液化天然气装备设计技术:动力储运卷 本书特色
本书主要围绕液化天然气（LNG）混合制冷剂液化工艺及储运工艺中所涉及的主要低温装备，研究开发LNG工艺流程中主要动力装备及储运装备的设计计算技术，主要包括混合制冷剂离心压缩机、天然气往复式压缩机、BOG压缩机、混合制冷机膨胀机、螺旋压缩膨胀制冷机、LNG潜液泵、LNG温控阀及其附件、LNG汽车加气系统、LNG大型储罐、10000m3液化天然气球罐、LNG立式储罐、LNG槽车等装备的设计计算技术，为LNG液化、LNG储运、LNG接收及LNG气化等关键环节中所涉及主要设备的设计计算提供可参考样例，并推进LNG 系列装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。本书不仅可供从事天然气、液化天然气（LNG）、化工机械、制冷与低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考，还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等相关专业的师生参考。
液化天然气装备设计技术:动力储运卷 内容简介
本书主要围绕液化天然气（LNG）混合制冷剂液化工艺及储运工艺中所涉及的主要低温装备，研究开发LNG工艺流程中主要动力装备及储运装备的设计计算技术，主要包括混合制冷剂离心压缩机、天然气往复式压缩机、BOG压缩机、混合制冷机膨胀机、螺旋压缩膨胀制冷机、LNG潜液泵、LNG温控阀及其附件、LNG汽车加气系统、LNG大型储罐、10000m3液化天然气球罐、LNG立式储罐、LNG槽车等装备的设计计算技术，为LNG液化、LNG储运、LNG接收及LNG气化等关键环节中所涉及主要设备的设计计算提供可参考样例，并推进LNG 系列装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。本书不仅可供从事天然气、液化天然气（LNG）、化工机械、制冷与低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考，还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等相关专业的师生参考。
液化天然气装备设计技术:动力储运卷 目录
第1章混合制冷剂离心压缩机设计计算
1.1设计中所涉知识点介绍/002
1.1.1连续方程/002
1.1.2欧拉方程/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压缩过程和压缩功的说明/005
1.2.1等熵压缩/005
1.2.2多变压缩/006
1.2.3压缩功与叶轮中的气体变化过程关系/006
1.2.4压缩过程在T-S图上的表示/007
1.2.5总耗功和功率/009
1.2.6滞止参数的表示/009
1.3压缩机效率的表达式/010
1.3.1多变效率/010
1.3.2绝热效率/011
1.3.3等温效率ηis和流动效率ηhyd/012
1.4压缩机各部的压缩过程/012
1.4.1工作级间的等熵压缩过程/012
1.4.2级中实际压缩过程/013
1.5混合制冷剂压缩机设计/013
1.5.1混合制冷剂压缩机设计任务/013
1.5.2压缩机**段设计计算/014
1.5.3压缩机第二段设计计算/035
1.5.4主轴的计算/056
1.6离心式压缩机强度设计及轴向推力计算/056
1.6.1转子强度设计/056
1.6.2定子强度设计/057
1.6.3机壳部分计算/058
1.6.4轴向推力计算/059
1.7离心式压缩机结构设计/060
1.7.1转子的结构设计/060
1.7.2定子的结构设计/061
参考文献/063
第2章天然气往复式压缩机设计计算
2.1总体设计/064
2.1.1设计原始资料/064
2.1.2天然气的物性参数/065
2.1.3热力计算/068
