液化天然气装备设计技术：动力储运卷
作者：张周卫等著
出版时间： 2018年版
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。
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压缩机第一段设计计算/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支柱与球壳连接最低点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
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