lng加气站成套气化装置设计-毕业设计

lng加气站成套气化装置设计-毕业设计内容摘要：

 （ 33） （ )/(15 KmW  为低温不锈钢导热系数 ） mtAKQ  111 （ 34） 231 7 8 . 3 1 mA   所需翅片管长 4  oFAS 气化为天然气后管内换热计算需采用 迪图斯 贝尔特（ DittusBoelter）公西安交通大学本科生毕业设计（论文） 21 式进行计算。 fffNu  （ 35） 气化后平均流速取 sm/5 ； 15 11 2. 6   if ud f ； 天然气导热率 )/( KmWL    ) 5 1 1 2(  fffNu )/( 2 KmWdNuh Lfi   不计污垢热阻，则有： )./(2 3 .981ln21 1 22 KmWhdddddhKoiooioi mtAKQ  221 232 6 3 .3 mA   所需翅片管长 5 0 . 8 m2 4  oFAS 总翅片管长 mSSS 1  两排管共 40 根，每根管长为 4米，总共有管 160 米 米满足传热学计算设计要求， 原设计 可以使用。 第二换热器（盐水与干空气） 总的热负荷以    3600/ qqQ 计算 ： 2CaCl 水溶液的比热容以 ，盐水温度下降 5t ℃；则载冷剂质量流量： k g / 8 1 3 3   tc Qq 体积流量为 hm/3 西安交通大学本科生毕业设计（论文） 22 所以管束表面对流换热系数 )W /( 2 Kho  忽略污垢热阻，管内换热热阻。 传热系数 KmWhRhk io   21 / 510ln 510lnm i nm a xm i nm a x,  tt ttt m℃ 总传热面积 23 7 3 8 1  mtK QA 需要翅片管长度为 mFAS o 3 7 9 .7 5/  原设计采用 6 排 ， 每排 20 根管， 管长 480 米 ﹥ 米 ， 所以 原 换热面积设计方案 满足 要求 可以采用。 翅片管布置（板式） 根据设计共需要 8 排 管 ， 从设计安全考虑增加 1 排管作为备用管排， 防止由于生产过程中个别翅片管的质量问题而使得整个复合气化器报废。 所以整个气化器的核心部分共有 9排管， 交叉布置，每排 20 根管，每排管与管间距 50mm，排与排之间间距 也为 50mm。 为防止管子自重造成的下垂现象在管排支架设计过程应 在 两端管板之间增加 支撑结构。 管排横截面 具体结构视图如下所示： 图 32 管排布置示意图 西安交通大学本科生毕业设计（论文） 23 第四章 配套设备选取 LNG 低温泵选型 工作流程要求 LNG 低温泵 工作在零下 160 度的低温工况下， 出口压力可以达到最少 22MPa，可以选择的泵主要 类型 有 LNG 高压泵和 柱塞泵 两种 ， 柱塞泵是容积泵的一种 ， 本身就可以实现对流量的控制，因此更加适合 LCG 加气站的要求。 国内的 相关 适用 型号没有找到 ， 暂时 选用美国公司生产的 PD3000 型柱塞泵 ， 其基本 参数如下： 介质 ： LNG 使用温度 ： 164 度 流量 ： 1000 L/h 最大吸气压力 ： 250 psig（磅每平方英寸） 出口压力 ： 28 MPa 必须 NPSH： 2 psig 转速 ： 约为 353 RPM 盐水泵选择 盐水泵的 工作条件 没有 LNG 泵那么 苛刻 ， 基本的清水离心泵就可以满足设计要求。 根据设计结果，盐水泵流量 大约 为 40 hm/3 左右 ，工作温度范围为 50℃45℃， 从安全出发 尽量 挑选耐腐蚀的 型号。 查机电手册， 可 供 选择 的 型号包括CZ50250（沈阳黎明水泵厂） 或者 SIH 标准化工泵 （镇江远东耐酸碱泵厂）。 实际购买设备时可以直接与生产盐水再热塔的厂家联系，最好能够一次买定 整个 盐水循环的全部设备，这样就无需为相关设备能否配套的问题作过多考虑了。 