[发明专利]一种氢气天然气混输与分离工艺控制参数计算方法及系统

权利要求书

1.一种氢气天然气混输与分离工艺控制参数计算方法，其特征在于：氢气天然气混输与分离工艺控制过程涉及膨胀机、分离系统、甲烷压缩机和氢气压缩机四种设备，控制参数计算方法具体包括：

步骤1，根据产能负荷与进料流量的线性关系计算出原料总流量，进而得到原料日用量与小时用量；

步骤2，根据步骤1获得的原料总流量，分别计算膨胀机、分离系统、甲烷压缩机、氢气压缩机的控制参数，每种设备的控制参数包括流量、压力、温度和出气组成；

步骤3，根据步骤1获得的原料日用量和小时用量以及步骤2获得的四种设备的流量、压力、温度和出气组成，生成控制参数计算结果。

2.根据权利要求1所述的一种氢气天然气混输与分离工艺控制参数计算方法，其特征在于：所述产能负荷m与原料总流量Q₁关系曲线的表达式为：Q₁＝a₁m+b₁，其中m∈产能负荷适用区间，a₁、b₁为拟合系数。

3.根据权利要求1所述的一种氢气天然气混输与分离工艺控制参数计算方法，其特征在于：所述步骤2中，将氢气天然气混输与分离工艺控制过程划分为设备稳态运行工况、设备开机阶段工况和设备关机阶段工况，膨胀机、分离系统、甲烷压缩机和氢气压缩机控制参数的计算过程包括：

(1)计算设备稳态运行工况下每种设备的控制参数：

(1-1)建立膨胀机功率与进料函数关系、膨胀机出气流量与进料流量函数关系、膨胀机出气温度与膨胀机进出气压差的函数关系，其依次是：P₁＝a₂×Q₁、Q₂＝a₃×Q₁、T₁＝a₄×(p₂-p₁)³+a₅×(p₂-p₁)²+a₆×(p₂-p₁)+a₇，其中P₁为膨胀机轴功率，Q₂为膨胀机排气流量，T₁为膨胀机出气温度，p₁、p₂分别为膨胀机进气和出气压力，a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇为拟合系数，根据以上关系可根据进料的流量和压差计算出膨胀机的功率、出气温度、出气流量，膨胀机的出气组成同原料组成；

(1-2)建立分离系统进出气流量与原料流量的函数关系，其中，分离系统进气流量为Q₃＝a₈×Q₁，富气出气流量为Q₄＝a₉×Q₁，贫气出气流量为Q₅＝a₁₀×Q₁，以上关系式中：a₈、a₉、a₁₀为拟合系数；分离系统的进气温度T₂≈富气温度≈贫气温度；分离系统进气压力p₃＝p₂，贫气压力p₄＝a₁₁×p₃，富气压力p₅＝a₁₂×p₃，其中a₁₁、a₁₂为拟合系数；分离系统的进气组成与原料组成相同，出气组成为：富气的甲烷百分含量F_1CH4＝F_CH4×Q₁×a₁₃/Q₄，富气的氢气百分含量F_1H2＝F_H2×Q₁×a₁₄/Q₄，贫气的甲烷百分含量F_2CH4＝F_CH4×Q₁×a₁₅/Q₅，富气的氢气百分含量F_2H2＝F_H2×Q₁×a₁₆/Q₅，以上关系式中：F_CH4为原料甲烷百分含量，F_H2为原料氢气百分含量，a₁₃、a₁₄、a₁₅、a₁₆为拟合系数；

(1-3)甲烷压缩机的进气流量Q₆＝Q₅，甲烷压缩机出气流量Q₇＝a₁₇×Q₆，甲烷压缩机出气温度T₃＝a₁₈×p₁²+a₁₉×p₁+a₂₀，甲烷压缩机出气压力p₆＝a₂₁×p₁²+a₂₂×p₁+a₂₃，甲烷压缩机轴功率P₂＝a₂₄×Q₁，以上关系式中，a₁₇、a₁₈、a₁₉、a₂₀、a₂₁、a₂₂、a₂₃、a₂₄为拟合系数；

(1-4)氢气压缩机进气流量Q₈＝Q₄，氢气压缩机出气流量Q₉＝a₂₅×Q₈，氢气压缩机出气压力p₇＝p₆，氢气压缩机出气温度(绝热压缩)T₄＝a₂₆×(p₇-p₅)³+a₂₇×(p₇-p₅)²+a₂₈×(p₇-p₅)+a₂₉，以上关系式中，a₂₅、a₂₆、a₂₇、a₂₈、a₂₉为拟合系数；

(2)计算设备开机阶段工况下甲烷压缩机和膨胀机的控制参数：

(2-1)甲烷压缩机进气流量Q₁₀＝b₁×Q₅，甲烷压缩机出气流量Q₁₁＝b₂×e^(b3×P2)，甲烷压缩机出气温度T₃＝b₄×P₂+b₅，甲烷压缩机出气压力p₈＝b₆×e^(b7×P2)，其中，b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆、b₇为拟合系数，甲烷压缩机气体组成与原料气相同；

(2-2)建立膨胀机进气流量、出气流量、出气温度与膨胀机功率的函数关系，分别是：Q₁₂＝b₈×e^(b9×P1)，Q₁₃＝b₁₀×P₁²+b₁₁×P₁+b₁₂，T₄＝b₁₃×P₁+b₁₄，其中，Q₁₂为膨胀机进气流量，Q₁₃为膨胀机出气流量，T₄为膨胀机出气温度，b₈、b₉、b₁₀、b₁₁、b₁₂、b₁₃、b₁₄为拟合系数；

(3)计算设备关机阶段工况下的控制参数：膨胀机、甲烷压缩机、氢气压缩机的瞬时控制参数计算与稳态运行时相同，随后甲烷压缩机、膨胀机、氢气压缩机依次停止运行。