【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ????? （ 33） （ )/(15 KmW ??? 為低溫不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù) ） mtAKQ ?? 111 （ 34） 231 7 8 . 3 1 mA ?? ?? 所需翅片管長(zhǎng) 4 ??? oFAS 氣化為天然氣后管內(nèi)換熱計(jì)算需采用 迪圖斯 貝爾特（ DittusBoelter）公西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 式進(jìn)行計(jì)算 。 fffNu ? （ 35） 氣化后平均流速取 sm/5 ； 15 11 2. 6 ????? ?? if ud ?f ； 天然氣導(dǎo)熱率 )/( KmWL ??? ? ? ) 5 1 1 2( ????? fffNu )/( 2 KmWdNuh Lfi ????? ? 不計(jì)污垢熱阻，則有： )./(2 3 .981ln21 1 22 KmWhdddddhKoiooioi????? mtAKQ ?? 221 232 6 3 .3 mA ?? ?? 所需翅片管長(zhǎng) 5 0 . 8 m2 4 ??? oFAS 總翅片管長(zhǎng) mSSS 1 ????? 兩排管共 40 根，每根管長(zhǎng)為 4米，總共有管 160 米 米滿足傳熱學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)要求， 原設(shè)計(jì) 可以使用。 第二換熱器（鹽水與干空氣） 總的熱負(fù)荷以 ? ? ????? 3600/ qqQ 計(jì)算 ： 2CaCl 水溶液的比熱容以 ，鹽水溫度下降 5??t ℃；則載冷劑質(zhì)量流量： k g / 8 1 3 3 ??? ????? tc Qq 體積流量為 hm/3 西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 所以管束表面對(duì)流換熱系數(shù) )W /( 2 Kho ?? 忽略污垢熱阻，管內(nèi)換熱熱阻。 傳熱系數(shù) KmWhRhk io ?????????? ???? 21 / 510ln 510lnm i nm a xm i nm a x, ????? ?????tt ttt m℃ 總傳熱面積 23 7 3 8 1 ?????? mtK QA 需要翅片管長(zhǎng)度為 mFAS o 3 7 9 .7 5/ ?? 原設(shè)計(jì)采用 6 排 ， 每排 20 根管， 管長(zhǎng) 480 米 ﹥ 米 ， 所以 原 換熱面積設(shè)計(jì)方案 滿足 要求 可以采用。 翅片管布置（板式） 根據(jù)設(shè)計(jì)共需要 8 排 管 ， 從設(shè)計(jì)安全考慮增加 1 排管作為備用管排， 防止由于生產(chǎn)過程中個(gè)別翅片管的質(zhì)量問題而使得整個(gè)復(fù)合氣化器報(bào)廢。 所以整個(gè)氣化器的核心部分共有 9排管， 交叉布置，每排 20 根管，每排管與管間距 50mm，排與排之間間距 也為 50mm。 為防止管子自重造成的下垂現(xiàn)象在管排支架設(shè)計(jì)過程應(yīng) 在 兩端管板之間增加 支撐結(jié)構(gòu)。管排橫截面 具體結(jié)構(gòu)視圖如下所示： 圖 32 管排布置示意圖 西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第四章 配套設(shè)備選取 LNG 低溫泵選型 工作流程要求 LNG 低溫泵 工作在零下 160 度的低溫工況下， 出口壓力可以達(dá)到最少 22MPa，可以選擇的泵主要 類型 有 LNG 高壓泵和 柱塞泵 兩種 ， 柱塞泵是容積泵的一種 ， 本身就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制，因此更加適合 LCG 加氣站的要求。