第8章 天然氣凝液回收

1、1天然氣凝液是從天然氣中回收天然氣凝液是從天然氣中回收C C2 2+ +的烴類的烴類混合物的總稱。一般包括乙烷混合物的總稱。一般包括乙烷 、液化石油氣、液化石油氣和天然汽油。和天然汽油。NGLNatural Gas Liquid，天然氣凝液。天然氣凝液。LPGLiquefied Petroleum Gas, 液化石液化石油氣。油氣。LNGLiquefied Natural Gas, ,液化天然液化天然氣氣。2主要內(nèi)容主要內(nèi)容u天然氣凝液回收方法天然氣凝液回收方法u低溫分離法工藝低溫分離法工藝u多元汽液平衡和精餾多元汽液平衡和精餾u制冷技術(shù)制冷技術(shù)u主要工藝設(shè)備主要工藝設(shè)備3基本要求基本要求u了

2、解天然氣凝液回收方法和工藝特點；了解天然氣凝液回收方法和工藝特點；u掌握制冷工藝的原理和特點掌握制冷工藝的原理和特點；u掌握天然氣凝液回收流程及其應(yīng)用掌握天然氣凝液回收流程及其應(yīng)用。48.1 8.1 概概 述述 Abstractu回收天然氣凝液的必要性；回收天然氣凝液的必要性；u天然氣凝液回收方法；天然氣凝液回收方法；5一、回收天然氣凝液的必要性一、回收天然氣凝液的必要性u 有利于改善天然氣質(zhì)量，降低烴露點，有利于改善天然氣質(zhì)量，降低烴露點，防止在管輸中有液態(tài)烴凝結(jié)。防止在管輸中有液態(tài)烴凝結(jié)。u 回收凝液的產(chǎn)品是重要的民用燃料和化回收凝液的產(chǎn)品是重要的民用燃料和化工原料；工原料； u 提高資源

3、的綜合利用率，有良好的經(jīng)濟(jì)提高資源的綜合利用率，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。效益和社會效益。6二、天然氣凝液回收方法二、天然氣凝液回收方法u吸附法吸附法u油吸收法油吸收法u低溫分離法低溫分離法71.1.吸附法吸附法 吸附法是利用具有多孔結(jié)構(gòu)的固體吸附吸附法是利用具有多孔結(jié)構(gòu)的固體吸附劑（如活性氧化鋁或活性炭）對烴類組分吸劑（如活性氧化鋁或活性炭）對烴類組分吸附能力強弱的差異而實現(xiàn)氣體中重組分與輕附能力強弱的差異而實現(xiàn)氣體中重組分與輕組分的分離。主要用于天然氣中回收重?zé)N類，組分的分離。主要用于天然氣中回收重?zé)N類，且處理規(guī)模較小且處理規(guī)模較小( (小于小于606010104 4m m3 3/d)/

4、d)及較貧的及較貧的天然氣天然氣( (液烴含量液烴含量13131414mL/mmL/m3 3) )。 8吸附法的特點和應(yīng)用情況吸附法的特點和應(yīng)用情況u工藝裝置簡單，投資費用較??；工藝裝置簡單，投資費用較??；u但生產(chǎn)產(chǎn)品單一（液化氣和天然汽油），但生產(chǎn)產(chǎn)品單一（液化氣和天然汽油），再生能耗高，運行成本較高。再生能耗高，運行成本較高。u吸附劑的吸附容量等問題未能得到很好吸附劑的吸附容量等問題未能得到很好解決。解決。u未得到廣泛的應(yīng)用。曾在美國用過。未得到廣泛的應(yīng)用。曾在美國用過。9吸附劑吸附劑 工業(yè)上常用于回收天然氣液烴的吸附工業(yè)上常用于回收天然氣液烴的吸附劑有活性炭、硅膠、硅藻土等。劑有活性炭、

5、硅膠、硅藻土等。1 1kgkg的活的活性炭具有性炭具有106106m m2 2的有效吸附面積，其吸附的有效吸附面積，其吸附能力很強。因此，活性炭就成為工業(yè)上能力很強。因此，活性炭就成為工業(yè)上提取液烴的重要吸附劑。提取液烴的重要吸附劑。 10吸附法工藝流程吸附法工藝流程圖圖8-3 8-3 吸附法提取液態(tài)烴的流程吸附法提取液態(tài)烴的流程 I I原料氣；原料氣；IIII液體（冷凝液液體（冷凝液+ +水）；水）；IIIIII再生氣；再生氣；IVIV）脫去脫去汽油的氣體；汽油的氣體；V V在原料氣流中的經(jīng)過分離的再生氣；在原料氣流中的經(jīng)過分離的再生氣；1 1原料氣原料氣入口分離器；入口分離器；2 2加熱再

6、生氣的部分；加熱再生氣的部分；3 3、4 4吸收塔；吸收塔；5 5換熱器；換熱器；6 6再生氣分離器再生氣分離器112. 2. 油吸收法油吸收法油吸收法是基于天然氣中各組分在吸收油吸收法是基于天然氣中各組分在吸收油中的溶解度的差異而使輕、重?zé)N組分得油中的溶解度的差異而使輕、重?zé)N組分得以分離的方法。以分離的方法。通常采用石腦油、煤油或通常采用石腦油、煤油或柴油作吸收油。按照吸收操作溫度的不同，柴油作吸收油。按照吸收操作溫度的不同，油吸收法往往分為常溫油吸收和低溫油吸油吸收法往往分為常溫油吸收和低溫油吸收法（冷油吸收法）兩種。收法（冷油吸收法）兩種。12常溫油吸收法的操作溫度為常溫或略常溫油吸收法

7、的操作溫度為常溫或略低于常溫，多用于中小型天然氣凝液回低于常溫，多用于中小型天然氣凝液回收裝置；冷油吸收法利用制冷將吸收油收裝置；冷油吸收法利用制冷將吸收油冷至冷至0 0-40-40進(jìn)行操作，該法比常溫油進(jìn)行操作，該法比常溫油吸收法可多回收吸收法可多回收C C2 2+ +液烴，液烴，C C3 3的回收率可的回收率可達(dá)達(dá)85%85%90%90%，常用于較大型的氣體加工，常用于較大型的氣體加工廠。廠。 2. 2. 油吸收法油吸收法13油吸收法的特點和應(yīng)用情況油吸收法的特點和應(yīng)用情況u工藝流程復(fù)雜；工藝流程復(fù)雜；u投資費用和運行成本高；投資費用和運行成本高；u直至直至2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代中期

8、還是天然氣分離年代中期還是天然氣分離工藝中使作最多的方法；工藝中使作最多的方法；u但隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，自但隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，自19701970年以后，年以后，油吸收法在新建裝置中已很少采用。油吸收法在新建裝置中已很少采用。14油吸收劑油吸收劑 常溫油吸收工藝使用的吸收油，其相常溫油吸收工藝使用的吸收油，其相對分子質(zhì)量可達(dá)對分子質(zhì)量可達(dá)180180200200，在低溫吸收，在低溫吸收條件下（條件下（-18-18）則大都為）則大都為100100130130，都是大于都是大于C C5 5組分的烷烴。常溫油吸收法組分的烷烴。常溫油吸收法由于輕烴收率低、消耗指標(biāo)高，已不再由于輕烴收率低、消耗指標(biāo)高，

