【摘 要】
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浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）相当于海上液化天然气工厂,集天然气开采、预处理、液化、存储和外输于一体。填料塔是FLNG天然气预处理工艺核心装置,与陆上工作环境相比,FLNG上的填料塔（“FLNG填料塔”）的支撑基础是运动的浮体,因此其性能将遭受浮体运动的影响。目前普遍认为:浮体运动将对FLNG填料塔工作性能带来不利影响,导致天然气预处理不达标,为下游液化工艺带来安全隐患。FLNG填料塔传质
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浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）相当于海上液化天然气工厂,集天然气开采、预处理、液化、存储和外输于一体。填料塔是FLNG天然气预处理工艺核心装置,与陆上工作环境相比,FLNG上的填料塔（“FLNG填料塔”）的支撑基础是运动的浮体,因此其性能将遭受浮体运动的影响。目前普遍认为:浮体运动将对FLNG填料塔工作性能带来不利影响,导致天然气预处理不达标,为下游液化工艺带来安全隐患。FLNG填料塔传质性能是影响天然气净化工艺的核心因素。本文采用六自由度运动台作为支撑基础,建立三种尺度FLNG填料塔实验装置,基于填料塔传质性能关键参量——有效面积,提出以有效面积变化率为评价指标,研究实验体系中关联要素及支撑基础运动对FLNG填料塔传质性能的影响;研究FLNG填料塔液体分布数值模拟计算方法。本文主要研究工作归纳如下:（1）通过小尺度FLNG填料塔,采用“NaOH-CO2”实验体系,研究了倾斜及横摇运动对松散填料和规整填料传质性能影响。基于总体积吸收速率和总体积传质系数等指标,增大液相参数（液相喷淋密度、NaOH溶液浓度）可通过改善塔内液体分布和提高气液界面液相浓度减弱倾斜引起的不利影响;提高气相参数（气速、CO2体积分数）则会进一步增强倾斜带来的不利影响;横摇运动增强填料塔传质性能,颠覆了当前观点。（2）通过中尺度FLNG填料塔,采用“NaOH-空气”实验体系,进一步研究了横摇运动对三种规整填料传质性能的影响。横摇运动对填料塔传质性能的影响（增强或恶化）与液相喷淋密度、气速及横摇速度有关。对比三种规整填料,高比表面积填料在横摇运动下传质性能增强。（3）通过大尺度FLNG填料塔,采用“NaOH-空气”实验体系,全面研究了倾斜、横摇、横荡、垂荡运动对其传质性能的影响。倾斜状态导致传质性能下降;横摇运动对其传质性能的影响（增强或恶化）与气速和横摇速度有关;其中,提高横摇速度或降低气速,将导致传质性能强化;横荡和垂荡运动总体上导致传质性能下降。（4）针对大尺度FLNG填料塔,对典型规整填料提出加装隔板方案,采用“NaOH-空气”实验体系,全面研究加装隔板规整填料在倾斜、横摇、横荡以及垂荡运动下的传质性能。倾斜状态导致传质性能下降;横摇、横荡及垂荡运动总体上导致传质性能提高。采用加装隔板规整填料是解决因支撑基础运动导致其传质性能下降问题的必要和可行途径。（5）开展了横摇运动规整填料塔液体分布数值模拟计算方法研究。针对液相在规整填料中的流动特性,提出修正多孔阻力系数且保留一个径向扩散力的策略建立了Euler-Euler各向异性多孔介质数值模型。在横摇运动下,填料塔内液相分布呈现周期性变化且变化周期为横摇周期一半,填料塔中上部区域液相分布不均匀性显著。
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