2025年lng设备原理考试题及答案

2025年lng设备原理考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1.液化天然气（LNG）的主要成分是以下哪项？A.乙烷（C₂H₆）B.甲烷（CH₄）C.丙烷（C₃H₈）D.丁烷（C₄H₁₀）2.以下哪种液化循环采用丙烷预冷结合混合制冷剂（MR）的组合工艺？A.级联式循环（CascadeCycle）B.带膨胀机的液化循环（ExpanderCycle）C.丙烷预冷混合制冷剂循环（C3-MR）D.双混合制冷剂循环（DMR）3.LNG储罐内产生蒸发气（BOG）的主要原因是：A.储罐压力突然升高B.外界热量通过绝热层传入C.LNG中乙烷含量过高D.卸料时管道内残留空气4.离心式压缩机首级叶轮采用半开式设计的主要目的是：A.提高压缩效率B.降低制造成本C.适应大流量工况D.减少叶轮与壳体的摩擦5.LNG潜液泵运行时，泵体温度需保持在LNG沸点以下的核心原因是：A.防止电机过热B.避免泵内液体汽化产生气蚀C.延长密封件寿命D.提高泵的扬程二、填空题（每空1分，共10分）1.LNG在常压下的沸点约为________K（精确到整数）。2.混合制冷剂（MR）的典型组分包括氮气、甲烷、乙烷、丙烷和________（填化学式）。3.绕管式换热器（SpiralWoundHeatExchanger）的核心优势是能够实现________（多股流/单股流）换热，且适应________（高压/低压）工况。4.级联式液化循环中，丙烷、乙烯、甲烷三级制冷系统的冷凝温度依次________（填“升高”或“降低”）。5.LNG全容罐的外罐通常采用________（材料类型）建造，其主要作用是________（填“储存LNG”或“防止内罐泄漏时LNG扩散”）。6.BOG压缩机的入口压力通常低于________kPa（表压），出口压力需满足________（填“再液化”或“外输管网”）的压力要求。三、简答题（每题8分，共32分）1.简述C3-MR（丙烷预冷混合制冷剂）液化循环的工艺流程，并说明其相比级联式循环的主要优势。2.分析LNG低温储罐“真空粉末绝热”与“泡沫玻璃绝热”两种结构的差异，分别列举其适用场景。3.解释BOG（蒸发气）再液化系统中“直接压缩+冷却”与“再冷凝”两种处理方式的技术特点及适用条件。4.离心式压缩机运行中出现“喘振”现象的机理是什么？列举3种预防喘振的关键措施。四、计算题（每题12分，共24分）1.某LNG液化装置采用离心式压缩机压缩混合制冷剂（MR），已知入口状态为：压力0.3MPa（绝压）、温度-40℃、流量50000Nm³/h；出口压力3.5MPa（绝压），等熵效率η=0.78。假设MR的平均等熵指数k=1.15，气体常数R=287J/(kg·K)，计算压缩机的轴功率（kW）。（提示：等熵压缩功公式：W_s=kR/(k-1)·T₁·[(P₂/P₁)^((k-1)/k)-1]）2.某绕管式换热器用于LNG与制冷剂的换热，已知LNG入口温度-162℃、流量120t/h，出口温度-155℃；制冷剂入口温度-140℃、流量80t/h，出口温度-150℃。LNG的平均比热容c_LNG=2.4kJ/(kg·K)，制冷剂的平均比热容c_R=2.8kJ/(kg·K)，忽略热损失，计算换热器的换热量（kW）及制冷剂出口温度是否合理（需说明判断依据）。五、综合分析题（24分）某LNG接收站在卸船过程中，因外部电网故障导致全站失电，需执行紧急停车（ESD）程序。结合LNG设备原理，分析以下关键设备的联动控制逻辑及安全目标：（1）卸料臂紧急脱离系统；（2）BOG压缩机与再冷凝器；（3）LNG储罐的降压调节阀；（4）潜液泵与高压外输泵。答案一、单项选择题1.B（LNG中甲烷含量通常≥90%）2.C（C3-MR工艺核心为丙烷预冷+混合制冷剂主循环）3.B（外界漏热导致LNG蒸发是BOG产生的主因）4.C（半开式叶轮适用于大流量、低扬程工况）5.B（气蚀会损坏泵体，需保持液体过冷状态）二、填空题1.112（-161.5℃转换为开尔文温度：273.15-161.5≈111.65，取整112）2.i-C₄H₁₀（异丁烷）3.多股流；高压4.降低（丙烷冷凝温度最高，甲烷最低）5.预应力混凝土；防止内罐泄漏时LNG扩散6.10（表压约0-10kPa）；再液化三、简答题1.