03-液化天然气技术(LNG)-第三章 制冷原理和方法
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液化天然气(LNG)概述页数:28
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lng制冷工艺
lng制冷工艺LNG制冷工艺（冷却）LNG（液化天然气）是地球上最干净、最多用途、最具灵活性的能源之一。
它被广泛应用于发电、加热和交通等领域。
LNG最大的特点是占用空间小、密度大，可以储存和运输大量的能源。
LNG的制冷工艺是将天然气冷却至其气化温度以下，使其从气态变为液态。
这个过程需要先将天然气压缩，在压缩过程中将热量排出，然后通过冷却将气体冷却到低温。
最后，在低温环境下，气体会变成液态，并在低温中被存储和运输。
LNG制冷工艺中起关键作用的是制冷机组。
常见的制冷机组包括涡旋压缩机、螺杆压缩机和离心压缩机。
这些机组通过泵送制冷剂，将天然气中的热量带走，使气体冷却。
在制冷过程中，制冷剂起着至关重要的作用。
制冷剂必须具有较低的沸点和蒸发潜热，以能够快速吸收热量。
常用的制冷剂包括氨、丁烷和乙烷等。
制冷剂在循环中发生气态和液态之间的相变，从而实现热量的传递和吸收。
在LNG制冷工艺中，还需要使用换热器。
换热器将液态制冷剂与待冷天然气进行热交换，使天然气的温度迅速降低。
同时，通过热回收，将从热气体中提取的能量用于产生电力，提高能源利用效率。
LNG制冷工艺还需要使用减压阀。
当LNG从高压环境进入低压环境时，其温度会显著下降。
减压阀调节气体流量和压力，确保LNG在转运过程中的稳定性。
LNG制冷工艺的主要挑战之一是保持低温环境。
在LNG的制冷过程中，需要使用节制阀、换气阀和屏蔽来抵抗外界的热量和湿气。
此外，制冷设备也需要具备良好的绝缘性能，以避免能量损失。
在LNG制冷工艺中，还需要密封设备，以确保制冷剂和LNG不泄露。
低温环境下，防止泄漏是至关重要的，因为制冷剂对环境和人体健康具有一定的危害性。
总的来说，LNG制冷工艺是一个复杂而高效的过程。
它需要使用各种制冷设备、制冷剂和控制系统，以确保天然气的安全、高效的储存和运输。
随着LNG的应用越来越广泛，LNG制冷工艺也将继续发展，以满足不断增长的能源需求。
三、LNG原理
33
单级压缩制冷性能指标 • 制冷工质的汽化潜热越大或节流后产生 的蒸汽越少，则循环的单位制冷量越大 • 制冷工质的蒸发潜热因制冷工质的种类 而不同，而节流后干度的大小不仅于制 冷工质的种类有关，而且与节流膨胀前 后的压力范围有关，膨胀的范围越大则 膨胀后的干度（x0）也越大。
34
单位功（w0）
6
1.2膨胀机循环
1.带膨胀机液化流程(Expander-Cycle)，是指利用高压制冷剂通 过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的流 程｡ 2.气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程 中的压缩机｡当管路输来的进入装置的原料气与离开液化装置 的商品气有“自由”压差时，液化过程就可能不要“从外界” 加入能量，而是靠“自由”压差通过膨胀机制冷，使进入装置 的天然气液化｡流程的关键设备是透平膨胀机｡ 一般为N2间接膨胀机流程
•不腐蚀金属
• 与润滑油不作用
•高温下不分解
40
经济性
•价格便宜
• 便于获得
41
氮/甲烷致冷剂物性
工质名称 分子量，M 密度（标准状态，0℃） 氮气 28 1.25 甲烷 16 0.71
临界点，温Байду номын сангаас℃
压力，102KPa 标准沸点，℃
-147
33.9 -195
-83
46.5 -161
绝热指数，k
汽化潜热，kj/kg 比热，kj/kg.K
• 饱和压力适中，蒸发压力稍高于大 气压避免空气渗入蒸发器等低压部 分，降低制冷能力
•冷凝压力不能过高，降低设备强度 和功耗
38
物化性质
•粘度和密度小，流动畅通
• 导热系数高，减少换热面积
•液体比热容小，节流过程损失小， 蒸气的比热要大，汽化潜热要求大。
液化天然气LNG技术
液化天然气LNG的生产过程
1
提前冷却
天然气在进入液化的高效进行。
在冷却过程中，对天然气进行压缩，使
其达到液化所需的温度和压力条件。
