第3章气体液化系统 ◆31系统的性能参数 ◆32低温的产生 ◆气体液化系统概述及理想循环 ◆33氖、氢、氦除外的气体液化系统 液化天然气①NG流程 s·34氖、氢、氦气体液化系统 液氢的应用 ◆3.5液化系统的关键部件
第3章 气体液化系统 3.1 系统的性能参数 3.2 低温的产生 气体液化系统概述及理想循环 3.3 氖、氢、氦除外的气体液化系统 – 液化天然气(LNG)流程 3.4 氖、氢、氦气体液化系统 – 液氦的应用 3.5 液化系统的关键部件
3.1系统的性能参数 体现流程性能的重要参数: ◆1.单位质量气体的压缩功 w/ m ◆2.单位质量气体液化功 -w/mf ◆3液化率y =mf/m △Y三者之间的关系(-/m)=(-w/m)y ◆4.循环效率FOMε理想循环所需的最小功与实际循 环液化功比值,该值在0到1之间。 W FOM W W 转至32
3.1 系统的性能参数 体现流程性能的重要参数： 1. 单位质量气体的压缩功 2. 单位质量气体液化功 3. 液化率 三者之间的关系 4. 循环效率FOM：理想循环所需的最小功与实际循 环液化功比值，该值在0到1之间。 − w m . / . −w mf . / . ymm = f . / . ` ( . / . ) ( . / . − =− wm wm y f ) • • • • • • − − −== f f m m i i FOM w w w w 转至3.2
32低温的产生 ◆3,21焦耳汤姆逊效应 ◆322绝热膨胀 Y·323绝热放气 人·三种方式的比较 转至理想循环
3.2 低温的产生 3.2.1 焦耳-汤姆逊效应 3.2.2 绝热膨胀 3.2.3 绝热放气 三种方式的比较 转至理想循环
32低温的产生焦耳汤姆逊效应 1、定义 h=const 当压缩气体绝热通过狭窄的通 转化曲线 道后,压力下降并产生温度变 化的现象称为节流。 用焦耳汤姆逊系数μm来表示 温度下降 等焓节流时温度随压力的变化 温度上升 关系: dT aP 2、物理实质 是个等焓过程。 图32实际气体的等节流膨胀 只有在虚线包围的范围内,制 冷剂经节流阀降压后,温度才 会降低,即产生节流冷效应。 在虚线上,节流零效应。 在其它区域,节流降压后,温 度升高,称为节流热效应
3.2 低温的产生-焦耳-汤姆逊效应 1、定义 – 当压缩气体绝热通过狭窄的通 道后，压力下降并产生温度变 化的现象称为节流。 – 用焦耳-汤姆逊系数μJT来表示 等焓节流时温度随压力的变化 关系： 2、物理实质 – 是个等焓过程。 – 只有在虚线包围的范围内，制 冷剂经节流阀降压后，温度才 会降低，即产生节流冷效应。 – 在虚线上，节流零效应。 – 在其它区域，节流降压后，温 度升高，称为节流热效应。 JT h P T )(∂∂ μ =
32低温的产生-焦耳汤姆逊效应 ◆3、两类 最高转化温度高于环境温度:如氮、氧、 氩。可以单独用J-T效应来液化。(书3.3 节) 最高转化温度低于环境温度:如氦、氢、 氖。不能单独用J-T效应来液化,必须另外 使用膨胀机或预冷来降低节流前的温度, 使节流前的温度低于最高转化温度。(书 34节) 返回
3、两类 – 最高转化温度高于环境温度：如氮、氧、 氩。可以单独用J-T效应来液化。（书3.3 节） – 最高转化温度低于环境温度：如氦、氢、 氖。不能单独用J-T效应来液化，必须另外 使用膨胀机或预冷来降低节流前的温度， 使节流前的温度低于最高转化温度。（书 3.4节） 3.2 低温的产生-焦耳-汤姆逊效应 返回
32低温的产生-绝热膨胀 ◆在液化流程中,气体绝热膨胀通常是由膨胀机来实 现的。在低温制冷机中是通过活塞等运动部件的位 移来实现的。 Q=0时,H=H2+对外做功W,H2H,P对H的影响 很小,T2<T1,产生温降。 温降的表达式:△7=7-72=7[1 对于绝热膨胀而言,降压后必产生温降,不存在升 温的现象。 在流程中,膨胀机输出功用于驱动流程中的压缩 人机,从而使流程的总耗功降低,达到降低运行成本 的目的。 ◆在使用绝热膨胀得到低温的场合中,也常配合使用 节流阀,特别是在低温段。膨胀机一般不能带液工 作。 ◆斯特林制冷机和维勒米尔制冷机就是用绝热膨胀的 原理实现制冷的。 返回
