第1章混合制冷劑離心壓縮機設計計算



1.1設計中所涉知識點介紹/002



1.1.1連續方程/002



1.1.2歐拉方程/002



1.1.3能量方程/003



1.1.4速度三角形/004



1.1.5伯努利方程/004



1.2壓縮過程和壓縮功的說明/005



1.2.1等熵壓縮/005



1.2.2多變壓縮/006



1.2.3壓縮功與葉輪中的氣體變化過程關繫/006



1.2.4壓縮過程在T-S圖上的表示/007



1.2.5總耗功和功率/009



1.2.6滯止參數的表示/009



1.3壓縮機效率的表達式/010



1.3.1多變效率/010



1.3.2絕熱效率/011



1.3.3等溫效率ηis和流動效率ηhyd/012



1.4壓縮機各部的壓縮過程/012



1.4.1工作級間的等熵壓縮過程/012



1.4.2級中實際壓縮過程/013



1.5混合制冷劑壓縮機設計/013



1.5.1混合制冷劑壓縮機設計任務/013



1.5.2壓縮機段設計計算/014



1.5.3壓縮機第二段設計計算/035



1.5.4主軸的計算/056



1.6離心式壓縮機強度設計及軸向推力計算/056



1.6.1轉子強度設計/056



1.6.2定子強度設計/057



1.6.3機殼部分計算/058



1.6.4軸向推力計算/059



1.7離心式壓縮機結構設計/060



1.7.1轉子的結構設計/060



1.7.2定子的結構設計/061



參考文獻/063



第2章天然氣往復式壓縮機設計計算



2.1總體設計/064



2.1.1設計原始資料/064



2.1.2天然氣的物性參數/065



2.1.3熱力計算/068



2.2動力計算/076



2.2.1曲柄連杆機構及運動關繫/076



2.2.2作用力計算/076



2.3氣缸部分主要零件設計/080



2.3.1氣缸/080



2.3.2氣閥/083



2.3.3活塞/086



2.3.4填料和刮油器/088



2.4基本部件的設計/089



2.4.1曲軸/089



2.4.2連杆/090



2.4.3十字頭/096



2.4.4軸承/097



2.5其他部件的設計/097



2.5.1盤車裝置/097



2.5.2皮帶輪和飛輪/097



2.6氣路繫統/098



2.6.1空氣濾清器/098



2.6.2液氣分離器、緩衝器和儲氣罐/098



2.7冷卻繫統/098



2.7.1冷卻繫統及其對水質的要求/098



2.7.2冷卻器的結構設計/098



參考文獻/098



第3章BOG壓縮機設計計算



3.1壓縮機的作用及分類/100



3.1.1BOG壓縮機的用途/100



3.1.2BOG壓縮機的種類/100



3.2壓縮機機組結構設計/101



3.2.1主機結構設計/101



3.2.2輔助設備設計/102



3.3熱力計算/103



3.3.1初始條件/103



3.3.2計算初始條件/103



3.3.3確定壓縮級數/104



3.3.4計算各級名義壓力/104



3.3.5計算各級排氣溫度/104



3.3.6計算各級排氣繫數/105



3.3.7計算干氣繫數和抽氣繫數/107



3.3.8壓縮機的行程容積/107



3.3.9確定活塞杆直徑/108



3.3.10確定氣缸直徑/108



3.3.11修正各級公稱壓力和溫度/109



3.3.12計算活塞力/110



3.3.13計算指示軸功率/111



3.3.14計算實際軸功率/112



3.3.15計算等溫指示效率和等溫效率/112



3.3.16選用電動機/112



3.4動力計算/113



3.4.1繪制氣體指示圖/113



3.4.2列的慣性力/113



3.4.3計算飛輪矩/116



3.5主要部件及零部件設計/117



3.5.1活塞組件設計/117



3.5.2氣缸的設計/124



3.5.3連杆的設計/124



3.5.4曲軸設計/131



3.5.5氣閥/132



3.5.6十字頭/136



3.5.7填料及密封材料/136



參考文獻/136



第4章混合制冷劑膨脹機設計計算



4.1透平膨脹機的應用/137



4.1.1透平膨脹機的分類/137



4.1.2國內外透平膨脹機的發展概況/139



4.2制冷劑/139