3
分离
将压缩后的天然气与液态成分分离，得
储存与运输
4
到液化天然气。
液化天然气经过特殊的储存设备或运输 船只进行储存和运输。
液化天然气LNG的运输方式
液化天然气船
使用特殊的液化天然气船只进行 大规模的海上运输。
液化天然气车辆
使用液化天然气专用车辆进行道 路运输，灵活性高。
液化天然气管道
通过特殊的液化天然气管道进行 长距离运输，效率高。
液化天然气LNG的储存方法
气体储罐
使用特殊的气体储罐进行天 然气的储存。
液化天然气储罐
使用专门设计的液化天然气 储罐进行液化天然气的长期 储存。
液化天然气LNG技术
液化天然气LNG技术是将天然气经过处理和冷却，使其转化为液态形式的技术。 这种技术可以实现天然气的长距离运输和储存，同时为多个领域提供清洁能 源。
液化天然气LNG技术的定义
1 转化为液态
液化天然气技术通过将天然气冷却到极低的温度，使其转化为液态，便于储存和运输。
2 清洁能源
LNG是一种清洁能源，燃烧时产生的二氧化碳和有害物质较少，对环境影响较小。
液化天然气LNG技术的发展趋势
1
增加产能
随着能源需求的增长，液化天然气LNG
技术创新
2
的生产能力将不断扩大。
不断改进液化天然气技术，提高生产效
率和运输安全。
3
可持续发展
探索更环保的液化天然气生产方式，减 少对环境的影响。
液化天然气LNG技术的未来展 望
天然气液化原理
天然气液化原理天然气是一种重要的能源资源，而天然气液化技术则是将天然气从气态状态转化为液态状态的重要工艺。
天然气液化原理是指通过一定的工艺方法，将天然气中的甲烷、乙烷等成分冷却至低温下，使其转化为液态天然气，以便于储存、运输和利用。
本文将介绍天然气液化的原理及其相关知识。
首先，天然气液化的原理是基于气体的压缩和冷却过程。
在液化工艺中，首先需要将天然气通过压缩机进行压缩，使其达到一定的压力。
随后，经过冷凝器的冷却作用，将天然气冷却至其临界温度以下，从而使其逐渐转化为液态。
这一过程需要通过制冷剂或者其他冷却介质来实现，以确保天然气能够达到液态状态。
其次，天然气液化的原理还涉及到温度和压力的控制。
在液化工艺中，温度和压力是两个重要的参数。
通过控制液化设备中的温度和压力，可以有效地实现天然气的液化。
一般来说，随着温度的降低和压力的增加，天然气的液化程度会逐渐提高。
因此，在液化工艺中，需要对温度和压力进行精确的控制，以确保天然气能够完全液化。
另外，天然气液化的原理还涉及到能量的平衡和热力学过程。
在天然气液化的过程中，需要消耗大量的能量来实现天然气的冷却和液化。
同时，液化过程也会产生大量的热量。
因此，在液化工艺中，需要通过换热器、蒸发器等设备来实现能量的平衡，以确保液化过程能够顺利进行。
最后，天然气液化的原理还涉及到液化设备的选择和设计。
液化设备的选择和设计是影响液化效果的重要因素。
不同的液化设备具有不同的性能和工艺特点，需要根据天然气的成分、压力、温度等参数来选择合适的液化设备。
同时，液化设备的设计也需要考虑到能量消耗、安全性、稳定性等因素，以确保液化过程能够稳定、高效地进行。
总之，天然气液化是一项复杂的工艺过程，涉及到压缩、冷却、控制、能量平衡等多个方面的技术。
通过对天然气的物理特性和热力学过程的深入研究，可以更好地理解天然气液化的原理，并进一步优化液化工艺，提高液化效率，降低液化成本，推动天然气液化技术的发展和应用。
lng原理
lng原理LNG原理解析LNG（液化天然气）是一种天然气，在气态的基础上通过低温和高压进行液化，以方便运输和储存。
下面我们将从浅入深的介绍LNG的原理。
什么是液化天然气（LNG）LNG是将天然气中的甲烷冷却至其零下162摄氏度下的液态状态，以实现其体积的大幅压缩。
通过液化，天然气的体积可缩小约600倍，方便存储和运输。
LNG的液化过程LNG的液化过程主要包括以下几个步骤：1.净化和预冷：首先，通过净化过程去除天然气中的杂质和不纯物质，确保纯度。
然后，通过预冷操作将气体冷却至其临界温度以下，为液化做好准备。
2.压缩和冷却：在此步骤中，天然气通过压缩机被压缩至很高的压力，并且通过冷却质量使其达到临界温度以下。
3.泵送至贮槽：将液化天然气通过泵预先注入贮槽或贮存船只中。
4.继续冷却：当天然气进入贮存设备后，继续冷却以达到所需的温度并保持液化状态。
这一过程需要维持极低温度和压力。
