【正文】 制冷循環(huán)。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 經(jīng)典級聯(lián)式液化流程的使用情況生產(chǎn)線 所在國家或地區(qū) 起用年代A r z e w阿爾及利亞1965K e n a i阿拉斯加1969P o i n t F o r t i n特立尼達(dá)和多巴哥1999 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 2. 混合制冷劑液化流程 MixedRefrigerant Cycle 簡稱 MRC MRC循環(huán)是以 C1至 C5的碳?xì)浠衔锛?N2等多組分的混合制冷劑為工質(zhì) ， 進(jìn)行逐級的冷凝 、 蒸發(fā) 、 節(jié)流膨脹 ， 從而得到不同溫區(qū)的制冷量 ， 而使天然氣逐步冷卻 ， 直至液化 。 各級所用的制冷劑一般為 丙烷 （ 大氣壓下沸點為 ℃ ） 、 乙烯 （ 104℃ ） 和 甲烷 （ 162℃ ） 。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 第三章、天然氣液化技術(shù) （三） 典型液化流程 李兆慈 中國石油大學(xué)（北京） 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 典型天然氣液化流程 制冷方式分： ? 級聯(lián)式液化流程 ? 混合制冷劑液化流程 ? 帶膨脹機的液化流程 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 按功能分： ? 基本負(fù)荷型 ：盡量選用能耗較低的液化循環(huán) ? 調(diào)峰型 ：需要考慮流程緊湊、運行靈活、 適應(yīng)性強 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 1. 級聯(lián)式液化流程 亦稱 階式 、 復(fù)疊式 、 逐級循環(huán) 或 串聯(lián)蒸發(fā)冷凝液化流程 ， 此法采用最早 。 液化率隨熱交換器入口溫度變化關(guān)系 . 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 drffarf hmmhhmhmhmm ?????? 21)(0?定義制冷劑的質(zhì)量流率比 : mmr r??液化率 : y h hh h r h hh hfa cf? ?? ? ??1 21 1?帶預(yù)冷系統(tǒng)的最大液化率 : y h hh hfm a x ? ??6 36 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 林德雙壓系統(tǒng) T－ S圖 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 取熱交換器，兩個氣液分離器，二個節(jié)流閥，作為熱力分析系統(tǒng)，針對穩(wěn)定流動， 根據(jù)能量守恒原則，可得液化率為 : y h hh h i h hh hf f? ?? ? ??1 311 21?中間壓力蒸汽流率比： i m mi? . ./?熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于兩個壓縮機， 單位質(zhì)量氣體的壓縮耗功為 : ? ? ? ? ? ? ? ? ?wmT S S h h i T S S h h.. [ ( ) ( )] [ ( ) ( )]1 1 3 1 3 1 1 2 1 2 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 林德雙壓系統(tǒng)液化功 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 6. 克勞特系統(tǒng) 克勞特系統(tǒng) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 取熱交換器、節(jié)流閥、氣液分離器作為能量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有外部熱功交換， 對該系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 : 231)(0 mhhmhmhmhmm eeefff ???????膨脹機的流量比率 : 進(jìn)膨脹機質(zhì)量流量占總流量比例 : mmx e /??液化率 : y mmh hh h xh hh hffef? ? ?? ? ??..1 2131?凈耗功 : )( 43 hhmw ee ??)()]()([ 321211 ehhxhhssTmw ??????? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 克勞特循環(huán)單位質(zhì)量液化功 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 7. 卡皮查系統(tǒng) 卡皮查循環(huán)：帶有高效率透平膨脹機的低壓液化循環(huán)。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?? ??????? . 2. 