油气储运专业课LNG复习资料

1简答12题（分条作答，关键词）画流程图6题第一章绪论1、液化天然气（LNG）：当天然气在大气压下冷却至约-162℃时，天然气由气态变成液态，称为液化天然气。2、LNG的基本特点：（1）无色、无味、无毒且无腐蚀性；（2）其体积约为同量气态天然气体积的1/625;（3）其重量仅为同体积的水的45%左右；（4）可以大大节约储运空间和成本，而且具有热值大、性能高等特点。第二章天然气的净化技术1、LNG有哪些杂质？H2O、SO2、H2S、COS、Hg、芳香烃族、N2、He、O22、为什么要脱除天然气中的水分？（1）含有CO2和H2S的天然气在有水存在的情况下形成酸液腐蚀管路和设备；（2）在一定条件下形成天然气水合物而堵塞阀门、管道和设备；（3）降低管道输送能力，造成不必要的动力消耗。第三章制冷原理和方法1、制冷原理基本可分为两大类：气体膨胀制冷和相变制冷（1）气体膨胀制冷：是利用较高压力的气体共通过节流阀或膨胀机绝热膨胀使气体降压降温来获得冷量。这种方法又分为两种类型：节流膨胀制冷和绝热膨胀制冷。（2）相变制冷：是利用某些物质（即制冷剂）在相变时的吸热效应来产生冷量。最常见的利用某些物质（即制冷剂）由液体转变为蒸气时的吸热制冷，这种方法也称为蒸气制冷，一般有三种类型：蒸气压缩式、蒸气喷射式和吸收式。注：天然气液化中常采用的制冷方法（3种）是：节流膨胀制冷、膨胀机绝热膨胀制冷、蒸气压缩制冷。2、膨胀机制冷循环（是绝热膨胀过程）膨胀制冷循环流程图（与书P26的图3-3略有不同，翻书看下）1-压缩机；2-干燥器；3-冷凝器；4-气液分离器；5-膨胀机；6-节流阀膨胀机制冷循环是一种输出能量的绝热膨胀过程，它大大改善了循环的热力性能，并可以获得更大的温降。流程：温度为T0、压力为P0的原料气经过冷凝换热器换热后温度降为T2、压力降为P2，部分冷凝分离出来的凝液在气液分离器中分离出来并节流减压后排出，未冷凝的气体经膨胀机绝热膨胀到压力P3、温度T3。膨胀过程中输出部分机械能或热能，低温低压干气流经冷凝换热器吸收热量将自身升温至T4后输出。2注意：在膨胀机制冷循环中，冷量主要来源于膨胀机，其次是在冷凝换热器中发生的等温节流效应；而冷量消耗主要用于液化凝析液和补偿冷量损失。绝热过程：系统和外界间不发生热量交换时，系统状态变化所经历的过程称为绝热过程。等熵过程：当绝热过程为可逆过程时，该过程为等熵过程。绝热不一定等熵，必须是可逆的绝热过程才称为等熵过程。3、解释气体做外功的绝热膨胀效应？----下面解释的等熵膨胀效应，不过二者类似高压天然气通过涡轮膨胀机进行绝热膨胀的同时做外功的过程如果是可逆的，则必然为等熵过程。该过程的特点是气体膨胀对外做功熵值不变，膨胀后气体温度降低，且同时产生冷量。等熵膨胀效应：气体进行等熵膨胀时，由于压力的变化引起的温度变化称为等熵膨胀效应。4、蒸气压缩制冷是相变制冷中常用的一种，其原理是利用液体汽化时的吸热效应来获得低温，即利用液体汽化相变制冷。蒸气压缩制冷循环包括：节流膨胀、液体冷剂蒸发、气体冷剂压缩、过热气体冷凝四个过程。（1）A-B过程【节流膨胀过程】：由冷凝器出来的制冷剂液体（A）,经节流阀膨胀到蒸发压力pB，温度降到与之前相对应的饱和温度TB，形成两相状态的气液混合物。A点是饱和压力pA和焓HLA下的泡点液体。液体通过一个节流阀闪蒸，压力降至pB，同时温度也降低至TB。膨胀后的压力值pB由期望的制冷剂温度TB（点B处）来决定。由于B点位于p-H图的包络区，因而气液共存。由于膨胀步骤A-B是通过一个膨胀阀产生的，无能量交换，因此，该过程可以看作是等焓过程，所以阀出口处全部物流的焓应等于进口处物流的焓。节流过程是不可逆过程，故过程进行时，熵随之增加。（2）B-C过程【液体蒸发过程】：在膨胀A-B过程中蒸气的生成并不能提供所期望的制冷效果。在蒸发器B-C阶段，由于制冷剂液体吸收热量被蒸发，因此产生了制冷效果。这是一个恒温恒压的步骤。在C点，蒸气的焓等于B点蒸气的焓。（3）C-D过程【气体压缩过程】：制冷剂蒸气在饱和压力pC下离开蒸发器进入压缩机增3压，增压的目的是让循环的制冷剂在高压下再一次液化。