LNG导入和储存过程LNG在导入和储存过程中，涉及到以下主要环节：1.卸船和储存：LNG运抵目的港口后，通过专门的卸船设备将LNG从船只中卸下，并注入到贮存设备中，如LNG储罐。
2.再气化或运输：当需要使用LNG时，将LNG从储存设备中抽出，通过再气化设备或管道输送到需要的地方，如LNG终端消费者。
3.再液化和再出口：如果LNG没有在接收港口使用完毕，可以通过再液化设备再次液化，并装载到LNG运输船只中，以便再次运输至其他地方，满足不同地区需求。
LNG优势和应用领域LNG作为一种清洁的能源形式，具有以下优势：•环保：天然气本身燃烧产生的污染较少，LNG在燃烧过程中产生的二氧化碳和尾气排放量都明显较低。
•高效性：由于天然气的高热值和高能源密度，LNG能有效提供热量和动力，用于燃气发电和工业领域。
•灵活性：LNG可以通过船舶和管道灵活输送，可以从天然气资源丰富的地方输送至资源需求较大的地方。
由于LNG的优势，它在以下应用领域得到广泛应用：•燃气发电厂•工业制造和加工过程•燃气供暖和热水供应•汽车燃料（LNG车辆）•船舶燃料（LNG燃料船）总结起来，LNG的液化和储存原理是通过净化、压缩、冷却等步骤将天然气变为液态，再将其存储在适当的设备中。
气体液化制冷工作原理
气体液化制冷工作原理气体液化制冷是一种利用气体的压缩和膨胀来实现冷却效果的技术。
它基于气体在压缩和膨胀过程中吸收和释放热量的特性，通过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等装置实现。
一、气体压缩气体液化制冷的第一步是将气体进行压缩。
通常使用的是压缩机，它能够把气体压缩成高压气体。
在气体被压缩的过程中，气体的温度由于内能增加而升高。
二、冷凝压缩后的高压气体通过冷凝器进行冷却。
冷凝器将高温高压气体放入到冷却介质中，冷却介质通过冷却作用使得气体的温度降低。
在冷却的过程中，气体逐渐转变成为液体。
三、膨胀冷凝后的液体通过膨胀阀进行膨胀。
膨胀阀在调节液体流量的同时，也使得液体压力迅速降低。
随着压力的降低，液体的温度也会相对降低。
四、蒸发膨胀后的液体通过蒸发器进行蒸发。
液体在蒸发器中与外界接触，吸收外界的热量，从而引起液体的蒸发。
在液体蒸发的过程中，液体吸收了大量的热量，导致周围环境的温度下降。
通过以上的工作原理，气体液化制冷技术能够实现冷却效果。
通过不断循环气体的压缩、冷凝、膨胀和蒸发过程，使得系统内部的热量不断被吸收和释放，从而达到制冷的效果。
在实际应用中，气体液化制冷技术被广泛应用于空调、冷藏、冷冻等领域。
它能够有效地降低环境温度，为人们创造一个舒适的生活和工作环境。
同时，气体液化制冷技术也在工业生产中发挥着重要作用，如制冷设备、冷却系统等，为各行各业提供了重要的支持。
总结起来，气体液化制冷工作原理基于气体的压缩和膨胀过程中吸收和释放热量的特性。
通过压缩、冷凝、膨胀和蒸发等步骤，实现了热量的循环吸收和释放，从而达到冷却效果。
这种技术的应用广泛，对于提供舒适的生活和工作环境以及促进工业生产具有重要意义。
lng冷量利用原理及方式嘶
lng冷量利用原理及方式嘶LNG是液化天然气的英文缩写，是将天然气经过压缩和冷却处理，使其体积减小600倍左右，变成液态状态，在运输和储存过程中能占用较小的空间，也便于运输。
而LNG在液态状态下，所含热值仍与气态状态下的天然气相同，因此又称为“液态天然气”。
LNG具有高能量密度和清洁环保等优点，被广泛应用于燃气发电、城市燃气、化工制造等领域。
其冷量也成为了一种可利用的能源资源，下面将就LNG冷量的利用原理和方式进行详细介绍。
一、LNG冷量利用原理LNG在液态状态下，其温度一般在-162℃左右，具有较高的冷却能力，因此LNG的冷量是一种有价值的能源。
利用LNG的冷量进行制冷或供热的原理是基于LNG从液态向气态转化时所吸收的热量，即常说的“蒸发温度”。
在液化天然气的储运过程中，LNG需要不断补充热量，以防止其因放热而蒸发。
这时，我们可以利用环境中的其他物质，如水、空气、土壤等，从LNG中吸收热量，使得LNG冷却，而所吸收的热量可以用于制冷或供热。
1.制冷利用LNG的冷量进行制冷主要有两种方式：一种是使用LNG直接制冷，即利用LNG的冷却效果对空气或液体进行冷却；另一种是通过LNG制冷机进行制冷。
无论是哪种方式，都需要设计相应的制冷系统。
