Distribuição da temperatura interna de um trocador de calor de placas aletadas em um sistema de liquefação.

Distribuição da temperatura interna de um trocador de calor de placas aletadas em um sistema de liquefação:
1) Ciclo de expansão de nitrogênio: a diferença de temperatura de troca de calor nas duas extremidades e nas partes centrais do trocador de calor é muito pequena, enquanto a diferença de temperatura de troca de calor em outras partes é grande. No entanto, existem certos requisitos para a diferença mínima de temperatura de transferência de calor no projeto do trocador de calor, que não pode ser muito pequena. Em geral, a distribuição da diferença de temperatura de troca de calor é desigual, a diferença de temperatura é grande e a perda irreversível é grande, portanto, a demanda de potência no eixo do compressor correspondente será maior;
2) Ciclo de expansão de nitrogênio e metano: a capacidade de resfriamento na parte de baixa temperatura do trocador de calor é fornecida pela válvula de expansão. A mistura de nitrogênio e metano é estrangulada e resfriada. Devido ao alto teor de metano, a diferença de temperatura na extremidade fria após a estrangulação é pequena. Após a elevação da temperatura, o metano e o nitrogênio vaporizam rapidamente, fornecendo uma grande capacidade de resfriamento, resultando em uma grande diferença de temperatura no trocador de calor. O gás misto vaporizado continua a subir, e o calor sensível é utilizado para fornecer capacidade de resfriamento ao gás natural liquefeito de alta pressão, fazendo com que a diferença de temperatura comece a surtir efeito. Após ser reduzida a um determinado valor, o fluido frio se mistura com o gás de baixa temperatura na saída do expansor para continuar fornecendo capacidade de resfriamento ao sistema. A diferença mínima de temperatura dentro da câmara fria ocorre na extremidade mais quente, na extremidade mais fria e na confluência do fluido estrangulado com o fluido de expansão. Além disso, a diferença média de temperatura do trocador de calor também é menor do que a do ciclo de liquefação por expansão de nitrogênio.
3) MRC: a diferença de temperatura na troca de calor na extremidade de baixa temperatura dentro do trocador de calor é pequena, e a diferença de temperatura é grande quando se aproxima da temperatura ambiente. Isso ocorre principalmente porque o isopentano é usado para substituir o butano no refrigerante. Após o refrigerante misto comprimido ser resfriado pela água do mar, o isopentano presente no refrigerante se condensa em líquido. No refrigerante misto estrangulado, o isopentano começa a vaporizar a uma temperatura mais alta, com um grande calor latente de vaporização. Essa parte da capacidade de refrigeração não pode ser consumida quando o gás natural e o refrigerante misto de alta pressão no fluxo de calor são resfriados. Assim, a diferença de temperatura na troca de calor nesta seção é grande. No entanto, usar isopentano em vez de butano como refrigerante de alto ponto de ebulição não só reduz o consumo de energia, como também aumenta a diferença de temperatura na troca de calor, o que é muito benéfico para todo o sistema.
Com o aumento do número de estágios do ciclo de refrigeração, o consumo de energia do sistema de refrigeração diminui, e o coeficiente de refrigeração e a eficiência exergética aumentam, mas a influência do aumento do número de estágios no desempenho da refrigeração diminui. O aumento dos estágios do ciclo de refrigeração aumenta a complexidade do processo e reduz a operabilidade. Os estágios ótimos dos sistemas de refrigeração variam de acordo com a escala. Quanto maior a escala, maior o número de estágios ótimos.

O ciclo MRC inclui ciclos com e sem pré-resfriamento. O ciclo com pré-resfriamento abrange tanto o pré-resfriamento com refrigerante puro quanto o pré-resfriamento com mistura de refrigerantes. Nesses ciclos, a mistura de refrigerantes é dividida em diferentes estágios. O líquido separado em cada estágio é sub-resfriado e estrangulado para refrigeração, enquanto o gás separado continua sendo resfriado e separado. Os estágios de separação variam, assim como a complexidade do processo e a eficiência do ciclo de refrigeração.
37. No projeto de processo de MRC, é necessário otimizar a estrutura do processo e selecionar o número de ciclos apropriado. O MRC inclui MRC de estágio único, MRC de dois estágios, MRC de três estágios e MRC de múltiplos estágios. Esses ciclos de refrigeração são usados ​​atualmente. Diferentes estágios do ciclo de refrigeração, diferentes consumos de energia de refrigeração e diferentes complexidades do processo precisam ser selecionados de acordo com a escala de processamento. A otimização do MRC inclui a otimização da estrutura e a otimização dos parâmetros do processo;