CN114893950A - 一种天然气液化工艺运行参数优化方法 - Google Patents

一种天然气液化工艺运行参数优化方法 Download PDF

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gas liquefaction
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liquefaction process
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李�昊
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Abstract

本发明公开了一种天然气液化工艺运行参数优化方法，包括以下步骤：步骤1：建立天然气液化工艺流程；步骤2：将系统
Figure DDA0003595102440000011
效率指标作为步骤1得到的工艺流程的能效指标；步骤3：将系统最终产品的LNG热经济学成本作为步骤1得到的工艺流程的经济指标；步骤4：以步骤2中的
Figure DDA0003595102440000012
效率和LNG热经济学成本为目标，以板式换热器最小换热温差为约束条件，通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化；本发明方法避免了目标函数与运行参数拟合过程产生的误差，优化结果与实际更为接近；建立的优化模型具有较高灵活性，可任意改变目标函数、优化变量。

Description

一种天然气液化工艺运行参数优化方法
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种天然气液化工艺运行参数优化方法。
背景技术
液化天然气LNG凭借能量密度高、便于储存、运输灵活等特点，越来越受到市场欢迎。LNG整个产业链由天然气净化、液化、储存、运输、接收环节构成，其中天然气液化环节所使用的技术和资金最为密集。目前，我国的天然气液化工厂主要有两方面的挑战，一是国外天然气气源价格更具优势；二是国外普及的天然气液化工艺规模更大。因此，有必要对已建成的天然气液化工厂进行优化，开发工艺潜力，提升市场竞争力。为此，需研究天然气液化工艺的能效评价和经济评价，提出天然气液化工艺运行参数优化方法。
天然气液化工艺作为一个复杂的能量转化系统，影响其能效和经济性的因素众多。为使工艺达最佳运行工况，研究人员对工艺主要操作运行参数的优化进行研究。通过分析关于天然气液化工艺的评价和运行参数优化研究的研究，发现目前，研究人员多以天然气液化工艺的LNG比功耗为优化目标。优化天然气液化工艺的压缩机出口压力、混合冷剂配比等参数。但是这些研究未综合考虑系统能效性、经济性，以提高工艺能效和经济为目标的运行参数优化研究较少。在双碳目标和能源价格上涨的情况下，急需一种能同时保证天然气液化工艺的能效性、经济性，寻求天然气液化工艺最佳运行参数的方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种可以提高工艺的能效性、经济性的天然气液化工艺运行参数优化方法。
本发明采用的技术方案是：
一种天然气液化工艺运行参数优化方法，包括以下步骤：
步骤1：建立天然气液化工艺流程；
步骤2：将系统
Figure BDA0003595102420000012
效率指标作为步骤1得到的工艺流程的能效指标；
步骤3：将系统最终产品的LNG热经济学成本作为步骤1得到的工艺流程的经济指标；
步骤4：以步骤2中的
Figure BDA0003595102420000013
效率和LNG热经济学成本为目标，以板式换热器最小换热温差为约束条件，通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化。
进一步的，所述步骤2中的系统
Figure BDA0003595102420000014
效率如下：
Figure BDA0003595102420000011
式中：ξ为系统
Figure BDA0003595102420000015
效率，Eout为工艺的输出
Figure BDA0003595102420000016
Ein为工艺的输入
Figure BDA0003595102420000017
W为工艺总能耗。
进一步的，所述步骤3中经济指标确定过程如下：
S1：确定天然气液化工艺流程各物流
Figure BDA0003595102420000024
值、各设备的非能量成本和各设备的能量成本；
S2：根据天然气液化工艺流程各设备的燃料-产品定义建立各设备的热经济学成本平衡方程和补充方程；
S3：通过逆矩阵法求解建立的方程组，得每股物流的热经济学成本，将其中的LNG热经济学成本作为系统经济指标。
进一步的，所述步骤4中优化过程目标函数如下：
目标函数为系统
Figure BDA0003595102420000025
效率和LNG热经济学成本：
mindouble(X)＝min(f1(x),f2(x))
Figure BDA0003595102420000021
f1(x)＝CLNG
式中：double(X)为双优化目标，X为待优化变量，W为电量，Eout为工艺输出
Figure BDA0003595102420000026
