基本负荷型天然气液化HYSYS软件计算（二）.pdf

石油与天然气化工 CH EMlC A LENGINEE R I NGOFO ILGAS 天然气及at - 凝液的利用 基本负荷型天然气 液化 HYSYS 软件计算二 李士富呼延念超 王继 强 西安长庆科技工程有限责任公司 摘要 1 998年 ，T erry采用HYSY S软件 ，对典 型的 调峰型天然气液化流 程进行了模拟计算 与优化。我国目前缺 乏天然 气液化流程设计经验，在专用天然 气液化模拟软件的 开发方面比较 欠 缺 l l J 。而HYSY S软件正好可以弥补这 一 缺 陷。用H Y SY S软件可以很 方便地对混合冷剂 的组成 进行优化。本文以采用闭式混和冷剂液化流 程的基本负荷型液化装置的 利比亚伊索工厂为例，用 HYS Y S软件进 行了计算，给出了H Y S YS软件计算流 程模 型和计算结果，可供从事液化天然气设 计等人员参考。 ． 关键词基 本负荷型 天然 气液化软件 计算 D oI10．3969／j ．issn．1007 3426．2009 ．05．001 1 基本参数 1天然 气流率1860kmol／h0 。C ，101．325 kPa，100 10 。 m 。／ d。 2天然气温度25℃。 3天然气压力5000kPa。 4天然气组成见表1。 组分 CH 4 C2H 6 C3H 8i 组成，％y82．00 11 ．204．00 C4H 10n C4H10N2 合计 l _200．900．70100．00 5混合冷剂组成见表2。 组分 组成，％j ， CH 4 C2H6C3H8i C4H 10n c4H 10 N2 合计 2 利比亚伊索工厂天然气液 化流程 混合冷剂液化流程有开式和闭式两种。闭式混 合 冷剂液化 流程是指制冷剂循环与天然气液化 过 程 彼此分开的流程。而开式 流程天然气既是制冷剂又 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基本负荷型 天然气液化 H Y SYS软件计算二 是被 液化的对象。本文研究的对象是 闭式混合冷剂 液化流程，即利比亚伊索工厂流程，见图 1-1] 。 笔者认为此图有 一 处 是 错 误 的，有必要提出改 正，就是分液罐1 1分出的气相和液相两股流汇合到 一 起都通过节流阀进入冷箱，而又从已经敞开了 的 物流中经过节流阀喷人冷箱，这是不 可能的，因为没 有了压力，不可能再进人节 流 阀，因此，此 处 流 程 是 错误 的。正确的流程应该为分液罐分出的气相和液 相分别通过 节流 阀进入大冷箱顶 。其次液化后的天 然气进入储 罐的压力 为 3．94MPa，如何 储 存为 此，笔者对上述流程进行了更正 ，正确的液化 流程见 图2。但计算时还是按两种压力130 kPa和3．94 MPa等级进行液化计算。 图中用点划线将 冷 箱分 为A、B、C、D4个区域 和 abcd4股流是为了帮助理解H Y S Y S 软件流程 图 的编制，原图中没有。 3绘制HY S YS 软件计算流程 根据修改后 流程绘制的H YSY S软件计算流程 见 图3。 JHYSYS 软件计算结果 1方案 一 液化天然气储存压力130kPa部 分液化。 方案 一 液化率为67．5％叫。 2方案二液 化天然气储存压力3．94MPa 全液化。 流号 1234 气相分数 温度，℃ 压 力，kPa 摩尔流率，km ol／h 质量 流率，kg／h 1．00001．00000．8 7040．0000．5017 25．00 8．00 37．0 90．0 151．9 50004 9804 9604 94 0150．O 18601860t 86018 601860 3665036650366503665036650 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第38卷第5期 石油与天然气化工 C HE MIC A L E NGINE E RING0F0ILGAS373 流 号 6789 气相分数 0．39401．00001．00001．00001．0000 温度，℃ 一 155．031．4514 7．24 0．001 26．7 压力，kPa 130．0120．0834．00810．003200 摩尔流率，km ol／h18604970497049704970 质量 流率，kg／h 366501604 001604001 604001604 00 流 号 1 1 12131415 气相分数 0．83600．77821．0000．64 040．0000 温度，℃ 35．03 1．531．58．031．5 压力，kPa 3 180 3 1 6031603 1403160 摩尔流率，km ol／h4 9704 97038 6838681 102 质量流率，kg／h 16040016 04 001 15600115 6004 484 0 流 号 1 617181920 气相分数 0．00000．38 851．00000．34 050．0000 温度，℃ 8．0 42．08．0 50．08．0 压力，kPa 31402003140 3120 3 140 摩尔流率，km ol／h1 1021 10224 7724 771391 质量 流率，kg／h 4．