中间介质与LNG换热气化模型研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yzyzyzy
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中间介质气化器(Intermediate Fluid Vaporizer,IFV)是世界范围内接收站使用的三种主要低温液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)气化设备之一。该装置是管壳式气化器的一种,海水在气化器中加热蒸发中间介质,气化后的中间介质再将热量传给高压管束中的LNG而使自身冷凝,高压管束中的LNG吸热气化,以达到间接气化换热的效果。目前,国外相关机构对该换热过程中涉及到的关键技术进行了大量实验和数值研究。相反,国内相关方面研究起步较晚,只有少数高校进行过少量研究。本论文以LNG在中间介质气化器中的气化过程为研究对象,开发LNG气化模型,利用数值模拟的方法,首先以丙烷作为工作流体,研究LNG与中间介质的换热特性。在LNG气化过程中,其物性随温度和压力的变化而改变,根据研究需要,本论文使用LKP方程及其关联式对LNG的密度、焓值和定压热容进行计算。通过Lohrenz关联式和对比态原理计算粘度和导热系数。计算结果和HYSYS软件对比,结果匹配较好,计算精度满足工程实际需求。通过搭建传热模型,选取合适的传热关联式对中间介质与LNG的换热进行计算,并与数值模拟结果作对比。同时,本论文采用成熟的商业流体计算软件FLUENT,并配合自定义函数(UDF),通过选取合理的物理模型和计算参数,对凝结器单根以及多根管内和管间换热进行仿真,并将计算结果与传热关联式结果进行验证,以修正模型参数的选取。在完成IFV凝结器部分管内和管外的CFD模拟研究后,再进行不同中间介质的比选研究。根据IFV的工作原理,结合关联式计算结果及数值模拟计算结果,总结理想的中间介质应具备的特点。最后,基于前文的研究结论,本论文推荐烷烃类物质、水和乙二醇水溶液、氯氟烃类制冷剂均为可应用的中间介质。考虑到设备的运行维护、介质价格、安全性、环境污染因素,本论文给出了不同中间介质的适用条件。
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