氣體液化循環(huán)課件

氣體液化循環(huán)一、概述1、制冷的目的：低溫氣體液化，必須降溫至Ts以下，需要制冷降溫；維持低溫系統(tǒng)所需制冷以補(bǔ)償冷損；生產(chǎn)低溫液體，補(bǔ)償帶走的的冷量

氣體液化循環(huán)一、概述1

氣體液化循環(huán)2、制冷氣體液化理論最小功獲得低溫實(shí)現(xiàn)熱量從低到高的轉(zhuǎn)移，必須投入能量。理想過程：等溫壓縮+等熵膨脹理想最小功氣體液化循環(huán)2、制冷氣體液化理論最小功2

氣體液化循環(huán)2、制冷氣體液化理論最小功氣體液化循環(huán)2、制冷氣體液化理論最小功3

氣體液化循環(huán)3、液化循環(huán)指標(biāo)單位能耗：W為1kg氣體耗功，Z為1kg氣體的液體量制冷系數(shù)，制冷量與耗功之比，其中循環(huán)效率：熱力不完善度，實(shí)際制冷系數(shù)與理論循環(huán)系數(shù)之比。也是理論最小功與實(shí)際耗功之比。氣體液化循環(huán)3、液化循環(huán)指標(biāo)4

前兩種屬于自身膨脹制冷，最常用。氣體液化循環(huán)4、低溫液化循環(huán)形式：節(jié)流液化循環(huán)：利用節(jié)流裝置，獲得等溫節(jié)流效應(yīng)；帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)：利用膨脹機(jī)獲取大的等熵膨脹制冷量；帶氣體制冷機(jī)的液化循環(huán)：利用低沸點(diǎn)氣體工質(zhì)的制冷效應(yīng)；復(fù)疊式液化循環(huán)：利用不同沸點(diǎn)工質(zhì)逐級(jí)冷卻最終液化。

前兩種屬于自身膨脹制冷，最常用。氣體液化循環(huán)4、低溫液化循5

氣體液化循環(huán)二、空氣、氧、氮的液化循環(huán)：性質(zhì)接近，循環(huán)相似主要采用自身制冷方法節(jié)流液化循環(huán)是基礎(chǔ)循環(huán)特點(diǎn)：裝置簡單，系統(tǒng)可靠，不可逆損失大，制冷量小氣體液化循環(huán)二、空氣、氧、氮的液化循環(huán)：6

氣體液化循環(huán)1、一次節(jié)流液化循環(huán)是最早的液化循環(huán)，被德國的林德所采用，故命名林德循環(huán)氣體液化循環(huán)1、一次節(jié)流液化循環(huán)7

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)理論循環(huán)等溫壓縮→等壓冷卻→節(jié)流膨脹→液化→等壓復(fù)熱降溫過程逐級(jí)形成氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)理論循環(huán)8

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)理論循環(huán)液化量：1kg空氣，單位冷量即為等溫節(jié)流效應(yīng)；由于

一定（狀態(tài)參數(shù)）,液化量大，即等溫節(jié)流效應(yīng)大，T一定時(shí),是壓力的函數(shù)氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)理論循環(huán)9

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)理論循環(huán)T一定時(shí),是壓力的函數(shù)壓力增加到多少最好？等溫壓縮過程焓差的變化正好等價(jià)于節(jié)流過程溫差的變化求解的結(jié)果是：等溫壓縮線與上轉(zhuǎn)化溫度曲線的交點(diǎn)氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)理論循環(huán)10

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)壓縮過程存在不可逆因素、換熱器有溫差、不完全換熱q2以及跑冷q3等因素。實(shí)際液化量單位（加工空氣）制冷量為適當(dāng)升高p2，升高p1，高壓氣體T下降，對(duì)提高

有利氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)11

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)適當(dāng)升高p2，升高p1，高壓氣體T下降對(duì)提高

有利氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)12

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)適當(dāng)升高p2，升高p1，高壓氣體T下降對(duì)提高

有利氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)13

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)適當(dāng)升高p2，升高p1，高壓氣體T下降對(duì)提高

有利氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)實(shí)際循環(huán)14

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)15

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)16

氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)提供了冷量降低了高壓氣體的溫度減小了傳熱溫差氣體液化循環(huán)---一次節(jié)流液化循環(huán)有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)17

氣體液化循環(huán)---二次節(jié)流液化循環(huán)二次節(jié)流液化循環(huán)看作是一個(gè)高、低壓之間的循環(huán)和一個(gè)高、中壓之間的循環(huán)后者提高了p1,從而提高了循環(huán)效率循環(huán)過程也可以有預(yù)冷的循環(huán)氣體液化循環(huán)---二次節(jié)流液化循環(huán)二次節(jié)流液化循環(huán)18

