LNG生產(chǎn)主要設(shè)備

第五章LNG生產(chǎn)主要設(shè)備液化天然氣（LNG）技術(shù)第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組一、離心式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)①流量大。由于往復(fù)往復(fù)式壓縮機(jī)是間歇地進(jìn)、排氣，而氣量又受氣缸容積及活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度所限制。離心壓縮機(jī)中氣體是連續(xù)流動(dòng)，流通截面較大，同時(shí)葉輪轉(zhuǎn)速很高，故流量很大。②轉(zhuǎn)速高。離心壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)子只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，且與靜止部件不接觸。這不僅減少了摩擦，還可大大提高轉(zhuǎn)速。③結(jié)構(gòu)緊湊。機(jī)組重量及占地面積都比同一氣量的活塞壓縮機(jī)小得多。④運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件不直接接觸摩擦，因而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、排氣均勻、易損件少。且不需備用機(jī)組，維修量小。⑤單級(jí)壓力比不高。⑥效率稍低。由于離心壓縮機(jī)中氣流速度較大，造成能量損失較大，故效率較活塞壓縮機(jī)稍低。⑦由于離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高、功率大、無備機(jī)，因此一旦發(fā)生事故，后果是嚴(yán)重的，需有一系列緊急安全保障設(shè)施。一、離心式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組

在天然氣加工中通常需要三到四個(gè)葉輪的離心式壓縮機(jī)用于制冷操作。

這也為提供了使用多個(gè)級(jí)間閃蒸節(jié)能器的機(jī)會(huì)并允許多個(gè)冷卻溫度水平以進(jìn)一步降低功耗的機(jī)會(huì)。離心式壓縮機(jī)裝置的主要缺點(diǎn)：出口節(jié)流會(huì)引起氣流波動(dòng)。為了避免波動(dòng)問題，在低負(fù)荷操作期間將排出的制冷劑蒸氣循環(huán)回壓縮機(jī)吸入口。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組離心式壓縮機(jī)主要參數(shù)計(jì)算：（1）排氣溫度離心式壓縮機(jī)的排氣溫度按多變壓縮計(jì)算：（5-1）式中Td—離心式壓縮機(jī)的排氣溫度，K；Ts—離心式壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度，K；ε—壓縮比；m—多變指數(shù)。（2）多變效率（5-2）式中

ηp—離心式壓縮機(jī)的多變效率；m—多變指數(shù)；k—?dú)怏w絕熱指數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（3）離心式壓縮機(jī)的功率離心式壓縮機(jī)的理論功率：

（5-3）式中

p—多變效率；Ps—進(jìn)氣壓力，kPa；Vs—進(jìn)氣流量，m3/min；Pd—排氣壓力，kPa；—進(jìn)氣狀態(tài)下的相對(duì)濕度；ηp—絕熱效率。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組離心式壓縮機(jī)的實(shí)際消耗功為：

（5-4）g—機(jī)械效率，一般取以下數(shù)值：

N>2000kW，g=97～98%

N=1000-2000kW，g=96～97%

N<1000kW，g=94～96%c—傳動(dòng)效率，直接傳動(dòng)時(shí)c=1.0，用齒輪增速箱傳動(dòng)時(shí)，c=0.93～0.98。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組二、往復(fù)式壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：①適用壓力范圍廣。這種機(jī)器依靠工作容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達(dá)到很高的工作壓力。②熱力效率較高，功率消耗較其它型式壓縮機(jī)低。③對(duì)介質(zhì)及排氣量的適應(yīng)性強(qiáng)?？捎糜谳^大的排氣量范圍，且排氣量受排氣壓力變化的影響較小。缺點(diǎn)：①因往復(fù)慣性力大，使轉(zhuǎn)速不能太高，故機(jī)器較笨重，大排量者尤甚。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多，使維修工作量大；②由于排氣不連續(xù)，造成氣流壓力脈動(dòng)，易產(chǎn)生氣柱振動(dòng)。

使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，制冷工藝溫度通常要求兩級(jí)壓縮。這提供了一個(gè)使用一個(gè)級(jí)間節(jié)能器的機(jī)遇，也提供了一個(gè)輔助制冷的機(jī)會(huì)。綜上所述，往復(fù)式壓縮機(jī)主要適用于中、小流量而壓力較高的場合。

第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組

往復(fù)式壓縮機(jī)主要參數(shù)計(jì)算：（1）排氣量和供氣量排氣量與供氣量的關(guān)系按下式計(jì)算。（5-5）式中Vs——排氣量，m3/min；——進(jìn)氣狀態(tài)下的相對(duì)濕度；

psa——進(jìn)氣溫度下的飽和蒸氣壓力，kPa；p0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，kPa；T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度，K；Ps——進(jìn)氣壓力，kPa；Ts——進(jìn)氣溫度，K。Ts=40C;V——供氣量，m3/min。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（2）實(shí)際壓縮機(jī)的排氣量：排氣系數(shù)：

（5-6）式中λ—排氣系數(shù)，表示實(shí)際排氣量與理論排氣量之比。v—容積系數(shù)；p—壓力系數(shù)；t—溫度系數(shù)；g—?dú)饷芟禂?shù)。（3）排氣壓力及級(jí)數(shù)

