石工院05-lng生产主要设备储运

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：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吸 。压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室，并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮。汽体在叶片作用下，一边跟着工作轮作高速旋转，一边由于受离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇集到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝2014-12-

2.2.Td离心式压缩机Td式中Td—离心式压缩机的排气温度，K；m—多变指mmpmkk

（5-（5-式中ηp—离心式压缩机的多变效2014-12-

m dmNm1 pp—多变2014-12-

离心式压缩机的实际消耗 dNgcg—机械效率，一般取以下数值N=1000-2000kW，g=96～97%2014-12-

第一冷压缩机二、往复式压缩往复式压缩机的优点①适用压力范围广。这种机器依靠工作容积变化的原理工作，因而不论其流量大小，都能达到很高的工作压力。②热力效率较高，功率消耗较其它型式压缩机③对介质及排气量的适应性强。可用于较大的排气量范围，且排气量受排气压力变化的影响较小。缺点①因往复惯性力大，使转速不能太高，故机器较笨重，大排量者尤甚。结构复杂、易损件多，使维修工作量大；往复式压缩机主要适用于中、小流量而压力较高的②由于排往复式压缩机主要适用于中、小流量而压力较高的2014-12-

往复式压缩机主要参数排气量和供气排气量与供气量的关系按下式 s( s( Vs ——进气状态下的相对湿psa——进气温度下的饱和蒸气—进气温度，K。V——供气量，m3/min2014-12-

（5- VVtVVtVtvpt式中λ—排气系数，表示实际排气量与理论排气量v—容积系数p—压力系数t—温度系数g—气密系数排气压力及级t—压缩机的总压缩比B—级数2014-12-

（5-（5- kkTdTs式中Ts、Td—进、排气的绝对温ε—压缩比K—绝热指数2014-12-

功

NZi 1.634PVZkNZi 1.634PVZkTisitivi1 si实际气体NNZi 1.634PVZ vi1 kTi1zsizdi sisi式中Ni—指示功率，kW； Vti—第i级的气缸行程容积，m3/min；λvi—第i级的容积系数；

—第i级的考虑压力损失的实际排气和吸气压ki—第i级理想气体的绝热过程指数；kTi—第i级实际气体的温度zsi、zdi—第i级名义压力下的气体压缩性系数2014-12-

NNidNNid（5-式中 ec（5-式中ηc—传动效率，皮带传动齿轮传动ηc=0.97～0.99；半弹性联轴刚性联轴节：ηc=12014-12-

三、螺杆式压缩螺杆式压缩机主要特②螺杆式压缩机在宽广的工况范围内，仍能保持较高的效率，没有动力压缩机在小排气量时出现的喘振现③螺杆式压缩机用于制冷系统已多年了。它可用于所有制冷④螺杆式压缩机可在很宽的吸入和排出压力范围条件下操作而系统毋需改造。实际上压缩比 。3600转/而，螺杆式压缩机也可以到转/分的速度操作。发动机、气体透平和膨胀机也可用作驱动器。2014-12-

螺杆式压缩机特性计TdTTdTs2014-12-

（5- 103SGC103SGC TT G TTso

（5-式中Ns—压缩机的轴功率，kW；2014-12-

NN0.0167 s (p 1)k m11 (m1 mN—功率（指示功率），kW；Vs—进口状态下压缩机排—压缩比k—绝热指m1—多变指数，m1>k，对于空气m1=1.5-—排气系数，对于对称圆弧型线=0.65-0.90，单边不对称型线=0.7-0.952014-12-

对于喷油螺杆压缩机NN0.0167 s (p m2 mm2 1)k m21 (式中m2—喷油冷却的多变指—排气系数，对于对称圆弧型线=0.75-0.9，单边不对称型线=0.8-0.95②内压缩比和外缩比不相等的指示功2inm1)2kk m in 1(PPd（5-N—指标功率in—内压缩比2014-12-

NadNad0.0167kkk( 绝热效adadNadNs2014-12-

四、轴流式压轴流式压缩机主要用于大流量、低压力比的场合，只超声速之分。石油化工行业通常选用亚声速轴流式１.亚声速级轴流式压缩机的多变效率ηp=0.84~0.93，跨声速级轴流式压缩变效率ηp=0.8~0.89多变效率ηp与绝热效率的换算关系式中ηp—轴流式压缩机的多变效率；ｍ—多变指—气体绝热指数2014-12-

四、轴流式压缩2.轴流式压缩机的级数i按下式计式中hp—轴流式压缩机的总能量头，kg·m／kg；Ｒ—气体常数，（kg·mhadm—级的平均hadm＝1500～2500kg·m／kg2014-12-

第一冷压缩机五、压缩机的选择（大型液化装置气体液化循环次级压缩选用配有中间冷却器的离心式压甲烷压缩机多选用离心式压缩机表5-1液化工艺及压缩机配液化流体阶式33几乎混合11是预冷混合冷剂22是2014-12-

