مبادله‌گرهاي حرارتي در سيكل هاي مايع سازي C3MR توليد LNG، منحني‌هاي حرارتي شكل گرفته و بررسي اثر آن در بازدهي انرژي

Heat Exchangers in A C3MR LNG Plant, Cooling Curves and Their Effects on Efficiency

در اين تحقيق قصد داريم با مدلسازي يك سيكل مايع سازي توليد LNG ( يك پروسه C3MR) توسط نرم افزار هايسيس، ضمن بررسي منحني هاي حرارتي شكل گرفته در مبادله‌گرهاي اصلي قسمت تبريد و مايع سازي پروسه مايع سازي گاز طبيعي، راهكارهايي جهت افزايش بازدهي انرژي و مصرف كمتر انرژي در اين پروسه ارايه دهيم. سپس به بررسي نحوه انتخاب المان هاي مختلف اين قسمت از يك مجتمع مايع سازي گاز طبيعي بپردازيم. در اين تحقيق ابتدا قسمت تبريد و مايع سازي پروسه فوق الذكر مدلسازي شده و منحني هاي حرارتي به وجود آمده در مبادله گرهاي اصلي در حالت بهينه نشده ارايه مي شود. بدين منظور براي پيش بيني خواص ترموديناميكي گاز طبيعي و مبردها از معادله حالت مناسب استفاده مي‌شود. در ادامه دو روش براي بهينه سازي مصرف انرژي در اين پروسه بر مبناي منحني هاي حرارتي در مبادله گرها ارايه مي گردد. در روش اول بهينه سازي بر مبناي قانون دوم ترموديناميك و كاهش تلفات اكسرژي با كم كردن فاصله منحني هاي حرارتي و اختلاف دما بين دو جريان مبرد و گاز طبيعي با پيشنهاد تركيب مبرد و مشاهده اثر آن بر اين منحني و ميزان مصرف انرژي انجام مي پذيرد. در روش دوم بهينه سازي توسط بهينه ساز هايسيس و بر مبناي امتحان تركيب هاي اتفاقي مبرد در سيكل هاي مايع سازي و فوق سرماساز انجام مي پذيرد. همگرايي تركيب و دبي مبردهاي پيشنهادي در روش اول و دوم صحت روش اول و درستي پيش بيني ها را مشخص مي كند. نتايج نشان مي دهد كه با استفاده از مفهوم فوق مي توان مصرف انرژي در اين پروسه را در شرايط يكسان توليد نسبت به حالت قبل از بهينه سازي MW 4/10 (36/5 % ) كاهش داد.

In this paper, we are going to improve the energy efficiency of an industrial C3MR base load LNG plant by changing its refrigerant components and its mole fractions in liquefaction and subcooling cycles based on the cooling curves generated in the main liquefaction and subcooling heat exchangers. Later on, selection features of the elements will be discussed. First, non-optimized C3MR plant models and the obtained cooling curves reveals. The process is modeled by using the Hysys R software. The PRSV equation of state is used for thermodynamics properties calculations both for the natural gas and the refrigerants. Two methods for modeling and optimization are explained and the results are compared. The first optimization method is done by a try and error method, which uses temperature vs. enthalpy diagrams or thermodynamics second law (Exergy loss). This method is based on decreasing the temperature difference between hot and cold streams. In the second method, optimizer of Hysys" is used. In this method, a random mole fraction suggests by optimizer at each step and the plantʹs consumption work calculates. By comparing the obtained consumptionʹworks and choosing the least one, the relative mole fractions determines as the optimized refrigerants. The convergence of results of method 1 and 2 (The mole fractions of liquefaction and subcooling refrigerants) proves the accuracy of these methods and the models and primary predictions. The results show7 that by optimization of mixed refrigerants, it is possible to decrease the energy demand about 10.4 MW (5.36 %).