（5-7）式中t—壓縮機(jī)的總壓縮比；B—級(jí)數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（4）排氣溫度

（5-8）式中

Ts、Td—進(jìn)、排氣的絕對(duì)溫度，K；

ε—壓縮比；

K—絕熱指數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（5）功率壓縮機(jī)指示功率，多按絕熱循環(huán)計(jì)算：實(shí)際氣體：

（5-10）式中

Ni—指示功率，kW；

Psi—第i級(jí)名義吸氣壓力，kPa；

Vti—第i級(jí)的氣缸行程容積，m3/min；

λvi—第i級(jí)的容積系數(shù)；

—第i級(jí)的考慮壓力損失的實(shí)際排氣和吸氣壓力，kPa；

ki—第i級(jí)理想氣體的絕熱過程指數(shù)；

kTi—第i級(jí)實(shí)際氣體的溫度絕熱指數(shù)；

zsi、zdi—第i級(jí)名義壓力下的氣體壓縮性系數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組軸功率為：

（5-11）式中

ηm—壓縮機(jī)機(jī)械效率，一般中、大型壓縮機(jī)ηm=0.90～0.95；循環(huán)壓縮機(jī)ηm=0.80～0.85。驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為：

（5-12）式中

ηc—傳動(dòng)效率，皮帶傳動(dòng)ηc=0.96～0.99；齒輪傳動(dòng)ηc=0.97～0.99；半彈性聯(lián)軸節(jié)：ηc=0.97～0.99；剛性聯(lián)軸節(jié)：ηc=1。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（1）螺桿式壓縮機(jī)主要特點(diǎn)：①它的單位排氣量的體積、質(zhì)量、占地面積以及排氣脈動(dòng)均遠(yuǎn)比往復(fù)式壓縮機(jī)為小。②螺桿式壓縮機(jī)在寬廣的工況范圍內(nèi)，仍能保持較高的效率，沒有動(dòng)力型壓縮機(jī)在小排氣量時(shí)出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象。③螺桿式壓縮機(jī)用于制冷系統(tǒng)已多年了。它可用于所有制冷劑。④螺桿式壓縮機(jī)可在很寬的吸入和排出壓力范圍條件下操作而系統(tǒng)毋需改造。實(shí)際上壓縮比無限制。⑤直接與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器連接的螺桿式壓縮機(jī)通常以3600轉(zhuǎn)/分的速度操作。然而，螺桿式壓縮機(jī)也可以1500到4500轉(zhuǎn)/分的速度操作。發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體透平和膨脹機(jī)也可用作驅(qū)動(dòng)器。三、螺桿式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組(2)往復(fù)式壓縮機(jī)特性計(jì)算：1）排氣溫度①干式螺桿壓縮機(jī)

（5-13）式中Td—排氣溫度，K；—外壓縮比，；m—多變指數(shù)；Ts—進(jìn)氣溫度，K。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組②噴油螺桿壓縮機(jī)

（5-14）式中

Ns—壓縮機(jī)的軸功率，kW；G—排氣質(zhì)量流量，kg/s；G0—噴油質(zhì)量流量，kg/s；Cp—?dú)怏w的比熱容，J/（kg·K）；

Cpo—油的比熱容，J/（kg·K）；

Tsg—?dú)怏w的進(jìn)氣溫度，K；

Tso—油的進(jìn)口溫度，K；Td—排氣（油）溫度，K。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組2）指示功率①內(nèi)壓縮比和外壓縮比相等時(shí)的指示功率對(duì)于干式螺桿壓縮機(jī)：

（5-15）式中

N—功率（指示功率），kW；

ps—進(jìn)氣壓力，kPa；Vs—進(jìn)口狀態(tài)下壓縮機(jī)排氣量，m3/min；—壓縮比；k—絕熱指數(shù)；m1—多變指數(shù)，m1>k，對(duì)于空氣m1=1.5-1.6；—排氣系數(shù)，對(duì)于對(duì)稱圓弧型線=0.65-0.90，單邊不對(duì)稱型線=0.7-0.95。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組對(duì)于噴油螺桿壓縮機(jī):

（5-16）式中

m2—噴油冷卻的多變指數(shù)，m2<k；—排氣系數(shù)，對(duì)于對(duì)稱圓弧型線=0.75-0.9，單邊不對(duì)稱型線=0.8-0.95。②內(nèi)壓縮比和外縮比不相等的指示功率對(duì)于噴油螺桿壓縮機(jī) （5-17）式中N—指標(biāo)功率，kW；in—內(nèi)壓縮比。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組3）絕熱功率和絕熱效率

