2026年lng设备原理考试题及答案

2026年lng设备原理考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下关于LNG（液化天然气）基本特性的描述中，错误的是（）A.常压下沸点约为-162℃B.密度约为430-470kg/m³（液态）C.主要成分为甲烷（体积占比＞90%）D.液态体积约为气态体积的1/600答案：D（液态体积约为气态体积的1/625）2.以下不属于LNG液化流程核心单元的是（）A.原料气预处理（脱酸、脱水、脱汞）B.制冷剂压缩与膨胀C.天然气节流降压液化D.LNG船液货舱压力平衡答案：D（液货舱压力平衡属于储存/运输环节）3.离心式压缩机首级叶轮采用半开式设计的主要目的是（）A.提高抗喘振能力B.降低气体泄漏量C.适应含微量固体颗粒的介质D.增大单级压比答案：C（半开式叶轮无轮盖，可减少固体颗粒堵塞风险）4.绕管式换热器（SPHE）在LNG液化装置中应用时，其核心优势是（）A.单台处理能力大，适应多股流换热B.维修方便，可在线更换管束C.耐高压性能优于板翅式换热器D.适用于大温差、高腐蚀性介质答案：A（绕管式可同时处理多股流体，紧凑性高）5.以下关于BOG（蒸发气）产生原因的分析中，错误的是（）A.LNG储存期间与环境的热量交换B.低温泵启动时的机械功转化为热能C.卸船过程中液货舱压力快速降低D.再气化时LNG与海水换热器的温差答案：D（再气化属于LNG气化过程，BOG主要产生于储存、运输环节）6.低温泵（如LNG潜液泵）的轴封通常采用“干气密封”的主要原因是（）A.避免润滑油污染LNGB.降低密封件磨损率C.适应-162℃的超低温环境D.提高密封压力等级答案：A（润滑油在低温下会凝固，且可能污染LNG）7.以下LNG储罐的绝热结构中，属于“真空粉末绝热”的典型应用是（）A.16万m³全容式储罐B.5000m³小型立式储罐C.薄膜型LNG船液货舱D.地下岩洞储罐答案：B（小型储罐常用真空粉末绝热，大型储罐多为双金属壁+珠光砂填充）8.液化天然气（LNG）的“临界温度”是指（）A.气体能被液化的最高温度B.液体能保持液态的最低温度C.气液两相平衡的温度D.相变潜热最大时的温度答案：A（临界温度是气体可液化的最高温度，高于此温度无法通过加压液化）9.在C3-MR（丙烷预冷混合制冷剂）液化流程中，丙烷循环的主要作用是（）A.提供-100℃以下的冷量B.预冷天然气至-40℃~-50℃C.降低混合制冷剂的压缩功耗D.回收冷量用于BOG再液化答案：B（丙烷预冷可将天然气从常温降至-40℃左右，减少混合制冷剂负荷）10.以下关于LNG再气化装置中“浸没燃烧式气化器（SCV）”的描述，错误的是（）A.燃烧燃料加热热媒水（如海水）B.适用于寒冷地区或海水温度低的场景C.热效率可达90%以上D.无需外部电源，依靠自身燃烧驱动答案：D（SCV需要电力驱动循环泵和燃烧器）11.LNG设备中“低温截止阀”与“低温球阀”的主要区别在于（）A.截止阀适用于调节流量，球阀适用于快速开关B.截止阀耐高压性能更优C.球阀的密封性能优于截止阀D.截止阀的流阻更小答案：A（截止阀通过阀瓣升降调节流量，球阀通过旋转实现快速通断）12.以下材料中，最不适用于LNG设备低温环境（-162℃）的是（）A.9%镍钢（ASTMA353）B.奥氏体不锈钢（304L）C.铝合金（5083）D.普通碳钢（Q235）答案：D（普通碳钢在-40℃以下会出现冷脆，无法用于LNG设备）13.在LNG接收站中，“高压外输泵”的主要功能是（）A.将LNG从储罐输送至再气化装置B.提高LNG压力至外输管网要求（如8-10MPa）C.回收BOG并压缩至储罐压力D.平衡不同储罐之间的液位差答案：B（外输泵需将LNG从常压（约0.1MPa）加压至管网压力）14.以下关于“膨胀机”在LNG液化流程中作用的描述，正确的是（）A.膨胀机通过气体膨胀做功，降低自身温度B.膨胀机的效率直接影响液化率，效率越高，液化量越小C.膨胀机入口压力越低，输出功越大D.膨胀机通常采用电机制动，回收的能量用于驱动压缩机答案：A（膨胀机利用高压气体膨胀降压，对外做功并降温）15.LNG船“薄膜型液货舱”与“球罐型液货舱”的核心差异是（）A.薄膜型采用双金属壁结构，球罐型为单壁B.球罐型的绝热性能优于薄膜型C.薄膜型更适合大型船舶（如26.6万m³），球罐型多用于中小型D.球罐型的维护成本低于薄膜型答案：C（薄膜型结构更紧凑，可最大化船舶装载量，适用于超大型LNG船）二、填空题（每空1分，共20分）1.LNG的主要成分是______（体积占比＞90%），次要成分包括乙烷、丙烷、氮气等。