深冷處理試驗裝置設計

⑴ 陳鑒遠的人物生平

陳鑒遠在完成學業後，婉辭了導師留他繼續在美國搞科研的盛情，沖破當時美國政府對華人返回解放後的中國大陸所設置的重重阻礙，於1950年9月啟程經香港回國。他滿懷熱情回到祖國，以人民的需要為自己的最高理想，一切聽從組織的安排，被分配到上海華東工業部化工處設計室任副主任，並負責南京一個新建保險粉工廠的設計。沒有技術資料，他與交通大學合作進行了鋅粉還原法制保險粉的試驗研究，於1954年初完成了工藝設計。這年2月，該設計室與中央重工業部化工設計公司合並，陳鑒遠隨調北京，任化工設計公司基本化學工業科科長（後機構幾經調整，先後為化工部基本化學工業設計院、化工部北京化工設計院），領導磷肥與硫酸專業的工藝設計。在與有關專業人員的密切合作下，相繼完成了我國第1批大型過磷酸鈣肥料廠及配套的大型硫酸生產裝置的設計，以及萬噸級鈣鎂磷肥廠的通用設計。1958年，根據上級決定，北京化工設計院專設七室，綜合配備工藝、設備、土建等各專業人員，負責國防尖端配套化工新材料生產裝置的開發、設計。陳鑒遠任院副總工程師（1964年任總工程師）兼七室主任。1965年，七室發展為化工部第六設計院，陳鑒遠任院長兼總工程師，直到1978年。在這20年間，他領導有關各專業設計人員先後完成了包括重水等18種國防化工專用產品的開發和40多項工程的設計，及時滿足了原子彈、氫彈、導彈、飛機及其他國防軍工的需要。
1978年3月，陳鑒遠調任化工部二局副局長，主管化工新材料科技工作。通過調查研究，他發現我國的化工新材料工業，包括為國防軍工配套發展起來的軍民通用的化學產品，與發達國家有很大差距：主要是生產規模很小，產品質量不穩定，成品率很低，生產成本很高。這些問題，很不利於保證國防軍工發展的要求，更不能適應迅速發展的民用工業對化工新材料的迫切需要。為此，陳鑒遠提出了發展化工新材料大型化、促進軍轉民的建議，積極倡導開發化工新材料大型化技術，組織制訂了化工新材料研究開發規劃，並親自組織、協調、指導千噸級有機氟、萬噸級有機硅、異丁醛制有機玻璃等重點項目的技術開發工作。通過各有關單位廣大職工的努力，化工新材料大型化不斷獲得進展，許多產品的質量和成品率逐漸提高，生產成本不斷降低，軍轉民工作取得了顯著效果。從1978年到1982年，化工新材料總用量中，用作民品的比重，從15%提高到了85%。 1982年，陳鑒遠調任北京化工學院院長。他倡導教學與科研相結合，以科研帶動和提高教學水平；推動開展了超臨界萃取、激光化學、碳纖維等高新技術領域的研究工作；大力邀聘了一批有為的青年科技人員來校執教；積極培養學術帶頭人；努力開展與外國有關高等院校和科研單位間的學術交流與合作；開始招收和培養博士研究生。陳鑒遠還親自指導研究生進行碳纖維結構與性能研究，並爭取到聯合國開發署資助建立了碳纖維研究室。通過這些工作，顯著提高了這個學校的科研與教學水平，對更好培養化工科技人才起了重要作用。1985年3月，陳鑒遠調到化工部技術委員會任副主任委員，參與化工科技發展規劃和重大科技問題的研究，並負責一些重點科研開發項目的組織協調和指導工作，其中包括繼續組織那些化工新材料大型化技術開發重點項目。在他的組織協調和指導下，通過有關單位廣大職工的努力，千噸級聚四氟乙烯已開發成功，並建成3套裝置陸續投產。異丁醛制有機玻璃已完成中間試驗；一步法三聚氯氰中試已投料試車一次成功，得到合格產品。兩者都具備了建設大型工業裝置的條件。萬噸級有機硅裝置也已投料試車。
除本職工作外，陳鑒遠還兼任了許多職務，承擔了許多社會工作。其中重要的有：國家科委化工組成員及其新型化工材料專業組副組長；國家自然科學基金會委員會化學工程學科評審組成員；國務院學位委員會第1屆學科評議組成員；國家科學技術進步獎評審委員會委員；北京化工學院名譽教授；中國自然科學名詞審定委員會委員兼化工編委會主任委員；中國化工學會理事、名譽理事，兼教育與科普委員會主任委員；《中國科技專家傳略》工程技術編委會委員和化工卷編委會主編。 中華人民共和國成立之初，全國除台灣外，沒有磷肥生產。為發展農業，迫切需要生產供應磷肥。1953年，國家決定重點建設江蘇錦屏磷礦，開展磷肥試驗研究，籌建磷肥廠。