國(guó)內(nèi)的 相關(guān) 適用 型號(hào)沒有找到 ， 暫時(shí) 選用美國(guó)公司生產(chǎn)的 PD3000 型柱塞泵 ， 其基本 參數(shù)如下： 介質(zhì) ： LNG 使用溫度 ： 164 度 流量 ： 1000 L/h 最大吸氣壓力 ： 250 psig（磅每平方英寸） 出口壓力 ： 28 MPa 必須 NPSH： 2 psig 轉(zhuǎn)速 ： 約為 353 RPM 鹽水泵選擇 鹽水泵的 工作條件 沒有 LNG 泵那么 苛刻 ， 基本的清水離心泵就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，鹽水泵流量 大約 為 40 hm/3 左右 ，工作溫度范圍為 50℃45℃， 從安全出發(fā) 盡量 挑選耐腐蝕的 型號(hào)。 查機(jī)電手冊(cè)， 可 供 選擇 的 型號(hào)包括CZ50250（沈陽黎明水泵廠） 或者 SIH 標(biāo)準(zhǔn)化工泵 （鎮(zhèn)江遠(yuǎn)東耐酸堿泵廠） 。 實(shí)際購買設(shè)備時(shí)可以直接與生產(chǎn)鹽水再熱塔的廠家聯(lián)系，最好能夠一次買定 整個(gè) 鹽水循環(huán)的全部設(shè)備，這樣就無需為相關(guān)設(shè)備能否配套的問題作過多考慮了。 鹽水再熱塔 選型 生產(chǎn)型的再熱塔與中央空調(diào)的冷卻塔 無論在結(jié)構(gòu)還是作用都很 相似， 冷卻塔是 根據(jù)流量和溫差區(qū)分 的 ，溫差一般有 5 度， 10 度，和 25度之分， 分別稱之為西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 常規(guī)塔，中溫塔，高溫塔， 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，選擇 5度 溫差 的 ，水 流量接近 45立方米每小時(shí)的 冷卻塔作為循環(huán)中的再熱塔 即可。 這里預(yù) 選山東安丘偉業(yè)冷卻塔有限公司生產(chǎn)的圓形逆流玻璃鋼冷卻塔DBNL350 型作為流程中的再熱塔，具體參數(shù)參看下表 。 表 41 再熱塔參數(shù) 型號(hào) 參數(shù) T=28℃ 冷卻水量（ m3/h) T=27℃ 冷卻水量（ m3/h) 主要尺寸（ mm) 風(fēng)量 （ m3/h) 風(fēng)機(jī) 直徑 (mm) 電機(jī) 功率（ KW） 重量（ kg) 進(jìn)水 壓力 104Pa 直徑 Dm △t=5℃ △t=8℃ △t=5℃ △t=8℃ 總高度 最大 直徑 自重 運(yùn)轉(zhuǎn)重 DBNL350 50 37 57 44 2830 2215 28000 1400 596 1480 風(fēng)機(jī)選型 兩臺(tái)風(fēng)機(jī) 總 流量 V= sm/3 ，每臺(tái)平均為 6立方米每秒， 21600 立方米每小時(shí) ，達(dá)到這一風(fēng)量要求的風(fēng)機(jī)很多 ，但是尺寸都偏小 ， 要想安裝在管板上，必須 增加起到 引風(fēng) 作用的 錐形罩 結(jié)構(gòu) ，從結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單 和緊湊 考慮 ， 同時(shí)也 為安全起見，放大風(fēng)量要求選擇 大小 和管板 外形尺寸 相近的風(fēng)機(jī)。下面為 廣州市偉森機(jī)電科技有限公司 生產(chǎn)出 品 的系列風(fēng)機(jī)中 大小合乎要求的風(fēng)機(jī)的參數(shù)列表： 表 42 風(fēng)機(jī)參數(shù)表 型號(hào) 扇口 +直徑 (mm) 扇葉轉(zhuǎn)數(shù) (r／m) 空氣流量 (m3/h) 噪音 （ dB） 功率 （ kw） 額定電壓 （ V） 重量 （ Kg） 外形尺寸 (mm) 長(zhǎng) X寬 X厚 TUHE4 型 770 450 29500 56 380 900X900X400 TUHES5型 790 427 29500 56 380 36 900X900X400 LNG 低溫儲(chǔ)罐 氣化站的主要設(shè)備有低溫儲(chǔ)罐、氣化器，鹽水冷卻器， CNG 儲(chǔ)罐，鹽水循環(huán)泵， LNG 高壓柱塞泵等。 