（5-18）絕熱效率

（5-19）低壓縮比、大中排氣量時(shí)，ad=0.7～0.75；高壓縮比、中小排氣量時(shí)，ad=0.6～0.7。四、壓縮機(jī)的選擇（大型液化裝置）預(yù)冷循環(huán)多選用離心式壓縮機(jī)；氣體液化循環(huán)，一級(jí)壓縮多選用軸流式壓縮機(jī)，次級(jí)壓縮選用配有中間冷卻器的離心式壓縮機(jī)；甲烷壓縮機(jī)多選用離心式壓縮機(jī)。液化工藝工藝流體數(shù)最少壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)所有壓縮機(jī)的功率和速度是否可比階式循環(huán)33幾乎不混合冷劑循環(huán)11是預(yù)冷混合冷劑循環(huán)22是液化工藝及壓縮機(jī)配置第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組一.液化制冷劑壓縮機(jī)1.低壓混合制冷劑（LPMR）壓縮機(jī)采用2臺(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)布置進(jìn)行壓縮操作。對(duì)于LPMR的壓縮（一級(jí)壓縮），需要流量相當(dāng)大的壓縮機(jī)。大葉輪離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)可用于LPMR的壓縮。與離心式壓縮機(jī)相比，軸流式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)：流量較大，軸流式壓縮機(jī)的多變效率要高5％以上。另外，軸流式壓縮機(jī)中采用的定子葉片可調(diào)，這為進(jìn)行流量和壓力調(diào)節(jié)提供了可能性，并能降低啟動(dòng)時(shí)的功率消耗。但軸流式壓縮機(jī)的缺點(diǎn)：容易發(fā)生喘振，或因吸入外來物而發(fā)生故障。

軸流式壓縮機(jī)與固定速度燃?xì)廨啓C(jī)組合。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組綜上所述，對(duì)于LPMR的壓縮操作，是選用軸流式壓縮機(jī)還是離心式壓縮機(jī)，要根據(jù)現(xiàn)場具體條件、業(yè)主的操作原理和要求。2.高壓混合制冷劑（HPMR）壓縮機(jī)

大型LNG工廠的HPMR壓縮操作要求采用徑向?qū)﹂_式（簡型結(jié)構(gòu)）離心式壓縮機(jī)，配有中間冷卻器。

達(dá)斯島(D.Island.)LNG生產(chǎn)廠采用了一種帶中間冷卻器的45MW單缸徑向?qū)﹂_式離心壓縮機(jī)。這種壓縮機(jī)可用在生產(chǎn)能力為3.96106t/a的生產(chǎn)廠進(jìn)行HPMR壓縮操作。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組二.預(yù)冷制冷劑壓縮機(jī)丙烷壓縮機(jī)（以丙烷作預(yù)冷制冷劑）。選用離心式壓縮機(jī)，這是因?yàn)檫@種壓縮機(jī)流速低，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)節(jié)，且現(xiàn)有產(chǎn)品選擇余地大。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組五、驅(qū)動(dòng)機(jī)的選擇

對(duì)于LNG生產(chǎn)，可供選擇的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置（原動(dòng)機(jī)）有：蒸汽透平、燃?xì)馔钙胶碗妱?dòng)機(jī)。選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真考慮和分析這樣一些因素：總體設(shè)計(jì)依據(jù)，工藝選擇設(shè)計(jì)，原動(dòng)機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公用設(shè)施的影響，環(huán)境影響，安全性，可靠性，可維修性，投資和操作費(fèi)等。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組1.電動(dòng)機(jī)在基本負(fù)荷型LNG工廠中采用電動(dòng)機(jī)作壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)的情況較少。2.蒸汽透平蒸汽透平已成功地用于基本負(fù)荷型LNG生產(chǎn)。3.燃?xì)馔钙竭x用燃?xì)馔钙阶鲏嚎s機(jī)的原動(dòng)機(jī)。

第二節(jié)換熱器

液化用換熱器液化工藝換熱器類型說明階式循環(huán)、兩級(jí)MR板翅式每條生產(chǎn)線需2臺(tái)單級(jí)MR工藝?yán)@管式：鋁殼、鋁管單級(jí)MRC3-MR繞管式：鋁殼、鋁管每條生產(chǎn)線1臺(tái)，由2~3組管束組成一.繞管式換熱器基地型LNG工廠多采用大型立式繞管式換熱器作主換熱。直徑可達(dá)4.2m，高54m，重240t。中心心軸上纏繞上許多管條，其長度可達(dá)80m，管條端頭連接到管板上。管條內(nèi)為高壓氣體或液體，制冷劑通過冷卻套在管條外循環(huán)。在這種換熱器內(nèi)可以同時(shí)冷卻幾種流體，冷卻面積可達(dá)10000m2。第二節(jié)換熱器多股流繞管式換熱器第二節(jié)換熱器4.1LNG液化主要設(shè)備二、板翅式換熱器第二節(jié)換熱器1.板翅式換熱器的基本計(jì)算(一)選擇翅片光直型翅片適用于溫差和壓差比較大的情況，反之則應(yīng)選用鋸齒形翅片；鋸齒型翅片適用于粘度大或有雜質(zhì)析出的狀況；在有相變（冷凝、蒸發(fā)）等的情況下，則宜選用光直型或多孔型翅片。放熱系數(shù)大的一側(cè)宜選用低而厚的翅片；放熱系數(shù)小的一側(cè)盡量選用高而薄的翅片。圖5.4翅