4.2.1制冷劑的選用原則/139



4.2.2混合制冷劑及其性質/140



4.2.3混合制冷劑的選定/140



4.3透平膨脹機的工藝計算/141



4.3.1膨脹過程/141



4.3.2多變過程分析/142



4.3.3等熵過程分析/143



4.3.4膨脹混合氣體進入氣相區的計算/145



4.4混合制冷劑透平膨脹機的設計與計算/147



4.4.1設計資料/147



4.4.2混合制冷劑透平膨脹機的熱力計算/148



4.5透平膨脹機的損失和效率/158



4.5.1工作輪輪背摩擦損失/159



4.5.2工作輪輪背摩擦損失計算/159



4.5.3工作輪內洩漏損失/160



4.6透平膨脹機的運行、維護和故障處理/160



4.6.1透平膨脹機的運行/160



4.6.2透平膨脹機的維護和檢修/161



參考文獻/163



第5章螺旋壓縮膨脹制冷機設計計算



5.1螺旋壓縮膨脹制冷機/164



5.1.1制冷壓縮機的發展/164



5.1.2螺旋壓縮膨脹制冷機工作原理/165



5.1.3螺旋壓縮膨脹制冷機技術特點/166



5.1.4螺旋壓縮膨脹制冷機設計步驟/167



5.1.5螺旋壓縮膨脹制冷機設計方法/167



5.2離心葉輪的設計計算/168



5.2.1離心葉輪主要結構參數/168



5.2.2後彎形葉輪參數的計算/168



5.2.3壓縮段級的總耗功/171



5.2.4葉輪葉片強度計算/172



5.2.5密封原理及結構形式/175



5.2.6葉片擴壓器設計計算/178



5.3螺旋葉片的設計計算/183



5.3.1壓縮段膨脹段螺線方程/183



5.3.2螺旋葉片設計參數/185



5.3.3壓縮過程計算/186



5.4空氣冷卻器傳熱計算/188



5.4.1傳熱繫數和傳熱熱阻/188



5.4.2翅片效率和翅片熱阻/191



5.4.3空冷器管外傳熱及阻力計算/195



5.5制冷過程設計計算/198



5.5.1布雷頓制冷循環/198



5.5.2膨脹過程計算/203



5.6制冷劑的選擇與應用/204



5.6.1制冷繫統常用制冷劑/204



5.6.2對制冷劑要求/205



5.6.3載冷劑/205



5.6.4冷凍油/206



5.7制冷機熱工性能計算/207



5.8空心軸殼體強度計算/207



5.8.1空心軸圓筒強度/207



5.8.2彈性分析/208



5.8.3彈塑性分析/209



5.8.4加肋圓柱形殼體強度和穩定性計算/211



5.8.5相關案例/212



參考文獻/213



第6章LNG潛液泵設計計算



6.1泵的主要零部件/216



6.2泵的水力設計方法/216



6.2.1模擬設計法/216



6.2.2變型設計法/217



6.2.3速度繫數設計法/217



6.2.4設計中關鍵問題的解決/217



6.3LNG潛液泵的設計技術指標和設計計算/218



6.3.1泵的基本參數的確定/218



6.3.2泵轉速的確定/219



6.3.3泵比轉速的計算/219



6.3.4計算泵的效率/220



6.3.5葉輪主要參數的選擇和計算/221



6.4壓水室、吸水室的水力設計/225



6.4.1壓水室/225



6.4.2壓水室的設計/226



6.4.3吸水室/227



6.4.4吸水室的設計/228



6.5泵的軸向力、徑向力計算及平衡/228



6.5.1軸向力的平衡/228



6.5.2軸向力的計算/228



6.5.3徑向力的計算及平衡/230



6.6低溫潛液泵電機的選擇/231



6.6.1低溫潛液泵電機的相關問題解決/231



6.6.2電機的選擇/232



6.6.3電纜的選擇/232



6.6.4電氣連接處的密封/233



6.7泵主要零部件的強度計算/233



6.7.1葉輪強度計算/233



6.7.2軸承的選擇/234



6.8泵的各零部件材料的設計/234



6.8.1奧氏體不鏽鋼/234



6.8.2鎳基硬質合金/235



6.8.3等離子堆焊技術/235



6.8.4深冷處理/235



6.8.5衝擊試驗/236



6.8.6拉伸試驗/236



參考文獻/236



第7章LNG溫控閥及其附件設計計算



7.1LNG溫控閥設計計算/237



7.1.1LNG溫控閥密封比壓計算/238



7.1.2LNG溫控閥閥體壁厚計算/239