答案：甲烷2.天然气液化的核心原理是通过______（温度/压力）降低至沸点以下，使气体凝结为液体。答案：温度3.离心式压缩机的“喘振”是指当流量低于______时，气流在叶轮中出现严重分离，导致压力剧烈波动的现象。答案：最小流量（或喘振流量）4.绕管式换热器的管束通常以______（螺旋/直线）方式缠绕在中心筒上，实现多股流体的逆流换热。答案：螺旋5.低温泵的“汽蚀”是由于泵入口处LNG的______（压力/温度）低于其当前温度下的饱和蒸气压，导致液相汽化产生气泡的现象。答案：压力6.LNG储罐的“全容式结构”指内罐为______（材料），外罐为钢筋混凝土，兼具containment（包容）和绝热功能。答案：9%镍钢（或不锈钢）7.BOG再液化的常用方法包括直接压缩法、______（与原料气混合液化）和低温制冷液化法。答案：再冷凝法8.液化流程中“混合制冷剂（MR）”通常由氮气、甲烷、乙烷、丙烷等组成，其优势是通过不同组分的相变温度差异，实现______（宽/窄）温区的连续制冷。答案：宽9.薄膜型LNG船液货舱的“次屏蔽”层主要作用是______，防止内屏蔽层泄漏时LNG直接接触船体。答案：临时容纳泄漏的LNG（或二次密封）10.低温阀门的“上装式结构”设计便于______（维修/安装），无需从管线上拆卸阀门即可更换内部部件。答案：维修11.LNG再气化装置中，“空温式气化器（ORV）”的换热介质是______，其运行成本低但受环境温度影响大。答案：空气12.膨胀机的“等熵效率”是指实际膨胀过程的输出功与______（理想/实际）等熵膨胀过程输出功的比值。答案：理想13.天然气预处理单元中，“脱汞”的主要目的是防止汞对______（材料）设备产生腐蚀（如铝制换热器）。答案：铝14.LNG设备的“冷收缩”问题需通过______（补偿器/加强筋）设计解决，避免管道或设备因温度变化产生应力破坏。答案：补偿器15.液化工厂中“制冷剂循环量”的调节通常通过控制压缩机的______（转速/入口导叶）实现，以匹配天然气处理量的变化。答案：转速（或入口导叶）16.BOG压缩机的“多级压缩”设计是为了避免单级压缩______（温度/压力）过高，导致润滑油结焦或设备损坏。答案：温度17.低温泵的“NPSHa（有效汽蚀余量）”需______（大于/小于）“NPSHr（必需汽蚀余量）”，否则会发生汽蚀。答案：大于18.LNG储罐的“翻滚（RollOver）”现象是由于罐内不同密度的LNG层混合，导致______（BOG量/液位）突然大幅增加的风险。答案：BOG量19.天然气液化过程中，“节流阀”（如J-T阀）通过______（焦耳-汤姆逊效应/相变潜热）实现降温，适用于高压气体的快速膨胀。答案：焦耳-汤姆逊效应20.液化装置的“能效比（COP）”定义为______（液化量/能耗），是衡量装置经济性的关键指标。答案：单位能耗的液化量（或制冷量与输入功率之比）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述C3-MR（丙烷预冷混合制冷剂）液化流程的主要步骤，并说明其相较于DMR（双混合制冷剂）流程的优缺点。答案：主要步骤：（1）原料气预处理（脱酸、脱水、脱汞）；（2）丙烷预冷单元：通过丙烷循环将天然气从常温冷却至-40℃~-50℃；（3）混合制冷剂（MR）循环：MR经压缩、冷却、节流后，为预冷后的天然气提供-162℃的冷量，使其液化；（4）LNG过冷：进一步降低LNG温度，减少储存期间的BOG产生。优点：流程相对简单，设备数量较少；丙烷与MR分开循环，控制难度较低；适用于中大型液化装置（如4-8Mt/a）。缺点：能效略低于DMR（双混合制冷剂需两套MR循环，可更精确匹配温焓曲线）；丙烷系统增加了设备投资和维护成本。2.分析LNG潜液泵发生汽蚀的主要原因，并提出3项预防措施。答案：主要原因：（1）泵入口压力不足（如储罐液位过低，导致静压头不够）；（2）LNG温度过高（接近或超过当前压力下的饱和温度）；（3）泵入口管道阻力过大（如阀门开度小、管道堵塞）；（4）泵转速过高，导致入口流速过快，压力下降。预防措施：（1）控制储罐最低液位，确保入口静压头≥NPSHr+安全裕量；（2）优化LNG储存温度，避免过热度（如通过BOG再冷凝降低温度）；（3）减少入口管道阻力（如增大管径、缩短管长、减少弯头）；（4）采用变频控制，降低低流量时的转速；（5）定期清理入口过滤器，防止堵塞。