8 404 4840639406394 051620 流号 2l22232425 气 相分数 0．00000．24 54 1．00000．45950．0000 温度 ，℃ 一 37．0 66．99 50．0 90．0 15 5．0 压力，kPa 31202003 1 203 100 ’ 3080 摩 尔流率，km ol／h13 91139184 3．4843．4843．4 质量流率，kg／h 516205 1620163701 63701 6370 流 号 2627282930 气相分数 0．08530．88150．00000．00000．254 7 温度， 。C 一 162．5 121．6 50．0 90．0 1 17．0 压力，kPa 200．0180．031203100180．0 摩尔流率，km ol／h843．5843．4163416341 6 34 质量 流率 ，kg／h 163 701 63704 75604756047560 流 号 3 l 32333435 气相分数 0．6850．91930．69021．00000．9591 温度，℃ 一 1 18．2 71．03 71．970．0 4 5．14 压力，kPa 180．0160．0160．014 0．0140．0 摩尔流率 ，kmol／h 24 772477386838684 970 质量流率，kg／h 639406394011560011 56001604 00 流号 363738 4050 气 相分数 1．00001．00001．00001．00000．0000 温度，℃ 3 1．45 155．01 1．4 2 1 18．2 1 18．2 压 力，kPa 120．0130．0120．0180．0180．0 摩 尔流率，km ot／h4 970732．9 732．91 1601 3 17 质量 流率，kg／h 1 604 001 19101 1910206204 3320 流号 607080 90LN G 气 相 分数 1．00000．00001．00000．00000．0000 温度，℃ 一 71．97 71．97 4 5．14 45．14 1 55．0 压力，kh 160．0160．0140．0140．0130．0 摩尔流率 ，kmol／h 26691 1984 767203．21 127 质量 流率，kg／h 65370501901 5030101 102474 0 流号 234 气相分数 1．0000l _00000．87040．00000．0000 温度，℃ 25．O O10．0 37．0 90．0 90．22 压力，kPa 50004 9804 960494 03940 摩 尔流率，kmol／h 1 8601860186018601860 质量流率，kg／h 3665036650366503665036650 流号 678910 气相分数 0．00001．00001．00001．00001．0000 温度，℃ 一 155．031．90147．740．00126．7 压力，kPa 3920120．0834．08lO．003200 摩尔流率，km ol／h18606290629062906290 质量流率，kg／h 36650203000203000203000203000 流号 121314151 6 气相 分数 0．78281．00000．53 100．00000．0000 温度， 。C 32．032．00．0032．010．0 压 力，kPa 3180318031 6031803160 摩 尔 流率，kmol／h 62904 9244 29413661366 质量 流率，kg／h 2030001474 0014 74 005560055 600 流号 1 718192021 气相分数 0．398 91．00000．42820．00000．0000 温度，℃ 一 42．240．00 52．000．00 37．00 压力，kPa 200．03 1 60314031603 140 摩 尔流率，km ol／h1366261 5261 523092309 质量流率，kg／h 5560064110 64 1 108329083290 流 号 2223242526 气相分 数 0．26951．00000．16270．00000．0832 温度，℃ 一 69．80 一 52．00 97．O o -I155．O 一 1 62．4 压力，kPa 200．0314 03 1 203 100200．0 摩 尔流率，km ol／h23091 1 201 1201 120 1 120 质量流率，kg／h 8 ,3290 21580215802158021580 流号 2728293031 气相分数 1．00000．00000．00000．2659 0．5896 温度，℃ 一 91．07 52．00 90．00 1 18．5 109．9 压力，kPa 180．031403 120180．0180．0 摩 尔流率，km ol／h112014 9514 9514 95 2615 质量流率，kg／h 2158042530425304 2530641 10 流 号 32333435 36 气相分数 1．