不同氣候分區(qū)LNG空溫式氣化器配置優(yōu)化研究
發(fā)布時間：2021-09-05 07:02
近年來,由于傳統(tǒng)化石能源的過量開采和不合理使用導致的環(huán)境惡化問題逐漸加劇,清潔高效的能源替代品成為全球社會的重要關注點。天然氣以CH4為主,混有少量乙烷、丙烷、丁烷等有機物的混合氣體,能夠經(jīng)過低溫或壓縮處理后進行大體積的儲存和運輸,具有良好的燃燒特性,是一種優(yōu)良高效的低碳清潔能源。目前,天然氣已成為我國主要的能源形式之一而廣泛應用于各行各業(yè),各個城市的工商業(yè)及居民等各類用戶對天然氣的需求量逐年大幅增加。其中,液化天然氣具有大量儲存能力和靈活運輸能力而收到眾多行業(yè)的廣泛青睞。空溫式氣化器的氣化過程是液化天然氣使用過程中必不可少的工藝流程之一,因此對于空溫式氣化器合理利用的研究具有相當?shù)囊饬x�？諟厥綒饣鞅旧砭哂泻芎玫慕�(jīng)濟性,然而目前,LNG空溫式氣化器設備在氣化過程中存在一定問題,導致氣化器的換熱效率低下,阻礙了這種經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)設備的廣泛應用。主要原因是由于目前并沒有關于該設備設計制造和設備選型的相關行業(yè)規(guī)定和相關準則,場站并不能夠針對空溫式氣化器的換熱特性來科學合理的配置,造成了能源和經(jīng)濟的浪費。本研究從空溫式氣化器設備本身的換熱原理機制入手,以空溫式氣化器的基本組成結構翅片管為研究對象,...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
993-2018年全球一次性能源消費趨勢（百萬噸石油當量）
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-8-圖1-2我國天然氣的消費總量（億立方米）鑒于天然氣在我國能源市場比重增加，人們開始考慮天然氣的運輸和使用形式。傳統(tǒng)天然氣管網(wǎng)雖然能夠在城市中進行良好的運輸供氣，但在一些較為偏遠不發(fā)達的城鎮(zhèn)，管網(wǎng)無法完全覆蓋，不能保證工商民等各類用戶的需求，LNG場站由此運營而生。LNG為液態(tài)天然氣，由天然氣低溫處理后形成，壓縮體積六百多倍，可以進行大量的儲存和靈活運輸。目前LNG廣泛應用于我國城鎮(zhèn)居民燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電、工藝生產(chǎn)、汽車輪船的燃料等各個方面。LNG必須經(jīng)過氣化成為一定溫度的氣體才能送入管網(wǎng)供給用戶使用，故而在天然氣場站中，氣化部分是天然氣使用的核心工藝流程，氣化器是氣化過程中的主要設備。空溫式氣化器（AAV）通過低溫液體與環(huán)境空氣間的溫差進行換熱，設備制造成本很低，同時不耗費能源，是兼具功能性和經(jīng)濟性的氣化器設備。但由于深冷液體氣化相變時的特性，使得空溫式氣化器在運行過程中存在結霧、結霜的現(xiàn)象，在氣候寒冷的環(huán)境或地區(qū)甚至出現(xiàn)結冰現(xiàn)象，嚴重影響了氣化器的氣化效率和出口氣體溫度，需要定期停機融霜，切換另一組設備，并外加一臺復熱器幫助氣化，增加了能源的消耗和設備成本。造成上述問題的原因主要是，目前我國對于空溫式氣化器的設計生產(chǎn)沒有明確的行業(yè)規(guī)定和原則，設備制造考慮因素單一，場站在設備選型時沒有考慮不同地區(qū)環(huán)境因素對設備換熱的影響，在實際運行中缺乏對設備切換周期的指導性理論依據(jù)，只依靠人員經(jīng)驗，造成設備選擇的不合理和能源成本的浪費，影響天然氣的供應，同時也限制了空溫式氣化器的有效發(fā)展。目前對于空溫式氣化器的傳熱理論，國內(nèi)已有不少研究，對于空溫式氣化器的氣候分區(qū)研究數(shù)量較少，只存在少量的研究成果，但將空?