7.1.3閥杆軸向力計算/239



7.1.4閥杆總轉矩計算/239



7.1.5LNG溫控閥閥杆應力校核/240



7.1.6LNG溫控閥閥杆穩定性分析/241



7.1.7閥杆頭部強度驗算/241



7.1.8LNG溫控閥閥瓣應力校核/242



7.1.9LNG溫控閥中法蘭連接螺栓/242



7.1.10LNG溫控閥中法蘭強度驗算/243



7.1.11LNG溫控閥閥蓋強度驗算/244



7.1.12閥蓋支架（T形加強筋）/244



7.1.13中法蘭螺栓扭緊力矩/245



7.1.14密封結構計算/246



7.2毛細管的設計計算與分析/251



7.2.1毛細管的節流特性/251



7.2.2毛細管長度對繫統的影響/252



7.2.3影響毛細管設計的幾個參數/252



7.2.4毛細管的計算方法/254



7.3溫控閥執行器/256



7.3.1GMA熱變形機理分析/256



7.3.2感溫包/257



7.3.3感溫介質/257



7.3.4隔膜/257



7.4溫控閥截面彈簧的設計計算/258



7.4.1異形鋼絲彈簧特性及基本設計公式/258



7.4.2異型鋼絲彈簧設計變形公式的推導/259



參考文獻/260



第8章LNG汽車加氣繫統設計計算



8.1液化天然氣（LNG）汽車綜述/261



8.1.1LNG汽車的燃料繫統/261



8.1.2LNG汽車的充裝/262



8.1.3LNG汽車的運行及維護注意事項/263



8.2LNG車載氣瓶/264



8.2.1LNG車載氣瓶發展現狀及應用/264



8.2.2LNG車載氣瓶的特點/267



8.2.3LNG車載氣瓶結構及操作原理/268



8.3LNG汽車加氣/269



8.3.1穩定供氣條件/269



8.3.2氣化量與供氣量關繫/270



8.3.3LNG車載氣瓶的計算/273



8.3.4換熱器的設計計算/290



8.4加氣機/291



8.4.1加氣機管路/291



8.4.2加氣機結構/291



參考文獻/292



第9章LNG大型儲罐設計計算



9.1LNG大型儲罐/293



9.1.1LNG的低溫儲罐運輸/293



9.1.2LNG低溫儲罐的特殊要求/293



9.2LNG儲罐內罐總體結構尺寸確定/294



9.2.1儲罐設計數據/294



9.2.2LNG儲罐幾何尺寸/294



9.2.3主要構件結構尺寸的計算/296



9.2.4加強圈/297



9.2.5罐底板尺寸/300



9.2.6內罐罐底邊緣板厚度與寬度確定/300



9.3大型LNG儲罐絕熱計算/302



9.3.1傳熱機理/302



9.3.2基礎數據/302



9.3.3絕熱計算/303



9.4內罐罐體強度計算/307



9.4.1水壓試驗/307



9.4.2水壓試驗校核/308



9.4.3氣壓試驗/309



9.4.4負壓試驗/309



9.5LNG儲罐抗震計算/309



9.5.1自震周期的計算/309



9.5.2儲罐水平地震作用/310



9.5.3罐壁抗震驗算/311



9.5.4罐內液面晃動波高/312



9.5.5錨固罐的罐壁抗震驗算/312



9.5.6地腳螺栓個數確定/313



9.6氣升頂方案設計/313



9.6.1平衡導向繫統/313



9.6.2密封裝置繫統/314



9.6.3供氣繫統/315



參考文獻/317



第10章10000m3液化天然氣球罐設計計算



10.1球罐用鋼/318



10.1.1國內外球罐的常用鋼種/318



10.1.2幾種典型球罐用鋼/318



10.2球罐設計/320



10.2.1球殼結構/320



10.2.2支座結構/320



10.2.3拉杆結構/320



10.2.4支柱與球殼連接下部結構/321



10.2.5接管補強結構/321



10.2.6球罐的設計方法/321



10.3球罐設計/322



10.3.1基本參數/322



10.3.2基礎資料/322



10.4設計原則/323



10.4.1設計規範的確定/323



10.4.2壓力試驗方法/323



10.5球殼設計/324



10.5.1材料選用/324



10.5.2內壓球殼的計算/325



10.5.3外壓球殼的計算/325



10.5.4球殼薄膜應力校核/327



10.6球罐質量計算/328