Ein为工艺的输入
Figure BDA0003595102420000027
CLNG为LNG热经济学成本。
进一步的，所述步骤4中优化过程约束条件如下：
以板式换热器最小传热温差大于3℃为约束条件，采用罚函数将不满足热约束条件的种群及目标函数值淘汰：
JP＝f(X)·e5h(t)
h(t)＝Max(0,3-Δtmin,H-1)+Max(0,3-Δtmin,H-2)
式中：JP为惩罚后的目标函数值，f(X)为目标函数值，h(x)为惩罚系数变量，Max为区间内的最大值的函数，Δtmin,H-1为换热器H-1的最小传热温差，Δtmin,H-2为换热器H-2的最小传热温差。
进一步的，所述步骤4中优化过程中通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化，得到该优化问题的非劣解集；通过优劣解距离法评价非劣解集的各解，选择最优解；评价得到Ui最高的则为最优解；
Figure BDA0003595102420000022
Figure BDA0003595102420000023
Figure BDA0003595102420000031
式中：
Figure BDA0003595102420000032
为第i个评价对象与最大值的距离，
Figure BDA0003595102420000033
为第i个评价对象与最小值的距离，Ui为第i个评价对象的归一化得分，Bij为第i个评价对象的第j目标的值，
Figure BDA0003595102420000034
为评价对象的第j目标的理想值，
Figure BDA0003595102420000035
为评价对象的第j目标的不理想值，m为目标个数。
本发明的有益效果是：
本发明方法避免了目标函数与运行参数拟合过程产生的误差，优化结果与实际更为接近；建立的优化模型具有较高灵活性，可任意改变目标函数、优化变量。
附图说明
图1为本发明实施例中天然气液化工艺的流程示意图。
图2为本发明实施例中建立的天然气液化工艺工艺流程模拟示意图。
图3为本发明实施例中优化程序逻辑框架图。
图4为本发明实施例中优化后的非劣解集。
图5为本发明方法流程示意图。
图1中：1,4-20为冷剂循环过程中的各物流编号；30-33,35,36为天然气液化过程中的各物流编号；41-46,48,49为蒸发气再液化过程中的各物流编号；C6为脱离出的重烃；H2为闪蒸脱除的氢气；N2为闪蒸脱除的氮气；LNG为液化天然气产品；BOG为闪蒸气；NG为原料天然气；C为压缩机代号；E为水冷器代号；P为冷剂泵代号；H为板式换热器代号；S为分离器代号；V为节流阀代号；T为分流器代号；M为混合器代号；W为输入的电量；Q为输入的热量。
图2中：1-21为冷剂循环过程中的各物流编号；30-37为天然气液化过程中的各物流编号；40-49为蒸发气再液化过程中的各物流编号；C6为脱离出的重烃；H2为闪蒸脱除的氢气；N2为闪蒸脱除的氮气；LNG为液化天然气产品；BOG为闪蒸气；NG为原料天然气；C为压缩机代号；E为水冷器代号；P为冷剂泵代号；H为板式换热器代号；S为分离器代号；V为节流阀代号；T为分流器代号；M为混合器代号；W为输入的电量；Q为输入的热量。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
一种天然气液化工艺运行参数优化方法，包括以下步骤：
步骤1：建立天然气液化工艺流程；采用流程模拟软件Aspen HYSYS，基于天然气液化工艺的实际生产工艺、设备热力模型和运行参数，建立该工艺的流程模拟。本实施例中天然气液化工艺基本流程如图1所示，Aspen HYSYS所建立的天然气液化工艺流程模拟如图2所示。
步骤2：将系统
Figure BDA0003595102420000044
效率指标作为步骤1得到的工艺流程的能效指标；
基于
Figure BDA0003595102420000045
分析方法，根据灰箱分析模型，绘制天然气液化工艺的
Figure BDA0003595102420000046
流框图(如图3所示)，建立该工艺的系统
Figure BDA0003595102420000047
效率指标。
系统
Figure BDA0003595102420000048
效率如下：
Figure BDA0003595102420000041
式中：ξ为系统
Figure BDA0003595102420000049
效率％，Eout为工艺的输出
Figure BDA00035951024200000410
kW，Ein为工艺的输入
Figure BDA00035951024200000411
kW，W为工艺总能耗，kW。
具体到该实施例，天然气液化工艺的
Figure BDA00035951024200000412
效率为：
Figure BDA0003595102420000042
式中：ELNG为LNG的
Figure BDA00035951024200000413
值，kW，EC6为重烃C6的
Figure BDA00035951024200000414
值，kW，EN2为脱除的氮气的
Figure BDA00035951024200000415
值，kW，EH2为脱除的氢气的
Figure BDA00035951024200000416
值，kW，ENG为原料天然气的