9、已不再使用。使用。15低溫油吸收法工藝流程（補充）低溫油吸收法工藝流程（補充）163. 3. 低溫分離法低溫分離法低溫分離法（冷凝分離法）低溫分離法（冷凝分離法）是利用原是利用原料氣中各烴類組分冷凝溫度的不同，通過料氣中各烴類組分冷凝溫度的不同，通過將原料氣冷凝至一定溫度，將沸點較高的將原料氣冷凝至一定溫度，將沸點較高的烴類冷凝分離出來，并經(jīng)凝液精餾分離成烴類冷凝分離出來，并經(jīng)凝液精餾分離成合格產(chǎn)品的工藝。合格產(chǎn)品的工藝。 17提供冷量的形式提供冷量的形式提供冷量的方式有提供冷量的方式有外部制冷法、自制冷外部制冷法、自制冷法和混合制冷法法和混合制冷法等多種形式。等多種形式。 18低溫分離法的主

10、要特點低溫分離法的主要特點u工藝流程簡單，投資少，效益好；工藝流程簡單，投資少，效益好；u回收率高，回收率高，C3的回收率可達(dá)的回收率可達(dá)90%以上；以上；u適應(yīng)性強，管理方便。適應(yīng)性強，管理方便。19低溫分離法的應(yīng)用情況低溫分離法的應(yīng)用情況u隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，特別是19641964年，年，美國首次將透平膨脹機用于天然氣凝液美國首次將透平膨脹機用于天然氣凝液回收，使天然氣回收凝液技術(shù)開始了新回收，使天然氣回收凝液技術(shù)開始了新的發(fā)展階段。的發(fā)展階段。u目前，低溫分離法已廣泛應(yīng)用于天然氣目前，低溫分離法已廣泛應(yīng)用于天然氣凝液回收裝置。凝液回收裝置。 208.2 8.2

11、商用產(chǎn)品的技術(shù)條件及規(guī)范商用產(chǎn)品的技術(shù)條件及規(guī)范Technology requirement and code for product21國標(biāo)國標(biāo)9052.19052.18888規(guī)定了丙烷、規(guī)定了丙烷、丁烷和丙丁烷混合物的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)丁烷和丙丁烷混合物的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 22商品液烴的儲存溫度和壓力商品液烴的儲存溫度和壓力2324一、普通油吸收法一、普通油吸收法 油吸收法是依據(jù)天然氣混合物中各組油吸收法是依據(jù)天然氣混合物中各組分在吸收油中溶解度的差異而設(shè)計的。分在吸收油中溶解度的差異而設(shè)計的。 普通油吸收法是在常壓、常溫下進(jìn)行普通油吸收法是在常壓、常溫下進(jìn)行吸收，吸收，C C+ +3 3的收率在的收率在7

12、0%70%左右。欲提高吸收左右。欲提高吸收率就需采用低溫或高壓油吸收法。率就需采用低溫或高壓油吸收法。25二、低溫油吸收法二、低溫油吸收法 采用低溫油吸收法可以帶來如下好處：采用低溫油吸收法可以帶來如下好處： 1. 1.原料氣的原料氣的預(yù)冷卻可使較重的烴類冷凝，預(yù)冷卻可使較重的烴類冷凝，而在分離器中分離出來，從而而在分離器中分離出來，從而減輕了吸收減輕了吸收塔的負(fù)荷。塔的負(fù)荷。 2. 2.采用低溫吸收，就有可能采用較輕的、采用低溫吸收，就有可能采用較輕的、吸收能力更強的吸收油（分子量吸收能力更強的吸收油（分子量100100140140），），降低吸收劑耗量，從而降低再生降低吸收劑耗量，從而降低

13、再生和泵送吸收劑的動力費用。和泵送吸收劑的動力費用。26三、高壓油吸收法三、高壓油吸收法 吸收塔在吸收塔在141416MPa16MPa下操作。由于吸下操作。由于吸收塔處于這樣的高壓下，就不必在低溫收塔處于這樣的高壓下，就不必在低溫下進(jìn)行吸收了，下進(jìn)行吸收了，高壓也可提高目標(biāo)組分高壓也可提高目標(biāo)組分的吸收率。的吸收率。27 工業(yè)上常用于回收天然氣液烴的吸工業(yè)上常用于回收天然氣液烴的吸附劑有活性炭、硅膠、硅藻土等。附劑有活性炭、硅膠、硅藻土等。1kg1kg的的活性炭具有活性炭具有106m106m2 2的有效吸附面積，其吸的有效吸附面積，其吸附能力很強。因此，活性炭就成為工業(yè)附能力很強。因此，活性炭

14、就成為工業(yè)上提取液烴的重要吸附劑。上提取液烴的重要吸附劑。28 提取天然氣液烴的吸附流程的適宜操提取天然氣液烴的吸附流程的適宜操作條件為：作條件為： 1. 1.吸附循環(huán)時間吸附循環(huán)時間，15152020分鐘、到分鐘、到6060分分鐘；鐘； 2. 2.吸附劑的再生溫度吸附劑的再生溫度，533533588k588k。 吸附裝置一般只限于處理吸附裝置一般只限于處理3 35050萬萬Nm3/d Nm3/d 的小流量天然氣或者大流量的貧氣（液烴的小流量天然氣或者大流量的貧氣（液烴含量低于含量低于1 120g/Nm20g/Nm3 3）。）。2930 根據(jù)提供冷量方式不同分成三大類方法根據(jù)提供冷量方式不同分

15、成三大類方法: : u 外加制冷循環(huán)法，亦即外加制冷循環(huán)法，亦即直接冷凝法直接冷凝法 u 直接膨脹制冷法，即直接膨脹制冷法，即膨脹冷凝法膨脹冷凝法 u 混合制冷法混合制冷法 31 混合制冷法方法有不少優(yōu)點：混合制冷法方法有不少優(yōu)點：（1 1）有兩個冷源有兩個冷源，因此運轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大，即，因此運轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大，即使外加制冷系統(tǒng)發(fā)生故障，裝置也能保持使外加制冷系統(tǒng)發(fā)生故障，裝置也能保持較低收率情況下繼續(xù)動轉(zhuǎn)；較低收率情況下繼續(xù)動轉(zhuǎn)；（2 2）外加的制冷系統(tǒng)比前面第一種方法要簡外加的制冷系統(tǒng)比前面第一種方法要簡單，容量小單，容量?。煌饧永湓唇鉀Q高沸點較重?zé)N；外加冷源解決高沸點較重?zé)N類冷凝問題，膨脹制取

