LNG-FSRU再气化系统及冷能利用研究

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LNG-FSRU(LNG浮式储存再气化装置)是一种优点突出的新型海上LNG接受终端,近年来在全球范围内迅速发展。再气化系统是其关键部分,与陆上接受终端再气化系统不同;LNG-FSRU上有限的安装空间、多变的海上作业环境,对再气化系统的稳定性、可靠性和结构紧凑性等提出了更高要求。LNG再气化过程功能需求量大,同时释放巨大冷能(8MPa压力下每千克LNG气化升温至25℃释放约730kJ冷能),若能将这部分冷能合理、有效用于发电,则LNG-FSRU便可成为一种集天然气外输与电能供给于一体的海上能源站。查阅、分析并总结大量国内外文献,了解LNG-FSRU再气化系统的技术现状及发展趋势。以中间介质式再气化系统为主要研究对象,研究分析了系统运行特性,并就以低温朗肯循环为技术手段的冷能利用系统展开探究。对于中间介质式再气化系统,在R290、R600a、R717、R12四种工质中,R290综合性能良好,为优选工质。系统运行过程中,LNG气化压力越高海水消耗质量和R290循环质量均越小,这对减小系统模块空间占用率有积极意义。再气化系统中LNG高压泵的耗功较大,气化压力为8MPa和10MPa时,其耗功在系统总耗功中占比分别为45.9%和53%。LNG气化器出口天然气温度直接决定其热负荷,兼顾系统经济性和运行可靠性,认为LNG气化器热负荷占系统总热负荷的70%-80%较合适。此外,适当降低R290工作压力,可减小其与LNG的质量倍率。对于单级低温朗肯循环冷能利用式再气化系统,R143a、R152a、R290、R717、R134a、R1270六种工质中,从工质循环量、净输出功、系统?效率、环保性等对比分析认为:R290为优选循环工质。LNG气化压力8MPa、工质蒸发温度15℃时,系统?效率为8.1%,系统的?损失主要发生在工质冷凝器中(LNG气化器),占系统总?损失的67.3%。对于两级低温朗肯循环冷能利用式再气化系统,以R290为高温级循环工质时,在R23、R116、R170三种工质中,以R170为优选低温级循环工质。相对于单级系统,同样的LNG气化压力和工质蒸发温度下,系统?效率可提高至15.6%,两级系统冷能利用率明显优于单级系统。热源海水温度对系统净输出功影响较大,海水温度由20℃升至30℃时,系统净输出功增大10.53%。
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