2.2动力计算/076
2.2.1曲柄连杆机构及运动关系/076
2.2.2作用力计算/076
2.3气缸部分主要零件设计/080
2.3.1气缸/080
2.3.2气阀/083
2.3.3活塞/086
2.3.4填料和刮油器/088
2.4基本部件的设计/089
2.4.1曲轴/089
2.4.2连杆/090
2.4.3十字头/096
2.4.4轴承/097
2.5其他部件的设计/097
2.5.1盘车装置/097
2.5.2皮带轮和飞轮/097
2.6气路系统/098
2.6.1空气滤清器/098
2.6.2液气分离器、缓冲器和储气罐/098
2.7冷却系统/098
2.7.1冷却系统及其对水质的要求/098
2.7.2冷却器的结构设计/098
参考文献/098
第3章BOG压缩机设计计算
3.1压缩机的作用及分类/100
3.1.1BOG压缩机的用途/100
3.1.2BOG压缩机的种类/100
3.2压缩机机组结构设计/101
3.2.1主机结构设计/101
3.2.2辅助设备设计/102
3.3热力计算/103
3.3.1初始条件/103
3.3.2计算初始条件/103
3.3.3确定压缩级数/104
3.3.4计算各级名义压力/104
3.3.5计算各级排气温度/104
3.3.6计算各级排气系数/105
3.3.7计算干气系数和抽气系数/107
3.3.8压缩机的行程容积/107
3.3.9确定活塞杆直径/108
3.3.10确定气缸直径/108
3.3.11修正各级公称压力和温度/109
3.3.12计算活塞力/110
3.3.13计算指示轴功率/111
3.3.14计算实际轴功率/112
3.3.15计算等温指示效率和等温效率/112
3.3.16选用电动机/112
3.4动力计算/113
3.4.1绘制气体指示图/113
3.4.2列的惯性力/113
3.4.3计算飞轮矩/116
3.5主要部件及零部件设计/117
3.5.1活塞组件设计/117
3.5.2气缸的设计/124
3.5.3连杆的设计/124
3.5.4曲轴设计/131
3.5.5气阀/132
3.5.6十字头/136
3.5.7填料及密封材料/136
参考文献/136
第4章混合制冷剂膨胀机设计计算
4.1透平膨胀机的应用/137
4.1.1透平膨胀机的分类/137
4.1.2国内外透平膨胀机的发展概况/139
4.2制冷剂/139
4.2.1制冷剂的选用原则/139
4.2.2混合制冷剂及其性质/140
4.2.3混合制冷剂的选定/140
4.3透平膨胀机的工艺计算/141
4.3.1膨胀过程/141
4.3.2多变过程分析/142
4.3.3等熵过程分析/143
4.3.4膨胀混合气体进入气相区的计算/145
4.4混合制冷剂透平膨胀机的设计与计算/147
4.4.1设计资料/147
4.4.2混合制冷剂透平膨胀机的热力计算/148
4.5透平膨胀机的损失和效率/158
4.5.1工作轮轮背摩擦损失/159
4.5.2工作轮轮背摩擦损失计算/159
4.5.3工作轮内泄漏损失/160
4.6透平膨胀机的运行、维护和故障处理/160
4.6.1透平膨胀机的运行/160
4.6.2透平膨胀机的维护和检修/161
参考文献/163
第5章螺旋压缩膨胀制冷机设计计算
5.1螺旋压缩膨胀制冷机/164
5.1.1制冷压缩机的发展/164
5.1.2螺旋压缩膨胀制冷机工作原理/165
5.1.3螺旋压缩膨胀制冷机技术特点/166
5.1.4螺旋压缩膨胀制冷机设计步骤/167
5.1.5螺旋压缩膨胀制冷机设计方法/167
5.2离心叶轮的设计计算/168
5.2.1离心叶轮主要结构参数/168
5.2.2后弯形叶轮参数的计算/168
5.2.3压缩段级的总耗功/171
5.2.4叶轮叶片强度计算/172
5.2.5密封原理及结构形式/175
5.2.6叶片扩压器设计计算/178
5.3螺旋叶片的设计计算/183