Figure BDA00035951024200000417
值，kW，E自用为工厂自用的部分BOG，kW。根据上式计算得到该工艺100％负荷时系统效率为31.85％。
步骤3：将系统最终产品的LNG热经济学成本作为步骤1得到的工艺流程的经济指标；
基于会计模式热经济学方法，建立该工艺各设备的燃料-产品，建立系统热经济学成本模型。
经济指标确定过程如下：
S1：确定天然气液化工艺流程各物流
Figure BDA00035951024200000418
值、各设备的非能量成本和各设备的能量成本；
S2：根据天然气液化工艺流程各设备的燃料-产品定义建立各设备的热经济学成本平衡方程和补充方程；
各设备的燃料-产品定义如表1所示：
表1.主要设备燃料-产品定义表
Figure BDA0003595102420000043
Figure BDA0003595102420000051
其中，W为电量，kW，E为
Figure BDA0003595102420000053
流，kW，下标in表示设备进口物流的，下标out表示设备出口物流的，下标ph表示物理上的，下标lt表示低温物流的，下标ht表示高温物流的。
本实施例中主要设备燃料-产品定义表如表2所示
表2.本实施例主要设备燃料-产品定义表
Figure BDA0003595102420000052
根据各设备的燃料-产品定义建立补充方程，其基本原则是设备产品的单位热经济学成本是相等的。各设备的热经济学成本平衡方程和补充方程如表3：
表3.设备热经济平衡方程及辅助方程
Figure BDA0003595102420000061
其中，C为热经济学成本，元/h，Z为非能量成本，元/h。
按照本实施例上述实例建立的各设备的热经济学平衡方程和补充方程如表4所示。
表4.本实施例设备热经济平衡方程及辅助方程
Figure BDA0003595102420000062
Figure BDA0003595102420000071
S3：通过逆矩阵法求解建立的方程组，得每股物流的热经济学成本，将其中的LNG热经济学成本作为系统经济指标。
在表4的方程组中，已知和未知的参数共有59个，将方程组、已知参数等式中的系数转化为59×59的可逆矩阵A，将等式结果记为向量B。在矩阵A中，每一列数字对应各代数在不同等式的系数，每一行的系数乘以对应代数之和等于向量B对应的结果。该工艺在100％负荷运行时的矩阵A和向量B如下所示，通过逆矩阵法求解该方程组，可解得方程组中所有数据X，X＝A-1B。
Figure BDA0003595102420000072
根据上式求解热经济成本平衡方程组，得各物流的热经济学成本，其中LNG热经济学成本为91828.25元/h。
步骤4：以步骤2中的
Figure BDA0003595102420000073
效率和LNG热经济学成本为目标，以板式换热器最小换热温差为约束条件，通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化。
使用时，以Aspen HYSYS和Matlab数据交互，实现Matlab对Aspen HYSYS中的电子表格的读取数值、赋予数值。
Matlab调用Aspen HYSYS的句柄如下：
HYSYS＝actxserver(HYSYS.Application)
Matlab与Aspen HYSYS中的数据表格交互句柄如下：
sheet＝op.Item('SPRDSHT-1')
Matlab提取Aspen HYSYS数据表格数据的句柄如下：
hycell＝CellNameString.cell
Matlab向Aspen HYSYS数据表格赋值的句柄如下：
hyset＝CellObjects.cell
然后构建工艺运行参数的双目标优化模型：
以天然气液化工艺的系统
Figure BDA0003595102420000082
效率和LNG热经济学成本为目标，以板式换热器最小换热温差为约束条件，以工艺的压缩机出口压力、冷箱出口温度、混合冷剂配比为优化变量。
目标函数为系统
Figure BDA0003595102420000083
效率和LNG热经济学成本，系统
Figure BDA0003595102420000084
效率越高越好，LNG热经济学成本越低越好。
mindouble(X)＝min(f1(x),f2(x))
Figure BDA0003595102420000081
f1(x)＝CLNG
式中：double(X)为双优化目标，X为待优化变量，W为电量，kW，Eout为工艺输出
Figure BDA0003595102420000085
kW，Ein为工艺的输入
Figure BDA0003595102420000086
kW，CLNG为LNG热经济学成本，元/h。
以板式换热器最小传热温差大于3℃为约束条件，采用罚函数将不满足热约束条件的种群及目标函数值淘汰，使优化过程在约束条件内进行。罚函数使不满足约束条件情况下得到的目标函数值变大：
JP＝f(X)·e5h(t)
h(t)＝Max(0,3-Δtmin,H-1)+Max(0,3-Δtmin,H-2)
式中：JP为惩罚后的目标函数值，f(X)为目标函数值，h(x)为惩罚系数变量，Max为区间内的最大值的函数，Δtmin,H-1为换热器H-1的最小传热温差，℃，Δtmin,H-2为换热器H-2的最小传热温差，℃。