16、的冷量可以用在較類冷凝問題，膨脹制取的冷量可以用在較低溫度位。這種流程組合既可以提高乙烷、低溫度位。這種流程組合既可以提高乙烷、丙烷收率，又可大大提高裝置有效能效率。丙烷收率，又可大大提高裝置有效能效率。 32 圖圖8-4 8-4 低溫分離法三種類型流程示意圖低溫分離法三種類型流程示意圖 33一、輕烴回收工藝流程（補充）一、輕烴回收工藝流程（補充）u冷劑制冷工藝流程冷劑制冷工藝流程u逆升壓式膨脹機制冷工藝流程逆升壓式膨脹機制冷工藝流程u正升壓膨脹機制冷工藝流程正升壓膨脹機制冷工藝流程u丙烷預(yù)冷與膨脹制冷結(jié)合的混合制冷工藝丙烷預(yù)冷與膨脹制冷結(jié)合的混合制冷工藝34 中 高 壓 氣 原 料 氣 低

17、壓 氣 預(yù) 分 離 壓 縮 凈 化 冷 凝 分 離 液 烴 分 餾 制 冷 產(chǎn) 品 儲 配 低溫分離工藝的組成低溫分離工藝的組成35低溫分離工藝的基本單元低溫分離工藝的基本單元低溫分離工藝的基本單元有原料氣預(yù)低溫分離工藝的基本單元有原料氣預(yù)分離、分離、原料氣增壓、天然氣凈化、冷凝分原料氣增壓、天然氣凈化、冷凝分離、制冷工藝、凝液分餾、離、制冷工藝、凝液分餾、產(chǎn)品儲配。產(chǎn)品儲配。36工藝流程分析工藝流程分析 采用低溫分離法回收天然凝液，采用低溫分離法回收天然凝液，要根要根據(jù)原料氣狀態(tài)參數(shù)、產(chǎn)品品種和質(zhì)量要求，據(jù)原料氣狀態(tài)參數(shù)、產(chǎn)品品種和質(zhì)量要求，將其各單元有機地組合，形成一個完整的將其各單元有機

18、地組合，形成一個完整的高效工藝流程。高效工藝流程。從而達(dá)到節(jié)約投資，降低從而達(dá)到節(jié)約投資，降低能耗，以求獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效能耗，以求獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。下面將分別對增壓、凈化、制冷、冷益。下面將分別對增壓、凈化、制冷、冷凝分離和凝液分餾等內(nèi)容進(jìn)行分析。凝分離和凝液分餾等內(nèi)容進(jìn)行分析。37增壓工藝增壓工藝 低溫分離離法是利用天然氣中各組分低溫分離離法是利用天然氣中各組分沸點不同的特點，在一定壓力下，將氣體沸點不同的特點，在一定壓力下，將氣體逐漸降溫，其中沸點高的重組分先冷凝出逐漸降溫，其中沸點高的重組分先冷凝出來。來。對某一組分來說，壓力增高，其沸點對某一組分來說，壓力增高，其

19、沸點相應(yīng)也增高。因此，對低壓原料氣，為了相應(yīng)也增高。因此，對低壓原料氣，為了達(dá)到較好的冷凝分離效果，需設(shè)置壓縮機達(dá)到較好的冷凝分離效果，需設(shè)置壓縮機增壓。增壓。38增壓大小的估算增壓大小的估算 增壓后的增壓后的壓力高低應(yīng)滿足適宜的冷凝分壓力高低應(yīng)滿足適宜的冷凝分離壓力為原則離壓力為原則，與原料氣組成、冷凝溫度、，與原料氣組成、冷凝溫度、產(chǎn)品回收率、壓縮機技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)品回收率、壓縮機技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)效益等因素。圖等因素。圖8-58-5為某氣體組成下，為某氣體組成下，C C2 2和和C C3 3液液化率與冷凝壓力的關(guān)系。表化率與冷凝壓力的關(guān)系。表8-48-4為天然氣增為天然氣增壓的壓力界限。

20、壓的壓力界限。39圖圖8-4 8-4 液化率與冷凝壓力的關(guān)系圖液化率與冷凝壓力的關(guān)系圖40回收率（回收率（% %）進(jìn)裝置壓力進(jìn)裝置壓力MPaMPa干氣壓力干氣壓力MPaMPa增壓要求增壓要求MPaMPaC3800.20.50.20.52.0C3800.20.51.51.64.04.2C2800.20.50.20.54.04.2C2800.20.51.51.65.05.541二、冷劑制冷工藝流程二、冷劑制冷工藝流程 圖圖8-58-5為冷劑制冷工藝流程圖，其基本為冷劑制冷工藝流程圖，其基本工藝路線：工藝路線：低壓氣低壓氣壓縮壓縮脫水脫水丙烷制冷丙烷制冷低溫低溫分離器分離器脫乙烷塔脫乙烷塔脫丙丁烷塔

21、。脫丙丁烷塔。42圖圖8-58-5冷劑制冷工藝流程冷劑制冷工藝流程 1 1原料氣分離器；原料氣分離器；2 2壓縮機；壓縮機；3 3、1111、1414冷卻器；冷卻器；4 4氣液分離器；氣液分離器；5 5脫水吸附器；脫水吸附器；6 6冷箱；冷箱；7 7丙烷蒸發(fā)器；丙烷蒸發(fā)器；8 8低溫分離器；低溫分離器；9 9脫乙烷塔；脫乙烷塔；1010脫丙丁烷塔；脫丙丁烷塔；1212回流罐；回流罐；1313回流泵；回流泵；1515、1616、1717、1818節(jié)流閥。節(jié)流閥。43三、膨脹機制冷工藝流程三、膨脹機制冷工藝流程 圖圖8-68-6為逆升壓式膨脹機制冷工藝流程為逆升壓式膨脹機制冷工藝流程圖（先膨脹后增

22、壓）；圖圖（先膨脹后增壓）；圖8-78-7為正升壓式膨為正升壓式膨脹機制冷工藝流程圖（先增壓后膨脹）脹機制冷工藝流程圖（先增壓后膨脹） ；44圖圖8-68-6逆升壓式膨脹機制冷工藝流程逆升壓式膨脹機制冷工藝流程 1 1原料氣分離器；原料氣分離器；2 2吸附器；吸附器； 3 3換熱器；換熱器；4 4、6 6氣液分離器；氣液分離器；5 5、8 8節(jié)流閥；節(jié)流閥；7 7泵；泵；9 9脫乙烷塔；脫乙烷塔；1010、1414再沸器；再沸器；1111脫脫丙丁烷塔；丙丁烷塔；1212冷凝器；冷凝器；1313回流罐；回流罐；1515膨脹機膨脹端；膨脹機膨脹端；1616膨脹機增壓端膨脹機增壓端45圖圖8-68-

23、6所示流程的特點所示流程的特點u脫乙烷塔塔壓較低，可提高膨脹比；脫乙烷塔塔壓較低，可提高膨脹比；u塔頂冷量由低溫分離器塔頂冷量由低溫分離器6 6的氣液相直接提的氣液相直接提供，省去了塔頂冷凝器；供，省去了塔頂冷凝器；u塔頂脫出物經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入低溫分離器液塔頂脫出物經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入低溫分離器液烴吸收后摻入干氣中，使丙烷的收率提烴吸收后摻入干氣中，使丙烷的收率提高。高。46圖圖8-78-7正升壓膨脹機制冷工藝流程正升壓膨脹機制冷工藝流程 1 1原料氣分離器；原料氣分離器；2 2吸附器；吸附器；3 3換熱器；換熱器；4 4氣液分離器；氣液分離器；5 5節(jié)流閥；節(jié)流閥；6 6脫乙烷塔；脫乙烷塔；7 7、11

