混合制冷剂循环液化天然气流程的优化

赵军(重庆龙冉能源科技有限公司，重庆 408017)

0 引言

伴随技术的进步，我国也产生了许多新型的清洁能源，在这之中就包括液化天然气，因为其操作流程非常简便，而且所需成本费用相对较少，所以它被广泛运用到各个相关行业中。特别是近些年的发展，促使液化天然气项目也得到了快速发展。根据具体的实践来看，虽然我国大多数的技术以及设备都是比较完善的，且能够进行自主研发，但是在其运行过程中，其流程以及配比等方面都还有着许多问题，若是想维持健康运行状态，应当对其展开深入分析和探讨。

1 混合制冷剂循环液化天然气流程

就天然气流程而言，通常可将其分为两部分：一部分是制冷循环；另一部分就是液化回路。前者往往基于对制冷剂的使用，在压缩机的作用下进行升压，接着借助冷水进到换热器，以达到分离气液的目的。基于第一换热器，制冷剂会进行冷却，然后实施一系列手段，如降温，与返流制冷剂相互融合，由此产生一定的冷量，以供换热器使用，与此同时与气相制冷剂相互融合，在完成这一环节后，基于换热器进行冷却，在流到第三换热器时，可为后续冷却工艺的开展，提供足够的冷量。就后者来讲，往往是基于已净化的天然气来开展的，可以更好满足有关规范以及要求。基于第一换热器，天然气进行冷却，接着在分离器的作用下，实现对重烃的分离，在流到换热器之后，随之进到闪蒸系统，然后基于换热器，气相再进行冷却，在此环节之后，完成节流、降压等一系列操作，最终基于第三换热器，实现对气液的分离，由此产生标准产品，并将其置于液化罐。

2 混合制冷剂循环液化天然气工艺技术

就这一天然气工艺而言，一般可结合制冷方式的不同，进一步分成多个类型，比如单级制冷剂循环。首先，对于单级的混合制冷剂循环工艺而言，其特点就是在整个流程中，它只有一个独立的循环机制，这是我国当前比较常见的工艺。在此需要注意的是，在这个工艺当中，不但仅存在一个压缩机，而且也仅存在1个节流阀，所以就混合制冷剂来讲，仅能够开展1次节流。另外就丙烷预冷工艺而言，往往是借助丙烷预冷系统，然后开展制冷剂循环，同时冷却液化，该工艺有着一定的独特性，主液化系统相对独立。此外以双级循环工艺来分析，在此工艺过程中，可选用多种物质，来当作预冷循环，比如较为常用的乙烷，这一循环工艺也有着一定的不同，即拥有两个相对独立的循环系统。通过这三个工艺性能的对比，我们能够从中看出，当在实践过程中使用时，每一个工艺的性能都存在一定的不同，因此可以根据这三个工艺技术的特点，将其流程以及配比等进行分析，并在此基础上加以完善，要确保其具有可操作性，从而使工艺流程操作变得更为简单，加强这类工艺技术的适应力，并强化其运行效果，减少其能源消耗，使其在国内相关行业得以推广和使用，进而对后续工作打下夯实基础。

3 混合制冷剂循环液化天然气流程优化

3.1 明确目标函数与约束条件

将以上三个工艺流程进行联系，从而明确实际的目标函数，分别从两个方面来完成：一方面是该工艺流程中有关压缩机的功耗；另一方面是甲烷预冷量。

文章主要设立了多个限制条件：第一，对于首个换热器来讲，无论是热端面，还是制冷剂，均存在于两个相区，以便基于分离器，可以产生气液两种状态；第二，基于首个热端面，其制冷器都存在于气相状态；第三，针对换热器而言，确保其端面没有出现负温差，而以别的换热器来分析，在对传热温差进行明确时，均依据端面温差来开展；第四，应把换热器的熵增进行设立，保证所有的换热器熵增都超过0，防止其产生负温差；第五，基于每一个调节阀开关部位，应当实施降温举措，从而为其提供一定的驱动力，针对全部的换热器与燃气等，以达到互相传热的目的；第六，明确其工艺流程后，对于每一个分离器来讲，均要能够形成气液两种形态。

3.2 明确最优值与参数值

在对最优值和其流程参数进行明确之前，应先联系混合制冷剂循环液化天然气的配比，将获取到的数据进行优化，同时也应将其配比参数贯彻到优化之后的流程操作中，而且还应对其实际上限和下限进行设立，以便其对自变量进行调整。接着将流程中目标函数以及优化值导入其中，在此应特别重视容差、最大变量以及迭代次数等数据，当将优化器开启之后，就能够将数据自动完成优化。当最优值处于6.726，就热端面而言，在处于高压的情况下，其压力应为2.4 Pa。温度应为0.42 ℃，在处于低压的情况下，其压力应为117.2 Pa，温度应为0.12 ℃；通常在混合制冷剂中，会存在一定量的甲烷，而其摩尔分率应当达到0.55。就不一样的最优值来讲，所对应的流程参数也存在着一定的不同，应结合具体状况对其展开分析[1]。