5.3.1压缩段膨胀段螺线方程/183
5.3.2螺旋叶片设计参数/185
5.3.3压缩过程计算/186
5.4空气冷却器传热计算/188
5.4.1传热系数和传热热阻/188
5.4.2翅片效率和翅片热阻/191
5.4.3空冷器管外传热及阻力计算/195
5.5制冷过程设计计算/198
5.5.1布雷顿制冷循环/198
5.5.2膨胀过程计算/203
5.6制冷剂的选择与应用/204
5.6.1制冷系统常用制冷剂/204
5.6.2对制冷剂要求/205
5.6.3载冷剂/205
5.6.4冷冻油/206
5.7制冷机热工性能计算/207
5.8空心轴壳体强度计算/207
5.8.1空心轴圆筒强度/207
5.8.2弹性分析/208
5.8.3弹塑性分析/209
5.8.4加肋圆柱形壳体强度和稳定性计算/211
5.8.5相关案例/212
参考文献/213
第6章LNG潜液泵设计计算
6.1泵的主要零部件/216
6.2泵的水力设计方法/216
6.2.1模拟设计法/216
6.2.2变型设计法/217
6.2.3速度系数设计法/217
6.2.4设计中关键问题的解决/217
6.3LNG潜液泵的设计技术指标和设计计算/218
6.3.1泵的基本参数的确定/218
6.3.2泵转速的确定/219
6.3.3泵比转速的计算/219
6.3.4计算泵的效率/220
6.3.5叶轮主要参数的选择和计算/221
6.4压水室、吸水室的水力设计/225
6.4.1压水室/225
6.4.2压水室的设计/226
6.4.3吸水室/227
6.4.4吸水室的设计/228
6.5泵的轴向力、径向力计算及平衡/228
6.5.1轴向力的平衡/228
6.5.2轴向力的计算/228
6.5.3径向力的计算及平衡/230
6.6低温潜液泵电机的选择/231
6.6.1低温潜液泵电机的相关问题解决/231
6.6.2电机的选择/232
6.6.3电缆的选择/232
6.6.4电气连接处的密封/233
6.7泵主要零部件的强度计算/233
6.7.1叶轮强度计算/233
6.7.2轴承的选择/234
6.8泵的各零部件材料的设计/234
6.8.1奥氏体不锈钢/234
6.8.2镍基硬质合金/235
6.8.3等离子堆焊技术/235
6.8.4深冷处理/235
6.8.5冲击试验/236
6.8.6拉伸试验/236
参考文献/236
第7章LNG温控阀及其附件设计计算
7.1LNG温控阀设计计算/237
7.1.1LNG温控阀密封比压计算/238
7.1.2LNG温控阀阀体壁厚计算/239
7.1.3阀杆轴向力计算/239
7.1.4阀杆总转矩计算/239
7.1.5LNG温控阀阀杆应力校核/240
7.1.6LNG温控阀阀杆稳定性分析/241
7.1.7阀杆头部强度验算/241
7.1.8LNG温控阀阀瓣应力校核/242
7.1.9LNG温控阀中法兰连接螺栓/242
7.1.10LNG温控阀中法兰强度验算/243
7.1.11LNG温控阀阀盖强度验算/244
7.1.12阀盖支架（T形加强筋）/244
7.1.13中法兰螺栓扭紧力矩/245
7.1.14密封结构计算/246
7.2毛细管的设计计算与分析/251
7.2.1毛细管的节流特性/251
7.2.2毛细管长度对系统的影响/252
7.2.3影响毛细管设计的几个参数/252
7.2.4毛细管的计算方法/254
7.3温控阀执行器/256
7.3.1GMA热变形机理分析/256
7.3.2感温包/257
7.3.3感温介质/257
7.3.4隔膜/257
7.4温控阀截面弹簧的设计计算/258
7.4.1异形钢丝弹簧特性及基本设计公式/258
7.4.2异型钢丝弹簧设计变形公式的推导/259
参考文献/260
第8章LNG汽车加气系统设计计算
8.1液化天然气（LNG）汽车综述/261
8.1.1LNG汽车的燃料系统/261
8.1.2LNG汽车的充装/262