利用LNG制冷可以应用于一些特殊场合，如超导磁体、计算机服务器、医药生产等领域。
在这些场合中，需要保持低温环境，而LNG具有可再生和环保的特点，是非常合适的制冷介质。
2.供热将LNG的冷量利用于供热主要有两种方式：一种是利用LNG的蒸发热量进行加热，这种方式主要适用于船舶或潜水器等场合需要进行加热的场合；另一种是通过LNG热力发电机，将LNG的蒸发热量转化为电能，再将电能转化为热能进行供热。
利用LNG供热的优点也非常明显，一方面，由于LNG的燃烧产生的污染物排放极低，成本也相对较低；另一方面，基于LNG的供热系统也相对灵活，并且可以为城市供热带来更可靠的能源保障。
三、总结。
天然气制冷原理
天然气制冷原理
天然气制冷是一种常见和广泛应用的制冷方式，它通过利用天然气的特性来实现制冷效果。
天然气制冷的原理基于以下几个关键步骤：
1. 压缩：首先，天然气被进入一个压缩机进行压缩。
压缩机将气体压缩成高压气体，使气体分子之间的距离减小，导致气体温度升高。
2. 冷却：经过压缩后，高压气体进入冷却器。
冷却器是一个热交换器，它通过与外部环境的热交换，将高温的气体冷却下来。
3. 膨胀：冷却后的气体进入膨胀阀。
膨胀阀的主要作用是将气体的压力降低，使气体流速增大。
这个过程中气体会吸收外部环境的热量，从而使气体温度进一步降低。
4. 冷凝：经过膨胀阀后，气体进入冷凝器。
冷凝器中的冷凝管通过与外部环境的热交换，将气体冷凝成液体。
5. 蒸发：液体通过蒸发器中的蒸发管，进一步吸热，将液体转化为气体，完成制冷过程。
整个过程中，天然气通过不同的压力和温度变化，实现了气体的压缩、冷却、膨胀、冷凝和蒸发等循环过程，从而达到制冷的效果。
这种制冷方式对于一些需要大量制冷的应用场景，如空调、冷藏等，具有高效、环保和经济的优势。
lng制冷工艺
lng制冷工艺LNG制冷工艺是液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)生产中至关重要的一环。
LNG是一种天然气的液态形式，通过将天然气在极低温下冷却至约-162摄氏度，压缩成液体。
这种液体形式便于储存和运输，并可以在需要时重新气化成为天然气供应给消费者。
而LNG制冷工艺正是用来将天然气冷却至液态的过程。
LNG制冷工艺的基本原理是通过减低天然气的温度来使其凝结成液体。
主要的制冷方法包括精炼冷却、外部冷却和混合冷却。
具体的实施方法有单级循环和多级循环。
以下将详细介绍这些制冷工艺。
精炼冷却是最为常见的LNG制冷工艺之一。
其过程中，天然气首先通过一个精炼塔，在塔内通过与冷却空气进行热交换，从而达到制冷的效果。
而这种制冷塔通常是由多个压缩机、冷凝器和蒸发器组成，通过高温、高压的天然气处理和冷却空气流经冷凝器和蒸发器，从而使得天然气的温度逐渐降低，最终达到所需的冷却效果。
外部冷却是另一种常见的LNG制冷工艺。
这种工艺的主要原理是通过外部冷却介质，如水或液氧，在低温下直接冷却天然气。
外部冷却介质可以通过设备中的冷凝器和蒸发器进行循环使用，来实现最佳的冷却效果。
例如，在液氧外部冷却工艺中，液氧通过蒸发器来冷却天然气，然后液氧再被压缩和再冷却，以循环利用。
混合冷却是LNG制冷工艺中使用的一种相对较新的方法。
这种工艺是将精炼冷却和外部冷却结合起来，通过两个或多个制冷方法的组合来达到更高效的制冷效果。
例如，可以将精炼冷却和外部冷却结合在一个系统中，通过灵活调节压缩机、冷凝器和蒸发器的操作参数，以适应不同的工艺和操作需求。
单级循环和多级循环是LNG制冷工艺中常用的两种实施方法。
单级循环是指制冷系统中只有一个级别的压缩和蒸发过程，适用于小规模的LNG生产。
而多级循环则是将制冷系统划分为多个级别的压缩和蒸发过程，适用于大规模的LNG生产。
多级循环通常包括高压蒸发器、低压蒸发器和冷凝器，通过逐级降低压力和温度的方式来实现更高效的液化效果。
LNG原理
−逆卡诺循环
− 由两个可逆的绝热过程和两个可逆的等 温过程组成，a-d-c-b-a逆时针循环
38
单级压缩制冷理论循环
•单级压缩制冷性能指标
• ⑴单位制冷量（q0）
−每千克制冷工质在一次循环中所制取 的冷量（亦即在蒸发器内吸收的热量） 称为单位制冷量。
−T－S图上a-d-c-b-a面积。 −也可用式表达：q0＝r0（1－x0）
单级压缩制冷理论循环