焓值为HVB时，相应的温度为TC，在此点的熵为SC。对于理想气体等熵压缩过程为直线C-D’，等熵压缩到压力pA。（4）D-A过程【过热气体冷凝过程】：离开压缩机的压力为pD=pA，温度为TD的过热制冷剂在近于恒压下通过冷凝器被冷却到露点温度TA，此时制冷剂蒸气在恒温下开始冷凝。它包括两个过程：气相制冷剂由过热状态降低到露点温度，再由露点温度的气体被冷凝到饱和液体。在脱过热和冷凝过程中，蒸发和压缩过程中加给制冷剂的所有热量和功必须移出，这样才能返回到p-H图的A点（起点）而完成一个循环。这四个过程中熵、焓怎么变化的？重点！！！！4、天然气液化工业中常用的制冷剂有哪些？制冷剂，也称制冷工质，是制冷系统中完成制冷循环的工作介质。按化学成分分类，可分为四类：（1）无机化合物制冷剂（2）氟利昂制冷剂（3）碳氢化合物制冷剂（4）共沸溶液制冷剂。在天然气液化装置中，常用碳氢化合物作为制冷剂。常用的碳氢化合物制冷剂有：甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、乙烯、丙烯。天然气制冷装置中应用最普遍的是：丙烷、乙烯、乙烷、甲烷等制冷剂。4、蒸气压缩制冷循环流程可分为：单一制冷剂压缩制冷、级联式制冷、混合制冷剂制冷等几种形式。（1）单一制冷剂压缩制冷（以纯丙烷制冷剂为例）1）单一制冷剂单级压缩制冷系统42）单一制冷剂两级制冷系统用一个两级制冷系统并有级间闪蒸节能器，经常可以节能20%。3）单一制冷剂三级制冷系统注：随着压缩机增加，能耗迅速降低。然而随着压缩机的增加，制冷系统的安装费用也会升高。（2）级联式制冷级联式制冷循环流程图：此图可能有误，与书P32的图不同。5级联式制冷采用两种制冷剂。可以获得比单一制冷剂压缩制冷更低的温度。级联式制冷通常由高温和低温两部分组成。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。这两个部分各自成为一个使用单一制冷剂的制冷系统（单级或两级压缩），其中高温部分系统中制冷剂的蒸发用来使低温部分系统中的制冷剂冷凝。高、低温两部分用一个冷凝蒸发器联系起来，它既是低温部分的冷凝器，也是高温部分的蒸发器。这样低温部分的制冷剂吸收的热量就可以传给高温部分的制冷剂，而高温部分的制冷剂再将热量传给环境介质（空气或水）。（3）混合制冷剂制冷（过程要掌握）为了获得较低的制冷温度，采用两种或两种以上制冷剂混合而成的混合制冷剂制冷循环。上图为采用R12和R13混合冷剂运转的单级压缩单级分凝低温制冷系统。过程为：经压缩机压缩后的蒸气排到冷凝器中。在这里，大量中温组分R12和少量低温组分R13冷凝为液体而流入储液器3。以低温组分R13为主的未冷凝蒸气由冷凝器上部引到冷凝蒸发器，在这里被管内蒸发的液体冷凝，凝液流入储液器5，然后由5引出经节流阀9去蒸发器7制冷。为了减小损失，在系统中还装了一个回热器6。第四章天然气液化技术（重点）LNG的生产分为3个步骤：原料气预处理、液化和储存。天然气液化是一个低温过程。原料天然气经净化预处理后，进入换热器进行低温冷冻循环，冷却至-162℃左右就会液化。一、天然气液化技术、液化工艺有哪些？天然气液化工艺有：（1）级联式循环（2）混合制冷剂液化流程，即MRC（3）膨胀机制冷液化流程（4）液氮液化天然气流程（5）CII液化流程1、级联式循环经典的级联式循环由三个单独的制冷循环（丙烷、乙烯、甲烷）串接而成（3个温度水平）。为使实际级间操作温度尽可能贴近原料气的冷却曲线，减少熵增，提高效率，用9个温度水平（丙烷段、乙烯段、甲烷段各3个）代替3个温度水平（丙烷段-38℃、乙烯段-85℃、甲烷段-160℃）。6天然气三温度水平和九温度水平阶式循环的冷却曲线如下图：级联式液化流程也称为：阶式液化流程、复叠式液化流程、串联蒸发冷凝液化流程。级联式液化流程的优点：（1）能耗低；（2）制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定；（3）技术成熟，压缩机的喘震减少。缺点：（1）机组多（3台压缩机），流程十分复杂，投资费用高；（2）附属设备多；（3）管道与控制系统复杂，维护不便。