8.1.3LNG汽车的运行及维护注意事项/263
8.2LNG车载气瓶/264
8.2.1LNG车载气瓶发展现状及应用/264
8.2.2LNG车载气瓶的特点/267
8.2.3LNG车载气瓶结构及操作原理/268
8.3LNG汽车加气/269
8.3.1稳定供气条件/269
8.3.2气化量与供气量关系/270
8.3.3LNG车载气瓶的计算/273
8.3.4换热器的设计计算/290
8.4加气机/291
8.4.1加气机管路/291
8.4.2加气机结构/291
参考文献/292
第9章LNG大型储罐设计计算
9.1LNG大型储罐/293
9.1.1LNG的低温储罐运输/293
9.1.2LNG低温储罐的特殊要求/293
9.2LNG储罐内罐总体结构尺寸确定/294
9.2.1储罐设计数据/294
9.2.2LNG储罐几何尺寸/294
9.2.3主要构件结构尺寸的计算/296
9.2.4加强圈/297
9.2.5罐底板尺寸/300
9.2.6内罐罐底边缘板厚度与宽度确定/300
9.3大型LNG储罐绝热计算/302
9.3.1传热机理/302
9.3.2基础数据/302
9.3.3绝热计算/303
9.4内罐罐体强度计算/307
9.4.1水压试验/307
9.4.2水压试验校核/308
9.4.3气压试验/309
9.4.4负压试验/309
9.5LNG储罐抗震计算/309
9.5.1自震周期的计算/309
9.5.2储罐水平地震作用/310
9.5.3罐壁抗震验算/311
9.5.4罐内液面晃动波高/312
9.5.5锚固罐的罐壁抗震验算/312
9.5.6地脚螺栓个数确定/313
9.6气升顶方案设计/313
9.6.1平衡导向系统/313
9.6.2密封装置系统/314
9.6.3供气系统/315
参考文献/317
第10章10000m3液化天然气球罐设计计算
10.1球罐用钢/318
10.1.1国内外球罐的常用钢种/318
10.1.2几种典型球罐用钢/318
10.2球罐设计/320
10.2.1球壳结构/320
10.2.2支座结构/320
10.2.3拉杆结构/320
10.2.4支柱与球壳连接下部结构/321
10.2.5接管补强结构/321
10.2.6球罐的设计方法/321
10.3球罐设计/322
10.3.1基本参数/322
10.3.2基础资料/322
10.4设计原则/323
10.4.1设计规范的确定/323
10.4.2压力试验方法/323
10.5球壳设计/324
10.5.1材料选用/324
10.5.2内压球壳的计算/325
10.5.3外压球壳的计算/325
10.5.4球壳薄膜应力校核/327
10.6球罐质量计算/328
10.7载荷计算/329
10.7.1自振周期/329
10.7.2地震力/330
10.7.3风载荷计算/330
10.7.4弯矩计算/330
10.7.5支柱计算/330
10.7.6单个支柱弯矩/331
10.7.7支柱稳定性校核/332
10.7.8地脚螺栓计算/333
10.7.9支柱底板计算/334
10.7.10拉杆计算/335
10.7.11支柱与球壳连接*低点a的应力校核/336
10.7.12支柱与球壳连接焊缝的强度校核/337
10.8安全泄放计算/338
10.8.1安全阀排泄量/338
10.8.2安全阀排放面积的计算/338
参考文献/339
第11章LNG立式储罐设计计算
11.1LNG立式储罐的特点/340
11.2LNG立式储罐的设计/341
11.2.1设计依据的标准及主要设计参数/341
11.2.2LNG储罐结构的初步设计/342
11.2.3LNG立式储罐强度校核/348
11.3外罐的开孔补强计算/356
11.3.1强度削弱系数计算/356
11.3.2有效补强范围计算/356
11.3.3有效补强面积Ae的计算/357
11.4LNG立式储罐安全附件/357
11.4.1安全阀的设计计算/357