•工质经过一系列的状态变化后，又 回复到原来状态的过程，热力学上 称为循环过程。 •循环随效果的不同，可分为
−正向循环 −逆向循环
25
单级压缩制冷理论循环
•利用工质的状态变化，将热能转化 为机械能的循环叫作正向循环；
• 所有的热力发动机都是按照这类循 环工作的。 • 正向循环在热力图上依顺时针方向 进行。
39
单级压缩制冷理论循环 • 制冷工质的汽化潜热越大或节流后产生 的蒸汽越少，则循环的单位制冷量越大 • 制冷工质的蒸发潜热因制冷工质的种类 而不同，而节流后干度的大小不仅于制 冷工质的种类有关，而且与节流膨胀前 后的压力范围有关，膨胀的范围越大则 膨胀后的干度（x0）也越大。
40
单级压缩制冷理论循环
− 普通制冷，制冷温度≥－153℃ − 深度制冷，制冷温度≤ －153℃
22
单级压缩制冷理论循环
•制冷方法
−液体蒸发热的利用 −固体融化热的利用 −固体升华热的利用
−气体膨胀热的利用
−利用温差效应
23
单级压缩制冷理论循环
•
•
−
−
基本循环：
一台制冷机的四个基本部件：
压缩机
冷凝器
ห้องสมุดไป่ตู้
−
−
− 由两个可逆的绝热过程和两个可逆的等 温过程组成，a-d-c-b-a逆时针循环
38
单级压缩制冷理论循环
•单级压缩制冷性能指标
• ⑴单位制冷量（q0）
−每千克制冷工质在一次循环中所制取 的冷量（亦即在蒸发器内吸收的热量） 称为单位制冷量。
−T－S图上a-d-c-b-a面积。 −也可用式表达：q0＝r0（1－x0）
单级压缩制冷理论循环
•工质经过一系列的状态变化后，又 回复到原来状态的过程，热力学上 称为循环过程。 •循环随效果的不同，可分为
−正向循环 −逆向循环
25
单级压缩制冷理论循环
•利用工质的状态变化，将热能转化 为机械能的循环叫作正向循环；
• 所有的热力发动机都是按照这类循 环工作的。 • 正向循环在热力图上依顺时针方向 进行。
39
单级压缩制冷理论循环 • 制冷工质的汽化潜热越大或节流后产生 的蒸汽越少，则循环的单位制冷量越大 • 制冷工质的蒸发潜热因制冷工质的种类 而不同，而节流后干度的大小不仅于制 冷工质的种类有关，而且与节流膨胀前 后的压力范围有关，膨胀的范围越大则 膨胀后的干度（x0）也越大。
40
单级压缩制冷理论循环
− 普通制冷，制冷温度≥－153℃ − 深度制冷，制冷温度≤ －153℃
22
单级压缩制冷理论循环
•制冷方法
−液体蒸发热的利用 −固体融化热的利用 −固体升华热的利用
−气体膨胀热的利用
−利用温差效应
23
单级压缩制冷理论循环
•
•
−
−
基本循环：
一台制冷机的四个基本部件：
压缩机
冷凝器
ห้องสมุดไป่ตู้
−
−
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2020/8/5
温度为T0、压力为p0的原料气， 经冷凝换热器换热后，温度降为T2、 压力降为p2，部分冷凝分离出来的 凝液在分离器中分离出来，并节流 减压后排出，未冷凝的气体经膨胀 机绝热膨胀到压力p3、温度T3。低 温低压干气流经冷凝换热器吸收热 量，将自身升温到T4后输出。
13
第三节 蒸气压缩制冷
2020/8/5
7
二、节流循环
气体节流降温组成的制冷循环，称为节流循环。下图为 一种简单的一次节流循环的T-S图（温熵图）。
所吸收的热量（即制冷量）为：
一次节流循环的T-S图
qoh =cP T1 T4 HT
天然气往往具有一定压力，在液化过程中，只 要善于利用气体的压力，就可以组成各种节流制 冷循环，为工艺装置补充冷量。
1.微分节流效应:
定义：
αH
T P
（3-2）
αH—微分节流效应系数（或焦—汤系数），经变换，可改写为：
H
1 Cp
T
V T
P
V
（3-3）
式中：Cp—气体的定压比热。
对于理想气体，由于PV=RT，则
V R V T p P T
由公式（3-3）得αH =0，即
理想气体节流温度不变。
液化天然气技术
第三章 制冷原理和方法
2020/8/5
1
制取冷量的方法: 气体膨胀制冷和相变制冷两大类。
（1）气体膨胀制冷:
高压力气体 节流阀或膨胀机绝热膨胀
气体降压
（2）相变制冷:
获得冷量
降温
利用某些物质（即制冷剂）在相变时的吸热效应来产生冷量。 蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式。
