化工过程模拟软件在液化天然气工程中的应用

摘 要：近年来，随着工业科学技术的不断发展，我国液化天然气工程的化工生产系统已逐渐完善。液化天然气工程的生产流程的应用和开发，标志着我国已然进入了网络式工程生产阶段，本文针对天然气液化装置的运行问题，深入探讨化工过程模拟软件在液化天然气工程中的应用。

关键词：化工过程 模拟软件 液化天然气工程

进入21世纪之后，随着人们生活水平的不断提高，天然气工业的应用范围也在不断的扩大。天然气作为新型能源，其资源的综合应用性能非常好，被广泛的应用在人们生产和生活中的各个领域。现阶段，我国天然气的生产需求量急增，这使我国天然气生产企业面临着严峻的生产压力，如何提高液化天然气工程的生产效率，将化工过程模拟软件应用在液化天然气工程中是我国广大天然气工程技术人员研究讨论的热点问题。我国天然气工业虽然处速发展阶段，但是其技术仍存在很多应用问题，化工过程和相关模拟软件的应用范围非常窄，生产量已无法满足生产的需求量。

化工过程是液化天然气工程中的重要生产阶段，其生产状态对整个液化天然气工程的运行状态具有重要影响意义，不同液化天然气工程的化工过程、生产重点不同。计算机网络技术的发展，使我国大部分液化天然气工程实现了自动化生产的发展目标，经过计算机软件进行模拟的生产过程，其生产工艺和生产精度都有了很大程度上的提升，有效的增加了天然气生产技术的应用效果，使一些工艺复杂、计算困难、受工作条件限制难以完成的项目实现工艺简单化[1]。

一、天然气液化流程

1.级联式液化流程

级联式液化流程是复叠式、串联式天然气蒸发冷凝流程，其流程的主要生产任务是增加天然气液化装置的最大承载负荷量，让液化天然气工程的生产效率更高。级联式液化流程有三个相对独立的循环制冷装置，每个装置中存放的化工原料不同。通常情况下，级联式液化冷凝装置应用的化工原料为甲烷、乙烯和丙烷，计算机模拟软件在制冷循环装置中的应用，主要表现在以下几个方面：①计算机模拟软件是制冷循环装置中的重要辅助设计工具，在制冷装置运行过程中，计算机软件可以通过监控系统对其运行状态进行实时监控，同时还能对每个制冷装置的原料加工程序进行优化设计；②减少装置重复性流程，因为计算机模拟软件可以使液化天然气工程的生产流程更简单、更便捷，所以在优化液化工程时，工程技术人员通常会应用计算机模拟软件，以精准的掌握各装置的运行变量参数；③计算机模拟软件可以有效的减少液化天然气工程的生产盲目性，在液化天然气生产过程中，模拟软件不仅可以及时消除项目工程中的安全隐患，还能提出有效的、及时的解决对策[3]。

2.混合制冷剂液化流程

上个世纪60年代，美国著名天然气生产公司APCI首次提出了混合制冷剂液化流程，这项生产技术的研发和应用，大大提升了传统生产工程的生产效率，将C1至C5的碳氢化合物进行多种物质混合，通过混合制冷装置对其进行液化天然气制冷，这个制冷装置的应用性能非常好，可以将天然气进行逐层降温、冷凝、蒸发，将模拟软件引用到混合制冷剂液化流程中，其技术应用特点，主要体现在以下几个方面：①生产成本低，装置机组设备简单，和传统的级联式液化流程相比，其成本可将至85%以下；②因为计算机模拟软件的自动化性能很高，相关技术人员在对工程进行操作、监测时，只需控制其软件应用程序即可，这种控制方式不仅能够简化实际操作过程，还能提高技术人员的工作效率；③因为混合制冷剂的物质组成非常复杂，所以在选用工程材料时，经常会出现材料成分混乱现象，这个问题会严重降低液化天然气的质量[2]。

