LNG生产主要设备解析课件.ppt

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1、第五章LNG生产主要设备,液化天然气（LNG）技术,液化天然气（LNG）技术,第一节 制冷压缩机组,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。在LNG工厂的投资费用中，工艺设备占40以上，其中制冷压力机组占50，换热器占30。,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）。制冷压缩机组一般不备用。,第一节 制冷压缩机组 液化工艺中主要工艺设备有,第一节 制冷压缩机组,一、离心式压缩机,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，主要由转子、定子、和辅助设备等部件组成。,第一节 制冷压缩机组一、离心式压缩机 整套离心,第一节 制冷压缩机组,

2、离心压缩机的特点流量大。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，同时叶轮转速很高，故流量很大。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。这不仅减少了摩擦，还可大大提高转速。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。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、排气均匀、易损件少。且不需备用机组，维修量小。单级压力比不高。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，故效率较活塞压缩机稍低。由于离心压缩机转速高、功率大、无备机，因此一旦发生

3、事故，后果是严重的，需有一系列紧急安全保障设施。,一、离心式压缩机,第一节 制冷压缩机组离心压缩机的特点一、离心式压缩机,第一节 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操作。 为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入口。,第一节 制冷压缩机组 在天然气加工中通常需要三到,第一节 制冷压缩机组,离心式压缩机主要参数计算：,（1）排气温度离心式压缩机的排气温度按多变压缩计算： （5-1）式中 Td离心式压缩机的

4、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。,第一节 制冷压缩机组离心式压缩机主要参数计算：（1）排气温度,第一节 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； p绝热效率。,第一节 制冷压缩机组（3）离心式压缩机的功率,第一节 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=100

5、0-2000 kW，g=9697% N1000kW，g=9496%c传动效率，直接传动时c=1.0，用齿轮增速箱传动时，c=0.930.98。,第一节 制冷压缩机组离心式压缩机的实际消耗功为：,第一节 制冷压缩机组,二、往复式压缩机往复式压缩机的特点：优点：适用压力范围广。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。热力效率较高，功率消耗较其它型式压缩机低。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：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；由于排气不连续，造成气流压

6、力脉动，易产生气柱振动。 使用往复式压缩机时，制冷工艺温度通常要求两级压缩。这提供了一个使用一个级间节能器的机遇，也提供了一个辅助制冷的机会。,综上所述，往复式压缩机主要适用于中、小流量而压力较高的场合。,第一节 制冷压缩机组二、往复式压缩机 综上所述，往复式压缩,第一节 制冷压缩机组,往复式压缩机主要参数计算：（1）排气量和供气量排气量与供气量的关系按下式计算。 （5-5）式中 Vs排气量，m3/min； 进气状态下的相对湿度； psa进气温度下的饱和蒸气压力，kPa； p0标准大气压力，kPa； T0标准状态温度，K； Ps进气压力，kPa； Ts进气温度，K。Ts=40C; V供气量，m

7、3/min。,第一节 制冷压缩机组往复式压缩机主要参数计算：,第一节 制冷压缩机组,（2）实际压缩机的排气量：排气系数： （5-6）式中排气系数，表示实际排气量与理论排气量之比。 v容积系数； p压力系数； t温度系数； g气密系数。（3）排气压力及级数 （5-7）式中 t压缩机的总压缩比； B级数。,第一节 制冷压缩机组（2）实际压缩机的排气量：,第一节 制冷压缩机组,（4）排气温度 （5-8）式中 Ts、Td进、排气的绝对温度，K； 压缩比； K绝热指数。,第一节 制冷压缩机组（4）排气温度,第一节 制冷压缩机组,（5）功率压缩机指示功率，多按绝热循环计算：理想气体：Z级压缩机实际气体：

8、式中 Ni指示功率，kW； Psi第i级名义吸气压力，kPa； Vti第i级的气缸行程容积，m3/min； vi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力，kPa； ki第i级理想气体的绝热过程指数； kTi第i级实际气体的温度绝热指数； zsi、zdi第i级名义压力下的气体压缩性系数。,第一节 制冷压缩机组（5）功率,第一节 制冷压缩机组,轴功率为： （5-11）式中 m压缩机机械效率，一般中、大型压缩机m=0.900.95；循环压缩机m=0.800.85。驱动机的功率应为： （5-12）式中 c传动效率，皮带传动c=0.960.99；齿轮传动c=0.970.99；半弹性联