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)帶膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)膨脹過程并非按照等熵絕熱節(jié)流過程仍存在節(jié)流和膨脹過程均不可逆氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)帶膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)19

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)帶膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)流程組織：膨脹機(jī)布置入口狀態(tài)？膨脹氣量？氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)帶膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)20

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)根據(jù)系統(tǒng)能量守恒的關(guān)系，并考慮跑冷損失，不完全熱交換損失循環(huán)液化系數(shù)為實(shí)際制冷量膨脹機(jī)的等熵效率實(shí)際耗功氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)21

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)影響因素分析：P2---增大對(duì)制冷效果有利Ve

---增大對(duì)制冷效果有利T3---增大對(duì)制冷效果有利膨脹機(jī)的制冷量只能被以上溫區(qū)所利用冷量的產(chǎn)生與利用關(guān)系氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)22

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)換熱器溫度曲線—負(fù)溫差現(xiàn)象高壓氣體比熱變化大，低溫氣體比熱基本不變正流氣體與反流氣體流量不同氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)一、克勞特循環(huán)23

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)二、海蘭德循環(huán)高壓常溫膨脹，增加絕熱焓降；低溫部分由等溫節(jié)流效應(yīng)提高冷量可采用預(yù)冷，從而適用于小型液態(tài)裝置為何需要高壓？氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)二、海蘭德循環(huán)24

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)二、海蘭德循環(huán)氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)二、海蘭德循環(huán)25

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)三、卡皮查循環(huán)低壓低溫膨脹，冷量主要來自膨脹機(jī)液體節(jié)流，實(shí)現(xiàn)液化流程簡單，能耗小，投資低，全低壓流動(dòng)與換熱，設(shè)備體積大適用于大中型空分。能否取消節(jié)流裝置？氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)三、卡皮查循環(huán)26

氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)三、卡皮查循環(huán)氣體液化循環(huán)---帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)三、卡皮查循環(huán)27

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)臨界點(diǎn)低，為5.2K，轉(zhuǎn)化溫度也低46K，7K以下節(jié)流才會(huì)產(chǎn)生液體；故必須預(yù)冷+節(jié)流，或膨脹對(duì)外輸出功+節(jié)流一、節(jié)流液化循環(huán)二、帶膨脹機(jī)液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)臨界點(diǎn)低，為5.2K，28

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)一、節(jié)流液化循環(huán)預(yù)冷的必要性，必需的預(yù)冷溫度，可分級(jí)預(yù)冷預(yù)冷介質(zhì)：LN2,LH2ZprⅡⅥZprⅠ234567910111213151417H2N2液N2液H2(1-Zpr)氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)一、節(jié)流液化循環(huán)ZprⅡⅥZp29

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)一、帶膨脹機(jī)液化循環(huán)預(yù)冷并非必需，但有效LN2預(yù)冷+膨脹機(jī)制冷LN2預(yù)冷+2

膨脹機(jī)制冷—柯林斯循環(huán)根據(jù)最小功原則設(shè)計(jì)各級(jí)膨脹機(jī)的參數(shù)保證每級(jí)膨脹機(jī)的正常工作氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)一、帶膨脹機(jī)液化循環(huán)30

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)LN2預(yù)冷+2

膨脹機(jī)制冷—柯林斯循環(huán)氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)LN2預(yù)冷+2膨脹機(jī)制冷—31

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)雙壓力雙機(jī)膨脹、兩級(jí)節(jié)流附加制冷循環(huán)利用外部制冷機(jī)分級(jí)冷卻氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)32

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)33

氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---氦液化循環(huán)三、其它型式的He液化循環(huán)34

氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)氫液化循環(huán)一、節(jié)流氫液化循環(huán)二、帶膨脹機(jī)的氫液化循環(huán)三、氦制冷氫液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)氫液化循環(huán)35

氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)一、節(jié)流氫液化循環(huán)一次節(jié)流二次節(jié)流液氮預(yù)冷預(yù)冷溫度如何確定？氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)一、節(jié)流氫液化循環(huán)36

氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)二、帶膨脹機(jī)的氫液化循環(huán)液氮預(yù)冷中溫膨脹循環(huán)圖如何表示？氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)二、帶膨脹機(jī)的氫液化循環(huán)37

氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)二、帶膨脹機(jī)的氫液化循環(huán)液氮預(yù)冷膨脹氣中壓返回氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)二、帶膨脹機(jī)的氫液化循環(huán)38

氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)三、氦制冷氫液化循環(huán)氦氣采用哪種循環(huán)？氫氣循環(huán)圖如何表示？氣體液化循環(huán)---氫液化循環(huán)三、氦制冷氫液化循環(huán)39