级联式液化流程图如下：7流程解释：级联式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液化天然气，各级所用的制冷剂分别为丙烷、乙烯、甲烷，每个制冷循环中均含有三个换热器。级联式液化流程中较低温度级的循环将热量转移给相邻的较高温度级的循环。第一级丙烷制冷循环为天然气、乙烯、甲烷提供冷量；第二级乙烯制冷循环为天然气、甲烷提供冷量；第三级甲烷制冷循环为天然气提供冷量。级联式冷循环工艺包括了3个密闭的纯烃制冷剂制冷循环，分别是：丙烷循环、乙烯循环、甲烷循环。2、混合制冷剂液化流程（MRC）是以C1至C5的碳氢化合物及N2等5种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀，得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。与纯组分制冷剂不同的是，混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的范围之内，纯组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。与级联式液化流程相比，MRC的优点是：（1）机组设备少，只需一台循环压缩机，流程简单，投资省；（2）管理方便；（3）混合制冷剂组分可以部分或全部从天然气本身提取与补充。MRC的缺点是：（1）能耗较高，比级联式液化流程高10%-20%左右；（2）混合制冷剂的合理配比较为困难。A、无预冷的混合制冷剂液化流程MRC主换热器的下部称为温端，上部称为冷端。净化后的天然气由主换热器的底部（温端）进入，从主换热器的顶部（冷端）离开。图4-5流程解释：混合制冷剂经压缩至高压，首先用水冷却，带走一部分热量，预冷后进入气液分离器S1分离成气相和液相。其中液相经预冷换热器E1冷却后节流、降温、降压，与返流的混合制冷剂混合后，为预冷换热器E1提供冷量，用于冷却天然气和从分离器出来的气相和液相混合。另外气相制冷剂经预冷换热器E1冷却后，进入气液分离器S2分离成气相和液相，液相经主换热器E2冷却后节流、降温、降压，与返流的混合制冷剂混合后为主换热器E2提供冷量，用来冷却天然气和从分离器出来的气相和液相混合。从E2出来的气相8制冷剂经过冷换热器E3冷却后节流、降温，进入过冷换热器E3，用来冷却天然气和气相混合制冷剂。预处理后的天然气依次经过预冷换热器E1、主换热器E2、过冷换热器E3，经历了一个冷却、冷凝、过冷的过程，相态由气相变为液相。过冷换热器E3出口的高压液态天然气经节流阀节流降压至储存压力，温度相应地降低至储存温度，液态天然气部分汽化进入两相区，注入LNG储罐。带丙烷预冷混合制冷剂天然气液化流程（C3/MRC工艺）这是在MRC工艺基础上开发出来的新一代液化工艺。9第五章LNG生产主要设备问题1、小型液化天然气工程中制冷压缩机怎样选型，需要计算哪些参数？问题2、膨胀机的工作原理，工作过程？液化工艺中主要工艺设备有：制冷压缩机组、换热器、膨胀机等。第一节制冷压缩机组制冷压缩机组，包括压缩机和驱动装置（原动机）。制冷压缩机组的选择与液化工艺的选择密切相关。每种液化工艺的需用功率和压缩设备各不相同，尤其是物流相对分子质量、压缩比和流量会因为工艺的不同而变化。一、压缩机的选择大型基本负荷型天然气液化工厂的压缩机选择，概括的说：（1）预冷循环多选用离心式压缩机；（2）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；（3）甲烷压缩机多选用离心式压缩机；在小型LNG工厂中，由于所需要的功率较低，往复式、螺杆式、旋转式压缩机都常用。低压混合制冷剂（LPMR）压缩机选用：大叶轮离心式压缩机、轴流式压缩机都可选。高压混合制冷剂（HPMR）压缩机选用：径向对开式离心式压缩机，配有中间冷却器。预冷制冷剂压缩机，又称为丙烷压缩机（以丙烷作预冷制冷剂），选用：离心式压缩机。二、离心式压缩机1、整套离心式压缩机组是由：电气、机械、润滑、冷却、控制等部分组成的一个系统。主要部件有：转子、定子、辅助设备等2、离心式压缩机的工作原理：当叶轮转