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随着国内天然气消耗量的日益增长,进口液化天然气(LNG)成为补充国内天然气的一个重要途径。然而通常情况下国内LNG接收站的气源LNG中乙烷及更重烃类组分含量较高,导致气化后的LNG热值高于下游天然气管网内天然气热值,并带来一系列安全隐患和环境问题。在接收站增加轻烃回收装置,不仅可以避免与下游燃气产生互换性问题,而且可以获得额外的经济效益。因此,研究LNG接收站内的轻烃回收工艺对于确保天然气管网安全运行和提高接收站的经济效益具有十分重要的意义。基于山东LNG接收站主要进料情况和下游天然气管网气质要求,对接收站内轻烃回收工艺进行优化设计,主要内容包括:(1)基于山东LNG接收站气源组分现状,研究了接收站内LNG产品与下游山东天然气管网内天然气的互换性问题,确定山东LNG接收站轻烃回收后LNG产品的沃泊指数波动范围为49.29～52.33 MJ/m3;(2)建立了一种可简化的轻烃回收工艺的化工流程超结构模型,基于最优化方法建立混合整数线性规划模型,以年净收益为目标函数,设计了一种适用于山东LNG接收站的轻烃回收工艺,结果表明:对于山东LNG接收站进料组分,脱甲、乙烷塔运行压力分别为2.9 MPa和0.9 MPa时流程净收益达到最高;(3)基于夹点设计方法,对所设计的轻烃回收工艺进行换热网络的热集成,设计并优化了一种轻烃回收工艺的换热网络,该换热网络仅需4个换热器和2个重沸器,工艺换热系统总用能降至5.805 MW;将设计优化得到的流程与接收站原轻烃回收流程进行对比分析,结果表明:提出的流程较原流程总能耗降低8.59%,净收益提高11.7%,可见所提出的轻烃回收工艺流程具有一定的经济性;(4)基于换热与流动基本特征数关系式,研究了基于fmincon函数的板翅式换热器结构多目标优化方法;以换热器的年总成本和体积为经济性指标,采用最小二乘法拟合目标函数,利用线性加权法将多目标问题转化为单目标问题,对脱甲烷塔闪蒸冷凝器和脱甲烷塔顶冷凝器的翅片进行结构优化。优化结果表明:脱甲烷塔闪蒸冷凝器和脱甲烷塔顶冷凝器的翅片型号均选用锯齿形国产翅片7,冷凝通道数分别设置14和11层时经济性指标达到最优,此时换热器年总成本分别为18898.06元和37830.77元,体积分别为 0.768 m3 和 0.772m3。