天然气液化常采用----节流膨胀制冷、膨胀机绝热膨胀制
冷、蒸汽压缩制冷等三种。
注：膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时，向外输出机械功使气体温度降低
2020/8/5
的原理以获得能量的机械。
2
节流:
第一节 气体的节流制冷
连续流动的高压流体，在绝热且不对外做功的情况下，
通过节流阀急剧膨胀到低压的过程。
节流的最终结果是等焓的：
H1 H2
（3-1）
实际节流过程是不可逆过程，过程进行时，熵随之增加。
HS =H1 H2
对于实际气体，积分等熵膨胀效应 通常用热力学图去查，最方便的是有关TS图，如右图所示。
等熵膨胀过程的温差
2020/8/5
11
二、气体节流与气体作外功的绝热膨胀的比较
H
1 Cp
T
V T
P
V
s
T CP
V T
p
S
H
V cP
V/CP—为气体对外做功引起的温度降，由于V >0，CP>0，则V/CP>0，故αs>αH。
2020/8/5
9
1.等熵膨胀效应
等熵膨胀效应：气体进行等熵膨胀时，由于压力的变化引起的温度变化。为
了表示等熵膨胀后气体的温度变化，引入等熵膨胀效应系数 s
s
T P
s
（3-8）
s
T CP
V T
p
（3-9）
式中，cp>0, T>0,
V T
p
0，所以αs>0，即等熵膨胀过程总是产生冷效应。
一、蒸气压缩制冷原理
蒸气压缩制冷是利用液体汽化相变制冷，即液体汽化吸热 获得低温。它包括：
节流膨胀、 液体冷剂蒸发、 气体冷剂压缩、 过热气体冷凝 等四个过程。
2020/8/5
这样，一方面，既不会无谓地将压力能泄放 掉，另一方面，又不会因产冷而过多地消耗动力。
2020/8/5
8
第二节 气体作外功的绝热膨胀
一、气体做外功的等熵膨胀过程
高压天然气
透平膨胀机
做外功 产生冷量
该过程的特点是：气体膨胀对外做功其熵值不变。
S1 S2
注：透平([turbine)是将流体介质中蕴含的能量转换成机械功的机器，又称涡轮。
气体从同一状态开始膨胀到相同终压，节流膨胀的温降小，等熵 膨胀的温降大，且能回收一部分膨胀功。两种膨胀的差量为V/CP。
因此，在制冷过程中，采用气体输出能量的等熵绝热膨胀 比采用节流膨胀好。
2020/8/5
12
三、膨胀机制冷循环
膨胀制冷循环流程
1-压缩机；2-干燥器；3-冷凝器；4-汽液 分离器；5-膨胀机
2020/8/5
4
H
1 Cp
T
V T
P
V
对于真实气体，有以下三种情况：
T V V T冷效应；
T V V T P
时，
αH =0节流后温度不变，称为零效应；
T V V T P
时， αH <0节流后温度升高，称为热效应。
2020/8/5
注：H=U+pV；U为热力学能；pV为推动功，即工质移动时所传输的能量。
Q
克劳修斯不等式：dS Tr
Q为系统与外界间的实际微元传热量；T为热源温度。
等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。
2020/8/5
3
一、节流效应
流体节流时，由于压力的变化所引起的温度变化，称为节流效应或焦 尔—汤姆逊效应（简称焦-汤效应，即J-T效应）。
天然气是复杂的气体混合物，目前大多数采用真实气体状态方程式， 利用节流前后焓相等的关系迭代计算得到。
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二、节流循环
气体节流降温组成的制冷循环，称为节流循环。下图为 一种简单的一次节流循环的T-S图（温熵图）。
一次节流循环的T-S图
气体由起始状态1(p1,T1)等温压缩到状态 2(p2,T2) ， 然 后 将 其 冷 却 至 状 态 3(p2,T2) ， 再 将其节流至p4，此时温度降至T4。将此节流 降温后的气体与压缩后的气体换热，则节流 后气体在等温下吸热，可以恢复到原来状态 1(p1,T1)。
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2.积分节流效应
积分节流效应（ΔTH）：
TH
T2 T1
P2 T dp P1 P H
P2 P1
H
dp
αH
T P
H
1 Cp
T
V T
P
V
（3-4）
TH
T2 T1
P2 P1
1 CP
