沸點、臨界參數(shù)等是選擇制冷劑最為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù),然后還要考慮如三相點溫度等,以避免因三相點溫度過高,導(dǎo)致制冷劑在低溫下出現(xiàn)固相析出而堵塞管道。通?;旌现评鋭┯傻獨狻⒓淄?、乙烷、丙烷等組成。為了把天然氣液化,必須用低沸點工質(zhì),才能獲得液化甲烷等級的溫度。沸點較高的重組分在預(yù)冷和液化循環(huán)中使用;而沸點較低的輕組分則在液化和深冷循環(huán)中使用。由表1可知,丙烷、異戊烷和乙烷可用于天然氣的預(yù)冷,甲烷、乙烯和氮氣用于天然氣的液化。根據(jù)氣源組分不同、地域不同,選擇不同的制冷劑,由物料和熱量平衡計算確定制冷劑以一定比例混合來滿足工藝要求。
2混合制冷劑的高效利用
制冷劑的冷量利用大多都是通過節(jié)流制冷和回?zé)岖@得。節(jié)流制冷是高溫高壓氣體通過節(jié)流元件后焓不變而壓力降低伴隨著溫度下降。結(jié)合回?zé)岽胧?,天然氣液化單元現(xiàn)在常用帶氣液分離器的內(nèi)復(fù)疊循環(huán)。在內(nèi)復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)兩相流動,基本氣液相流速不同,會導(dǎo)致液相或氣相積存,由于非共沸混合物氣液相濃度不同會造成循環(huán)濃度變化,在節(jié)流元件處相變潛熱產(chǎn)生不同溫度等級的冷量,由表1、2知甲烷的氣化潛熱最大,但絕熱指數(shù)大,壓縮功耗也大,因此甲烷含量對循環(huán)系統(tǒng)提供深冷量很關(guān)鍵。采用高沸點的制冷劑可以減小因工質(zhì)壓力差而造成相變區(qū)間的差異,并充分利用低壓相變潛熱大于高壓相變潛熱,從而改善兩相區(qū)回?zé)釗Q熱器內(nèi)的熱當(dāng)量匹配,進(jìn)而減小回?zé)釗Q熱器內(nèi)固有換熱器溫差,最終減小換熱器固有換熱㶲損失;換熱程度好,節(jié)流前溫度低,節(jié)流過程的㶲損也小,因此丙烷、異戊烷可以達(dá)到這個效果。
每一個制冷劑在內(nèi)復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)都很重要,有效的配比可以提高制冷循環(huán)系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。
混合制冷劑液化流程運行時,原料氣的壓力、溫度、組分,混合制冷劑組分和循環(huán)壓力,LNG的儲存溫度、壓力等都會影響比功耗,運行成本。而這些參數(shù)又是相互關(guān)聯(lián)、互為影響的,因此在組織液化流程、確定工藝參數(shù)時需要借助工藝模擬反復(fù)計算調(diào)整、不斷優(yōu)化參數(shù)、在流程合理可行的基礎(chǔ)上,調(diào)整混合制冷劑的最佳配比,實現(xiàn)高液化、低功耗。
作者:鄭華賈菁王天將單位:河南中原綠能高科有限公司