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丙烷預冷混合制冷劑分離液化可以采用一次分離或二次分離。二次分離液化流程與一次分離液化流程相比，系統多了一個分離器、 一個液相節流閥、一個換熱器，但兩者換熱面積相差不大。二次分離流程工藝計算卻復雜了很多， 一次工藝計算需幾十個機時。增加一個分離器的目的是減少混合制冷劑的預冷熱負荷，即一次分離后的氣相經冷卻后為氣、 液兩相，為使液相即刻節流產冷而增加二次分離器，分離出的液相經節流而產冷，余氣再經過過冷器冷卻、 液化，再節流產冷。

進入21世紀，我國天然氣事業得到飛速發展，天然氣已經廣泛應用于各行各業。天然氣長輸管道輸送項目建設周期長、投資巨大，靠天然氣長輸管道輸送供氣，下游天然氣市場供不應求，部分地區、城市、大型用戶用氣高峰季節出現氣荒。近年來，天然氣( 煤層氣) 液化項目紛紛上馬，天然氣(煤層氣)液化工藝能耗指標優劣取決于制冷循環工藝，丙烷預冷混合制冷劑分離液化工藝是混合制冷循環工藝之一， 也是國外大型天然氣液化廠普遍采用的液化工藝。如圖1所示

（1）選擇制冷劑；

（2）求循環量最小的制冷劑配比；

（3）求混合制冷劑壓縮機出口壓力；

（4）求天然氣壓縮機出口壓力。

丙烷預冷混合制冷劑二次分離液化工藝流程見圖1。此流程適于大規模天然氣液化生產。天然氣液相節流閥后，氣相分率V = 0，丙烷循環流程同一次分離流程，各節點參數也相同。計算結果見圖1所示。

以p₁=4.5～5.5MPa，按上述過程求天然氣壓力。天然氣的壓力越高，其需冷量越小，則混合制冷劑的循環量越小，混合制冷劑壓縮機的功率越小，然而天然氣壓力越高，天然氣壓縮機的功率越大。經試算，天然氣的壓力約為4.8MPa 時，綜合能耗處于較低值。^[1]

液化天然氣由于其本身的*性，近年來得到了快速發展。天然氣液化后便于進行經濟可靠的運輸，提高儲存效率和安全保證，有利于城市負荷的調節，并且對環境效益顯著。在天然氣液化工藝中，20世 紀70年代后期 和80年代初期，美國空氣液化公司成功開發出丙烷預冷的混合制冷劑液化技術，在大型液化天然氣工廠得到廣泛的應用。到2003年，世界上液化天然氣產量的85%使用丙烷預冷的混合制冷劑液化工藝，其中預冷段采用丙烷制冷劑，液化段采用混合制冷劑，很好地提高了液化率和制冷劑循環效率。

天然氣液化裝置運行時，外界條件是時刻變化的，在存在擾動的情況下系統運行的穩定性是選擇液化工藝的一個重要因素，而動態仿真是驗證液化工藝穩定性的重要手段。國外對液化工藝的動態仿真起步較早，相關文獻建立了液化工藝中主要設備的動態模型并對液化工藝進行了動態仿真，并對單級混合制冷劑液化工藝和多級混合制冷劑液化工藝進行了簡單的動態仿真。挪威科技大學對混合制冷劑液化工藝的動態仿真做了大量的工作，以挪威建設的大型天然氣液化裝置為基礎建立了混合制冷劑液化工藝中主要設備的動態模型，并對級聯式混合制冷劑液化工藝、單級混合制冷劑液化工藝和多級混合制冷劑液化工藝進行了動態仿真及控制方式的研究，但是僅僅局限于天然氣流量擾動時的動態仿真，沒有進行存在其他擾動變化時的動態仿真。相對來說國內對混合制冷劑的動態仿真起步較晚，主要集中在上海交通大學、哈爾濱工業大學。上海交通大學從20世紀90年代開始從事天然氣液化相關技術的研究，主要是采用數值模擬方法進行液化工藝的分析和研究，哈爾濱工業大學主要針對混合制冷劑循環進行動態仿真研究、流程操作特性和適應性研究。

由于實際情況中原料氣的入口壓力、溫度、組分均存在變化的可能，需要針對丙烷預冷混合制冷劑液化工藝進行動態仿真，并對其原料氣敏感性進行分析。通過分別添加原料氣壓力、溫度、組分的擾動，得到了混合制冷劑、丙烷制冷劑、原料氣3個工藝系統的動態響應，從而驗證丙烷預冷混合制冷劑液化工藝在原料氣入口條件擾動時的穩定性和可靠性。

利用AspenHSYSY建立動態仿真模型，如圖2所示。動態仿真時，首先根據丙烷預冷混合制冷劑液化工藝建立流程的穩態模型，并以穩態模型的結果作為建立動態模型的初值，然后根據實際中的設備參數及邊界條件進行動態參數的設定，并增加PID控制器。動態模型采用壓力驅動的方式實現，模型中的流量通過阻力和壓力差計算，因此模型中需要設置各個壓縮機的功率和效率以及閥門等阻力件的開度和流量系數，從而得到合理的流量。

通過動態仿真的方式給丙烷預冷混合制冷劑液化工藝流程分別添加原料氣入口壓力、溫度、組分的擾動，獲得混合制冷劑、丙烷制冷劑、原料氣3個工藝系統的響應。當原料氣壓力擾動時，混合制冷劑系統需要160～250min恢復穩定，丙烷制冷劑系統需要160min、左右恢復穩定，原料氣系統需要160min左右恢復穩定；當原料氣溫度擾動時，混合制冷劑系統需要60～80min恢復穩定，丙烷制冷劑系統需要20～30min恢復穩定，原料氣系統需要20～80min恢復穩定；當原料氣組氣擾動時，混合制冷劑系統需要150min左右恢復穩定，丙烷制冷劑系統需要140min左右恢復穩定，原料氣系統需要30～160min恢復穩定。驗證了丙烷預冷混合制冷劑液化工藝在原料氣入口條件擾動時的穩定性和可靠性。而且原料氣壓力和組分的擾動對系統影響較大，系統恢復穩定所需時間教長；原料氣溫度的擾動對系統影響相對較小，系統恢復穩定所需時間較短。^[2]