T
V T
P
V dp
（3-5）
式中 T1、T2—气体节流前、后的温度； P1、P2—气体气流前、后的压力。
产冷值为绝热焓降：ΔH0=H1－H2
积分等熵膨胀效应ΔTS：
Ts T2 T1
P2 P1
s
dp
P2 P1
T dp P s
（3-10）
式中 T1、T2—气体等熵膨胀前、后的温度；
2020/8/5 P1、P2—气体等熵膨胀前、后的压力。
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2.等熵膨胀产冷量
等熵膨胀单位产冷量，即绝热焓降 （ ΔHS ） ， 气 体 等 熵 膨 胀 开 始 状 态 的 焓 （H1）与膨胀终了状态的焓（H2）之差， 即：
温度为T0、压力为p0的原料气， 经冷凝换热器换热后，温度降为T2、 压力降为p2，部分冷凝分离出来的 凝液在分离器中分离出来，并节流 减压后排出，未冷凝的气体经膨胀 机绝热膨胀到压力p3、温度T3。低 温低压干气流经冷凝换热器吸收热 量，将自身升温到T4后输出。
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第三节 蒸气压缩制冷
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二、节流循环
气体节流降温组成的制冷循环，称为节流循环。下图为 一种简单的一次节流循环的T-S图（温熵图）。
所吸收的热量（即制冷量）为：
一次节流循环的T-S图
qoh =cP T1 T4 HT
天然气往往具有一定压力，在液化过程中，只 要善于利用气体的压力，就可以组成各种节流制 冷循环，为工艺装置补充冷量。
1.微分节流效应:
定义：
αH
T P
（3-2）
αH—微分节流效应系数（或焦—汤系数），经变换，可改写为：
H
1 Cp
T
V T
P
V
（3-3）
式中：Cp—气体的定压比热。
对于理想气体，由于PV=RT，则
V R V T p P T
由公式（3-3）得αH =0，即
理想气体节流温度不变。
液化天然气技术
第三章 制冷原理和方法
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制取冷量的方法: 气体膨胀制冷和相变制冷两大类。
（1）气体膨胀制冷:
高压力气体 节流阀或膨胀机绝热膨胀
气体降压
（2）相变制冷:
获得冷量
降温
利用某些物质（即制冷剂）在相变时的吸热效应来产生冷量。 蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式。
天然气液化常采用----节流膨胀制冷、膨胀机绝热膨胀制
冷、蒸汽压缩制冷等三种。
注：膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时，向外输出机械功使气体温度降低
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的原理以获得能量的机械。
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节流:
第一节 气体的节流制冷
连续流动的高压流体，在绝热且不对外做功的情况下，
通过节流阀急剧膨胀到低压的过程。
节流的最终结果是等焓的：
H1 H2
（3-1）
实际节流过程是不可逆过程，过程进行时，熵随之增加。
HS =H1 H2
对于实际气体，积分等熵膨胀效应 通常用热力学图去查，最方便的是有关TS图，如右图所示。
等熵膨胀过程的温差
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二、气体节流与气体作外功的绝热膨胀的比较
H
1 Cp
T
V T
P
V
s
T CP
V T
p
S
H
V cP
V/CP—为气体对外做功引起的温度降，由于V >0，CP>0，则V/CP>0，故αs>αH。
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1.等熵膨胀效应
等熵膨胀效应：气体进行等熵膨胀时，由于压力的变化引起的温度变化。为
了表示等熵膨胀后气体的温度变化，引入等熵膨胀效应系数 s
s
T P
s
（3-8）
s
T CP
V T
p
（3-9）
式中，cp>0, T>0,