目前國(guó)內(nèi)低 溫液化天然氣儲(chǔ)罐的生產(chǎn)廠家有中山市南方空氣分離設(shè)備有限西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 公司 (南空公司 )，又名四川空分設(shè)備 (集團(tuán) )有限責(zé)任公司南方分廠、圣達(dá)因公司和杭州制氧機(jī)廠。其主要產(chǎn)品有 : 立式低溫液體貯槽容積 2 立方米 ~200 立方米，真空粉末絕熱 (圣達(dá)因公司 )容積 50 立方米 ~100 立方米真空粉末絕熱。 (南空公司及杭州制氧機(jī)廠 )。 大型常溫低溫液體貯槽容積 200 立方米 ~2020 立方米，雙層壁粉末絕熱 (圣達(dá)因公司 )。 低溫液體罐式集裝箱 規(guī)格 20 英尺、 40英尺、真空粉末高真空多層纏繞。 臥式低溫液體貯槽容積 50 立方米 ~200 立方米真空粉 末絕熱 (南空公司 )。 低溫液體貯槽 (球形 ) 容積 200 立方米 ~500 立方米，真空粉末絕熱 (南空公司 )。 考慮到 LCG加氣站的工作流程要求 LNG的最終壓強(qiáng)比較高所以應(yīng)該盡量增加可利用的靜壓差，所以采用立式真空罐，具體的容量可以參 考 相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 通過計(jì)算后 選取合適的國(guó)內(nèi)成熟產(chǎn)品。 表 1 臥式儲(chǔ)罐與立式儲(chǔ)罐的對(duì)比 比較項(xiàng)目 立式真空儲(chǔ)罐 臥式真空儲(chǔ)罐 占地面積 稍小 稍大 可利用的靜壓差 大 小 液體界面和蒸發(fā)量 小 大 基礎(chǔ)難度 稍大 稍小 風(fēng)載荷 大 小 安裝就位難度 大 小 設(shè)備投資 差不多 差不多 西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 五 章 冷量的利用 LNG 是天然氣經(jīng)過復(fù)雜過程制成的低溫混合液體，每生產(chǎn)一噸 LNG 的動(dòng)力及公用設(shè)施耗電量約為 850kw h，而在 LCG 加氣站中， LNG 氣化時(shí)放出很大的冷量，其值大約為 830KJ/Kg(包括液態(tài)天然氣的 氣 化潛熱和氣態(tài)天然氣從儲(chǔ)存溫度復(fù)溫到環(huán)境溫度的顯熱 )。這一部分冷能通常在天然氣氣化器中隨水或空氣被釋放了，造成了能源的浪費(fèi)。為此，通過特定的工藝技術(shù)利用 LNG 冷能，可以達(dá)到節(jié)省能源、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。國(guó)外已對(duì) LNG 冷能的應(yīng)用展開了廣泛研究，并在冷能發(fā)電、冷冰食品從空氣液化等方 面達(dá)到實(shí)用化程度，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常明顯。 國(guó)內(nèi)外 主要有以下幾種利用 LNG 冷量的 技術(shù)： 天然氣直接膨脹發(fā)電 概括地說ＬＮＧ冷量利用主要有三種方式：一是直接膨脹發(fā)電；二是降低蒸汽動(dòng)力循環(huán)的冷凝溫度；三是降低氣體動(dòng)力循環(huán)的吸氣溫度。首先分析天然氣直接膨脹發(fā)電。 E 1E 2E 4E 5E 6P 1P 2P 4LNG 泵蒸發(fā)器發(fā)電機(jī)膨脹機(jī)加熱器LNGNG 圖 51 天然氣直接膨脹發(fā)電示意圖 這種方法的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，但是效率不高，發(fā)電功率較小，還在系統(tǒng)中增西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 加了一套膨脹機(jī)設(shè)備，如果單獨(dú)使用這種方法，則 LNG 的冷量未能得到充分利用。