24、11再沸器；再沸器；8 8脫丙丁烷塔；脫丙丁烷塔；9 9冷凝器；冷凝器；1010回流回流罐；罐；1212冷卻器；冷卻器；1313膨脹機增壓端；膨脹機增壓端；1414膨脹機膨脹端膨脹機膨脹端47四、混合制冷工藝流程四、混合制冷工藝流程圖圖8-88-8為丙烷預(yù)冷與膨脹制冷相結(jié)合的混合為丙烷預(yù)冷與膨脹制冷相結(jié)合的混合制冷原理流程圖；本流程特點：制冷原理流程圖；本流程特點：u 制冷溫度低，產(chǎn)品收率高；制冷溫度低，產(chǎn)品收率高；u 可解決膨脹機對富氣不適用的問題?？山鉀Q膨脹機對富氣不適用的問題。48圖圖8-8 8-8 冷劑制冷冷劑制冷+ +膨脹機制冷工藝流程膨脹機制冷工藝流程 1 1原料氣分離器；原料氣分

25、離器；2 2干燥器；干燥器；3 3主冷箱；主冷箱；4 4、6 6、7 7分離器；分離器；5 5膨脹機組；膨脹機組；8 8干氣壓縮機；干氣壓縮機；9 9脫甲烷塔；脫甲烷塔；1010塔底再沸器塔底再沸器49實例介紹實例介紹規(guī)模為每日處理油田氣規(guī)模為每日處理油田氣 120 12010104 4m m3 3，最最低冷凝溫度為低冷凝溫度為117117，乙烷收率，乙烷收率8585，產(chǎn)，產(chǎn)品有乙烷、丙烷、液化石油氣和天然汽油，品有乙烷、丙烷、液化石油氣和天然汽油，是一座工藝較為完善、技術(shù)較先進(jìn)的裝置。是一座工藝較為完善、技術(shù)較先進(jìn)的裝置。 50原油伴生氣組成原油伴生氣組成組成組成N2CO2C1C2C3iC4

26、nC4V%0.330.026 87.526.20 2.745 0.619 1.223組成組成iC5nC5C6C7C8C9C10V%0.363 0.303 0.2080.34 0.101 0.005 0.00351原料氣條件及產(chǎn)品質(zhì)量原料氣條件及產(chǎn)品質(zhì)量 壓力：壓力：0.50.5MPaMPa（表）；表）； 溫度：溫度：3535； 氣相乙烷純度：氣相乙烷純度：9797（重量）（重量） 液化石油氣：丙一丁烷純度液化石油氣：丙一丁烷純度 9696 天然汽油：含丁烷組分小于天然汽油：含丁烷組分小于1%1%（重量）（重量）52工藝流程簡介工藝流程簡介 裝置工藝流程如圖裝置工藝流程如圖8-98-9； 二級壓

27、縮（二級壓縮（1.61.6MPaMPa、3.4MPa3.4MPa） 4A4A型分子篩脫水至型分子篩脫水至1 1ppmppm，壓縮到壓縮到4.54.5MPaMPa； 凝液分離器的溫度為凝液分離器的溫度為-63-63； 丙烷制冷循環(huán)，設(shè)有丙烷制冷循環(huán)，設(shè)有-33 -33 和和-17 -17 兩兩個溫度等級，丙烷自產(chǎn)。個溫度等級，丙烷自產(chǎn)。53 膨脹機出溫度為膨脹機出溫度為-117-117，壓力，壓力0.80.8MPaMPa； 脫乙烷塔壓力為脫乙烷塔壓力為2.052.05MPaMPa； 脫丁烷塔壓力為脫丁烷塔壓力為1.51.5MPaMPa； 干氣外輸：干氣外輸：0.870.87MPaMPa。工藝流程

28、簡介工藝流程簡介54圖圖8-9 8-9 丙烷制冷與膨脹制冷相結(jié)合的裝置丙烷制冷與膨脹制冷相結(jié)合的裝置55工藝流程實例分析工藝流程實例分析 技術(shù)現(xiàn)狀；技術(shù)現(xiàn)狀； 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 丙烷收率低的原因分析；丙烷收率低的原因分析； 工藝改造方案研究。工藝改造方案研究。56技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀某天然氣凝液回收裝置主要生產(chǎn)液化氣和某天然氣凝液回收裝置主要生產(chǎn)液化氣和輕油，現(xiàn)采用熱分離機制冷工藝，裝置每天生輕油，現(xiàn)采用熱分離機制冷工藝，裝置每天生產(chǎn)液化氣產(chǎn)液化氣1.51.5噸，輕油噸，輕油1.01.0噸。裝置正常運行時，噸。裝置正常運行時，流程中低溫分離器的溫度為流程中低溫分離器的溫度為-40-40，熱分離

29、機，熱分離機的出口溫度為的出口溫度為-69,-69,脫乙烷塔頂溫度為脫乙烷塔頂溫度為 - -2020，丙烷收率不足，丙烷收率不足15%15%。工藝流程如圖。工藝流程如圖8-108-10。57 圖圖8-108-10回收裝置改造前工藝流程圖回收裝置改造前工藝流程圖1,3 1,3 分離器；分離器；2,10,132,10,13冷卻器；冷卻器；44干燥器；干燥器；55加熱爐；加熱爐；66冷箱（主、副換熱冷箱（主、副換熱器、低溫分離器）；器、低溫分離器）；77熱分離機；熱分離機；88脫乙烷塔；脫乙烷塔；99脫丙丁烷塔；脫丙丁烷塔；1111回流罐；回流罐；1212回流泵；回流泵；5859氣源條件氣源條件 裝

30、置處理量：裝置處理量：141410104 4m m3 3/d/d 原料氣壓力：原料氣壓力：1.91.92.12.1MPaMPa（絕）絕） 干氣外輸壓力：干氣外輸壓力：0.60.60.70.7MPaMPa（絕）絕）60丙烷收率低的原因分析丙烷收率低的原因分析 熱分離機的等熵效率低，僅有熱分離機的等熵效率低，僅有35%35%40%40% 原工藝采用一次分離回收丙烷及以上原工藝采用一次分離回收丙烷及以上重組分，而熱分離機出口含大量的液烴未重組分，而熱分離機出口含大量的液烴未回收，造成較多的液烴損失?；厥眨斐奢^多的液烴損失。 脫乙烷塔頂溫度為脫乙烷塔頂溫度為-20-20比原設(shè)計值比原設(shè)計值高近高近1

31、515，造成脫乙烷塔頂丙烷損失量較，造成脫乙烷塔頂丙烷損失量較大。大。61工藝改造方案研究工藝改造方案研究 通過工藝計算和分析可知，為了降低通過工藝計算和分析可知，為了降低制冷溫度，提高丙烷收率，必須改變制冷制冷溫度，提高丙烷收率，必須改變制冷方式和工藝流程。根據(jù)現(xiàn)有氣源條件，對方式和工藝流程。根據(jù)現(xiàn)有氣源條件，對多種工藝方案對比和分析，篩選出二種可多種工藝方案對比和分析，篩選出二種可能的工藝方案：能的工藝方案： 采用透平膨脹機制冷；采用透平膨脹機制冷； 冷劑制冷冷劑制冷+ +透平膨脹機制冷。透平膨脹機制冷。62方案一方案一 膨脹機制冷膨脹機制冷63方案二冷劑制冷方案二冷劑制冷+ +膨脹制冷膨