10.7載荷計算/329



10.7.1自振周期/329



10.7.2地震力/330



10.7.3風載荷計算/330



10.7.4彎矩計算/330



10.7.5支柱計算/330



10.7.6單個支柱彎矩/331



10.7.7支柱穩定性校核/332



10.7.8地腳螺栓計算/333



10.7.9支柱底板計算/334



10.7.10拉杆計算/335



10.7.11支柱與球殼連接點a的應力校核/336



10.7.12支柱與球殼連接焊縫的強度校核/337



10.8安全洩放計算/338



10.8.1安全閥排洩量/338



10.8.2安全閥排放面積的計算/338



參考文獻/339



第11章LNG立式儲罐設計計算



11.1LNG立式儲罐的特點/340



11.2LNG立式儲罐的設計/341



11.2.1設計依據的標準及主要設計參數/341



11.2.2LNG儲罐結構的初步設計/342



11.2.3LNG立式儲罐強度校核/348



11.3外罐的開孔補強計算/356



11.3.1強度削弱繫數計算/356



11.3.2有效補強範圍計算/356



11.3.3有效補強面積Ae的計算/357



11.4LNG立式儲罐安全附件/357



11.4.1安全閥的設計計算/357



11.4.2爆破片的設計計算/358



11.5LNG立式儲罐及相關設備的選型/359



11.5.1測溫裝置的選型/359



11.5.2液位測量裝置的選型/359



11.5.3真空測量裝置的選型/360



11.5.4真空夾層安全洩放裝置的選型/360



11.6LNG立式儲罐管路的設計/360



11.7LNG儲罐的漏熱校核/360



11.7.1夾層允許漏熱/360



11.7.2真空粉末絕熱層綜合漏熱/361



11.7.3內外罐下支撐漏熱/361



11.7.4內外罐定位支撐漏熱/361



11.7.5管道漏熱近似計算/362



參考文獻/363



第12章LNG槽車設計計算



12.1概述/364



12.1.1背景/364



12.1.2低溫容器/365



12.1.3LNG運輸工具發展趨勢/366



12.2設計依據的標準及主要設計參數/367



12.2.1設計依據的標準/367



12.2.2主要設計參數/367



12.3LNG槽車結構的初步設計/367



12.3.1內膽的應變強化設計/367



12.3.2內膽的常規設計/369



12.3.3保冷層的設計計算/369



12.3.4外膽的設計計算/371



12.3.5內膽加強圈的設計/372



12.3.6內壓容器下支撐結構的設計/372



12.4LNG槽車強度校核/373



12.4.1設計條件/373



12.4.2槽車質量載荷計算/374



12.4.3內膽的軸向定位支撐結構的設計計算/375



12.4.4開孔及補強計算/375



12.5LNG槽車安全附件和管路的設計/379



12.5.1安全閥的設計計算/379



12.5.2爆破片的設計計算/381



12.5.3測溫裝置的選型/381



12.5.4液位測量裝置的選型/382



12.5.5真空測量裝置的選型/382



12.5.6真空夾層安全洩放裝置的選型/382



12.5.7管路的設計/383



12.6LNG槽車的漏熱校核/383



12.6.1夾層允許漏熱/383



12.6.2高真空絕熱層綜合漏熱/383



12.6.3內外膽下支撐漏熱/384



12.6.4內外膽定位支撐漏熱/384



12.6.5管道漏熱近似計算/385



12.7校核表/385



12.7.1內壓圓筒校核/385



12.7.2內壓橢圓左封頭校核/386



12.7.3內膽橢圓右封頭校核/387



12.7.4外壓圓筒校核/388



12.7.5外壓碟形左封頭校核/389



12.7.6外膽碟形右封頭校核/391



12.7.7臥式容器（三鞍座）校核/392



12.8設計結果彙總/395



參考文獻/396



致謝



附錄

隨著低溫制冷技術的不斷發展，低溫工藝及裝備設計制造技術日趨完善，在工業、農業、國防及科研等領域內的作用日益凸顯，尤其在石油化工、煤化工、天然氣、空分等大型成套裝備技術領域具有重要地位，已廣泛應用於大型液化天然氣（LNG）、百萬噸化肥、百萬噸甲醇、大型氣體液化分離等重大繫統裝備技術工藝流程中。