液化制冷剂压缩低压混合制冷剂（LPMR）采用2台压缩机串联布置进行压缩操作。对于LPMR的压缩（一级压缩），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LPMR与离心式压缩机相比，轴流式压缩机优点：流量较大，轴流式压缩机的多变效率要高5％以上。另外，轴流式压缩机中采用的定子叶片可调，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。但轴流式压缩机的缺点：容易发生喘振，或因吸入外来物而综上所述，对于LPMR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。2014-12-

高压混合制冷剂（HPMR）大型LNG工厂的HPMR压缩操作达斯岛(D.Island.)LNG机可用在生产能力为3.96106t/a的生产厂进行HPMR压缩操2014-12-

预冷制冷剂压缩丙烷压缩机（以丙烷作预冷制冷剂）选用离心式压缩机，这是因为这种压缩机流速低，可实现多级调节，在Ｐ.Ｔ.石油公 丹LNG工厂，丙烷压缩机的叶轮直径实际操作吸入流量约为190000m３/h。这种离心式压缩机为4叶轮结构（2+1+1）由于提供给压缩机第一级的体积流量较大，因此施加于初级丙烷制冷的负荷相对较高。对于能力达3.96×106t/a的LNG生产厂，也可将每级丙烷压缩的实际吸入量限制到190000m３/h6叶轮（2+2+2）结构的压缩机进行3级预冷或采用5叶轮（1+1+1+2）结构的压缩机进行4级预冷。这几种结构都已在现有LNG工厂中获得了成功2014-12-

六、驱动机的选总体设计依工艺选择设对公用设施的影2014-12-

投资和操作

电动在基本负荷型LNG工厂中采用电动机作压缩机原动机的情况电动机的费用较低，一些固定费用和动力费用会增大投资和操作成LNG生产需要功率很大的电动机，启动比 在启动电机之前必须将压缩机减压 LNG2014-12-

蒸气涡轮蒸汽涡轮机已成功地用于基本负荷型LNG蒸汽涡轮机的功率和速率范围较大，用作制冷剂压缩机的原动机相对多数基本负荷型LNG生产厂都选用蒸汽境影响；海水系统必须具有防腐蚀措施蒸汽系统要求对水要进行淡化和软化处理，要求对锅炉给水要进行脱2014-12-

燃气涡轮

燃气涡轮机动力装置是由压气机、燃烧室、涡轮等主要部分组成的连续旋转式热机。有双轴燃气轮机和单轴燃气轮机。１）双轴燃气轮双轴燃气轮机有驱动自身空气压缩机的P涡轮转子和驱动工艺压缩机的动力涡％，基本上用于机械驱动。与单轴燃气轮机相比，双轴燃气轮机的优点驱动工艺压缩机的动力涡轮轴的速度与气体发生器的速率无关，工艺变化提供了灵活性；启动双轴燃气轮机时可以加速，无来自从动设备的制约，可以采用小型启 2014-12-

单轴燃气轮速度范围为5％，基本上用于发电机驱 型LNG工厂有代表性的单轴燃气轮机及其基本特性见下表5有单轴和双轴两种类型②机型ABB－11N1989/1990的ISO额定功率为81.6ＭＷ③可用标准变速 2014-12-

单轴燃气轮与双轴燃气轮机相比，单轴燃气轮机具有以下优1 功率大。例如GE-6和GE-7的ＩＳＯ功率分别比双轴GE-5大%200%LNG2GE-6和GE-7的单位基建投资费用（CAPEX),比GE-5要低15%～。 GE-6和GE-7 消耗率比GE-5要低10%～15%,能节费用单轴燃气轮机缺转速变化范围小，不超过62014-12-

对于 型LNG生产厂，选择单轴燃气轮机作压缩机原动机用时，应选择那些运行记录满意、额定速率和功率能与制冷压缩机相匹配的6。表5-3可能的燃气轮机组合2014-12-

燃气涡轮机的主要性能指式中τ—温比—循环最低滞止温度，k由于 一般是大气温度a，故τ代表工质被加热的程度，是决定循环性能的主数之一。压比式中π—压比 —压气机压缩后滞止压力，kPa；—压气机压缩前滞止压力，kPa2014-12-

功功率为燃气轮机产生的有效功率。实际使用中又分①额定功率：在规定条件下，动力装置保证发出的连续功②标准额定功率：在标准工作条件下的额定功③尖峰功率：在短时间内，动力装置可以安全运行的最大功率④最大连续功率：在规定的条件下，动力装置保持连续输出的最大功动力装置比比功是单位质量工质所做（或所需）的功，也就是单位流量工质所发（所需式中Wn—燃气轮机动力装置比WT—涡轮比Wc—压气机比功，Kj/kg2014-12-

3）燃当知道机组功率和空气流量时，比功为式中Ws—动力装置（轴）比功，Kj/kg；G—空气流量，kg/h2014-12-

有用功系、性算 ：热效2014-12-

环效式中ηn—循环效率 低热值，kJ/kg式中ηs—装置效率，％；ηm—机械效率Ｗs— 率输出轴测得功率2014-12-

油定义是每产生1kw·h的功所消耗的标 油的数量，即式中ge—标 油消耗率Gf—机组标 油每秒消耗量，kg/s；Ne—发电机的功率 油的发热量，kJ/kg；B—机组标 油每小时消耗量，kg/h 热效率与耗热率互为倒2014-12-