32、脹制冷64兩種工藝方案計算結(jié)果兩種工藝方案計算結(jié)果65工藝改造流程框圖工藝改造流程框圖66工藝流程的特點工藝流程的特點 采用等熵效率高的膨脹機制冷，二采用等熵效率高的膨脹機制冷，二次分離的工藝流程，降低了制冷溫度，次分離的工藝流程，降低了制冷溫度，提高了丙烷收率；提高了丙烷收率； 由于制冷溫度的降低和進(jìn)料量的增大，由于制冷溫度的降低和進(jìn)料量的增大，給脫乙烷塔頂冷凝器提供了足夠的冷量；給脫乙烷塔頂冷凝器提供了足夠的冷量； 充分利用原有裝置的設(shè)備，節(jié)省了改充分利用原有裝置的設(shè)備，節(jié)省了改造費用。造費用。67裝置運行狀況裝置運行狀況68 (1)(1)由于我國生產(chǎn)的工業(yè)透平膨脹機，由于我國生產(chǎn)的工業(yè)透

33、平膨脹機，其加工制造技術(shù)已日趨成熟，成功地用于各其加工制造技術(shù)已日趨成熟，成功地用于各油氣田的輕烴回收裝置，其回收裝置具有工油氣田的輕烴回收裝置，其回收裝置具有工藝流程簡單，設(shè)備緊湊，啟動快，建設(shè)及操藝流程簡單，設(shè)備緊湊，啟動快，建設(shè)及操作費用低，制冷過程中最低溫位可以適當(dāng)調(diào)作費用低，制冷過程中最低溫位可以適當(dāng)調(diào)節(jié)等優(yōu)點。因此，凡是原料氣有自然壓力能節(jié)等優(yōu)點。因此，凡是原料氣有自然壓力能可供利用的場合，都應(yīng)優(yōu)先考慮使用膨脹機可供利用的場合，都應(yīng)優(yōu)先考慮使用膨脹機制冷。制冷。結(jié)結(jié) 論論69結(jié)結(jié) 論論 (2)(2)對于采用透平膨脹機制冷的輕烴回收對于采用透平膨脹機制冷的輕烴回收裝置，原料氣預(yù)冷后是

34、先膨脹后增壓（逆升裝置，原料氣預(yù)冷后是先膨脹后增壓（逆升壓）還是先增壓后膨脹（正升壓），應(yīng)從整壓）還是先增壓后膨脹（正升壓），應(yīng)從整個流程的設(shè)計來選擇，以便使其達(dá)到比較合個流程的設(shè)計來選擇，以便使其達(dá)到比較合適的膨脹比，取得盡可能低的制冷溫度和盡適的膨脹比，取得盡可能低的制冷溫度和盡可能高的產(chǎn)品收率。可能高的產(chǎn)品收率。 70結(jié)結(jié) 論論 (3)(3)對于回收丙烷以上組份的輕烴裝置，脫對于回收丙烷以上組份的輕烴裝置，脫乙烷塔的作用不僅在于精餾分離，脫除液烴混乙烷塔的作用不僅在于精餾分離，脫除液烴混合物中甲乙烷組份，而且它和制冷分離設(shè)備相合物中甲乙烷組份，而且它和制冷分離設(shè)備相互關(guān)聯(lián)，因此，在工藝流

35、程設(shè)計中，應(yīng)將制冷互關(guān)聯(lián)，因此，在工藝流程設(shè)計中，應(yīng)將制冷分離和脫乙烷塔的進(jìn)料型式、塔頂冷量來源統(tǒng)分離和脫乙烷塔的進(jìn)料型式、塔頂冷量來源統(tǒng)一考慮，以達(dá)到合理利用膨脹制冷量，提高丙一考慮，以達(dá)到合理利用膨脹制冷量，提高丙烷收率，簡化工藝流程的目的。烷收率，簡化工藝流程的目的。7172圖圖8-5 8-5 蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán) 四個過程：四個過程：1.1.蒸發(fā)過程蒸發(fā)過程 2.2.壓縮過程壓縮過程 3.3.冷凝過程冷凝過程 4.4.膨脹過程膨脹過程 73 按化學(xué)成分分類，可分為四類：按化學(xué)成分分類，可分為四類：無機化合物制冷劑（表無機化合物制冷劑（表8-28-2）；）；氟利昂制冷劑（表氟

36、利昂制冷劑（表8-38-3）; ;碳?xì)浠衔镏评鋭ū硖細(xì)浠衔镏评鋭ū?-48-4）；）；共沸溶液制冷劑（表共沸溶液制冷劑（表8-58-5）。）。 74 氟利昂；氟利昂； 氨；氨； 丙烷、丙烯、乙烷、乙烯等丙烷、丙烯、乙烷、乙烯等 。 因環(huán)保的要求，其中氟利昂、氨將逐因環(huán)保的要求，其中氟利昂、氨將逐步限制使用。步限制使用。751.1.等熵可逆壓縮（絕熱可等熵可逆壓縮（絕熱可逆壓縮）逆壓縮） 2.2.等壓等溫可逆冷凝等壓等溫可逆冷凝 q2=T2(S2S3) 763.3.等熵可逆膨脹（絕熱可逆膨脹）等熵可逆膨脹（絕熱可逆膨脹） 4.4.等壓等溫可逆蒸發(fā)等壓等溫可逆蒸發(fā) q1=T1(S1S4)

37、壓縮機對壓縮機對1 1公斤制冷劑所做的凈功公斤制冷劑所做的凈功W We e為為 We=W1W2=q2q1=T2(S2S3)T1(S1S4) (8-4) 77（1 1）等熵可逆壓縮）等熵可逆壓縮 制冷劑的飽和蒸汽制冷劑的飽和蒸汽于狀態(tài)于狀態(tài)1(1(P P1 1,T,T1 1) )下進(jìn)入壓下進(jìn)入壓縮機進(jìn)行絕熱壓縮，此縮機進(jìn)行絕熱壓縮，此壓縮過程近于等熵，因壓縮過程近于等熵，因此制冷劑的狀態(tài)沿等熵此制冷劑的狀態(tài)沿等熵線變到點線變到點2 2（P P2 2、T T2 2）而而成為成為過熱蒸汽過熱蒸汽。 圖圖8-7 8-7 實際制冷循環(huán)在實際制冷循環(huán)在 溫熵圖上的表示溫熵圖上的表示 78（2 2）等壓冷卻