3.说明绕管式换热器（SPHE）的结构特点及其在LNG液化中的适用性。答案：结构特点：（1）管束以螺旋方式缠绕在中心筒上，形成多层盘管；（2）每一层盘管对应不同流体（如天然气、混合制冷剂），实现多股流逆流换热；（3）外壳与管束间填充绝热材料（如珠光砂），减少热损失；（4）采用焊接连接，无活动部件，密封性好。适用性：（1）适应多股流体换热（如同时处理天然气、MR的气相和液相）；（2）紧凑性高，单位体积换热面积大（可达500m²/m³）；（3）耐高压（设计压力可达10MPa以上）；（4）适用于大温差（如从常温到-162℃）；（5）无泄漏点，适合处理易燃、易爆的LNG介质。4.列举LNG接收站中BOG（蒸发气）的主要来源，并说明两种BOG处理方式的原理。答案：主要来源：（1）储罐与环境的热交换（通过罐壁、罐顶传入热量）；（2）卸船过程中，液货舱内LNG因压力降低蒸发；（3）低温泵运行时，机械功转化为热能导致LNG蒸发；（4）储罐内LNG“翻滚”现象（不同密度层混合释放大量热量）；（5）管道和设备的冷损失（如充液后的管道预冷）。处理方式及原理：（1）再冷凝法：将BOG与高压LNG在再冷凝器中混合，利用LNG的低温使BOG冷凝为液体，返回储罐；（2）压缩外输法：通过BOG压缩机将BOG加压至管网压力（如0.5-1.0MPa），与外输天然气混合后送入管网；（3）直接液化法：将BOG引入液化装置，与原料气一起冷却液化（适用于有液化单元的接收站）。5.分析9%镍钢（如ASTMA353）作为LNG储罐内罐材料的主要优势，并说明其在低温环境下的性能要求。答案：主要优势：（1）低温韧性优异：在-196℃时仍保持较高的冲击功（≥27J），避免冷脆断裂；（2）强度适中：屈服强度约345MPa，可承受储罐内压和液柱静压；（3）焊接性能良好：可采用镍基焊条或奥氏体不锈钢焊条焊接，焊缝低温韧性与母材匹配；（4）成本较低：相较于奥氏体不锈钢（如304L），9%镍钢的材料成本降低约30%-40%。性能要求：（1）低温冲击韧性：需通过夏比V型缺口冲击试验（-196℃），确保材料在超低温下的抗断裂能力；（2）化学成分控制：镍含量严格控制在8.5%-9.5%，碳含量≤0.10%（避免焊接热影响区脆化）；（3）晶粒度要求：细化晶粒以提高低温韧性；（4）无损检测：焊接后需进行射线或超声波检测，确保焊缝无裂纹、气孔等缺陷。四、综合分析题（每题15分，共30分）1.某LNG接收站在卸船过程中，发现储罐BOG量异常升高（较正常情况增加50%），请分析可能的原因及排查步骤。答案：可能原因：（1）卸船速率过快：LNG从船到储罐的转移速度过高，导致储罐内液位上升过快，气相空间缩小，压力升高触发BOG排放；同时，高速流动的LNG与储罐内原有LNG温差大（如船载LNG温度-163℃，储罐LNG温度-160℃），混合后热量释放增加BOG。（2）船-岸温度差过大：船载LNG温度过低（如-165℃），与储罐内LNG（-160℃）混合时，低温LNG吸收储罐内热量，导致原有LNG蒸发量增加。（3）储罐绝热性能下降：罐顶或罐壁绝热层损坏（如珠光砂下沉、真空度降低），环境热量传入量增加，促进LNG蒸发。（4）BOG处理系统故障：再冷凝器或BOG压缩机运行异常（如压缩机入口阀开度小、再冷凝器液位低），导致BOG无法及时处理，储罐压力上升，被迫排放更多BOG。（5）卸船管道预冷不充分：卸船前未对管道进行充分预冷，LNG进入常温管道时吸收大量热量蒸发，产生额外BOG。排查步骤：（1）检查卸船参数：确认卸船速率是否超过设计值（如设计最大速率12000m³/h，实际15000m³/h），调整速率至正常范围后观察BOG量变化。（2）核对温度数据：获取船载LNG和储罐内LNG的温度、密度数据，计算混合后的热量变化，判断是否因温差过大导致BOG增加。（3）检测储罐绝热性能：通过红外热成像检测罐顶、罐壁表面温度分布，若局部温度异常（如高于环境温度5℃以上），可能为绝热层损坏。（4）检查BOG处理系统：查看再冷凝器液位、BOG压缩机入口压力、电机电流等参数，确认压缩机是否满负荷运行，再冷凝器是否因LNG流量不足导致冷凝效率下降。（5）验证管道预冷效果：检查卸船管道的温度记录，若预冷后管道温度仍高于-150℃，说明预冷不充分，需延长预冷时间。2.某LNG液化工厂运行中，发现主换热器（绕管式）出口LNG温度升高（较设计值高3℃），导致液化率下降5%，请分析可能的原因及解决措施。答案：可能原因：（1）制冷剂流量不足：混合制冷剂（MR）