盐水再热塔 选型 生产型的再热塔与中央空调的冷却塔 无论在结构还是作用都很 相似， 冷却塔是 根据流量和温差区分 的 ，温差一般有 5 度， 10 度，和 25度之分， 分别称之为西安交通大学本科生毕业设计（论文） 24 常规塔，中温塔，高温塔， 根据设计结果，选择 5度 温差 的 ，水 流量接近 45立方米每小时的 冷却塔作为循环中的再热塔 即可。 这里预 选山东安丘伟业冷却塔有限公司生产的圆形逆流玻璃钢冷却塔DBNL350 型作为流程中的再热塔，具体参数参看下表。 表 41 再热塔参数 型号 参数 T=28℃ 冷却水量（ m3/h) T=27℃ 冷却水量（ m3/h) 主要尺寸（ mm) 风量 （ m3/h) 风机 直径 (mm) 电机 功率（ KW） 重量（ kg) 进水 压力 104Pa 直径 Dm △t=5℃ △t=8℃ △t=5℃ △t=8℃ 总高度 最大 直径 自重 运转重 DBNL350 50 37 57 44 2830 2215 28000 1400 596 1480 风机选型 两台风机 总 流量 V= sm/3 ，每台平均为 6立方米每秒， 21600 立方米每小时 ，达到这一风量要求的风机很多 ，但是尺寸都偏小 ， 要想安装在管板上，必须 增加起到 引风 作用的 锥形罩 结构 ，从结构的简单 和紧凑 考虑 ， 同时也 为安全起见，放大风量要求选择 大小 和管板 外形尺寸 相近的风机。 下面为 广州市伟森机电科技有限公司 生产出 品 的系列风机中 大小合乎要求的风机的参数列表： 表 42 风机参数表 型号 扇口 +直径 (mm) 扇叶转数 (r／m) 空气流量 (m3/h) 噪音 （ dB） 功率 （ kw） 额定电压 （ V） 重量 （ Kg） 外形尺寸 (mm) 长 X宽 X厚 TUHE4 型 770 450 29500 56 380 900X900X400 TUHES5型 790 427 29500 56 380 36 900X900X400 LNG 低温储罐 气化站的主要设备有低温储罐、气化器，盐水冷却器， CNG 储罐，盐水循环泵， LNG 高压柱塞泵等。 目前国内低 温液化天然气储罐的生产厂家有中山市南方空气分离设备有限西安交通大学本科生毕业设计（论文） 25 公司 (南空公司 )，又名四川空分设备 (集团 )有限责任公司南方分厂、圣达因公司和杭州制氧机厂。 其主要产品有 : 立式低温液体贮槽容积 2 立方米 ~200 立方米，真空粉末绝热 (圣达因公司 )容积 50 立方米 ~100 立方米真空粉末绝热。 (南空公司及杭州制氧机厂 )。 大型常温低温液体贮槽容积 200 立方米 ~2020 立方米，双层壁粉末绝热 (圣达因公司 )。 低温液体罐式集装箱 规格 20 英尺、 40英尺、真空粉末高真空多层缠绕。 卧式低温液体贮槽容积 50 立方米 ~200 立方米真空粉 末绝热 (南空公司 )。 低温液体贮槽 (球形 ) 容积 200 立方米 ~500 立方米，真空粉末绝热 (南空公司 )。 考虑到 LCG加气站的工作流程要求 LNG的最终压强比较高所以应该尽量增加可利用的静压差，所以采用立式真空罐，具体的容量可以参 考 相关设计标准 通过计算后 选取合适的国内成熟产品。 表 1 卧式储罐与立式储罐的对比 比较项目 立式真空储罐 卧式真空储罐 占地面积 稍小 稍大 可利用的静压差 大 小 液体界面和蒸发量 小 大 基础难度 稍大 稍小 风载荷 大 小 安装就位难度 大 小 设备投资 差不多 差不多 西安交通大学本科生毕业设计（论文） 26 第 五 章 冷量的利用 LNG 是天然气经过复杂过程制成的低温混合液体，每生产一吨 LNG 的动力及公用设施耗电量约为 850kw h，而在 LCG 加气站中， LNG 气化时放出很大的冷量，其值大约为 830KJ/Kg(包括液态天然气的 气 化潜热和气态天然气从储存温度复温到环境温度的显热 )。 