38、與冷凝，）等壓冷卻與冷凝，以線段以線段2-2-3-2-2-3-3 3表示表示 （3 3）節(jié)流膨脹，）節(jié)流膨脹，在圖在圖8-78-7上以線段上以線段3-43-4表示表示 （4 4）等壓、等溫蒸發(fā)，）等壓、等溫蒸發(fā)，以線段以線段4-14-1表示。表示。 79實際制冷循環(huán)在實際制冷循環(huán)在lgP-H( (壓焓壓焓) )圖上的表達(dá)圖上的表達(dá) 圖圖8-8 8-8 實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示 80(1)(1)壓縮過程壓縮過程，以線段，以線段1-21-2表示表示 (2)(2)冷卻、冷凝及過冷過程冷卻、冷凝及過冷過程，以線段，以線段 2-2-3-3 2-2-3-3表示表示 (3)(

39、3)節(jié)流膨脹過程節(jié)流膨脹過程，以線段，以線段3 3-4-4表示表示 (4)(4)蒸發(fā)過程蒸發(fā)過程，以線段，以線段4-14-1表示表示 81 (1)(1)單位質(zhì)量制冷劑的吸熱量單位質(zhì)量制冷劑的吸熱量q q1 1 q q1 1=H=H1 1H H4 4 (8-5)(8-5) q q1 1值相當(dāng)于面積值相當(dāng)于面積1-4-1-4-d-a-1d-a-1（2 2）單位質(zhì)量制冷劑的放熱量）單位質(zhì)量制冷劑的放熱量q q2 2 q q2 2=H=H2 2H H3 3 (8-6)(8-6) q q2 2值相當(dāng)于面積值相當(dāng)于面積2 222333 3e ea a2 2 82（3 3）凈功）凈功W We e W We

40、e=H=H2 2H H1 1 （8-78-7） W We e的大小相當(dāng)于面積的大小相當(dāng)于面積1-2-2-1-2-2-3-3-3-3-e-d-4-1 e-d-4-1 83 制冷劑從被冷卻物體中吸取的熱量與制冷劑從被冷卻物體中吸取的熱量與循環(huán)過程消耗的凈功之比值稱為制冷系數(shù)，循環(huán)過程消耗的凈功之比值稱為制冷系數(shù)，用代號用代號表示：表示：式中：式中：制冷系數(shù)制冷系數(shù) Q Q1 1單位時間內(nèi)制冷劑的吸熱量，單位時間內(nèi)制冷劑的吸熱量，KJ/hKJ/h； We We單位時間內(nèi)壓縮機對制冷劑所做的凈功，單位時間內(nèi)壓縮機對制冷劑所做的凈功，KJ/hKJ/h。 =Q1/We（8-8）841.1.實際制冷循環(huán)的制

41、冷系數(shù)實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù) 實實 實qwHHHHe11421(8-12) 2.2.制冷效率制冷效率 實理85 制冷能力也稱制冷量，一般是指在一制冷能力也稱制冷量，一般是指在一定的操作條件下定的操作條件下( (即一定的制冷劑蒸發(fā)溫即一定的制冷劑蒸發(fā)溫度度t t1 1, ,冷凝溫度冷凝溫度t t2 2，過冷溫度過冷溫度t tc c),),單位時單位時間內(nèi)制冷劑由被冷物體中所取出的熱量間內(nèi)制冷劑由被冷物體中所取出的熱量Q,Q,單位是單位是kJ/h,kJ/h,它可表示為它可表示為 (8-14) 式中式中: :q q1 1制冷劑的制冷量制冷劑的制冷量, ,kJ/kg;kJ/kg; G G制冷劑的循環(huán)量

42、制冷劑的循環(huán)量, ,kg/hkg/h 1QGq86 對于一定規(guī)格的往復(fù)式單級壓縮制冷對于一定規(guī)格的往復(fù)式單級壓縮制冷機而言機而言, ,制冷能力制冷能力Q Q可以表示為可以表示為: :式中式中: :Q Q制冷機的制冷能力制冷機的制冷能力, ,kJ/h;kJ/h; qv進(jìn)入壓縮機前，單位容積制冷劑蒸進(jìn)入壓縮機前，單位容積制冷劑蒸汽的制冷能力，汽的制冷能力，KJ/m3 KJ/m3 Vh單位時間內(nèi)壓縮機活塞所掃過的容單位時間內(nèi)壓縮機活塞所掃過的容積積m m3 3/h;/h; 進(jìn)入壓縮機的實際容積系數(shù)進(jìn)入壓縮機的實際容積系數(shù), ,可根據(jù)可根據(jù)經(jīng)驗公式確定或由圖表查取。經(jīng)驗公式確定或由圖表查取。 Q=Vh

43、qv （8-158-15）87(1)(1)制冷操作中壓縮機的理論功率制冷操作中壓縮機的理論功率N NT T 36003600eeTwGWN(8-17) (2)(2)實際功率實際功率NPNP亦稱軸功率亦稱軸功率, ,即電機所輸?shù)膶嵓措姍C所輸?shù)膶嶋H功率。際功率。 NNPT88u等焓（節(jié)流）膨脹等焓（節(jié)流）膨脹u等熵膨脹等熵膨脹 89一、等焓（節(jié)流）膨脹一、等焓（節(jié)流）膨脹 節(jié)流制冷是工業(yè)上最早采用的制冷工藝，節(jié)流制冷是工業(yè)上最早采用的制冷工藝，由于節(jié)流制冷設(shè)備簡單，運轉(zhuǎn)可靠、節(jié)流由于節(jié)流制冷設(shè)備簡單，運轉(zhuǎn)可靠、節(jié)流效率低，同一差壓下溫降較小，效率低，同一差壓下溫降較小，在天然氣在天然氣凝液回收中常

44、多數(shù)作為一種輔助制冷手段。凝液回收中常多數(shù)作為一種輔助制冷手段。90 節(jié)流膨脹過程節(jié)流膨脹過程如圖如圖8-98-9所示，流體所示，流體在流經(jīng)相當(dāng)于孔板在流經(jīng)相當(dāng)于孔板的縮口或節(jié)流閥時，的縮口或節(jié)流閥時，由于通徑截面積縮由于通徑截面積縮小，流速增加，經(jīng)小，流速增加，經(jīng)過縮口或節(jié)流閥后過縮口或節(jié)流閥后截面積和流速恢復(fù)截面積和流速恢復(fù)到原來狀態(tài)。到原來狀態(tài)。圖圖8-9 8-9 節(jié)流膨脹過程示意圖節(jié)流膨脹過程示意圖91如果忽略勢能變化，對縮口前、縮口后如果忽略勢能變化，對縮口前、縮口后應(yīng)用熱力學(xué)穩(wěn)定流動的能量守恒方程式有：應(yīng)用熱力學(xué)穩(wěn)定流動的能量守恒方程式有：gCHgCH22222211H H1 1、

45、H H2 2縮口前后兩截面處流體的焓值；縮口前后兩截面處流體的焓值；C C1 1、C C2 2縮口前后兩截面處的流速；縮口前后兩截面處的流速； g g重力加速度。重力加速度。(8-19)92 由于節(jié)流前、后兩截面面積相等，故得：由于節(jié)流前、后兩截面面積相等，故得： 因此，因此，節(jié)流膨脹過程是等焓過程。節(jié)流膨脹過程是等焓過程。節(jié)節(jié)流時，微小壓力變化所引起的溫度變化稱流時，微小壓力變化所引起的溫度變化稱為微分節(jié)流效應(yīng)。一般用為微分節(jié)流效應(yīng)。一般用H表示微分節(jié)流表示微分節(jié)流效應(yīng)系數(shù)：效應(yīng)系數(shù)：21HH )(pTaH(8-20)(8-21)93 內(nèi)能變化項內(nèi)能變化項由于氣體壓力降低，比容由于氣體壓力降