陳鑒遠剛到化工設計公司基本化學工業科，就承擔了生產規模分別為40萬噸和20萬噸過磷酸鈣、配套硫酸8萬噸和4萬噸的兩個大型磷肥廠的工藝設計任務。當時，全公司和全科除一位前蘇聯顧問專家外，都沒有搞磷肥的經驗，也沒有設計大型工程的經驗；全科90%以上的設計人員都是剛參加工作的大中專畢業生；沒有磷肥工業的系統技術資料，各種設計基礎資料也極其缺乏；建廠需要的專業設備，以至許多通用設備、機械和管閥件，都沒有現成產品，也沒有製造圖紙，全得從頭設計。陳鑒遠在同前蘇聯專家及項目設計總負責人密切合作的基礎上，從組織設計人員學習設計方法、查閱文獻、參加科研與中試、整理資料做起。他親自主持、參加研究決定重要技術方案，逐一核查工藝數據、計算，以及對各輔助專業提出的設計條件，審閱每張設計圖紙，處理設計、施工、試車中出現的各種問題、做了大量艱苦細致的工作。這兩個廠的設計，採用了先進的配酸、混料系統，立式攪拌，回轉化成，旋窯乾燥，尾氣處理與回收，硫鐵礦沸騰焙燒，電除塵除霧，固體物料機械化裝卸運輸和投料，機械化翻堆等新工藝技術，都傾注了他的心血。對於解決工藝介質強腐蝕問題，龐大的專用設備、塔器、大型機械以及高料倉、帶行車的大跨度廠房和熟化倉等重型建築物和構築物的設計、製造和施工中的許多困難問題，他也出了許多好主意，付出了辛勤勞動。1958年5月和6月，兩廠相繼在南京和太原建成投產，生產規模和技術先進性都達到了當時的國際水平。
在此期間，陳鑒遠和設計人員還在總結國內廣泛開展的鈣鎂磷肥研製工作經驗的基礎上，選用高爐法熔煉技術於1958年4月編制出年產1萬噸鈣鎂磷肥裝置的通用設計，當年就在北京化工實驗廠、昆陽磷肥廠和九江磷肥廠分別建成鈣鎂磷肥車間投人生產。隨後，在各地推廣建設了許多鈣鎂磷肥廠。
大型過磷酸鈣肥料廠和萬噸級高爐法鈣鎂磷肥裝置的設計和投產，有效地培養鍛煉了年輕的設計隊伍，有力地促進了我國磷肥工業的發展。我國的磷肥工業在50年代初期的處女地上發展到1965年，產量躍居到了世界第4位。 重水，即氧化氘，是核反應堆的中子慢化劑與冷卻劑，也是氫彈中的核炸葯氘化鋰的原料。它在天然水中含量僅為七千分之一。製取高濃度重水，難度很大，直到現在也只有少數發達國家能夠生產，而其技術則絕對保密，產品也長期對我國嚴密封鎖。1959年初，陳鑒遠接受了設計水電解交換法製取重水中試裝置的任務。他在七室組成一個包括工藝、設備、自控、土建、電氣等各專業年輕技術員的設計組，共20多人，到現場參加模型試驗，邊學習，邊做中試裝置設計。之後又參加中試施工、調試。對這項中試，陳鑒遠先後提出了不少重要意見和建議。1963年5月，打通了流程。年底，得到了含量為99．8%的重水，並取得了建大廠所需的重要數據和經驗。
1963年4月，為了加快核工業的發展，有關部組團出國考察，化工部派陳鑒遠參加，試控引進比投資較省、成本較低的重水成套裝置，或者關鍵技術，或者進口重水產品。外國公司在邀請函中原有安排參觀重水裝置的內容，但在考察過程中，對方卻推說：試驗已停了裝置已拆了，研究人員出國了，甚至說他們用的重水也是從美國買來的。結果，考察團既未能參觀，也未能商談引進裝置，進口重水產品也不可能。為了不虛此行，經陳鑒遠提出建議，在瑞士找外國商人洽購一些重水工廠需要而國內短期還不能生產的機、泵、儀表和器材，為自力開發重水技術創造條件。