因此，這一方法通常與其它 LNG 冷量利用的方法聯(lián)合使用。除非天 然氣最終不是用于發(fā)電，這時(shí)可考慮利用此系統(tǒng)回收部分電能。 該項(xiàng)技術(shù)在 LCG 加氣站中成功利用的主要障礙是整套設(shè)備的投資回收年限是否可以被限制在一個(gè)可以接受的范圍 。 通過第三章的計(jì)算可知依靠標(biāo)準(zhǔn)工況下 200KW 左右的冷負(fù)荷來回收膨脹機(jī)和配套 發(fā)電機(jī)的成本在經(jīng)濟(jì)上 是 不合算的，當(dāng)然如果有合適的設(shè)備可供選擇，利用該流程回收一部分電能 也是可以考慮的 。 利用ＬＮＧ的蒸汽動(dòng)力循環(huán) 通常，冷凝器采用冷卻水作為冷源。這樣，循環(huán)的最低溫度就限制為環(huán)境溫度。 LNG 的 氣 化溫度很低 (— 162℃ )，秋冬季由于海水本身溫度較低， LNG 在海水氣化器 中 大量放熱，有結(jié)冰的危險(xiǎn)。另一方向，從汽輪機(jī)排出的水蒸氣在冷凝器中由冷媒水冷卻，這部分冷媒水吸收熱量后，溫度有了明顯升高。因此對(duì)于 LNG氣 化來說，可以利用冷媒水氣化 LNG，既避免了結(jié)冰的危險(xiǎn)，又降低了氣化費(fèi)用。對(duì)于朗肯循環(huán)來說，如果保持吸熱過程不變而降低冷凝器放熱溫度，則循環(huán)凈功會(huì)顯著增大；因此，循環(huán)凈功和循環(huán)效率都將隨著冷凝溫度的降低而增加．在冷凝溫度顯著降低的情況下，蒸發(fā)溫度也可顯著降低，從而有可能利用工業(yè)余熱或海水這一類價(jià)值低甚至無需成本的熱源。事實(shí)上，這一種低溫朗肯循環(huán)是利用LNG 冷量的 朗肯循環(huán)的主要方式。因此， LNG 可用于朗肯循環(huán)發(fā)電。在循環(huán)中，LNG 的 氣 化與乏汽的加熱整合在一起。 本文所附外文翻譯《低耗 LNG 氣化器》主要討論的就是該項(xiàng)技術(shù)，文中提及該技術(shù)已在美國(guó)熱電站中得到利用，并附有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，詳情參看翻譯文稿。 液化天然氣冷量用于空氣分離 根據(jù)前述 LNG 冷能分析的原理，低溫 火用 是在越遠(yuǎn)離環(huán)境溫度時(shí)越大，因此應(yīng)在盡可能低的溫度下利用 LNG 冷量，才能充分利用其低溫 火用 。否則，在接近環(huán)境溫度的范圍內(nèi)利用 LNG 冷量，大量寶貴的低溫火用 已經(jīng)耗散掉 了 。從這個(gè)角度來看，由于空分裝置中所 需達(dá)到的溫度比 LNG 溫度還低，因此， LNG 的冷量 火用 能得到最佳的利用。如果說在發(fā)電裝置中利用 LNG 冷量是最可能大規(guī)模實(shí)現(xiàn)的西安交通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 方式的話，在空分裝置 中 利用 LNG 冷能應(yīng)該 就 是技術(shù)上最合理的方式 。 利用 LNG的冷量冷卻空氣，不但大幅度降低了能耗，而且簡(jiǎn)化了空分流程 ， 在 減少了建設(shè)費(fèi)用的同時(shí) LNG 氣化的費(fèi)用也可得到降低。作為世界上最大的液化天然氣進(jìn)口國(guó)，日本在將 LNG 冷量應(yīng)用于空氣分離方面已有較為成功的實(shí)踐 ， 數(shù)據(jù)顯示 日本一些主要的利用 LNG冷量的空分裝置中 大膠煤氣公司利用 LNG冷量的空氣分離裝置流程與普通的空氣分離裝置相比 ，電力消耗節(jié)省 50％以上，冷卻水節(jié)約 70％。 制取液化二氧化碳和干冰 液態(tài)二氧化碳是二氧化碳?xì)怏w經(jīng)壓縮、提純．最終液化得到的。傳統(tǒng)的液化