V T
p
0，所以αs>0，即等熵膨胀过程总是产生冷效应。
一、蒸气压缩制冷原理
蒸气压缩制冷是利用液体汽化相变制冷，即液体汽化吸热 获得低温。它包括：
节流膨胀、 液体冷剂蒸发、 气体冷剂压缩、 过热气体冷凝 等四个过程。
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这样，一方面，既不会无谓地将压力能泄放 掉，另一方面，又不会因产冷而过多地消耗动力。
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第二节 气体作外功的绝热膨胀
一、气体做外功的等熵膨胀过程
高压天然气
透平膨胀机
做外功 产生冷量
该过程的特点是：气体膨胀对外做功其熵值不变。
S1 S2
注：透平([turbine)是将流体介质中蕴含的能量转换成机械功的机器，又称涡轮。
气体从同一状态开始膨胀到相同终压，节流膨胀的温降小，等熵 膨胀的温降大，且能回收一部分膨胀功。两种膨胀的差量为V/CP。
因此，在制冷过程中，采用气体输出能量的等熵绝热膨胀 比采用节流膨胀好。
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三、膨胀机制冷循环
膨胀制冷循环流程
1-压缩机；2-干燥器；3-冷凝器；4-汽液 分离器；5-膨胀机
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H
1 Cp
T
V T
P
V
对于真实气体，有以下三种情况：
T V V T冷效应；
T V V T P
时，
αH =0节流后温度不变，称为零效应；
T V V T P
时， αH <0节流后温度升高，称为热效应。
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注：H=U+pV；U为热力学能；pV为推动功，即工质移动时所传输的能量。
Q
克劳修斯不等式：dS Tr
Q为系统与外界间的实际微元传热量；T为热源温度。
等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程。
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一、节流效应
流体节流时，由于压力的变化所引起的温度变化，称为节流效应或焦 尔—汤姆逊效应（简称焦-汤效应，即J-T效应）。
天然气是复杂的气体混合物，目前大多数采用真实气体状态方程式， 利用节流前后焓相等的关系迭代计算得到。
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二、节流循环
气体节流降温组成的制冷循环，称为节流循环。下图为 一种简单的一次节流循环的T-S图（温熵图）。
一次节流循环的T-S图
气体由起始状态1(p1,T1)等温压缩到状态 2(p2,T2) ， 然 后 将 其 冷 却 至 状 态 3(p2,T2) ， 再 将其节流至p4，此时温度降至T4。将此节流 降温后的气体与压缩后的气体换热，则节流 后气体在等温下吸热，可以恢复到原来状态 1(p1,T1)。
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2.积分节流效应
积分节流效应（ΔTH）：
TH
T2 T1
P2 T dp P1 P H
P2 P1
H
dp
αH
T P
H
1 Cp
T
V T
P
V
（3-4）
TH
T2 T1
P2 P1
1 CP
T
V T
P
V dp
（3-5）
式中 T1、T2—气体节流前、后的温度； P1、P2—气体气流前、后的压力。
产冷值为绝热焓降：ΔH0=H1－H2
积分等熵膨胀效应ΔTS：
Ts T2 T1
P2 P1
s
dp
P2 P1
T dp P s
（3-10）
式中 T1、T2—气体等熵膨胀前、后的温度；
2020/8/5 P1、P2—气体等熵膨胀前、后的压力。
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2.等熵膨胀产冷量
等熵膨胀单位产冷量，即绝热焓降 （ ΔHS ） ， 气 体 等 熵 膨 胀 开 始 状 态 的 焓 （H1）与膨胀终了状态的焓（H2）之差， 即：