考察團回國匯報後，國家下定決心自力開發建設重水工廠。當時，對於建設大型重水裝置採用什麼工藝技術方法這個重要決策性問題，有多種不同意見。在化工部確定的先解決產品的有無問題，再解決技術上的先進落後問題這一原則指導下，陳鑒遠組織設計人員廣泛收集資料，並主持對各種生產方法作了技術經濟分析，結合國情提出：水電解交換法雖然比投資大，成本高，但工藝技術已經掌握，設備材料較易解決，是有把握在1965年拿到產品、滿足試制氫彈要求的唯一方法，應首先建成投產；硫化氫雙溫交換法工藝流程復雜，介質劇毒並有腐蝕性，高溫、低溫、高壓及流量控制要求嚴，工藝及設備材料尚待研究解決，但比投資省、成本低，應積極開發建設，以滿足重水型核電站的大量需要。1963年8月，國家批准了自行開發並分別建設這兩種方法生產重水的裝置。陳鑒遠首先抓住水電解交換法，會同有關單位集中力量，盡快完成中間試驗，並組織設計人員正式開展工廠設計。之後，又親自參加設備訂貨、施工安裝和試車。在水電解交換法重水工廠設計中，陳鑒遠選擇了獨特的工藝，使氧化氘濃度由0．0145%濃縮到3%，再富集到80%，最後製得99．8%的重水產品；支持並組織採取措施縮短從投料到出料所需的系統平衡時間；組織研究解決了電槽選型、陽極鍍鎳質量、交換塔的結構選型和貧氘水交換回收氫中氘等重要技術問題。陳鑒遠還建議重要設備材料採取國內試制和國外選購兩手准備。對電解槽鍍鎳陽極板的試制，提出了嚴格的質量要求。在安裝電槽時，他要求設計人員和施工人員一起對每張石棉隔膜進行對光檢查，選用合格品。由於有關領導正確指揮，各單位通力合作，電解交換法重水廠於1965年11月生產出合格重水，比計劃提前了1年，保證了研製氫彈的需要；系統平衡時間僅4個月，比外國同類裝置縮短一半以上時間。
硫化氫雙溫交換法生產重水，我國科研單位1959年開始研究不久，陳鑒遠就派設計人員參加了小試和模試。1962年他組織進行了幾種方法的多方案比較和預設計。上級決定建廠後，初期，陳鑒遠任設計總負責人（他調任第六設計院院長後改由梅寧遠負責）。他在增派人員到現場參加模試和著手中試設計的同時，又在院內組織力量整理模試數據和廣泛收集的文獻資料，加上合理的設想，編制雙溫法重水工廠的模擬技術方案，進行技術經濟分析比較，由此選定工藝流程，提出需要補充試驗的課題，需要中試驗證的內容，需要試制的以及需要進口的設備與器材等等。這些工作，全面系統地弄清了這項工程需要解決的各種問題，對有關各方面下一步的工作安排起了重要指導作用。在此基礎上提出的中試方案，使中試內容大為壓縮，集中到主要驗證同位素交換過程和主要生產控制兩個重點問題上。對於精餾過程，他決定不進行中試，只補充測定有關物性數據、氣液平衡數據和塔板效率數據，補充進行防腐蝕試驗和塔體材料試制。1964年，雙溫交換法中試取得初步成果，逐步開展大廠設計。設計中，通過計算確定交換塔和精餾塔；通過調查運輸途中容許通過能力對高大重型設備的限制，單套裝置的生產能力和單個設備的最大尺寸與重量。塔板計算工作量很大，陳鑒遠積極爭取優先應用北京化工設計院剛拿到的電子計算機來較快完成計算，並大力支持有關設計人員發展計算機輔助設計及開發各種軟體。對於需要試驗研究的問題和需要試制的設備、器材，陳鑒遠作了細致安排，獲得了冶金、機械、化工等部門和中國科學院、軍事醫學科學院等所屬單位以及許多高等院校大力支持，密切配合協作。對於需要進口的設備、器材，陳鑒遠決定分別從幾個國家進口，並組織設計人員配合有關部門出國找外商洽談選購。1968年，大廠施工安裝完成，但在試車中卻陸續暴露出很多問題，相繼發生多起泄漏、著火、中毒事故。事後他分析，設計中的技術抉擇基本上是正確的，但也有一些問題和不足，如異種鋼的焊接，某些填料和密封的選材等。在化工部工作組的領導下，在各單位廣大職工臨危不懼、奮力拚搏、配合協同下，陸續排除了故障，逐個解決了存在問題。1970年6月，生產出了合格產品，建成了具有當代世界先進水平的重水裝置。
1966年，在雙溫交換法重水工廠動工不久，根據發展核工業的需要，決定著手再設計建設第二個雙溫交換法的工廠。1976年11月，該廠順利投產，我國重水生產技術又提高到了新的水平。這項工程設計，1981年被國家建委評為優秀設計，1985年獲國家科技進步一等獎。
