تاثير شرايط گاز خوراك بر عملكرد سيستم مايع‌ ساز گاز طبيعي دو طبقه‌اي مبرد چند جزيي

Effect of feed conditions on the performance of double stage mixed refrigerant LNG system

در اين تحقيق، سيستم مايع‌ساز گاز طبيعي دو طبقه‌اي مبرد چندجزيي -كه بالاترين بازدهي را در بين چرخه‌هاي مايع‌سازي گاز طبيعي داراست- مورد بررسي قرار گرفته است. هدف اصلي، بررسي عملكرد سيستم مايع‌ساز گاز طبيعي دو طبقه‌اي مبرد چندجزيي تحت تاثير تغييرات شرايط عملياتي و محيطي خوراك مي‌باشد. شرايط محيطي قابل تغيير در طول فرايند مايع‌سازي، دما، فشار و تركيب گاز خوراك مي‌باشند. براي مشاهده پاسخ سيستم مايع‌ساز دو طبقه‌اي مبرد مخلوطي به اين تغييرات، سيستمي كه قبلا طراحي و پياده‌سازي شده است، به عنوان حالت پايه انتخاب گرديد. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه با كاهش دما و افزايش فشار گاز طبيعي خوراك، كار مصرفي ويژه كاهش مي‌يابد و از آن‌جا كه در اين شرايط حداقل دماي بين جريان‌هاي گرم و سرد در مبدل‌ها فقط اندكي از مقدار مجاز 3 درجه سلسيوس كم‌تر شده مي‌توان با قبول ضريب اطمينان (مقداري اندك) كم‌تر از حالت بهينه از اين مزيت به وجود آمده استفاده كرد. هم‌چنين با افزايش دما و كاهش فشار گاز طبيعي خوراك، ضمن افزايش كار مصرفي ويژه، شرايط تداخل دمايي در مبدل‌ها اتفاق مي‌افتد بنابراين بايد از ورود گاز خوراك به اين ناحيه‌ها با كنترل‌هاي خاص جلوگيري شود. هم‌چنين تغيير درصد مولي اجزاي گاز طبيعي (كاهش اجزاي سبك در تركيب خوراك) باعث مي‌شود مبدل حرارتي به سرعت به شرايط تداخل دمايي نزديك ‌شود و با توجه به تغيير درصد مولي اجزاي گاز در طول عمر چاه بايد به مرور زمان تركيب مبرد داخل چرخه نيز با توجه به شرايط جديد بهينه شود.

In this study, the double stage mixed refrigerant LNG system is investigated, which is known for having the highest efficiency among the liquefaction cycles. The main purpose is to evaluate the performance of double stage mixed refrigerant LNG system due to variations on the environmental and operating conditions of feed. Temperature, pressure and feed gas compositions are considered as variable environmental conditions during liquefaction processes. A basic system has been chosed to view the response of the DMR liquefaction system to these changes. Results show that with decreasing temperature and increasing pressure of feed natural gas, specific shaft work decreases. Moreover, since in this case, minimum approach temperature in heat exchangers are reduced only slightly from allowed value (3°C). Therefore this adventage can be used with accepting a slightly lower safety factor than the optimal case. Increasing temperature and decreasing pressure of feed natural gas cause increasing the specific shaft work as well as temperature cross occurance in heat exchangers and therefore these areas should be prevented using control strategies. Also, any changes in mole fraction of natural gas components make temperature cross in heat exchangers. Finally, due to the change of the natural gas components mole percentage, during the life of the well, the refrigerant composition in the cycle should be optimized regarding the new conditions.