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-29-圖2-1不同環(huán)境溫度下氣化器出口溫度隨時間變化曲線圖圖2-1是環(huán)境相對濕度為50%，環(huán)境溫度分別為-5℃、0℃、10℃和20℃時，不開啟復熱設備的空溫式氣化器出口天然氣溫度隨運行時間的變化曲線，氣化器出口溫度隨運行進程而逐漸降低。由于天然氣管網(wǎng)的管道材料在低溫下會出現(xiàn)冷脆現(xiàn)象，氣化后的天然氣需再經(jīng)復熱器加熱，將其溫度升至5℃以上，才能供給用戶。由圖中結果可得，當環(huán)境溫度為0℃和-5℃時，天然氣出口溫度均不能達到5℃，需要開啟復熱器進行加熱；當環(huán)境溫度為10℃時，運行前5小時滿足要求，5小時之后需要開啟復熱器。當環(huán)境溫度20℃時，氣化器連續(xù)運行24小時均滿足要求，無需復熱器。可以利用該動態(tài)曲線判斷復熱器的運行時間。2.7本章小結本章從空溫式氣化器換熱機理入手研究，分別從結霜層面、管內(nèi)沸騰相變換熱層面以及空氣側換熱層面，細致描述了LNG的換熱過程，利用物理公式和一定經(jīng)驗公式將整個結霜換熱過程描述出來，建立了較為貼合實際的空溫式氣化器在結霜工況下的整體換熱模型。以一定的環(huán)境參數(shù)和設備參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，利用軟件編程計算，得到了環(huán)境因素對氣化器出口天然氣溫度隨運行時間變化情況，為后續(xù)研究提供理論基矗******20℃oooooo10℃------0℃++++++-5℃
本文編號：3384880
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
993-2018年全球一次性能源消費趨勢（百萬噸石油當量）
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-8-圖1-2我國天然氣的消費總量（億立方米）鑒于天然氣在我國能源市場比重增加，人們開始考慮天然氣的運輸和使用形式。傳統(tǒng)天然氣管網(wǎng)雖然能夠在城市中進行良好的運輸供氣，但在一些較為偏遠不發(fā)達的城鎮(zhèn)，管網(wǎng)無法完全覆蓋，不能保證工商民等各類用戶的需求，LNG場站由此運營而生。LNG為液態(tài)天然氣，由天然氣低溫處理后形成，壓縮體積六百多倍，可以進行大量的儲存和靈活運輸。目前LNG廣泛應用于我國城鎮(zhèn)居民燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電、工藝生產(chǎn)、汽車輪船的燃料等各個方面。LNG必須經(jīng)過氣化成為一定溫度的氣體才能送入管網(wǎng)供給用戶使用，故而在天然氣場站中，氣化部分是天然氣使用的核心工藝流程，氣化器是氣化過程中的主要設備。空溫式氣化器（AAV）通過低溫液體與環(huán)境空氣間的溫差進行換熱，設備制造成本很低，同時不耗費能源，是兼具功能性和經(jīng)濟性的氣化器設備。但由于深冷液體氣化相變時的特性，使得空溫式氣化器在運行過程中存在結霧、結霜的現(xiàn)象，在氣候寒冷的環(huán)境或地區(qū)甚至出現(xiàn)結冰現(xiàn)象，嚴重影響了氣化器的氣化效率和出口氣體溫度，需要定期停機融霜，切換另一組設備，并外加一臺復熱器幫助氣化，增加了能源的消耗和設備成本。造成上述問題的原因主要是，目前我國對于空溫式氣化器的設計生產(chǎn)沒有明確的行業(yè)規(guī)定和原則，設備制造考慮因素單一，場站在設備選型時沒有考慮不同地區(qū)環(huán)境因素對設備換熱的影響，在實際運行中缺乏對設備切換周期的指導性理論依據(jù)，只依靠人員經(jīng)驗，造成設備選擇的不合理和能源成本的浪費，影響天然氣的供應，同時也限制了空溫式氣化器的有效發(fā)展。目前對于空溫式氣化器的傳熱理論，國內(nèi)已有不少研究，對于空溫式氣化器的氣候分區(qū)研究數(shù)量較少，只存在少量的研究成果，但將空?
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-29-圖2-1不同環(huán)境溫度下氣化器出口溫度隨時間變化曲線圖圖2-1是環(huán)境相對濕度為50%，環(huán)境溫度分別為-5℃、0℃、10℃和20℃時，不開啟復熱設備的空溫式氣化器出口天然氣溫度隨運行時間的變化曲線，氣化器出口溫度隨運行進程而逐漸降低。由于天然氣管網(wǎng)的管道材料在低溫下會出現(xiàn)冷脆現(xiàn)象，氣化后的天然氣需再經(jīng)復熱器加熱，將其溫度升至5℃以上，才能供給用戶。由圖中結果可得，當環(huán)境溫度為0℃和-5℃時，天然氣出口溫度均不能達到5℃，需要開啟復熱器進行加熱；當環(huán)境溫度為10℃時，運行前5小時滿足要求，5小時之后需要開啟復熱器。當環(huán)境溫度20℃時，氣化器連續(xù)運行24小時均滿足要求，無需復熱器。可以利用該動態(tài)曲線判斷復熱器的運行時間。2.7本章小結本章從空溫式氣化器換熱機理入手研究，分別從結霜層面、管內(nèi)沸騰相變換熱層面以及空氣側換熱層面，細致描述了LNG的換熱過程，利用物理公式和一定經(jīng)驗公式將整個結霜換熱過程描述出來，建立了較為貼合實際的空溫式氣化器在結霜工況下的整體換熱模型。以一定的環(huán)境參數(shù)和設備參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，利用軟件編程計算，得到了環(huán)境因素對氣化器出口天然氣溫度隨運行時間變化情況，為后續(xù)研究提供理論基矗******20℃oooooo10℃------0℃++++++-5℃
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