為了聯產液氫，以及結合氮肥廠成批建設重水生產裝置，陳鑒遠還組織設計人員與有關部門合作，先後開發成功液氫精餾法和液氨精餾法生產重水的技術，陸續建成多套裝置投入了生產。重水的開發和生產，及時滿足了核工業和航天工業發展的需要，保證了發射核彈、氫彈的要求。通過重水工程，我國較全面地熟練掌握了重水生產技術，培養了一支勇於創新、作風嚴謹細致、能攀登科技高峰的隊伍，也積累了化工技術開發的豐富經驗。 高能燃料是比燃燒能量很大、比沖很高的特種化學品，有液體和固體兩大類，都有易燃易爆的特性。燃燒能量愈高，危險性愈大，生產技術難度也愈大。高能燃料主要用作導彈、火箭發射的動力源。在火箭中其用量約占火箭總重量的80%左右。
1964年初，國家決定建設偏二甲肼的生產裝置。這是我國的第1項高能液體燃料工程。設計工作由陳鑒遠主持。偏二甲肼的生產方法有兩種：一是鋅粉（或氫氣）還原法，國內曾進行過研製，已掌握了生產技術，能少量生產；另一種是氯胺法，當時國內外都在研究中，還沒有人掌握生產技術。採用何種方法建廠，上下左右都有不同看法。陳鑒遠組織技術人員進行深入的調查研究和技術經濟分析後，推薦採用氯胺法，指出：鋅粉還原法技術雖較成熟，但反應中有致癌物質；收率低，原料消耗很大，個別原料還需進口，生產成本太高。氯胺法生產過程沒有劇毒物質；原材料消耗少，成本只有鋅粉法的1/4；生產技術雖然有待研究開發，但其難度和復雜程度並不太高。經化工部研究，同意採用氯胺法。對於氯胺法的技術路線，有氣相法和液相法兩種，氣相法試驗在先。陳鑒遠認為，它雖有優點，但在製取氯胺過程中，有大量氯化銨結晶析出，集結在器壁上，影響反應熱移出，溫度無法控制，副反應劇增，並造成管道堵塞，不能連續運轉，這樣的問題在工程上很難解決，很難實現工業化生產。他積極支持採用液相氯胺法，指出：液相法雖然反應生成物濃度偏低，但可以設法提濃和精製。對於中試方案，陳鑒遠決定不做全流程試驗，只做反應試驗；提濃和精餾只在試驗室補測氣液平衡數據和塔板效率。在工業裝置設計中，他指導設計人員解決了保持等溫反應，及時移出反應熱的問題；他與有關部門合作制定了污水處理方案；組織制定了一套比較簡單而又能保證產品質量的提濃、精餾流程等等。1967年，工程完成了施工安裝。但是，由於文化大革命，試車中困難重重，暴露出跑冒滴漏、儀表不靈不準等許多問題。在化工部領導親臨現場主持下，陳鑒遠組織設計人員對個別工序設計進行了修改，增設了塔間緩沖貯罐，加強了保溫措施等等，並配合生產施工單位一起對工程缺陷進行精心修整，更換了一些有缺陷的設備、材料、儀表。1968年初，試車成功，偏二甲肼投入生產。這一首創的新工藝，長期保持了世界先進水平。10年以後，美國才搞成同樣工藝生產偏二甲肼的裝置。用這一工藝生產出來的產品，為我國東風系列導彈和長征系列火箭的成功發射提供了基本保障。1981年，這個工廠還出口數百噸產品用作火箭的燃料。
液氫，是當代已使用的高能液體燃料中比燃燒能量較大、比沖最高的一種。由於氫的液化溫度很低，在常壓下為零下253℃，不管哪種生產方法都需解決深冷技術問題，需要一些特殊設備、材料。1964年，我國在這些方面還十分薄弱，上級決定採取液氫精餾生產重水的方法聯產液氫。當時，對於原料氣路線，有兩種不同意見：一是以氨合成用的原料氣；二是用水電解製得的氫氣。陳鑒遠提出：前者雖有豐富的原料來源，能耗和成本低，但其中雜質多，高度凈化技術國內還掌握得不夠，風險較大；後者雖然能耗和生產建設費用較高，但有充分把握直接得到高純氫。他強調：建設第一套工業裝置應把技術上穩妥可靠擺在首位，因此積極建議優先開發電解氫路線。對一些重要技術問題，如微量氧的清除、正仲氫轉化、液氫的貯存運輸等等，他都組織設計人員和科研單位共同努力試驗研究，求得滿意的成果。1969年，這套裝置順利建成投產。1972年，以合成氨原料氣為原料的液氫生產裝置，也經陳鑒遠主持開發設計，建成投產。生產出來的液氫，至今還用作運載火箭第三級發動機的高能燃料。