以工艺的压缩机出口压力、冷箱出口温度、混合冷剂配比为优化变量。其中压缩机出口压力范围满足各自的特性曲线。混合冷剂中各组分的摩尔流量的变化不超过基础值的±20％，如表5所示。
表5.待优化变量的上限及下限
Figure BDA0003595102420000091
优化过程中通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化，得到该优化问题的非劣解集；通过优劣解距离法评价非劣解集的各解，选择最优解；评价得到Ui最高的则为最优解；本实施例中优化程序逻辑图如图3所示。
通过非支配遗传算法得到该工艺运行参数的非劣解集，具体结果如表6和图4所示。
表6.该工艺运行参数的非劣解集
Figure BDA0003595102420000092
Figure BDA0003595102420000093
Figure BDA0003595102420000094
Figure BDA0003595102420000101
式中：
Figure BDA0003595102420000102
为第i个评价对象与最大值的距离，
Figure BDA0003595102420000103
为第i个评价对象与最小值的距离，Ui为第i个评价对象的归一化得分，Bij为第i个评价对象的第j目标的值，
Figure BDA0003595102420000104
为评价对象的第j目标的理想值，
Figure BDA0003595102420000105
为评价对象的第j目标的不理想值，m为目标个数。
根据上述优劣解距离法评价非劣解集的各解，各解的评分如表7所示。
表7.该非劣解集中各解的评分
Figure BDA0003595102420000106
评分最高的运行参数方案是2号，其详细的运行参数如表8所示。
表8.2号方案的运行参数
Figure BDA0003595102420000107
优化后的压缩机C-1、压缩机C-2的出口压力下降，接近最低下限。压缩机C-3的出口压力略有提升；混合冷剂的流量增大、冷箱出口温度变低。作为优化目标的系统
Figure BDA0003595102420000108
效率和LNG热经济学成本得到了改善。系统
Figure BDA0003595102420000109
效率由31.85％升高到35.81％，提高了3.96％。LNG热经济学成本由91828.25元/h降低到91374.13元/h，降低了454.12元/h。
本发明建立了双目标优化模型，具有较高灵活性，可任意改变目标函数、优化变量。避免了目标函数与运行参数拟合过程产生的误差，优化结果与实际更为接近。本发明中Aspen HYSYS作为计算服务器提供工艺各物流的物性参数以及目标函数值。Matlab则提供优化方法，求解双目标优化模型。实现了以工艺系统
Figure BDA00035951024200001010
效率、LNG热经济学成本为优化目标的运行参数优化。

Claims (6)

1.一种天然气液化工艺运行参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立天然气液化工艺流程；
步骤2：将系统
Figure FDA0003595102410000013
效率指标作为步骤1得到的工艺流程的能效指标；
步骤3：将系统最终产品的LNG热经济学成本作为步骤1得到的工艺流程的经济指标；
步骤4：以步骤2中的
Figure FDA0003595102410000014
效率和LNG热经济学成本为目标，以板式换热器最小换热温差为约束条件，通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化。
2.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺运行参数优化方法，其特征在于，所述步骤2中的系统
Figure FDA0003595102410000015
效率如下：
Figure FDA0003595102410000011
式中：ξ为系统
Figure FDA0003595102410000016
效率，Eout为工艺的输出
Figure FDA00035951024100000113
Ein为工艺的输入
Figure FDA00035951024100000114
W为工艺总能耗。
3.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺运行参数优化方法，其特征在于，所述步骤3中经济指标确定过程如下：
S1：确定天然气液化工艺流程各物流
Figure FDA0003595102410000019
值、各设备的非能量成本和各设备的能量成本；
S2：根据天然气液化工艺流程各设备的燃料-产品定义建立各设备的热经济学成本平衡方程和补充方程；
S3：通过逆矩阵法求解建立的方程组，得每股物流的热经济学成本，将其中的LNG热经济学成本作为系统经济指标。
4.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺运行参数优化方法，其特征在于，所述步骤4中优化过程目标函数如下：
目标函数为系统
Figure FDA00035951024100000110
效率和LNG热经济学成本：
min double(X)＝min(f1(x),f2(x))