2 )2/()2/(inoutn e tn e t gzvhmgzvhmWQ?穩(wěn)定物流的熱力學(xué)第一定律 : ?通常動能和勢能的變化相對于焓變而言小得多 : WQ ? ? ??? . .out inmhmh?理想系統(tǒng)時 : )(.)(.. 11.ffiR hhmhhmwQ ?????? ?等熵過程 : S Sf2 ?Q m T S S m T S SR f. . ( ) . ( )? ? ? ? ?1 2 1 1 1?液化氣體的理論最小功 : fiffimwhhSSTmw ??????? )()(111 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 21)(0 mhhmhmm fff ???? ffhhhhymm????1211h fh 氣體的液化率依賴于： 大氣條件下 (點 1)的壓力 和溫度 ,從而決定了 和 ； 等溫壓縮后的壓力 ， 由 決定。 節(jié)流元件 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 膨脹機 ? 絕熱膨脹 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ?氣體等熵膨脹時，壓力的微小變化所引起的溫度變化 稱為微分等熵效應(yīng) ( ) ( )s s PPTTP C T? ???????對理想氣體 (?為絕熱指數(shù) ) 121 2 11[ 1 ( ) ]sPT T T TP???? ? ? ? ?等熵膨脹過程的溫差，隨著膨脹壓力比 P1/P2的增大而增大，還隨初溫 T1的提高而增大。 焦耳－湯姆遜系數(shù)就是圖上等焓線的斜率 轉(zhuǎn)化曲線上 0JT? ?節(jié)流后升溫 0JT?節(jié)流后降溫 0JT?圖 112 實際氣體的等焓節(jié)流膨脹 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 進(jìn)一步推導(dǎo)得 1[ ( ) ]PJTpTCT ???? ???對理想氣體 =0JT?(2) 節(jié)流過程的物理特征 T ( ) PT?? ??0JT?節(jié)流時溫度降低 T ( ) =PT?? ??=0JT?節(jié)流時溫度不變 T ( ) PT?? ??0JT?節(jié)流時溫度升高 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 (3) 轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化曲線 轉(zhuǎn)化溫度 T abR bi ? ?2 1 2( )?2223[ 2 1 ]9iabTPR b a? ? ?轉(zhuǎn)化溫度與壓力的關(guān)系 在 T－ P圖上為一連續(xù)曲線，稱為轉(zhuǎn)化曲線 針對范德瓦爾氣體的最高轉(zhuǎn)化溫度 T aRbi , ma x ? 2P? 0 b? ? 0(此時 或 ) ( )( )P a b RT? ? ?? ?2范德瓦爾 狀態(tài)方程 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 表 1 列出了一部分氣體的最高轉(zhuǎn)化溫度。 焦耳－湯姆遜系數(shù) hJT )PT( ??? ? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 零效應(yīng)的連線稱為轉(zhuǎn)化曲線，如圖上虛線所示。 壓縮機和膨脹機的絕熱效率 壓縮機和膨脹機的機械效率 換熱器的效率 換熱器和管道的壓降 系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換 ffiimwmwwwF OM//????實際性能參數(shù) 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 節(jié)流效應(yīng) 焦耳湯姆遜效應(yīng)（焦湯效應(yīng) JT效應(yīng)） ?工質(zhì)流過閥門時流動截面突然收縮，壓力下降，這種流動稱為節(jié)流。所需再生熱較低砜胺法（ S ul f i no l ）環(huán)丁砜和二異丙醇胺或甲基二醇胺水溶液兼有化學(xué)吸收和物理吸收作用，天然氣中酸氣分壓較高， H2S 含量比 CO2含量高時較經(jīng)濟。改良熱鉀堿法（ B e nf i e d 或P ot C a r b ）碳酸鉀溶液中加入烷基醇胺和硼酸鹽等活化劑主要是化學(xué)吸收過程，在酸氣分壓較高時用此法較為經(jīng)濟。此法工藝成熟，同時吸收 CO2和 H2S 能力較強，尤其 CO2含量比 H2S 含量高時應(yīng)用，可部分脫除有機硫。 砜胺法對中、高酸氣分壓的天然氣有廣泛的適應(yīng)性，而且有良好的脫有機硫能力，能耗較低。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 砜胺法 近年來發(fā)展最快的聯(lián)合吸收法。 對含有大量 CO2的原料氣尤為適合 。 溶劑 一乙醇胺： CO2 二乙醇胺： H2S或 H2S 與 CO2兼有 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 熱鉀堿法（ Benfied） 溶劑為碳酸鉀、催化劑、防腐劑、水組成的混合物。不燃燒、無熱值 脫除酸性氣體常稱為 脫硫脫碳 ，習(xí)慣上稱為 脫硫 。 