换热器是直接进行天然气液化的设备。原料气在除去了重质烃组分之后便进入换热器，通过冷却进行液化。在LNG生产中选用的换热器有绕管式、板翅式和管壳式几种类型，见下表。它们的主要功能有：对原料气进行预冷和液化，液化换热器类说阶式循环、两级板翅每条生产线需2单级MR工绕管式：铝壳、铝绕管式：铝壳、铝2014-12-

热一、绕管式换热型LNG工厂多采用大型立式绕管式换热器作主换热。直径可4.2m，高54m，重240t80m，管条端头连接到管板上。管条内为高压气体或液体，制冷剂通过冷却套在管条外循环。在这10000m2。2014-12-

热1.绕管式换热器结构及设计绕管式换热器按其结构特点分为两类：管程单股物流流道型（称为单股流绕管式换热器，管程多股物流流道型（。2014-12-

热2014-12-

1.绕管式换热器的结构设计还包括中心管、夹套和垫条（特别是异垫条）等结构元件的设计及中心管与管板间、换热管与管板间、壳体与管板间等连接部位的焊接结构设计。这些部件和部位的设计方案则取决于换热器的操作条件、介质特性和管束结构特点，还应根据所设计的换2014-12-

二、板翅式换2014-12-

热 二、板翅式换热

热板翅式换热器属于间壁式换热器换热器的一种。冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。板翅式换热器由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板之间，由翅片、导流片及封条组成一夹层，作为流体的通道。将这样的夹层按不同的设计方案叠置起来，形成换热流体不同的方式。2014-12-

热板翅式换热器的基本计选择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 锯齿型翅片适用于粘度大或有杂质析出在有相变（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大的一侧宜选用低而厚的翅片尺放热系数小的一侧尽量选用高而薄的翅

图5-4的几何2014-12-

热1.板翅式换热器的基本计1)选择翅（1）根据几何尺寸的关系，翅片的结构参数计 如下片内力半径式中Ａ—流通面积；2014-12-

热1.板翅式换热器的基本计1)选择翅（1）根据几何尺寸的关系，翅片的结构参数计 如下量直径⑤每层通道自由流通面积式中Ｗ—板翅片换热器的有效宽度，ｍ⑥每层通道的传热面积ｎ层通道的传热面积：次表面面积：次表面面积2014-12-

1.板翅式换热器的基本计

热（１）利 计算传热系板翅式换热器的传热系数，通常用传热因数j、斯坦登数 数Pr与雷传热斯坦登数2014-12-

数λ—传热系数，w/(m2·k)—传热系数，w/(m2·kcp—

热1.板翅式换热器的基本计 式中gf—按自由流通截面计算的质量de—当量直径，m2014-12-

热1.板翅式换热器的基本计式中K1，K2—对应热、冷通道的传热w/(m2·k，α2—热、冷流体对壁面的放热系数w/(m2·k0,1，η0,2—热、冷通道的表面效Ｆ，Ｆ22014-12-

热1.板翅式换热器的基本计４）传热面热通道传热面冷通道传热面2014-12-

1.板翅式换热器的基本计理论长度 Fi1m1m；Ｗ—翅片有效宽度，ｍ实际长度2014-12-

热1.板翅式换热器的基本计在无相变换热条件下，表面的摩擦损失是换热器流动阻力的主要部分，在一般工程计算中，可以只计算中一部分。流动阻力可按2014-12-

式中Δp—换热 压差ρm—平均密度L—流道长度，ｍ；f—摩擦系

胀一、膨胀机涡轮膨胀机是天然气液化工艺中的重要设备之一，利用工作流体的速度变化进行能量的交换。工作流体在涡轮膨胀机内膨胀获得动能，并有工作轮输出外功，降低了工作流体的内能和温度，达到制冷的目的。在涡轮膨胀机工作过程中，高压气流在喷嘴进行部分膨胀，然后以一定的速度进入叶轮，推动叶轮旋转。气流进去叶轮后进行进一步膨胀，气流的反冲力将进一步推动叶轮旋转，旋转的叶轮轴可以对外做功。工作流体的压力在导流器和工作轮中分两次降低。气体的焓值变化也是如此，在导流器中转换一部分能量，到叶轮中又转换一部分能2014-12-

胀一、膨胀机原2014-12-

胀二、膨胀机的结构形根据工作流体在叶轮中流动的方向可以将透平膨胀机分为按照工作流体从外周向中心或从中心向外周的流动方向径—轴流式又可分为向心式和离心式。实际上，由于离心式工作轮的流2014-12-

胀三、膨胀机的基本计1实际气体的理想气体焓Ｈ0＝Ａ＋ＢＴ＋ＣＴ２＋ＤＴ３＋ＥＴ４

Ｔ５(5- 对于混合理想气

H0yh0

(5-mm式中H0——理想气体混合物的焓值h0——组分m理想焓值mT——温度m——组分数；A、B、Cm、Dm、Em、Fm——组分m的常数。具体常数值可 石油学会