Figure FDA0003595102410000012
f1(x)＝CLNG
式中：double(X)为双优化目标，X为待优化变量，W为电量，Eout为工艺输出
Figure FDA00035951024100000115
Ein为工艺的输入
Figure FDA00035951024100000116
CLNG为LNG热经济学成本。
5.根据权利要求4所述的一种天然气液化工艺运行参数优化方法，其特征在于，所述步骤4中优化过程约束条件如下：
以板式换热器最小传热温差大于3℃为约束条件，采用罚函数将不满足热约束条件的种群及目标函数值淘汰：
JP＝f(X)·e5h(t)
h(t)＝Max(0,3-Δtmin,H-1)+Max(0,3-Δtmin,H-2)
式中：JP为惩罚后的目标函数值，f(X)为目标函数值，h(x)为惩罚系数变量，Max为区间内的最大值的函数，Δtmin,H-1为换热器H-1的最小传热温差，Δtmin,H-2为换热器H-2的最小传热温差。
6.根据权利要求5所述的一种天然气液化工艺运行参数优化方法，其特征在于，所述步骤4中优化过程中通过非支配遗传算法对天然气液化工艺流程的运行参数进行优化，得到该优化问题的非劣解集；通过优劣解距离法评价非劣解集的各解，选择最优解；评价得到Ui最高的则为最优解；
Figure FDA0003595102410000021
Figure FDA0003595102410000022
Figure FDA0003595102410000023
式中：
Figure FDA0003595102410000024
为第i个评价对象与最大值的距离，
Figure FDA0003595102410000025
为第i个评价对象与最小值的距离，Ui为第i个评价对象的归一化得分，Bij为第i个评价对象的第j目标的值，
Figure FDA0003595102410000026
为评价对象的第j目标的理想值，
Figure FDA0003595102410000027
为评价对象的第j目标的不理想值，m为目标个数。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103093017A (zh) * 2011-11-04 2013-05-08 新奥科技发展有限公司 分布式能源系统设计方法
CN103455850A (zh) * 2013-08-07 2013-12-18 东南大学 分布式冷热电联供系统并网运行在线优化方法
CN103473597A (zh) * 2013-09-05 2013-12-25 中国寰球工程公司 一种基于遗传算法的天然气液化流程工艺参数优化方法
CN110173958A (zh) * 2019-05-31 2019-08-27 新奥数能科技有限公司 一种天然气液化制冷优化方法及装置
CN114035434A (zh) * 2021-11-22 2022-02-11 西南石油大学 一种燃气-蒸汽联合循环发电系统运行优化方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103093017A (zh) * 2011-11-04 2013-05-08 新奥科技发展有限公司 分布式能源系统设计方法
CN103455850A (zh) * 2013-08-07 2013-12-18 东南大学 分布式冷热电联供系统并网运行在线优化方法
CN103473597A (zh) * 2013-09-05 2013-12-25 中国寰球工程公司 一种基于遗传算法的天然气液化流程工艺参数优化方法
CN110173958A (zh) * 2019-05-31 2019-08-27 新奥数能科技有限公司 一种天然气液化制冷优化方法及装置
CN114035434A (zh) * 2021-11-22 2022-02-11 西南石油大学 一种燃气-蒸汽联合循环发电系统运行优化方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEHDI MEHRPOOYA, HOJAT ANSARINASAB: "Exergoeconomic evaluation of single mixed refrigerant natural gas liquefaction processes", 《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》 *
李昊 等: "单级混合冷剂天然气液化工艺优化及分析", 《天然气化工—C1化学与化工》, vol. 46, no. 4, pages 84 - 89 *
李鸿坤、陈坚红、盛德仁、李蔚: "联合循环机组热经济学H&S方法建模及性能评价", 《浙江大学学报》, pages 116 - 122 *
王彤彤: "利用液化天然气冷能回收内燃机余热的双级有机朗肯循环系统的分析及优化", 《山东大学2020年硕士毕业论文》, pages 52 - 54 *
郭媛媛 等: "利用LNG冷能的三级发电系统工质筛选及优化", 《天然气化工—C1化学与化工》, vol. 46, no. 5, pages 88 - 95 *

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