05-LNG生产主要设备

1、2021-6-7 LNG1 第五章第五章 LNG生产主要设备生产主要设备 液化天然气（液化天然气（LNG）技术）技术 2021-6-7 LNG2 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 一、离心式压缩机一、离心式压缩机 2021-6-7 LNG3 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 离心压缩机的特点离心压缩机的特点 流量大。流量大。由于往复往复式压缩机是间歇地进、排气，而气量又受气缸容积及活由于往复往复式压缩机是间歇地进、排气，而气量又受气缸容积及活 塞往复运动速度所限制。离心压缩机中气体是连续流动，流通截面较大，同时叶塞往复运动速度所限制。离心压缩机中气体是连续流动，流通截面较大，同时叶

2、 轮转速很高，故流量很大。轮转速很高，故流量很大。 转速高。转速高。离心压缩机中转子只作旋转运动，转动惯量小，且与静止部件不接触。离心压缩机中转子只作旋转运动，转动惯量小，且与静止部件不接触。 这不仅减少了摩擦，还可大大提高转速。这不仅减少了摩擦，还可大大提高转速。 结构紧凑。结构紧凑。机组重量及占地面积都比同一气量的活塞压缩机小得多。机组重量及占地面积都比同一气量的活塞压缩机小得多。 运转可靠。运转可靠。由于转动部件与静止部件不直接接触摩擦，因而运转平稳、排气均由于转动部件与静止部件不直接接触摩擦，因而运转平稳、排气均 匀、易损件少。且不需备用机组，维修量小。匀、易损件少。且不需备用机组，维

3、修量小。 单级压力比不高。单级压力比不高。 效率稍低。效率稍低。由于离心压缩机中气流速度较大，造成能量损失较大，故效率较活由于离心压缩机中气流速度较大，造成能量损失较大，故效率较活 塞压缩机稍低。塞压缩机稍低。 由于离心压缩机转速高、功率大、无备机由于离心压缩机转速高、功率大、无备机，因此一旦发生事故，后果是严重的，因此一旦发生事故，后果是严重的， 需有一系列紧急安全保障设施。需有一系列紧急安全保障设施。 一、离心式压缩机一、离心式压缩机 2021-6-7 LNG4 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 在天然气加工中通常需要三到四个叶轮的离心式压缩机用于制冷在天然气加工中通常需要三到四个叶

4、轮的离心式压缩机用于制冷 操作。操作。 这也为提供了使用多个级间闪蒸节能器的机会并允许多个冷却温这也为提供了使用多个级间闪蒸节能器的机会并允许多个冷却温 度水平以进一步降低功耗的机会。度水平以进一步降低功耗的机会。 离心式压缩机装置的主要缺点：离心式压缩机装置的主要缺点：出口节流会引起气流波动。为了出口节流会引起气流波动。为了 避免波动问题，在低负荷操作期间将排出的制冷剂蒸气循环回压缩机避免波动问题，在低负荷操作期间将排出的制冷剂蒸气循环回压缩机 吸入口。吸入口。 2021-6-7 LNG5 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 （1）排气温度 离心式压缩机的排气温度按多变压缩计算： （5-

5、1） 式中 Td离心式压缩机的排气温度，K； Ts离心式压缩机的进气温度，K； 压缩比； m多变指数。 （2）多变效率 （5-2） 式中 p离心式压缩机的多变效率； m多变指数； k气体绝热指数。 m m sd TT 1 1 1 k k m m p 2021-6-7 LNG6 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 （3）离心式压缩机的功率 离心式压缩机的理论功率： （5-3） 式中 p多变效率； Ps进气压力，kPa； Vs进气流量，m3/min； Pd排气压力，kPa； 进气状态下的相对湿度； p绝热效率。 p ss p m m s d ss Vp p p m m Vp N 1)( 1 0

6、167. 0 1 2021-6-7 LNG7 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 离心式压缩机的实际消耗功为： （5-4） g机械效率，一般取以下数值： N2000kW，g=9798% N=1000-2000 kW，g=9697% Nk，对于空气m1=1.5-1.6； 排气系数，对于对称圆弧型线=0.65-0.90，单边不对称型线=0.7-0.95。 ) 1( 11 ) 1( 1 0167. 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1m m m m ss m m k k m mVp N 2021-6-7 LNG18 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 对于喷油螺杆压缩机对于喷油螺杆压缩

7、机: : （5-16） 式中 m2喷油冷却的多变指数，m2k； 排气系数，对于对称圆弧型线=0.75-0.9，单边不对称型线=0.8-0.95。 内压缩比和外缩比不相等的指示功率内压缩比和外缩比不相等的指示功率 对于喷油螺杆压缩机 （5-17） 式中 N指标功率，kW； in内压缩比。 ) 1( 11 ) 1( 1 0167. 0 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2m m m m ss m m k k m mVp N )() 1( 11 ) 1( 1 0167. 0 21 1 2 2 11 1 1 1 2 2 ind m in m m in m m ins s PP m m k k m m