在LNG工業領域，大力發展LNG產業，提高天然氣能源在消費中的比例是調整我國能源結構的重要途徑，LNG既是天然氣遠洋運輸的方法，也是天然氣調峰的重要手段。隨著國內眾多LNG工廠的相繼投產及沿海LNG接收終端的建設，我國LNG工業進入了高速發展時期，與之相關連的LNG低溫制冷裝備技術也得到相應快速發展。LNG液化工藝主要包括天然氣預處理、液化、儲存、運輸、接收、再氣化等，其中，液化工藝為核心工藝流程，主要應用低溫制冷工藝技術制取-162℃低溫環境並將天然氣液化。根據不同的LNG液化工藝，可設計並加工制造不同的制冷裝備，主要包括天然氣壓縮機、制冷劑壓縮機、天然氣冷箱、BOG壓縮機、氣液分離器、大型空冷器、LNG膨脹機、四級節流閥及各種過程控制裝備等。儲運工藝技術中還包括大型LNG儲罐、LNG立式儲罐、LNG氣化器、LNG潛液泵等。近年來，30萬立方米以上LNG繫統多采用混合制冷劑板翅式主換熱裝備及液化工藝技術，60萬立方米以上大型LNG繫統多采用混合制冷劑纏繞管式主換熱裝備及液化工藝技術，這兩種混合制冷劑LNG液化工藝技術具有集約化程度高、制冷效率高、占地面積小及非常便於自動化管理等優勢，已成為大型LNG液化工藝裝備領域內的標準性主流選擇，在世界範圍內已廣泛應用。目前，國內的大型LNG裝備一般隨著成套工藝技術整體進口，包括工藝技術包及主設備專利技術使用費等，造價非常昂貴，後期維護及更換設備的費用同樣巨大。由於大型LNG繫統裝備及主設備大多仍未國產化，即還沒有成型的設計標準，因此給LNG制冷裝備的設計計算帶來了難題。



《液化天然氣裝備設計技術：動力儲運卷》主要圍繞LNG液化工藝及儲運工藝中所涉及的主要裝備技術，研究開發LNG液化工藝流程中核心動力裝備及儲運裝備的設計計算技術，主要包括混合制冷劑離心壓縮機、天然氣往復式壓縮機、BOG壓縮機、混合制冷劑膨脹機、螺旋壓縮膨脹制冷機、LNG潛液泵、LNG溫控閥及其附件、LNG汽車加氣繫統、LNG大型儲罐、10000m3液化天然氣球罐、LNG立式儲罐、LNG槽車共12類核心裝備的設計計算技術，為LNG液化、LNG儲運、LNG接收及LNG氣化等關鍵環節中所涉及主要設備的設計計算提供可參考樣例，並推進LNG繫列裝備及LNG繫統工藝技術的標準化及國產化研究開發進程。



（1）混合制冷劑離心壓縮機



混合制冷劑離心壓縮機是大型LNG液化工藝流程中的核心動力設備，也是大型混合制冷劑低溫制冷繫統的核心設備之一，主要用於100萬立方米以上MCHE型LNG液化繫統，及60萬立方米以上大型PFHE型LNG液化繫統。由於混合制冷劑在壓縮過程中存在預冷分凝過程，混合制冷劑壓縮難以計算，壓縮過程中存在很多不確定性等問題，給混合制冷劑離心壓縮機的研究及設計帶來了困難。本文基於通用離心壓縮機設計計算過程，結合混合制冷劑物性計算過程，采用西安交通大學流體教研室提供的多級離心壓縮機壓縮過程計算方法，結合100萬立方米MCHE型LNG液化混合制冷劑壓縮機壓縮工藝流程，采用正丁烷、異丁烷、丙烷、乙烯、氮氣、混合制冷劑，兩段四級壓縮過程，中段冷卻並分離提取正丁烷、異制冷劑，丙烷、乙烯、氮氣、混合制冷劑進入二段壓縮過程的工藝流程。經過近些年來對MCHE型LNG液化繫統的研究與開發，本書給出了混合制冷劑離心式壓縮機設計計算模型，供相關行業的同行參考，以利於推進大型LNG混合制冷劑離心式壓縮機的國產化進程。



