文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
LTL天然气液化流程及其换热器数值模拟
姓名:刘向伟
申请学位级别:硕士
专业:制冷及低温工程
指导教师:舒水明
2011-01-07
华中科技大学硕士学位论文

摘要
LNG 在储存和运输方面有着明显的优势,天然气的消费在能源消费结构中的比重
日趋增大。当前日趋激烈的市场竞争要求天然气液化设备和液化流程能耗低、投资少
等,而天然气新型流程的建立和系统的模拟优化分析已成为天然气工业发展的重要技
术。本文针对当今发展背景提出新的天然气流程及对新的流程展开模拟的优化分析,
同时对系统中的关键部件进行有限元分析。
一、天然气液化流程基础模型的建立。简要概述目前运用成熟的 LNG 流程的工作
原理、效能比较,然后提出一套新的液化方案,同时根据热力学相关理论初步建
立模拟过程的各个模块的基础数学模型,为后续流程模拟提供理论基础和方法。
二、 LTL、LTL/MR两种天然气液化流程系统模拟。提出两种新型的低温天然气液化
流程方案,通过参数初始化,对流程进行了模拟计算,对 LTL/MR 液化流程系统中
的几个 LNG 换热器进行性能分析,得到换热负荷、UA 与温度的关系曲线,确定流
程运行调节的方向。
三、 LTL 液化流程分析与优化。从热力学角度对新型天然气的液化流程进行了分
析,讨论了一些重要的流程参数对系统的影响。应用优化器对整个流程进行优化
分析, 104 kmol/h 时,系统比功耗为。
四、板翅式换热器性能分析。从热力学角度对系统中三个 LNG 换热器分析,其温
度、压力和组分分率的变化对换热器工质的焓值、热流量以及 UA 值及火用损都
有影响。建立系统中关键 LNG 换热器的封头有限元模型,得出封头的温度场分布
和热应力分布,封头与换热器芯体连接部分的四个角的温度较大,接管与封头连
接的内表面温度最低,最大热应力达到 194MPa.

关键词:天然气液化流程模拟优化分析板翅式换热器有限元分析
I
华中科技大学硕士学位论文

Abstract
Liquefied natural gas has obvious advantage in the storage and transportation. The
consumption of natural gas is increasing by the growing proportion of in energy
consumption structure. Nowadays, the increasingly fierce petition require
liquefied natural gas equipment and liquefaction process to be low energy consumption,
less investment, reliable, easy to maintain. The establishment of new process and system
simulation and optimization analysis has e an important technology. In this paper,
aiming at today’s background, new gas process is proposed and the new simulation
optimization analysis for process will be started. Meanwhile, finite element analysis for key
component of the system is carried on.
Firstly, the current widely used LNG process will be gotten a prehensive
comparative analysis and overviewed on performances, working principle, liquefaction
costs, plant size and etc, then a new liquefied program will be proposed, meanwhile, the
base mathematical model of each module will be initially established under the