8、 P V N 2021-6-7 LNG19 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 3 3）绝热功率和绝热效率）绝热功率和绝热效率 （5-18） 绝热效率 （5-19） 低压缩比、大中排气量时，ad=0.70.75； 高压缩比、中小排气量时，ad=0.60.7。 ) 1( 1 0167. 0 1 k k ssad k k VpN s ad ad N N 2021-6-7 LNG20 四、压缩机的选择四、压缩机的选择（大型液化装置）（大型液化装置） 预冷循环多选用离心式压缩机； 气体液化循环，一级压缩多选用轴流式压缩机， 次级压缩选用配有中间冷却器的离心式压缩机； 甲烷压缩机多选用离心式压缩机。

9、 液化工艺 工艺 流体数 最少压缩 机台数 所有压缩机的功 率和速度是否可 比 阶式循环33几乎不 混合冷剂循环11是 预冷混合冷剂循环22是 液化工艺及压缩机配置液化工艺及压缩机配置 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 2021-6-7 LNG21 一一. .液化制冷剂压缩机液化制冷剂压缩机 1.1.低压混合制冷剂（低压混合制冷剂（LPMRLPMR）压缩机）压缩机 采用采用2 2台压缩机串联布置进行压缩操作。对于台压缩机串联布置进行压缩操作。对于LPMRLPMR的压缩（一级压缩），的压缩（一级压缩）， 需要流量相当大的压缩机。需要流量相当大的压缩机。大叶轮离心式压缩机和轴流式压缩机可用于

10、大叶轮离心式压缩机和轴流式压缩机可用于LPMRLPMR的的 压缩。压缩。 与离心与离心式压缩机相比，轴流式压缩机式压缩机相比，轴流式压缩机优点优点：流量较大流量较大，轴流式压缩机的，轴流式压缩机的多多 变效率要高变效率要高5 5以上。另外，轴流式压缩机中采用的以上。另外，轴流式压缩机中采用的定子叶片可调定子叶片可调，这为进行，这为进行 流量和压力调节提供了可能性，并能降低启动时的功率消耗。但轴流式压缩机流量和压力调节提供了可能性，并能降低启动时的功率消耗。但轴流式压缩机 的的缺点缺点：容易发生喘振，或因吸入外来物而发生故障。：容易发生喘振，或因吸入外来物而发生故障。 轴流式压缩机与固定速度燃气

11、轮机组合轴流式压缩机与固定速度燃气轮机组合。 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 综上所述，对于综上所述，对于LPMRLPMR的压缩操作，是选用轴流式压缩机还是离心的压缩操作，是选用轴流式压缩机还是离心 式压缩机，要根据现场具体条件、业主的操作原理和要求。式压缩机，要根据现场具体条件、业主的操作原理和要求。 2021-6-7 LNG22 2.2.高压混合制冷剂（高压混合制冷剂（HPMRHPMR）压缩机）压缩机 大型LNG工厂的HPMR压缩操作要求采用径向对开式 （简型结构）离心式压缩机，配有中间冷却器。 达斯岛(D.Island.)LNG生产厂采用了一种带中间冷 却器的45MW单缸径向对开

12、式离心压缩机。这种压缩机可 用在生产能力为3.96106t/a的生产厂进行HPMR压缩操作。 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 2021-6-7 LNG23 二二. .预冷制冷剂压缩机预冷制冷剂压缩机 丙烷压缩机（以丙烷作预冷制冷剂）。丙烷压缩机（以丙烷作预冷制冷剂）。 选用选用离心式压缩机离心式压缩机，这是因为这种压缩机流速低，可实现多级调，这是因为这种压缩机流速低，可实现多级调 节，且现有产品选择余地大。节，且现有产品选择余地大。 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 2021-6-7 LNG24 五、驱动机的选择五、驱动机的选择 对于对于LNGLNG生产，可供选择的压缩机驱动装置

13、（原动机）有：生产，可供选择的压缩机驱动装置（原动机）有：蒸汽透蒸汽透 平、燃气透平和电动机平、燃气透平和电动机。选择原动机时，应认真考虑和分析这样一些因。选择原动机时，应认真考虑和分析这样一些因 素：素： 总体设计依据，总体设计依据， 工艺选择设计，工艺选择设计， 原动机的使用经验，原动机的使用经验， 对公用设施的影响，对公用设施的影响， 环境影响，环境影响， 安全性，安全性， 可靠性，可靠性， 可维修性，可维修性， 投资和操作费等。投资和操作费等。 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 2021-6-7 LNG25 第一节第一节 制冷压缩机组制冷压缩机组 1.1.电动机电动机 在基本负荷