9、轴节：c=0.970.99；刚性联轴节：c=1。,第一节 制冷压缩机组轴功率为：,第一节 制冷压缩机组,（1）螺杆式压缩机主要特点： 它的单位排气量的体积、质量、占地面积以及排气脉动均远比往复式压缩机为小。 螺杆式压缩机在宽广的工况范围内，仍能保持较高的效率，没有动力型压缩机在小排气量时出现的喘振现象。 它可用于所有制冷剂。 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。实际上压缩比无限制。 发动机、气体透平和膨胀机也可用作驱动器。,三、螺杆式压缩机,第一节 制冷压缩机组（1）螺杆式压缩机主要特点：三、螺杆式压,第一节 制冷压缩机组,(2)往复式压缩机特性计算：1）排气温度

10、干式螺杆压缩机 （5-13）式中 Td排气温度，K； 外压缩比，； m多变指数； Ts进气温度，K。,第一节 制冷压缩机组(2)往复式压缩机特性计算：,第一节 制冷压缩机组,喷油螺杆压缩机 （5-14）式中 Ns压缩机的轴功率，kW； G排气质量流量，kg/s； G0喷油质量流量，kg/s； Cp气体的比热容，J/（kgK）； Cpo油的比热容，J/（kgK）； Tsg气体的进气温度，K； Tso油的进口温度，K； Td排气（油）温度，K。,第一节 制冷压缩机组喷油螺杆压缩机,第一节 制冷压缩机组,2）指示功率内压缩比和外压缩比相等时的指示功率对于干式螺杆压缩机： （5-15）式中 N功率（指

11、示功率），kW； ps进气压力，kPa； Vs进口状态下压缩机排气量，m3/min； 压缩比； k绝热指数； m1多变指数，m1k，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。,第一节 制冷压缩机组2）指示功率,第一节 制冷压缩机组,对于喷油螺杆压缩机: （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对于喷油螺杆压缩机 （5-17）式中 N指标功率，kW； in内压缩比。,第一节 制冷压缩机组对于喷油螺杆压缩

12、机:,第一节 制冷压缩机组,3）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。,第一节 制冷压缩机组3）绝热功率和绝热效率,第一节 制冷压缩机组,四、轴流式压缩机,轴流式压缩机主要用于大流量、低压力比的场合，,、效率亚声速级轴流式压缩机的多变效率p=0.840.93，跨声速级轴流式压缩机的多变效率p=0.80.89 。多变效率p与绝热效率的换算关系为： 式中p轴流式压缩机的多变效率； 压缩比； 多变指数； 气体绝热指数。,第一节 制冷压缩机组四、轴流式压缩机 轴流式压,第一节 制冷压缩机组,四、轴

13、流式压缩机,2、级数轴流式压缩机的级数i按下式计算：式中hp轴流式压缩机的总能量头，kgmkg； 压缩因子； 气体常数，（ kgm ）（kgk）； T1进气温度，； hadm级的平均能量头， hadm 15002500 kgmkg 。,第一节 制冷压缩机组四、轴流式压缩机 2、级数,五、压缩机的选择（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。,液化工艺及压缩机配置,第一节 制冷压缩机组,五、压缩机的选择（大型液化装置）液化工艺工艺最少压缩所有压缩,一.液化制冷剂压缩机1.低压混合制

14、冷剂（LPMR）压缩机 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机可用于LPMR的压缩。 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，或因吸入外来物而发生故障。 轴流式压缩机与固定速度燃气轮机组合。,第一节 制冷压缩机组,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。,一.液

15、化制冷剂压缩机第一节 制冷压缩机组综上所述，对于LPM,2.高压混合制冷剂（HPMR）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 制冷压缩机组,2.高压混合制冷剂（HPMR）压缩机第一节 制冷压缩机组,二.预冷制冷剂压缩机 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，且现有产品选择余地大。,第一节 制冷压