这一部分冷能通常在天然气气化器中随水或空气被释放了，造成了能源的浪费。 为此，通过特定的工艺技术利用 LNG 冷能，可以达到节省能源、提高经济效益的目的。 国外已对 LNG 冷能的应用展开了广泛研究，并在冷能发电、冷冰食品从空气液化等方 面达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明显。 国内外 主要有以下几种利用 LNG 冷量的 技术： 天然气直接膨胀发电 概括地说ＬＮＧ冷量利用主要有三种方式：一是直接膨胀发电；二是降低蒸汽动力循环的冷凝温度；三是降低气体动力循环的吸气温度。 首先分析天然气直接膨胀发电。 E 1E 2E 4E 5E 6P 1P 2P 4LNG 泵蒸发器发电机膨胀机加热器LNGNG 图 51 天然气直接膨胀发电示意图 这种方法的特点是原理简单，但是效率不高，发电功率较小，还在系统中增西安交通大学本科生毕业设计（论文） 27 加了一套膨胀机设备，如果单独使用这种方法，则 LNG 的冷量未能得到充分利用。 因此，这一方法通常与其它 LNG 冷量利用的方法联合使用。 除非天 然气最终不是用于发电，这时可考虑利用此系统回收部分电能。 该项技术在 LCG 加气站中成功利用的主要障碍是整套设备的投资回收年限是否可以被限制在一个可以接受的范围。 通过第三章的计算可知依靠标准工况下 200KW 左右的冷负荷来回收膨胀机和配套 发电机的成本在经济上 是 不合算的，当然如果有合适的设备可供选择，利用该流程回收一部分电能 也是可以考虑的。 利用ＬＮＧ的蒸汽动力循环 通常，冷凝器采用冷却水作为冷源。 这样，循环的最低温度就限制为环境温度。 LNG 的 气 化温度很低 (— 162℃ )，秋冬季由于海水本身温度较低， LNG 在海水气化器 中 大量放热，有结冰的危险。 另一方向，从汽轮机排出的水蒸气在冷凝器中由冷媒水冷却，这部分冷媒水吸收热量后，温度有了明显升高。 因此对于 LNG气 化来说，可以利用冷媒水气化 LNG，既避免了结冰的危险，又降低了气化费用。 对于朗肯循环来说，如果保持吸热过程不变而降低冷凝器放热温度，则循环净功会显著增大；因此，循环净功和循环效率都将随着冷凝温度的降低而增加．在冷凝温度显著降低的情况下，蒸发温度也可显著降低，从而有可能利用工业余热或海水这一类价值低甚至无需成本的热源。 事实上，这一种低温朗肯循环是利用LNG 冷量的 朗肯循环的主要方式。 因此， LNG 可用于朗肯循环发电。 在循环中，LNG 的 气 化与乏汽的加热整合在一起。 本文所附外文翻译《低耗 LNG 气化器》主要讨论的就是该项技术，文中提及该技术已在美国热电站中得到利用，并附有设备结构简图，详情参看翻译文稿。 液化天然气冷量用于空气分离 根据前述 LNG 冷能分析的原理，低温 火用 是在越远离环境温度时越大，因此应在尽可能低的温度下利用 LNG 冷量，才能充分利用其低温 火用。 否则，在接近环境温度的范围内利用 LNG 冷量，大量宝贵的低温火用 已经耗散掉 了。 从这个角度来看，由于空分装置中所 需达到的温度比 LNG 温度还低，因此， LNG 的冷量 火用 能得到最佳的利用。 如果说在发电装置中利用 LNG 冷量是最可能大规模实现的西安交通大学本科生毕业设计（论文） 28 方式的话，在空分装置 中 利用 LNG 冷能应该 就 是技术上最合理的方式。 利用 LNG的冷量冷却空气，不但大幅度降低了能耗，而且简化了空分流程 ， 在 减少了建设费用的同时 LNG 气化的费用也可得到降低。 作为世界上最大的液化天然气进口国，日本在将 LNG 冷量应用于空气分离方面已有较为成功的实践 ， 数据显示 日本一些主要的利用 LNG冷量的空分装置中 大胶煤气公司利用 LNG冷量的空气分离装置流程与普通的空气分离装置相比 ，电力消耗节省 50％以上，冷却水节约 70％。 制取液化二氧化碳和干冰 液态二氧化碳是二氧化碳气体经压缩、提纯．最终液化得到的。 传统的液化。