混合制冷剂循环液化工艺能耗优化研究

王彬 王通

摘 要：混合制冷劑循环液化工艺是一种常用的天然气液化工艺，为减少能源消耗，实现节能环保，应积极对混合制冷剂循环液化工艺进行优化。文章对混合制冷剂循环液化工艺进行了分析，并探讨了混合制冷剂循环液化工艺的优化策略，以供借鉴、参考。

关键词：混合制冷剂;循环液化工艺;能耗;优化

天然气是一种清洁型能源，在环境污染问题日益加剧的当下，我国正在大力推广天然气。为便于存储与运输，通常是采取有效的工艺技术将天然气转化为液化天然气。混合制冷剂循环液化工艺是一种用于天然气处理的工艺技术，但实际应用混合制冷剂循环液化工艺的时候，由于受到各种因素的影响，容易发生能耗，因此有必要进行工艺优化。

1 混合制冷剂循环液化工艺

混合制冷剂循环液化工艺是将冷箱内混合制冷剂的热交换为变温过程，使得热物流、冷物流之间的传热温差保持在较低水平。混合制冷剂循环液化工艺由制冷循环、液化回路两部分组成。混合制冷剂循环液化工艺具有流程简单、效率较高以及设备投资较小等优势，但也有缺点，主要是混合制冷剂配比的复杂程度与其制冷效果是相互影响的，同时混合制冷剂配比也影响着能源消耗的多少。由此可以看出，为实现能耗的降低，关键在于对混合制冷剂的配比进行合理确定。

2 混合制冷剂循环液化工艺能耗优化分析

2.1制冷剂配比的优化

实际应用混合制冷剂循环液化工艺的时候，混合制冷剂的配比直接影响着该工艺效果的优劣，同时也在一定程度上决定着能耗的高低。因此，必须对混合制冷剂的配比进行优化，可以从以下两个方面入手：

1）遗传算法。对混合制冷剂的配比进行优化的时候，可以应用遗传算法，得到最优解。具体来说便是，对决策变量、约束条件进行明确，构建配比优化模型，并确定优化方法。采取量化评价法，再对遗传算子进行优化设计，最后应用遗传算法对相关运行参数进行确定。遗传算法可以解决复杂的离散问题、非线性问题。

2）技术优化。对混合制冷剂的配比进行优化的时候，应在HYSYS技术的基础上进行再开发。HYSYS技术有着诸多优势，其软件架构相对较好，同时还具有对象连接融入技术，因此其工作可以化繁为简，不再取决于语言架构，可采取远程组件的方式来完成。目前，采用HYSYS软件，可开放数百个对象，同时其中包含的研究方式多达数千种。可以采取Visual Basic程序进行访问，根据所采取的访问方法，查看其类库对象与属性，然后调整变量值。通过应用Visual Basic程序，可以有效调整变量值，且摆脱了时间的限制，其变量申明一般是属于Dim，这一对象变量通常为一般对象，编写程序的时候，也会遇到一定的限制。

综上，对混合制冷剂的配比进行优化的时候，应采用遗传算法，并与HYSYS技术结合起来，对混合制冷剂的配比进行分析，可分为三个部分：1）针对配比优化问题，应在明确决策变量的同时确定限制条件;2）设定遗传参数及其运算程序;3）利用Visual Basic程序访问HYSYS，得到最优结果。为确保计算结果的准确性，在上述过程中，可将其种群数设定为200，将其他参数设定为默认值，然后采用VB程序建立工艺流程模型，进行适当调整，关键是应对制冷剂构成进行合理调整。在此基础上，借助HYSYS软件进行模拟核算，基于配比条件，得到相应比功耗值，将其应用到Matlab中。如果该工艺流程模型未收敛，则Matlab中的比值为10。根据实际模拟效果，液化流程中，比功耗值应为2，但HYSYS模型未收敛，提示，还要接着调整混合制冷剂的配比，重复这一计算过程，直至完全排除不合理的个体为止。以甲烷含量100%、50%、20%为例，通过采取上述方案进行优化，得到的优化结果如表1所示。

2.2工艺流程的优化

实际应用混合制冷剂循环液化工艺的时候，为实现能耗的降低，应对工艺流程进行优化，可以从以下两个方面入手：

1）确定目标函数与约束条件。对混合制冷剂循环液化工艺进行分析，明确目标函数，主要从压缩机功耗、甲烷预冷量两个方面完成。约束条件主要包括，其一，首个换热器的制冷剂、热端面应位于两个相区，从而在分离器的基础上产生气、液两种不同的状态;其二，制冷器处于气相状态;其三，确保换热器端面无负温差，采取别的换热器进行分析时，明确传热温差的时候，应以端面温差为依据;其四，设立换热器的熵增，确保全部换热器熵增均大于0，避免负温差的出现;其五，在每个调节阀的开关处设置相应的降温措施，为其提供驱动力，实现全部换热器之间的互相传热。

2）明确参数值与最优值。明确流程参数与最优值之前，应对制冷剂配比进行深入分析，得到数据之后进行分析，也可以将配比参数落实到优化后的工艺流程中去，设置上限、下限，以便于调整自变量，然后将优化值、目标函数导入其中。这个过程中，应高度重视迭代次数、最大变量、容差等参数，开启优化器后，自动完成优化。最优值为6.726的时候，热端面处于高压时压力为2.4Pa，温度为0.42℃;处于低压时，压力为117.2Pa，温度为0.12℃。混合制冷剂中通常含有一定的甲烷，摩尔分率应达到0.55。最优值不同的情况下，对应流程参数也要有一定不同，应具体情况具体分析。通过分析发现，有回热的工艺流程能耗相对较少，同时效果也比较好，因此，在对工艺流程进行优化的时候，可以从双级循环工艺入手，减少设备所需成本，尽可能地降低工艺的能耗。例如，某天然气工厂便是采取了上述方法对相关装置进行优化，该装置便是采取双级循环工艺，还应用了三级节流制冷工艺。装置改造完成后，产量得到了明显提高，且整体运行稳定性、安全性较好，能耗也得到了降低。

3 结语

混合制冷剂循环液化工艺具有诸多优势，有着良好的应用前景。但能耗问题制约着混合制冷剂循环液化工艺的应用效果及其推广。因此，有必要对混合制冷剂循环液化工艺进行优化，例如可以对混合制冷剂的配比进行优化、对工艺流程进行优化，来达到降低能耗、减少成本、提高效益的目的，更好地发挥混合制冷剂循环液化工艺的作用，助力环保事业发展。

参考文献：

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