14、型在基本负荷型LNGLNG工厂中采用电动机作压缩机原动机的情况较少。工厂中采用电动机作压缩机原动机的情况较少。 2.2.蒸汽透平蒸汽透平 蒸汽透平已成功地用于基本负荷型蒸汽透平已成功地用于基本负荷型LNGLNG生产。生产。 3.3.燃气透平燃气透平 选用燃气透平作压缩机的原动机。选用燃气透平作压缩机的原动机。 2021-6-7 LNG26 第二节第二节 换热器换热器 液化工艺液化工艺换热器类型换热器类型说明说明 阶式循环、两级阶式循环、两级MR板翅式板翅式 每条生产线需每条生产线需2台台 单级单级MR工艺工艺绕管式：铝壳、铝管绕管式：铝壳、铝管 单级单级MR C3-MR 绕管式：铝壳、铝管绕管

15、式：铝壳、铝管 每条生产线每条生产线1台，由台，由23组组 管束组成管束组成 2021-6-7 LNG27 一一. .绕管式换热器绕管式换热器 基地型基地型LNGLNG工厂多采用大型立式绕管式换热器作主换热。工厂多采用大型立式绕管式换热器作主换热。 直径可达直径可达4.2m4.2m，高，高54m54m，重，重240t240t。 中心心轴上缠绕上许多管条，其长度可达中心心轴上缠绕上许多管条，其长度可达80m80m，管条端，管条端 头连接到管板上。管条内为高压气体或液体，制冷剂通过冷头连接到管板上。管条内为高压气体或液体，制冷剂通过冷 却套在管条外循环。在这种换热器内可以却套在管条外循环。在这种换

16、热器内可以同时冷却几种流体同时冷却几种流体， 冷却面积可达冷却面积可达10000m10000m2 2。 第二节第二节 换热器换热器 2021-6-7 LNG28 第二节第二节 换热器换热器 2021-6-7 LNG29 4.1 LNG4.1 LNG液化主要设备液化主要设备 二、板翅式换热器二、板翅式换热器 2021-6-7 LNG30 第二节第二节 换热器换热器 1.板翅式换热器的基本计算 (一)选择翅片 光直型翅片适用于温差和压差比较 大的情况，反之则应选用锯齿形翅 片； 锯齿型翅片适用于粘度大或有杂质 析出的状况； 在有相变（冷凝、蒸发）等的情况 下，则宜选用光直型或多孔型翅片。 放热系数

17、大的一侧宜选用低而厚的 翅片； 放热系数小的一侧尽量选用高而薄 的翅片。 图5.4 翅片的几何参数 种类种类 尺寸尺寸 2021-6-7 LNG31 第三节第三节 气（液）膨胀机气（液）膨胀机 一、气（液）膨胀机原理一、气（液）膨胀机原理 2021-6-7 LNG32 第三节第三节 气（液）膨胀机气（液）膨胀机 三、气（液）膨胀机的基本计算三、气（液）膨胀机的基本计算 （1 1）实际气体的焓）实际气体的焓 理想气体焓值对于纯组分理想气体理想气体焓值对于纯组分理想气体 (5-51)(5-51) 对于混合理想气体对于混合理想气体 (5-52)(5-52) 式中式中 H H0 0理想气体混合物的焓值

18、，理想气体混合物的焓值，kJ/kgkJ/kg； h h0 0m m组分组分m m理想焓值，理想焓值，kJ/kgkJ/kg； T T温度，温度，K K； y ym m各组分的摩尔分率，各组分的摩尔分率，% %； m m 组分数；组分数； A Am m、B Bm m、C Cm m、D Dm m、E Em m、F Fm m组分组分m m的常数。具体常数值可查美国石油学会（的常数。具体常数值可查美国石油学会（APIAPI） 数据手册。数据手册。 54320 TFTETDTCTBAh mmmmmmm m mmh yH 00 2021-6-7 LNG33 实际气体焓值实际气体焓值H )0( 0 )( 0 )( )0( 0 0 c mm R c mm R c mm c RT HH RT HH RT HH RT HH m H H 式中式中 简单流体和参考流体的实际焓；简单流体和参考流体的实际焓； 混合气体的实际焓。混合气体的实际焓。 （5-53） 2021-6-7 LNG34 第三节第三节 气（液）膨胀机气（液）膨胀机 2021-6-7 LNG35 第三节第三节 气（液）膨胀机气（液）膨胀机 2021-6-7 LNG36 第三节第三节 气（液）膨胀机气（液）膨胀机 2021-6-7 LNG37 第三节第三节 气（液）膨胀机气（液）膨胀机 在进行工艺计算时。主要计算指定膨胀后压力