16、缩机组,在.石油公司的巴丹LNG工厂，丙烷压缩机的叶轮直径1500mm，实际操作吸入流量约为190000m/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3.96106t/a的LNG生产厂，也可将每级丙烷压缩的实际吸入量限制到190000m/h。为此，可采用6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工厂中获得了成功的运用。,二.预冷制冷剂压缩机第一节 制冷压缩机组,五、驱动机的选择 对于LNG生产，可供选择的压缩机驱动装置（原

17、动机）有：电动机、蒸气涡轮机和燃气涡轮机。选择原动机时，应认真考虑和分析这样一些因素： 总体设计依据， 工艺选择设计， 原动机的使用经验， 对公用设施的影响， 环境影响， 安全性， 可靠性， 可维修性， 投资和操作费等。,第一节 制冷压缩机组,五、驱动机的选择第一节 制冷压缩机组,第一节 制冷压缩机组,1.电动机,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较少。,2.蒸汽透平,蒸汽透平已成功地用于基本负荷型LNG生产。,3.燃气透平,选用燃气透平作压缩机的原动机。,第一节 制冷压缩机组1.电动机 在基本负荷型LNG工厂中,第二节 换热器,液化用换热器,在LNG生产中选用的换热器有绕

18、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，提供酸气脱除、分馏装置和公用设施所需的冷量。其中对原料气进行液化是这种设备的最大功能。,第二节 换热器液化用换热器液化工艺换热器类型说明阶式循环,一.绕管式换热器 基地型LNG工厂多采用大型立式绕管式换热器作主换热。直径可达4.2m，高54m，重240t。 中心心轴上缠绕上许多管条，其长度可达80m，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。在这种换热器内可以同时冷却几种流体，冷却面积可达10000m2。,第二节 换热器,一.绕管式换热器第二节 换热器,多股流绕管式换热器,第二节

19、换热器,多第二节 换热器,4.1 LNG液化主要设备,二、板翅式换热器,4.1 LNG液化主要设备二、板翅式换热器,第二节 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,尺寸,第二节 换热器1.板翅式换热器的基本计算图5.4 翅片的几何,第三节 气（液）膨胀机,一、气（液）膨胀机原理,第三节 气（液）膨胀机一、气（液）膨

20、胀机原理,第三节 气（液）膨胀机,三、气（液）膨胀机的基本计算（1）实际气体的焓理想气体焓值对于纯组分理想气体 (5-51)对于混合理想气体 (5-52)式中 H0理想气体混合物的焓值，kJ/kg； h0m组分m理想焓值，kJ/kg； T温度，K； ym各组分的摩尔分率，%； m 组分数； Am、Bm、Cm、Dm、Em、Fm组分m的常数。具体常数值可查美国石油学会（API）数据手册。,第三节 气（液）膨胀机三、气（液）膨胀机的基本计算,实际气体焓值H,式中,简单流体和参考流体的实际焓；,混合气体的实际焓。,（5-53）,实际气体焓值H式中 简单流体和参考流体的实际焓；,第三节 气（液）膨胀机,

21、第三节 气（液）膨胀机,第三节 气（液）膨胀机,第三节 气（液）膨胀机,第三节 气（液）膨胀机,第三节 气（液）膨胀机,第三节 气（液）膨胀机,在进行工艺计算时。主要计算指定膨胀后压力P2下的膨胀温度。所涉及的计算步骤归结如下：,第三节 气（液）膨胀机 在进行工艺计算时。主要计算,第五章LNG生产主要设备,习 题1.在选择制冷压缩机时需要计算哪些参数？2.小型液化天然气工程，制冷压缩机一般选什么形式的？为什么？3.如何选择压缩机的驱动机？4.说明绕管式换热器的原理？5.说明板翅式换热器的特点，如何选型计算？。6.气（液）膨胀机的作用是什么？一般用在什么地方？7.说明气（液）膨胀机原理和计算方法。,第五章LNG生产主要设备习 题,