00000．708 8 1．00000．911 51．0000 温度，口 c 一 38．42 70．14 31．57 48．623 1．90 压力，kPa 160．0 160．0140．0140。0120．0 摩尔流率，km ol／h26154 9244924 62906290 质量流率，kg／h 641 1014 74001474 00203000 203000 流号 37405060 70 t 气相分数 温度， 。C 压力，kPa 摩尔流率，km ol／h 质量流率，kg／h 1．00001．00000．00001．00000．0000 15 5．0 一 109．9 109．9 70．14 70．14 3 920180．0180．01 60．0180．0 0．000154210733490 14 34 0．000284 40356708675060650 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基本 负荷型 天然气液化HYS Y S软件计算 二 流号 8090I。NG 气相分数 1．00000．00000．0000 温度，℃ 一 48．62 4 8．62 1 55．0 压力，kPa 14 0．014 0．03920 摩尔流率，km ol／h5733556．718 60 质量流率，kg／h 17590271 1036650 五 计算耍点 1采用P RPeng Robin so n方程。 2混合冷剂筛选 和流量 调节可在流 号 7处 调 节，本案例筛选情况如表 5所示 。 组分 N2C H 4 C2H 6 C3H 8 i - - C4H 10 n C4H 10 第 一 次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次 第七次 30 25 27 27 28 29 28 35 35 33 33 34 35 34 20 25 25 26 27 30 28 表5表示了混合冷剂的筛选 过 程和方法，只需 在冷剂压缩机入口处 调节混合 冷 剂的组成和流量 。 本计算通 过 7次 筛选得出比较 好的 混合 冷剂的组 成。按此组成计算，冷 剂流率调 节到所有 的冷箱全 部变为灰色不收敛 时图例为黄 色为止 ，且冷剂 循 环量最小。前6次 冷剂计 算 结果不收敛，冷剂组成 选第7次时，换热器 的颜色 由黄色变为灰色 ，结果 收 敛，说 明计算完成。 3冷 热流 次序不能颠倒，按 图2所示编写 HY SYS 软件计算流程图。 4图3下面的3个 分 离器进料应为两相流， 否则须调节温度或冷剂组成使之变为两相流。 6 制冷压缩机 制冷压缩机最常用的有 离心式 、螺 杆式和往复 式压缩机。 6．1离心式制冷压缩机 离心式制冷压缩机的特点是 处理量范围大，进 气量 一 般在850 m 。／ h ～ 34 0000m 。／ h。 在天然气 处理中通常需要 3 ～ 4个叶轮的离心式压缩机 用于 制冷操作，这就提供了使用 多 级 级 间闪蒸经济器 的 机会，允许 多个 冷冻温位以进 一 步降低能耗。离心 式压缩机转速多为 3000rpm 。其压缩比依据制冷 剂及转速不同，按 照 1．5 ～ 2．75的顺序变化口’。 6．2螺杆式制冷压缩机 螺杆 式压缩机 的特 点是适应所有 的冷剂 ，在标 准排 出压力2400kPa下，吸入压力极 限为21kPa。 超 过5000kPa的排 出压力也可以用 。在天然气加 工中螺杆制 冷压缩机 应 用最 多。该机 可在很宽的吸 入和排出压力下工作而系统勿需 改变 。压缩比 一 直 到10都可以使用，实际对压缩比无限制 。在压缩比 2 ～ 7下操作效率与往 复式相当。 自动调节负荷可 从 100％到10％，且功耗 明显降低。最常用的螺杆 制冷压缩机为美国约克制 冷压缩机组 ，在天然气加 工中多有使用。 6．3往复式制冷压缩机 用于制冷的往复式压缩机 一 般为两级压缩 ，可 以提供几个级 间节 能器。其功率从几千瓦到超 过 15000kW不等 ，压力从低真空到207 000kPa。往 复式压缩机可以装配成单级或多级 ，其级数由总压 缩比决定。每 一 级 的压缩比 一 般不超过 4 。 参考文献 1顾 安 忠等．液化天然气技 术．北 京；机械工业出版 社，2008．1 2美国气体加工和供应者联合会编．西 南 油气田分公 司天然气研究 院 译．天然气 处理与加工工程数据 手册 ，2002．4 作 者简 介 李士富教授级高级工程 师，1964年 毕业于东 北石油 学院石 油炼制系 油气加工专业，曾任长庆石油勘探局 规划设计研 究 院院长、 长庆石油勘探局副 总工程师、滇黔 桂石油勘 探局总工程师。长期从 事油气加工的设计和研究， ” 一 种 冷 冻 油 的 吸收方法 ” 获国家发明专 利。 1998年退休，2000年受聘于 西安长庆科技工程有 限责任公司任 高级 顾 问至今。电话029 865929661399128788 8；电 子邮 箱； lsf380163．corn 。 收稿日期2009 05 05 收修改稿2009 05 15 编辑康莉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m