氣體液化循環(huán)---天然氣液化循環(huán)天然氣液化循環(huán)一、復(fù)疊式制冷液化循環(huán)， 又稱級(jí)聯(lián)式、串聯(lián)式二、混合冷劑制冷液化循環(huán)三、帶膨脹機(jī)的制冷液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---天然氣液化循環(huán)天然氣液化循環(huán)40復(fù)疊式制冷液化循環(huán)常規(guī)循環(huán),由若干個(gè)在不同低溫下操作的蒸氣壓縮制冷循環(huán)復(fù)疊組成天然氣液化，一般由丙烷、乙稀和甲烷為制冷劑的三個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)復(fù)疊而成,制冷溫度分別為-45℃、-100℃及-160℃循環(huán)原理:凈化后的原料天然氣在三個(gè)制冷循環(huán)的冷卻器中逐級(jí)地被冷卻、冷凝液化并過冷，最后用低溫泵將液化天然氣(LNG)送至儲(chǔ)槽復(fù)疊式制冷液化循環(huán)常規(guī)循環(huán),由若干個(gè)在不同低溫下操作的蒸氣壓41

氣體液化循環(huán)---天然氣液化循環(huán)一、復(fù)疊式制冷液化循環(huán)氣體液化循環(huán)---天然氣液化循環(huán)一、復(fù)疊式制冷液化循環(huán)42復(fù)疊式制冷液化循環(huán)優(yōu)點(diǎn)：①能耗低；②制冷劑為純物質(zhì)，無配比問題；③技術(shù)成熟，操作穩(wěn)定。缺點(diǎn)：①機(jī)組多，流程復(fù)雜；②附屬設(shè)備多；③管道與控制系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)不便。復(fù)疊式制冷液化循環(huán)優(yōu)點(diǎn)：43混合制冷劑制冷液化循環(huán)(MRC)自動(dòng)復(fù)疊式循環(huán)：混合制冷劑一般由碳?xì)浠衔锖偷獨(dú)獾任宸N以上組分組成，其組成根據(jù)原料氣的組成和壓力而定,廣泛用于基本負(fù)荷型天然氣液化裝置中混合制冷劑：工作時(shí)利用多組分混合物中重組分先冷凝、輕組分后冷凝的特性，將它們依次冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度級(jí)的冷量，使天然氣中對(duì)應(yīng)的組分冷凝并最終全部液化。根據(jù)混合制冷劑是否與原料天然氣相混合，分為閉式和開式兩類循環(huán)?；旌现评鋭┲评湟夯h(huán)(MRC)自動(dòng)復(fù)疊式循環(huán)：44混合制冷劑制冷液化循環(huán)(MRC)混合制冷劑的大致組成優(yōu)點(diǎn)：①機(jī)組設(shè)備少，流程簡單，投資省；②管理方便；③混合制冷劑組分可以部分或全部從天然氣本身提取與補(bǔ)充缺點(diǎn)：①能耗較高，比級(jí)聯(lián)式液化流程高10~20%左右；②混合制冷劑的合理配比較為困難組分氮甲烷乙烯丙烷丁烷戊烷體積％0~320~3234~4412~208~153~8混合制冷劑制冷液化循環(huán)(MRC)混合制冷劑的大致組成組分氮甲45

氣體液化循環(huán)---天然氣液化循環(huán)二、混合冷劑制冷液化循環(huán)閉式循環(huán)開式循環(huán)氣體液化循環(huán)---天然氣液化循環(huán)二、混合冷劑制冷液化循環(huán)46

三、帶膨脹機(jī)的制冷液化循環(huán)循環(huán)原理:利用氣體在膨脹機(jī)中作外功的絕熱膨脹來提供天然氣液化所需的冷量開式循環(huán):直接利用輸氣管道來的天然氣在膨脹機(jī)中膨脹來制取冷量，使部分天然氣冷卻后節(jié)流液化閉式循環(huán):采用一個(gè)與天然氣液化過程分開的具有一級(jí)或兩級(jí)膨脹的制冷循環(huán)來供給天然氣液化所需的冷量

三、帶膨脹機(jī)的制冷液化循環(huán)循環(huán)原理:47帶膨脹機(jī)的制冷液化循環(huán)優(yōu)點(diǎn)：①流程簡單，調(diào)節(jié)靈活，工作可靠，易起動(dòng)，易操作，維護(hù)方便；②用天然氣本身為工質(zhì)時(shí)，省去專門生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存冷凍劑的費(fèi)用缺點(diǎn)：①送入裝置的氣流須全部深度干燥；②回流壓力低，換熱面積大，設(shè)備金屬投入