46、低，比容增大，分子間的平均距離也增大，此時必增大，分子間的平均距離也增大，此時必須消耗功克服分子間的引力，分子間的位須消耗功克服分子間的引力，分子間的位能就增加。但由于外界無能量供給氣體，能就增加。但由于外界無能量供給氣體，分子間位能的增加只能來自分子動能的減分子間位能的增加只能來自分子動能的減少。少。因此，產(chǎn)生使氣體溫度降低的效應(yīng)。因此，產(chǎn)生使氣體溫度降低的效應(yīng)。TpTpHppVcpuca)(11(8-23)94而對大多數(shù)氣體，其中包括天然氣，而對大多數(shù)氣體，其中包括天然氣，流流動功動功是隨壓力的降低而增加的。是隨壓力的降低而增加的。 01Tppuc0)(1TpppVc950Ha 所以，大多

47、數(shù)氣體（除氫、氦等外）經(jīng)所以，大多數(shù)氣體（除氫、氦等外）經(jīng)過過節(jié)流閥產(chǎn)生壓降時也相應(yīng)發(fā)生的溫降節(jié)流閥產(chǎn)生壓降時也相應(yīng)發(fā)生的溫降。96典型的節(jié)流工藝過程如圖典型的節(jié)流工藝過程如圖8-178-17所示。流量所示。流量為為F F（kmol/hkmol/h），），組成為組成為f fi i（摩爾分?jǐn)?shù)）的物料摩爾分?jǐn)?shù)）的物料在壓力在壓力P PI I、溫度溫度T TI I下經(jīng)節(jié)流閥在絕熱情況下減下經(jīng)節(jié)流閥在絕熱情況下減壓至壓至P P2 2，工藝計算的任務(wù)是求節(jié)流后的溫度工藝計算的任務(wù)是求節(jié)流后的溫度T T2 2，平衡汽、液相組成平衡汽、液相組成y yi i、x xi i，汽、液相量汽、液相量V V、L L及

48、及焓值焓值H HV V，H HL L等。等。 9798物料平衡物料平衡: F=V+LF=V+L (8-36) 某一組分有某一組分有: : f fi i= =v vi i+l+li i (8-37) x xi= =f fi i/F /F y yi i=v=vi i/V x/V xi i= =l li i/L/L (8-38) 99汽液平衡汽液平衡 yi=KiXi yi= kixi=1.0 lfk VLiii(/)1)/(iiiikVLfkVL= li V= Vi 100熱量平衡方程熱量平衡方程 ： LVLHVHFHf流量為流量為F F（kmol/hkmol/h），），汽、液相量汽、液相量V V、

49、L L及焓值及焓值H HV V，H HL L101其計算程序如下其計算程序如下: :(1)(1)用泡點方程和露點方程校驗該混合物是否同用泡點方程和露點方程校驗該混合物是否同時存在汽、液兩相。時存在汽、液兩相。(2)(2)在給定溫度和壓力下查圖在給定溫度和壓力下查圖, ,得到系統(tǒng)中各組分得到系統(tǒng)中各組分的的k k值。值。(3)(3)假設(shè)假設(shè)L L、V V或或L/VL/V值。值。102(4)(4)利用式利用式(8-41)(8-41)或式或式(8-43)(8-43)計算液相計算液相( (或汽或汽相相) )中各個組分的千摩爾數(shù)。中各個組分的千摩爾數(shù)。(5)(5)用式用式(8-42)(8-42)計算總液

50、量計算總液量; ;用式用式(8-44)(8-44)計算計算總蒸汽量?？傉羝俊?6)(6)將將(5)(5)步計算出的總液量和總蒸汽量同第步計算出的總液量和總蒸汽量同第(3)(3)步假定值相比較。如果兩個值很接近步假定值相比較。如果兩個值很接近, ,誤誤差差1.0%,1.0%,則計算值為所求值則計算值為所求值, ,否則否則, ,需從第需從第(3)(3)開始重新計算。開始重新計算。103二、等熵膨脹二、等熵膨脹( (膨脹機制冷膨脹機制冷) ) 氣體進(jìn)行等熵膨脹時，由于壓力變化而氣體進(jìn)行等熵膨脹時，由于壓力變化而引起的溫度變化，稱為等熵膨脹效應(yīng)。引起的溫度變化，稱為等熵膨脹效應(yīng)。該該效應(yīng)又分為微分等

51、熵膨脹效應(yīng)和積分等熵效應(yīng)又分為微分等熵膨脹效應(yīng)和積分等熵膨脹效應(yīng)。膨脹效應(yīng)。104微分等熵膨脹效應(yīng)是指微小壓力變化所微分等熵膨脹效應(yīng)是指微小壓力變化所引起的溫度變化。通常用引起的溫度變化。通常用a as s表示微分等熵表示微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)表示。膨脹效應(yīng)系數(shù)表示。 )(sspTa(8-26)105 積分等熵膨脹效應(yīng)是指氣體實際等熵積分等熵膨脹效應(yīng)是指氣體實際等熵膨脹時，壓力變化為一有限值所引起的溫膨脹時，壓力變化為一有限值所引起的溫度變化，以度變化，以TsTs表示：表示：ppTpaTTTppsppssdd212112(8-28)106 由熱力學(xué)基本關(guān)系式，可導(dǎo)出表示微由熱力學(xué)基本關(guān)系式，可導(dǎo)

52、出表示微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)a as s與膨脹前氣體狀態(tài)與膨脹前氣體狀態(tài)參數(shù)參數(shù)p p、T T、V V之間關(guān)系式為之間關(guān)系式為 )(ppsTVcTa(8-27) cp氣體的定壓熱容。氣體的定壓熱容。107由于式由于式(8-27)(8-27)中中 0)( , 0, 0ppTVTc 0sa故故 等熵膨脹過程總是產(chǎn)生冷效應(yīng)，膨脹結(jié)等熵膨脹過程總是產(chǎn)生冷效應(yīng)，膨脹結(jié)果氣體的溫度總是降低的。果氣體的溫度總是降低的。108等熵膨脹時，氣體一方面要在絕熱情況等熵膨脹時，氣體一方面要在絕熱情況下對外作功，大量消耗內(nèi)能；另一方面要克下對外作功，大量消耗內(nèi)能；另一方面要克服分子間的吸引力，增加分子

53、位能，使分子服分子間的吸引力，增加分子位能，使分子動能減少，由于這兩方面原因，導(dǎo)致氣體溫動能減少，由于這兩方面原因，導(dǎo)致氣體溫度大幅度下降。度大幅度下降。而這時流動功的變化對氣體溫度的影響而這時流動功的變化對氣體溫度的影響相比之下很小，因此，相比之下很小，因此，等熵膨脹的結(jié)果總是等熵膨脹的結(jié)果總是使氣體溫度降低，且同時產(chǎn)生冷量。使氣體溫度降低，且同時產(chǎn)生冷量。109等熵膨脹的焓降等熵膨脹的焓降HHS S是氣體等熵膨脹開是氣體等熵膨脹開始狀態(tài)始狀態(tài)p p1 1、T T1 1時的焓值時的焓值H H1 1與膨脹終了狀態(tài)與膨脹終了狀態(tài)p p2 2、T T2 2的焓值的焓值H H2 2之差值。之差值。2