（2）天然氣往復式壓縮機



LNG液化工藝用天然氣壓縮機是LNG液化流程中的主要動力設備之一，是將管道送來的低壓天然氣增壓後，送至主換熱設備並液化，從而使天然氣在接近4.3MPa壓力下液化，一來可以液化過程中天然氣管道占用空間，縮小主換熱器的換熱面積及總體尺寸；二來讓天然氣壓力高於主要成分甲烷的臨界壓力，整體液化溫度高於標準沸點，便於天然氣液化。天然氣壓縮機是將機械能轉變為氣體壓力能的機械，而往復式壓縮機又因排氣壓力高、排氣壓力穩定、價格相對較低，還可實現小氣量、高壓力等優點，已成為工業上使用量大、使用面廣的一種通用機械。近年來，管道天然氣增壓功率及流量逐漸增大，在3MW以下中小型LNG液化繫統中，通常采用往復式壓縮機。往復式壓縮機，主要由機座和工作腔兩大部分組成，機座部分包括機身、曲軸、連杆、十字頭組件等；工作腔部分包括氣缸、活塞、活塞杆、活塞環與填料、氣閥組件等，而在壓縮機工藝計算中，熱力計算和動力計算又是重要的環節。往復式壓縮機的動力和熱力計算結果將是總體設計的依據，其精確程



度會體現壓縮機的設計水平。本書給出了天然氣往復式壓縮機設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（3）BOG壓縮機



BOG壓縮機是LNG液化過程中不可缺少的主要動力設備之一，為大型LNG儲罐等配套設施，是LNG飽和蒸氣返回主液化繫統的主要動力設備，具有壓縮-162℃以上溫度低溫蒸氣的特點。BOG壓縮一般采用往復式較多，其壓縮機頭具有防凍、防霜等特點。本書給出BOG壓縮機設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（4）混合制冷劑膨脹機



混合制冷劑膨脹機是LNG液化膨脹制冷過程獲取冷量所的設備，是膨脹制冷液化工藝中的核心設備之一，其主要原理是利用有一定壓力的混合制冷劑氣體在透平膨脹機內進行絕熱等熵膨脹對外做功而消耗氣體本身的內能，從而使混合制冷劑氣體自身強烈地冷卻而達到制冷的目的。目前，從LNG低溫液化、空分到極低溫氫、氦的液化制冷，都有透平膨脹機的應用。本書根據透平膨脹機膨脹制冷原理，給出了混合制冷劑膨脹機的設計計算方法，僅供參考。



（5）螺旋壓縮膨脹制冷機



螺旋壓縮膨脹制冷機采用完全軸對稱且同軸線結構的螺旋壓縮機頭、電動機及螺旋膨脹機頭，應用近似布雷頓循環制冷原理，較布雷頓循環更接近等溫壓縮過程的循環方式，壓縮功相對較小，可回收膨脹功，COP較高；應用多級螺旋壓縮葉片逐級改變螺旋壓縮葉片螺距及螺旋上升角、逐級擴壓再壓縮的連續壓縮方法，實現高速螺旋葉輪對氣體的多級離心衝壓壓縮過程；通過增大螺旋膨脹葉片螺距及螺旋上升角，高壓氣流逐漸膨脹加速的連續膨脹做功方法，實現氣體對螺旋葉片膨脹做功過程及降溫過程；采用氣流多級軸向擴壓再膨脹的方法帶動螺旋葉片高速旋轉，實現氣流對多級螺旋葉片逐級膨脹做功並降溫的過程；結構簡潔精巧，外形似圓柱形，可直接連接至管道中，實現高溫氣體的開式低溫制冷過程。該技術由蘭州交通大學張周衛等提出，並給出了螺旋壓縮膨脹制冷機設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（6）LNG潛液泵



作為整個LNG加氣站的動力裝置，LNG低溫泵的性能要求主要的是耐低溫且絕熱效果好，以及承受出口高壓。其次是氣密性和電氣方面的安全性能要求比普通泵高很多。低溫泵必須有足夠的壓力和流量範圍，以適應不同級別的汽車LNG儲存繫統;要盡可能減少運行時產生的熱量，以防止引發LNG氣化；不可出現兩相流，否則會造成泵的損壞。LNG汽車加氣站用潛液泵主要由泵、泵夾套和電動機組成。采用離心式結構體，轉速高、質量輕，這種高速離心式LNG潛液泵采用屏蔽電動機一體軸配裝泵體、葉輪、導流器、誘導輪等部件，通過變頻控制器控制電動機的轉速。其結構設計為屏蔽電動機和泵體全部浸沒在低溫液體中，達到零洩漏的方式。本書根據LNG潛液泵增壓原理，給出了LNG潛液泵的設計計算方法，僅供參考。