工艺流程：原料气先经丙烷预冷系统冷却至-30~-40℃，再进入混合制冷剂（MR）循环的绕管式换热器，被MR进一步冷却至-162℃左右液化。相比级联式循环，优势：①仅需一套压缩机组（级联式需3套），设备投资降低；②MR组分可调，适应不同原料气组成；③能耗降低约15%~20%。2.真空粉末绝热：在内外罐间填充珠光砂并抽真空（真空度<10Pa），绝热性能极佳（热导率约0.01W/(m·K)），但维护成本高，适用于大型LNG运输船储罐。泡沫玻璃绝热：由碎玻璃高温发泡制成，抗压强度高（≥0.8MPa）、不燃，热导率约0.04W/(m·K)，适用于陆地固定储罐（如全容罐），无需真空维护。3.直接压缩+冷却：BOG经压缩机升压至2.0~3.0MPa，再通过空冷器/水冷器冷却至常温，直接外输或进入管网。特点：流程简单，适用于BOG量小、外输压力要求低的场景。再冷凝：BOG与低温LNG在再冷凝器中混合，利用LNG的冷量使BOG液化。特点：能耗低（无需深度压缩），但需稳定的LNG供应，适用于BOG量大、需回收冷能的接收站。4.喘振机理：当压缩机流量低于最小稳定流量时，叶轮出口气流与叶片分离，产生周期性逆流，导致压力、流量剧烈波动。预防措施：①设置防喘振回流阀，流量低于阈值时将部分气体回流至入口；②采用可调进口导叶（IGV）调节流量；③优化叶轮与扩压器匹配设计，扩大稳定工况范围。四、计算题1.解：（1）入口温度T₁=273.15-40=233.15K（2）压力比r=P₂/P₁=3.5/0.3≈11.667（3）等熵压缩功W_s=(kR/(k-1))·T₁·(r^((k-1)/k)-1)代入数据：k=1.15，R=287J/(kg·K)，T₁=233.15K(k-1)/k=0.15/1.15≈0.1304，r^0.1304≈11.667^0.1304≈1.432W_s=(1.15×287/(0.15))×233.15×(1.432-1)=(2173.67)×233.15×0.432≈2173.67×100.7≈218,900J/kg=218.9kJ/kg（4）实际轴功W=W_s/η=218.9/0.78≈280.6kJ/kg（5）气体质量流量：标准状态下MR密度ρ=P₀M/(RT₀)（假设M=25kg/kmol，P₀=0.1013MPa，T₀=273.15K）ρ=0.1013×10^6×25/(287×273.15)≈(2.5325×10^6)/(78394)≈32.3kg/Nm³质量流量m=50000×32.3/3600≈448.6kg/s（6）轴功率P=W×m=280.6×448.6≈125,900kW≈126,000kW2.解：（1）LNG换热量Q_LNG=m_LNG×c_LNG×ΔT_LNG=120×1000kg/h×2.4kJ/(kg·K)×(-155(-162))K=120,000×2.4×7=2,016,000kJ/h=560kW（2）制冷剂换热量Q_R=m_R×c_R×ΔT_R=80×1000kg/h×2.8kJ/(kg·K)×(-150(-140))K=80,000×2.8×(-10)=-2,240,000kJ/h=-622.2kW（负号表示制冷剂放热）（3）换热器换热量取绝对值大的一方，即622.2kW（实际应满足Q_LNG≈Q_R，此处差异可能因假设参数简化）。（4）合理性判断：LNG需吸收热量升温（-162→-155℃），制冷剂需释放热量降温（-140→-150℃），但制冷剂出口温度（-150℃）低于LNG入口温度（-162℃）不符合换热逻辑（高温流体不能低于低温流体入口温度），因此不合理，实际中制冷剂出口温度应高于-162℃。五、综合分析题（1）卸料臂紧急脱离系统：失电后，液压系统启动备用氮气瓶，驱动快速脱离装置（QRDC）切断卸料臂与船舶的连接，同时关闭臂内的紧急切断阀（ESD阀），防止LNG泄漏。安全目标：避免船舶因电网恢复后移动导致卸料臂断裂，引发LNG泄漏。（2）BOG压缩机与再冷凝器：压缩机因失电停机，再冷凝器入口阀关闭，BOG通过安全放散阀（PSV）排入火炬系统，防止储罐超压。同时，再冷凝器内残留LNG通过排液阀回流至储罐，避免设备冻裂。安全目标：维持储罐压力在设计范围内（≤0.1MPa），防止超压爆炸。（3）LNG储罐的降压调节阀：失电后，调节阀切换至故障安全模式（全开），将BOG导入火炬燃烧；同时，储罐压力传感器触发高高位报警（如0.1