54、1HHHS(8-29)110 實際上，壓縮氣體通過膨脹機進(jìn)行絕實際上，壓縮氣體通過膨脹機進(jìn)行絕熱膨脹，在對外作功的同時存在著摩擦、熱膨脹，在對外作功的同時存在著摩擦、泄漏和冷量損失等各種現(xiàn)象。泄漏和冷量損失等各種現(xiàn)象。因此，膨脹因此，膨脹過程實際不是等熵的，而是熵增大的不可過程實際不是等熵的，而是熵增大的不可逆過程。逆過程。111 實際膨脹過程的焓差實際膨脹過程的焓差HH等于氣體絕熱等于氣體絕熱膨脹開始狀態(tài)的焓值膨脹開始狀態(tài)的焓值H H1 1與膨脹終了狀態(tài)的與膨脹終了狀態(tài)的焓值焓值H H2 2的差值，即膨脹機對外的單位功。的差值，即膨脹機對外的單位功。21HHH(8-30)11221210HH

55、HHHHs 膨脹機的絕熱效率是衡量膨脹過程偏離膨脹機的絕熱效率是衡量膨脹過程偏離等熵過程的尺度。等熵過程的尺度。透平膨脹機的絕熱效率透平膨脹機的絕熱效率可達(dá)可達(dá)75%75%85%85%。(8-31)113HGW G氣體流量，氣體流量，kg/h； H實際膨脹過程的焓差，實際膨脹過程的焓差，kJ/kg。114 流量為流量為F F（kmol/hkmol/h），），組成為組成為zi（摩爾分摩爾分?jǐn)?shù)）在壓力數(shù)）在壓力P1、溫度溫度T1下進(jìn)入膨脹機，膨脹下進(jìn)入膨脹機，膨脹機等熵效率為機等熵效率為 ，出口壓力為出口壓力為P2，等熵出口等熵出口溫度為溫度為T2，實際出口溫度為實際出口溫度為T2。膨脹機出口膨脹

56、機出口的平衡汽、液相組成為的平衡汽、液相組成為yi、xi。汽、液相量為汽、液相量為V、L；汽、液相焓值為汽、液相焓值為HV、HL及汽、液熵值及汽、液熵值為為SV、SL等等。115圖圖8-10 8-10 節(jié)流膨脹工藝過程節(jié)流膨脹工藝過程116 11n 1 11niiniiiiiyxixKy相平衡方程相平衡方程 117 iiiLxVyFz物料平衡方程：物料平衡方程：熱量平衡方程：熱量平衡方程： 1LVLSVSFS膨脹機出口的實際焓值膨脹機出口的實際焓值 ： )(2112HHHH118 H1進(jìn)口狀態(tài)下氣體的焓值進(jìn)口狀態(tài)下氣體的焓值，kJ/kmol； S1進(jìn)口狀態(tài)下氣體的熵值進(jìn)口狀態(tài)下氣體的熵值，kJ

57、/(kmolK)； SV等熵膨脹后汽相的熵值等熵膨脹后汽相的熵值，kJ/(kmolK)； SL等等熵膨脹后液相的熵值熵膨脹后液相的熵值，kJ/kmol； H2等熵膨脹后出口混合物的焓值等熵膨脹后出口混合物的焓值，kJ/kmol； H2 膨脹機實際出口混合物的焓值，膨脹機實際出口混合物的焓值，kJ/kmol； 膨脹機的絕熱效率。膨脹機的絕熱效率。119 計算膨脹機入口條件下的計算膨脹機入口條件下的H H1 1、S S1 1 在膨脹機出口壓力在膨脹機出口壓力P P2 2下假定出口溫度下假定出口溫度T T2 2 作平衡閃蒸計算，求作平衡閃蒸計算，求H H2 2、S S2 2和汽化率和汽化率e 比較比

58、較S S1 1= =S S2 2？ 計算等熵出口焓差計算等熵出口焓差H H1 1- -H H2 2 計算實際出口焓計算實際出口焓2H 計算實際出口溫度和實際功計算實際出口溫度和實際功 是是否否膨脹機的熱力計算框圖膨脹機的熱力計算框圖120膨膨脹脹機機輸出輸出功類功類輸出輸出熱類熱類活塞式膨脹機活塞式膨脹機(容積型容積型)透平式膨脹機透平式膨脹機(速度型速度型)熱分離機熱分離機 氣波制冷機氣波制冷機121 通常，人們稱工作介質(zhì)在葉輪中膨通常，人們稱工作介質(zhì)在葉輪中膨脹的程度為反作用度，具有一定反作用脹的程度為反作用度，具有一定反作用度的透平膨脹機為反作用式透平膨脹機。度的透平膨脹機為反作用式透平

59、膨脹機。 如果反作用度為零，則工作輪純粹由如果反作用度為零，則工作輪純粹由噴嘴出口的氣流推動而對外作功，因此噴嘴出口的氣流推動而對外作功，因此稱為沖動式透平膨脹機。稱為沖動式透平膨脹機。122 根據(jù)工作介質(zhì)在工作輪中的流向，人們將透根據(jù)工作介質(zhì)在工作輪中的流向，人們將透平膨脹機分為徑流式、軸流式和徑一軸流式三平膨脹機分為徑流式、軸流式和徑一軸流式三種，如圖所示。種，如圖所示。圖圖8-118-11透平膨脹機中工質(zhì)流動方向透平膨脹機中工質(zhì)流動方向（a a）徑流式；（徑流式；（b b）徑徑軸流式；（軸流式；（c c）軸流式軸流式123軸流式軸流式在前蘇聯(lián)應(yīng)用較多，它適用于大在前蘇聯(lián)應(yīng)用較多，它適用于

60、大流量，氣流在通道中流程短，轉(zhuǎn)彎平穩(wěn)，效流量，氣流在通道中流程短，轉(zhuǎn)彎平穩(wěn)，效率較高，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大。而在率較高，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大。而在其它歐美國家?guī)缀醵疾捎闷渌鼩W美國家?guī)缀醵疾捎脧搅魇綇搅魇健怏w主要。氣體主要是沿垂直于轉(zhuǎn)軸的半徑方向流動，可分為是沿垂直于轉(zhuǎn)軸的半徑方向流動，可分為向向心式和離心式。心式和離心式。 124 向心式向心式的氣體沿葉輪外徑徑向流入葉輪，的氣體沿葉輪外徑徑向流入葉輪，朝軸心方向流動；朝軸心方向流動；離心式離心式的氣體由葉輪軸的氣體由葉輪軸心向葉輪外徑方向流動。由于向心式可比心向葉輪外徑方向流動。由于向心式可比離心式獲得更多的葉輪功且具有較小的流離心