在液化流程中，气体绝热膨胀通常是由膨胀机来实 现的。在低温制冷机中是通过活塞等运动部件的位 移来实现的。 Q=0时， H 1=H 2 +对外做功 W ， H 2<H 1 ， P 对 H的影响 很小， T 2<T 1，产生温降 。 – 温降的表达式： – 对于绝热膨胀而言，降压后必产生温降，不存在升 温的现象。 在流程中，膨胀机输出功用于驱动流程中的压缩 机， 从而使流程的总耗功降低，达到降低运行成本 的目的。 在使用绝热膨胀得到低温的场合中，也常配合使用 节流阀，特别是在低温段。膨胀机一般不能带液工 作。 斯特林制冷机和维勒米尔制冷机就是用绝热膨胀的 原理实现制冷的。 3.2 低温的产生 -绝热膨胀 ])(1[ 1 1 2 121 γ γ − −=−=Δ P P TTTT 返回
32低温的产生-绝热放气 ◆绝热放气:容器内高压 气体绝热排放过程中 容器内的气体对排出容 器的气体做功,则容器 内的气体温度下降。 绝热排放过程表达式: △T=T,-7_y 2T1、六 工质气体的绝热指数y 越大,温降越大,因此 用单原子气体可以获得 图33绝热放气过程 较大的温降,如He
绝热放气：容器内高压 气体绝热排放过程中， 容器内的气体对排出容 器的气体做功，则容器 内的气体温度下降。 – 绝热排放过程表达式： – 工质气体的绝热指数γ 越大，温降越大，因此 用单原子气体可以获得 较大的温降，如He。 3.2 低温的产生-绝热放气 )1( 1 1 2 21 1 P P TTTT − − =−=Δ γ γ
32低温的产生绝热放气 ◆对于绝热放气而言,降压后必产生温 降,不存在升温的现象。其输出功一般 不能利用。 e·这种获得低温的方式常用于小型低温制 冷机和深低温液化流程中 ◆脉冲管制冷机、吉福特-麦克马洪制冷机 和沙尔凡制冷机就是用绝热膨胀的原理 实现制冷的。 返回
对于绝热放气而言，降压后必产生温 降，不存在升温的现象。其输出功一般 不能利用。 这种获得低温的方式常用于小型低温制 冷机和深低温液化流程中。 脉冲管制冷机、吉福特-麦克马洪制冷机 和沙尔凡制冷机就是用绝热膨胀的原理 实现制冷的。 3.2 低温的产生-绝热放气 返回
32低温的产生-三种方式比较 方式换功焓压温度应用场|降温 热 变力变化 效果 节流000降降升气体液化流差 不变 程 多C|绝热!0)降降降业 温制冷机 绝热0>0降降降气体液化流中 放气 程和小型低 温制冷机 返回
3.2 低温的产生-三种方式比较 方式 换 热 功 焓 变 压 力 温度 变化 应用场 合 降温 效果 节流 000 降 降/升/ 不变 气体液化流 程 气体液化流 程和小型低 温制冷机 气体液化流 程和小型低 温制冷机 差 绝热 膨胀 0 >0 降 降 降 好 绝热 放气 0 >0 降 降 降 中 返回
气体液化循环类型 331、简单的林德汉普逊系统 J-T效应32、带预冷的林德汉普逊系统 氧、氮、 3.33、林德双压系统 氩 334、复迭式系统 天然气 335、克劳特系统 绝热36、卡皮查系统 膨胀337、海兰特系统 338、采用膨胀机的其他液化系统 339、LNG液化系统 JT效应 341、用于氖和氢的预冷林德汉普逊系统 氖、氢、 绝热342、用于氖或氢的克劳特系统 氦 膨胀343、氦制冷的氢液化系统 345、考林斯液化系统 绝热346、两西蒙氮液化系统 放气
气体液化循环类型 氧、氮、 氩 天然气 J-T效应 3.3.1、简单的林德 -汉普逊系统 3.3.2、带预冷的林德 -汉普逊系统 3.3.3、林德双压系统 3.3.4、复迭式系统 绝热 膨胀 3.3.5、克劳特系统 3.3.6、卡皮查系统 3.3.7、海兰特系统 3.3.8、采用膨胀机的其他液化系统 3.3.9 、LNG液化系统 氖、氢、 氦 J-T效应 3.4.1、用于氖和氢的预冷林德 -汉普逊系统 绝热 膨胀 3.4.2、用于氖或氢的克劳特系统 3.4.3、氦制冷的氢液化系统 3.4.5、考林斯液化系统 绝热 放气 3.4.6、西蒙氦液化系统