依照具体的数据对其展开分析后，我们能够知道拥有回热的工艺流程，其功耗会比较高，实际上，从整体角度上来看，其工艺效果较为理想。基于此，在优化后的工艺流程中，我们可以以双级循环工艺为切入点，对其工艺流程开展优化，在此基础上，可以降低设备所需的费用，尽可能减少工艺能耗，并且创造更多的收益，从而帮助后续工作顺利进行。比如某天然气工厂，就是实施了以上的方法，对有关装置进行了优化，从而获取一定的效益，就该装置而言，就是以双级循环工艺为切入点，除此之外，还运用了三级节流制冷工艺，当其完成改造之后，其材质弹性可以实现50%至115%作用，并且其产量也获得了很大提高，从其整体运行状况来看，它是非常安全稳定的，且其还具有较佳的效果，非常值得推广[2]。

4 混合制冷剂配比优化

4.1 优化遗传算法

利用遗传算法来找出最优解，这是非常关键的，可以将其使用到配比优化中，以便全面发挥其优势。具体来说，首先应先明确决策变量以及约束条件，然后构建相应的配比优化模型，明确具体的优化方法，运用量化评价法，接着设计出遗传算子，最后利用遗传算法明确运行参数。就该算法自身而言，其能够有效解决复杂的非线性问题以及离散问题，在这上面具有很大优势，可以为其提供通用型结构框架。

4.2 优化开发技术

就配比优化开发而言，就是基于HYSYS技术，对其进行再次开发，该技术有着一系列的优势，存在较好的软件架构。除此之外，还具备一项关键技术，即对象连接融入，由于具备这些优势，使其工作量化繁为简，将不再取决于语言架构，可以实行远程组件的方式来完成。现阶段，以HYSYS软件来分析，可以达到开放数百个对象的目的，而且在该软件中，包含了数千种研究方式。通常状况下，能够通过Visual Basic程序来进行访问，这也是目前最为便捷的方式。根据实际的访问方法，对其类库对象以及属性等进行查看，接着将其变量值进行调整。基于Visual Basic程序，可以实现对变量值的调节，且不受时间的约束，此外就其变量申明而言，通常属于Dim，对于这一对象变量来讲，往往属于一般对象，实际上，在开展程序编写时，也会出现一定的限制情况[3]。

4.3 优化实际案例

从上述论述中，我们能够知道文章主要借助遗传算法，并且依据HYSYS技术，来对配比展开分析，主要可以将其分为三部分来完成：首先基于配比优化问题，除了要确定决策变量，也需要明确限制条件；其次，对于配比优化问题中的遗传参数进行设定，同时也要对其运算程序进行设定；最后，利用Visual Basic程序对HYSYS进行访问，然后完成贺岁，随后将获得最优结果。在这一过程，为了有效确保计算结果的准确性，可以将其种群数设定为200，其他参数可以设定位默认值，接着通过VB程序构建工艺流程模型，并且适当对其调整，更为关键的是，应适当调整制冷剂构成。并以此为前提，利用HYSYS软件完成模拟核算，在配比条件的基础上，获取有关的比功耗值，并把它运用到Matlab中，若是该工艺流程的模型并未进行收敛，那么在Matlab之中的比值就是10。依照具体的模拟效果来看，在液化流程中，其比功耗值应是2，然而其HYSYS模型却并没收敛，这也就意味着，混合制冷剂的构成配比应当再进行调整，继续重复这一计算，直到将不合理的个体排除掉。文章选取的甲烷材料含量是100%、50%、20%，然后再依照以上方案实行优化。表1所示为优化结果[4]。

表1 优化结果

5 结语

综上所述，基于混合制冷剂循环，其液化天然气工艺不但能够运用到工业燃气方面，还能够对城市公交以及大型卡车上面进行使用，不但能够降低能源损耗，还能提升城市空气质量。通过本文的论述，双级的混合制冷剂流程比丙烷预冷的混合制冷剂流程更加完善，带回热的混合制冷剂流程也比不带回热的要好。将其工艺流程进行优化，可以有效降低设备所需的费用，而且还能有效减少工艺能耗，将在很大程度上增加其经济效益。对该工艺进行优化，能够使其在良好的运行条件下被运用，从而促进相关行业的发展，为其提供优质的清洁能源，促进其健康发展。