11.4.2爆破片的设计计算/358
11.5LNG立式储罐及相关设备的选型/359
11.5.1测温装置的选型/359
11.5.2液位测量装置的选型/359
11.5.3真空测量装置的选型/360
11.5.4真空夹层安全泄放装置的选型/360
11.6LNG立式储罐管路的设计/360
11.7LNG储罐的漏热校核/360
11.7.1夹层允许漏热/360
11.7.2真空粉末绝热层综合漏热/361
11.7.3内外罐下支撑漏热/361
11.7.4内外罐定位支撑漏热/361
11.7.5管道漏热近似计算/362
参考文献/363
第12章LNG槽车设计计算
12.1概述/364
12.1.1背景/364
12.1.2低温容器/365
12.1.3LNG运输工具发展趋势/366
12.2设计依据的标准及主要设计参数/367
12.2.1设计依据的标准/367
12.2.2主要设计参数/367
12.3LNG槽车结构的初步设计/367
12.3.1内胆的应变强化设计/367
12.3.2内胆的常规设计/369
12.3.3保冷层的设计计算/369
12.3.4外胆的设计计算/371
12.3.5内胆加强圈的设计/372
12.3.6内压容器下支撑结构的设计/372
12.4LNG槽车强度校核/373
12.4.1设计条件/373
12.4.2槽车质量载荷计算/374
12.4.3内胆的轴向定位支撑结构的设计计算/375
12.4.4开孔及补强计算/375
12.5LNG槽车安全附件和管路的设计/379
12.5.1安全阀的设计计算/379
12.5.2爆破片的设计计算/381
12.5.3测温装置的选型/381
12.5.4液位测量装置的选型/382
12.5.5真空测量装置的选型/382
12.5.6真空夹层安全泄放装置的选型/382
12.5.7管路的设计/383
12.6LNG槽车的漏热校核/383
12.6.1夹层允许漏热/383
12.6.2高真空绝热层综合漏热/383
12.6.3内外胆下支撑漏热/384
12.6.4内外胆定位支撑漏热/384
12.6.5管道漏热近似计算/385
12.7校核表/385
12.7.1内压圆筒校核/385
12.7.2内压椭圆左封头校核/386
12.7.3内胆椭圆右封头校核/387
12.7.4外压圆筒校核/388
12.7.5外压碟形左封头校核/389
12.7.6外胆碟形右封头校核/391
12.7.7卧式容器（三鞍座）校核/392
12.8设计结果汇总/395
参考文献/396
致谢
附录
液化天然气装备设计技术:动力储运卷 作者简介
张周卫，兰州交通大学，教授，男，国家“万人计划”领军人才，国家 级创新创业人才，国家科技专家库专家，环境科学博士后，动力工程及工程热物理博士，毕业于西安交通大学能源与动力工程学院制冷及低温工程系，高级工程师，教授，主要从事空间低温制冷技术、压缩机械、真空低温设备、LNG过程控制装备、多股流缠绕管式换热装备、螺旋压缩膨胀制冷机等研究，涉及系统耦合传热及传热数值模拟计算，低温节流减压装置、低温系统换热装备、低温冷屏蔽系统、高超声速飞行器空间低温制冷机理研究等；先后参与北京航空航天大学863系统项目子项目“天然气涡旋压缩机”、清华大学航天航空学院973系统子项目“空间气流组织测试模拟环境室”、总装备部“空间低温红外辐射冷屏蔽系统研究”、真空低温国防重点实验室“空间低温流体流动特性实验研究”、国家重点实验室“空间低温流体自密封加注系统研究”等，先后参与国家 级项目20多项，主持国家自然基金及国家创新基金等6项、甘肃省创新基金4项、甘肃省自然基金等项目4项，与企业合作4项等；主持申报发明专利46项，发表论文30多篇，出版学术专著3部等；带领创新创业团队获得省级二等以上奖励54人次，厅级以上奖励80多人次，2013年入选江苏省启东市“东疆英才扶持计划”，2014年入选“国家创新人才推进计划”，2016年入选国家“特殊人才支持计划”。