二、化工过程模拟软件在液化天然气工程上的应用

计算机网络工程技术的创新和改革，不仅可以提高液化天然气工程的自动化生产程度，还能有效增加天然气工程的应用性能和生产性能。模拟软件在液化天然气工程中的应用，主要体现在以下几个方面：①计算机模拟软件的测算结果准确性很高，虽然个别计算公式存在差异，但是并不影响整个液化天然气工程运行情况；②采用化工过程模拟软件对液化天然气工程进行辅助设计之后，其设计理论方案和系统运行各参数变量更合理，通过对设计值和参数变量进行数据分析可知，化工过程模拟软件不仅可以增加工程验证理论的准确性和合理性，还能为液化天然气工程提供一个坚实的设计系统保障，使系统能够按照正确的运行轨迹运行；③因为我国液化天然气工程的运营成本很高，其生产设备和应用装置的制造成本和设计成本占整个液化天然气工程成本的六成以上。工程技术人员在设计工程装置时，可以应用化工模拟软件先制作出工程装置模型，探讨其设计方案的安全性和稳定性，通过在计算机上建立的虚拟模型，技术人员可以准确的找到装置漏洞和问题；④化工过程模拟软件可以优化液化天然气工程系统，使其系统各参数变量更准确，将参数变量变化对液化天然气工程生产的影响降到最低，众所周知，要想提高液化天然气工程的运行效率，必须先完善整个工程的装置构成，让各个子装置能够长时间的保持稳定运行状态，利用计算机模拟软件，可以很好的实现这一工程设计目标，在子装置中安装不同插件，这些插件不仅可以监控系统运行状态，在系统出现运行故障时，控制中心还能够根据具体故障情况制定出及时有效的应急预案[5]。

三、液化模拟装置

本文主要研究混合制冷剂循环流程的制冷装置，其主要流程结构如图1所示，对装置进行模拟设计。记录混合制冷剂循环流程制冷装置各元件设计方法、选型参数、应用技术参数等数据。发动机为BOG驱动，这种驱动装置产生的动能很大，天然气以纯甲烷来计算，装置的入口压力为12MPa，温度为30℃，入口规模为2.5×112m3/d。其运行步骤如下：①采用冷却装置将部分甲烷进行冷却处理，其他气体经过蒸发冷却器冷却之后，将各种气体原料注入相同的换热器内；②让换热器在常温条件下，在装置中加入混合制冷剂，在制冷剂的作用下各混合气体会产生焦耳-汤姆逊效应；③减小换热器的气体压强和温度，将混合气体作为冷源重新注入换热器内，让混合气体变为液态，再进入压缩机进行压缩，完成混合气体的冷却循环[4]。

四、结论

通过上文对化工过程模拟软件在液化天然气工程中的应用进行深入分析可知，计算机模拟软件对提高整个液化天然气工程的运行效率具有重要影响意义，作为重要工程设计工具，模拟软件不仅能够提升液化天然气工程的设计能力，还能大大减少工程设计过程中的计算工作量，使液化天然气工程体现出合理的、规范的设计理念[6]。

参考文献

[1]牛亚楠，冯良.化工过程模拟软件在液化天然气工程中的应用[J].上海煤气，2012，14（03）：113-126.

[2]赵国伟.液化天然气流程的动态模拟研究[D].哈尔滨工业大学，2010（12）：145-154.

[3]钟桦.液化天然气冷能储存与回收热力循环蓄能研究[D].北京化工大学，2011，12（03）：134-146.

[4]刘娆.双级混合制冷剂液化循环的动态模拟[D].哈尔滨工业大学，2010（06）：124-137.

[5]赵月红，温浩，许志宏.UML辅助化工过程模拟软件设计[J].计算机与应用化学，2010，15（05）：101-115.

[6]牛亚楠.多元混合制冷剂小型天然气液化装置的模拟研究[D].同济大学，2010（10）：134-147.