含有酸性氣體的天然氣通常稱為 酸性氣或含硫氣 。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 2. 脫酸性氣體 酸性氣體對人體有害，對設(shè)備管道有腐蝕作用，沸點較高的降溫過程中易呈固體析出，必須脫除。不宜處理酸性天然氣 ? 硅膠： 堅硬無定形鏈狀和網(wǎng)狀硅酸聚合物顆粒，脫水后氣體露點達(dá) 60?C；容易被水飽和，接觸液態(tài)水易炸裂 ? 分子篩： 天然或人工合成的沸石型硅鋁酸鹽，天然分子篩稱沸石。 ? 缺點： 基本建設(shè)投資大，壓力降較高，吸附劑易 中毒或碎裂，再生熱量較大 適用于小流量氣體的脫水。 吸附機理： 兩相界面上，由于異相分子間作用力不同于主體分子間作用力，使相界面上的流體的分子密度異于主體密度而發(fā)生吸附。 ? 適用于 大型天然氣液化裝置 中脫除大部分水分。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 防止甘醇分解： 再生溫度超過 204?C及系統(tǒng)中有氧氣、液態(tài)烴存在時，會降低甘醇的 PH值，促使甘醇分解。 吸收劑的要求： 對天然氣有很強的脫水能力，熱穩(wěn)定性好，脫水時不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，容易再生，粘度小，對設(shè)備無腐蝕性，價格低廉，容易得到 。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 壓力很高的氣體： 直接節(jié)流 壓力較低的氣體： 壓縮、水冷卻、節(jié)流 如達(dá)不到液化原料氣要求，應(yīng)采用其它方法進(jìn)一步脫水 會脫除部分重?zé)N。 目前常用的脫水方法： 冷卻法、吸收法、吸附法等 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 ? 冷卻脫水： 降溫，脫除部分重?zé)N，適用于大量水分粗分離 ? 吸收法 ：吸濕性液體或活性固體，甘醇胺溶液、二甘醇溶液、三甘醇溶液，適用于大型天然氣液化裝置中脫除大部分水分； ? 吸附法： 活性氧化鋁、硅膠、 分子篩 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 冷卻法 利用當(dāng)壓力不變時，天然氣的含水量隨溫度降低而減少的原理實現(xiàn)天然氣脫水。 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 天然氣的遷移特性 天然氣的遷移特性是天然氣傳熱和流動阻力 計算的關(guān)鍵數(shù)據(jù) 試驗測量 采用擬合的經(jīng)驗、半經(jīng)驗公式計算 經(jīng)驗選定 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 第三章、天然氣液化技術(shù) （一） 天然氣的預(yù)處理 李兆慈 中國石油大學(xué)（北京） 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 天然氣的預(yù)處理是指脫除天然氣中的硫化氫、CO水分、重?zé)N和汞等雜質(zhì)，以免這些雜質(zhì)腐蝕設(shè)備及在低溫下凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道?？偀嶂蹬c凈熱值的區(qū)別在于燃燒過程小產(chǎn)生的水的冷凝潛熱?！?)； yi—i組分的摩爾分率 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 天然氣的熱值 單位體積或單位質(zhì)量天然氣完全燃燒時所產(chǎn)生的熱量稱為天然氣的 燃燒熱值 ，簡稱 熱值 ． 在理想燃燒反應(yīng)中，生成的水全部以液態(tài)出現(xiàn)，且所有的產(chǎn)物冷卻到 15℃ ， 這時的熱值稱為總熱值或全熱值或高熱值。 積摩爾氣體的理想氣體體時與溫度壓力摩爾氣體的實際體積時與溫度壓力11TpTpZ ? 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 壓縮因子計算 ? 實驗測定 ? 利用狀態(tài)方程計算 ? 利用經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式計算 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 天然氣的密度 天然氣的密度定義為單位體積的天然氣質(zhì)量 Mg—天然氣的視分子量 / 平均分子量 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 天然氣的相對密度 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，天然氣的密度與干燥空氣密度之比稱為 相對密度 中管網(wǎng)通用業(yè)頻道 天然氣的比熱容 天然氣的比熱容可由各組分的比熱容經(jīng)加合法求得 CN=?yiCi CN—天然氣的比熱容， kJ／ (kg主要分布在中國的福建、廣東、上海、江蘇、浙江、山東和遼寧等。 ? 福建湄州灣： 已計劃興建進(jìn)口 LNG接收站，該項目 LNG總處理能力為 600萬噸 ，分兩期進(jìn)行，一期規(guī)模為每年 260萬噸 。 預(yù)計 2022年我國天然氣需求缺