天然氣輸送管道保冷層厚度的選擇

天然氣輸送管道保冷層厚度的選擇

1投資分攤費用及運行費用的計算在一定條件下，在液化天然氣管道中，當兩個冷卻站之間的距離和送送壓力發(fā)生變化時，年冷層投資的分配成本和運營成本應被優(yōu)化，以優(yōu)化lng管道中冷容量的厚度。式中:δ為保冷層厚度,m;f1(δ)為年保冷層投資的分攤費用,萬元;f2(δ)為運行費用,萬元。年保冷層投資分攤費用及運行費用計算公式見式(2)、式(3):式中:N為保冷層工程年投資分攤率;Mb為保冷層材料費用,萬元;Ms為施工費用,萬元;Md為動力費用,萬元;Mr為制冷費用,萬元.保冷層材料費用和施工費用可用式(4)、式(5)表示,管道的動力費用和制冷費用可用式(6)、式(7)表示:式中:d為管道內(nèi)徑,m;L為管長,m;B為保溫材料價格,元/m3;φ為施工費用系數(shù);α1為電價,元/(kW·h);Δp為管道總壓降,Pa;Qv為管內(nèi)流體的體積流量,m3/s;τ為管道年運行時間,s;η為泵機組效率;q為管道單位長度的冷損失,W/m;S1為冷量價格,元/(kW·h);ρ為LNG密度,kg/m3;ν為LNG運動黏度,m2/s;ta為環(huán)境溫度,℃;t0為保冷層內(nèi)表面溫度,℃;λ為絕熱材料平均導熱系數(shù),W/(m·K);α為管道外表面換熱系數(shù),W/(m2·K)。2強制安裝條件的確定2.1lng管輸?shù)臒醾鲗П＠浣Y(jié)構(gòu)的外表面溫度要高于水蒸氣的露點溫度。埋地LNG管道保冷材料易吸收土壤中的水分而受潮,導致保冷層的導熱率增加數(shù)倍,外部熱量將大量傳入管道,而LNG吸收少量熱量便會造成部分氣化,產(chǎn)生大量氣體。因此,需防止保冷層外表面結(jié)露。式中:tw為保冷層的外表面溫度,℃;ti為水蒸汽的露點溫度,℃.將管道簡化為單層保冷結(jié)構(gòu),在LNG管輸過程中的熱傳導分解為:外界對保冷層表面換熱和保冷結(jié)構(gòu)至內(nèi)表面導熱兩個過程。即:表面換熱:內(nèi)表面導熱:式中q1為熱量。在穩(wěn)定傳熱條件下,其保冷結(jié)構(gòu)表面換熱與內(nèi)部導熱量相等。因此:2.2允許最大冷損失國內(nèi)對噴涂聚氨酯泡體保溫材料最大冷損失的相關(guān)規(guī)定:式中q0為管道單位長度允許最大冷損失,W/m.2.3農(nóng)村lng的計量方法假設(shè)兩冷卻站(從A站到B站)站間距離一定。LNG從A站流出后,沿管線流動過程中,吸收管道周圍傳入的熱量,溫度逐漸升高,在B站入口處溫度達到最高。所以,要防止LNG發(fā)生氣化,避免管道內(nèi)出現(xiàn)兩相流的情況,必須限制B站的進站溫度。式中tl為LNG流入B站的溫度,℃.從A站到B站LNG吸收的熱量為從A站到B站管道傳遞總熱量為在平衡條件下,根據(jù)熱流量相等,有:式中:cp為LNG的定壓比熱容,kJ/(kg·K);qm為管道內(nèi)LNG的質(zhì)量流量,kg/s;tn為LNG流入管道的溫度,℃;K為管道的總傳熱系數(shù),W/(m2·℃);D為管道外徑,m;Δtm為對數(shù)平均溫差,℃.式中:Δt1=ta-tn;Δt2=ta-tl.該優(yōu)化問題可以寫成如下標準形式:式中:f(x)為目標函數(shù)的一般形式;gi(x)為不等式約束條件;M為不等式約束條件數(shù)。以F為優(yōu)化目標,以式(1)為目標函數(shù),結(jié)合約束條件式(10)~式(19),建立LNG管輸保冷層厚度設(shè)計的優(yōu)化模型,該模型是非線性的,采用混合離散變量優(yōu)化方法進行求解。3lng管道保冷層厚度設(shè)計某LNG長輸管線,管徑為250mm,管材為不銹鋼管。已知兩冷卻站A、B之間的距離為10km,采用聚氨酯作為保冷層的絕熱材料,其平均導熱系數(shù)為0.03W/(m·K),管道外表面換熱系數(shù)為8.14W/(m2·K),管道的總傳熱系數(shù)K為0.1W/(m2·K),周圍環(huán)境溫度為25℃,當?shù)厮魵獾穆饵c溫度為23℃.LNG的定壓比熱容為1.6kJ/(kg·K),動力黏度為0.1223mPa·s,密度為469kg/m3,流速為1.5m/s.泵機組效率為80%,電價為1.6元/(kW·h)。保冷材料費用為1000元/m3,施工費用系數(shù)取0.2,投資償還年限為10年,市場冷量價格為2元/(kW·h),有關(guān)標準規(guī)定單位長度允許最大冷損失為25W/m.利用VisualBasic編制的計算機程序,對該LNG管道保冷層厚度進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化計算結(jié)果見表1。4優(yōu)化模型的評價文中給出了LNG管輸保冷層厚度設(shè)計的數(shù)學模型,根據(jù)此模型編制了計算機程序。實例計算表明,按照此優(yōu)化模型計算的年費用比按照保冷層表面不結(jié)露