（7）LNG溫控閥及其附件



溫度控制閥是流量調節閥在溫度控制領域的典型應用，其基本原理：通過控制換熱器，空調機組或其他用熱、冷設備，一次熱冷媒入口流量，以達到控制設備出口溫度的目的。當負荷產生變化時，通過改變閥門開啟度調節流量，以消除負荷波動造成的影響，使溫度恢復至設定的值。本書給出了一種LNG溫控設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（8）LNG汽車加氣繫統



以LNG為燃料的汽車稱為LNG汽車，一般分三種形式：種為完全以LNG為燃料的純LNG汽車；第二種為LNG與柴油混合使用的雙燃料LNG汽車；第三種為LNG與汽油混合使用的雙燃料LNG汽車。這幾種LNG汽車的燃氣繫統基本相同，都是將LNG儲存在車用儲罐內，通過氣化裝置氣化為0.5MPa左右的氣體供給發動機，其主要構成有LNG儲罐、氣化器、減壓調壓閥、混合器和控制繫統等。本書主要給出了LNG汽車車載LNG儲罐等的設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（9）LNG大型儲罐



LNG大型儲罐主要用於LNG接收站或LNG液化工廠末端，為接收LNG的主要設備。LNG接收站內一般有多個大型LNG儲罐，設計容積從幾萬立方米到幾十萬立方米，投資造價很高。LNG大型儲罐結構形式有單包容罐、雙包容罐、全包容罐和膜式罐等。本文給出了一種LNG大型儲罐的設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（10）10000m3液化天然氣球罐



10000m3液化天然氣球罐是一種常用的LNG儲存罐體，為中小型LNG接收站內核心設備，一般一個接收站可由幾個罐體組成。LNG球罐主要由真空雙殼體組成，外層安裝水平環路，用以均勻罐內LNG溫度，避免罐內LNG溫度分層。LNG球罐是一個大型、復雜的焊接殼體，它涉及材料、結構、焊接、熱處理、無損檢測等多方面技術，對球罐設計方法和理論、選材和材料評價體繫、高性能材料的焊接及熱處理技術、大板片球罐制造技術的理論和實際都有重要作用。球形儲罐與其他形式的壓力容器比較，有許多突出的優點。如與同等容量、相同工作壓力的圓筒形壓力容器比較，球罐表面積小，所需鋼板厚度較薄，因而具有耗鋼量少、重量輕的優點。本書給出了10000m3LNG球罐的設計計算方法，僅供參考。



（11）LNG立式儲罐



LNG立式儲罐一般是垂直圓柱形雙層真空儲罐，具有耐低溫特性，要求儲液具有良好的耐低溫性能和優異的保冷性能。儲罐內LNG一般儲存在101325Pa、-162℃飽和狀態。內罐壁要求耐低溫材料，一般選用A537CL2、A516Gr60等材料。在內罐和外罐之間填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料還要有足夠的承壓性能。本書給出了一種LNG立式儲罐設計計算模型，供相關行業的同行參考。



（12）LNG槽車



LNG槽車主要由雙層平臥真空罐體與汽車底盤兩部分組成。作為LNG陸地運輸的主要的工具，因其具有很強的靈活性和經濟性，已得到了廣泛應用。目前，我國使用的LNG槽車主要有兩種形式，LNG半掛式運輸槽車和LNG集裝箱式罐車。半掛式運輸槽車有效容積為36m3，集裝箱式有效容積為40m3。本書給出了LNG槽車設計計算模型，供相關行業的同行參考。



本書共分12章，第1章、第3～5章、第8～10章由張周衛、郭舜之負責撰寫並編輯整理，第2章、第6章、第7章、第11章、第12章由汪雅紅、趙麗負責撰寫並編輯整理。全書後由張周衛統稿。



本書受國家自然科學基金（編號：51666008），甘肅省財政廳基本科研業務費（編號：214137），甘肅省自然科學基金（編號：1208RJZA234）等支持。



本書按照目前所列裝備設計計算開發進度，重點針對12項裝備進行研究開發，總結設計計算方法，並與相關行業內的研究人員共同分享。



由於水平有限、時間有限及其他原因，本書中難免存在疏漏與不足之處，希望同行及廣大讀者批評指正。







蘭州交通大學



張周衛  趙麗  汪雅紅  郭舜之



2017年12月