除偏二甲肼和液氫外，陳鑒遠還參與了固體燃料聚硫橡膠、液體燃料胺類化合物，以及過氧化物、硼化物和硝酸酯類化合物等的規劃工作和一些研究開發工作，並作出了貢獻。 40多年來，陳鑒遠領導設計了40多項化工工程，其中有20多項是我國首次建成投產的示範性工程（或稱風險工程），是在他參與下經過科研、中間試驗、設計、施工安裝、調試投產的。通過這些工程開發設計的反復實踐、認識、再實踐、再認識，陳鑒遠逐漸掌握了科學技術轉化為現實生產力這一技術開發過程的規律，創立了一套科學有效的化工技術開發程序。1979年，中國化工學會在南京舉行的一次報告會上，陳鑒遠作了論化工技術開發的報告，首次完整、系統地闡述了化工技術開發的任務、方法、現狀、問題和建議。之後，應化工部秦仲達部長等有關領導約請，他先後在化工部和北京市化工局等單位舉行的一些研究進修班和多次專場報告會上作了報告。《化工進展》、《化工設計》等刊物也相繼發表他的專文，向機關幹部和廣大科技人員介紹技術開發的有關知識。
在這些報告和文章中，陳鑒遠指出：技術開發，是從概念的形成，經過科研、設計、建設，使一項新的技術或新的工藝付諸實施的整個過程，它是使科學技術轉化為生產力的重要環節。技術開發的內容主要包括選題、小型試驗、模型試驗、中間試驗、示範工廠，以及各個階段的技術經濟評價、市場研究和開發、概念設計、基礎設計、建設及試車投產。這些活動可按順序進行，也可以根據需要只做其中幾項工作。
陳鑒遠在他的報告和文章中，詳細闡述了技術開發中各項工作的目的、意義、指導思想、做法和經驗教訓，而且針對長時期化工部門在科學技術轉化為現實生產力方面存在的問題，提出了許多振聾發聵的見解。例如，關於試驗研究，他指出：在技術開發中，試驗研究是必要過程；在化學工業中，將一個新品種或新技術（除極個別情況外）不經試驗研究直接投人工業化的生產，是十分危險的嘗試。同時，他指出：小試主要探索化學問題，解決化學反應的可行性；研究產生的是科學知識而不是產品和工藝過程；利用研究成果，經過工業化的開發和創造，才能產生新的產品和新的工藝過程，由此才能獲得效益，才能使科學技術轉變為生產力。
關於技術經濟評價，陳鑒遠強調在技術開發的各階段要進行多次技術經濟評價來決定下一步工作是否值得繼續進行或立即停止，以減少工作中的盲目性，使浪費減少到最低限度，工作效率也能盡量提高。
陳鑒遠很重視概念設計，即根據小試驗或模型試驗的結果、文獻中的數據、現有類似裝置的操作數據、設計者的合理假設與他們的創造性設想，進行工業規模生產裝置的系統設計。這種概念設計不同於一般工程設計，不能作為施工的依據。主要用以解決以下問題：一是對開發的新工藝進行深入的分析和討論；探討放大技術；提出工業化中可能出現的問題，並分析其中哪些技術是可靠的，還缺哪些數據和需要驗證的技術。二是用系統工程的觀點，吸收、組合有關技術成果，研討改進技術方案，爭取轉化率、收率、能耗、設備投資等的最佳化。三是做出認真的技術經濟分析和市場預測，哪些技術和設備由自己開發，哪些用已有的，哪些需要進口。四是提出中試和補充小試的課題及需要驗證的數學模型、假設及推測，以便集中力量解決最關鍵的問題，增強中間試驗的目的性，大量節省開發費用和時間，並使開發工作做到有把握。
關於中間試驗，陳鑒遠特別強調它是工藝過程開發中的關鍵一步，是開發過程中允許在技術上犯有錯誤的最後一步。中間試驗不是小型試驗或模型試驗的放大，而是工業裝置的縮小。由於實驗技術、測試技術的發展，以及電子計算技術與數學模型的應用，已有可能使大部分試驗只須在實驗室或模型試驗中進行，中試的目的可由求取數據為主逐步轉變為驗證設想、推測及計算的結果為主。為了節省開支和縮短試驗時間，中試應集中解決少數幾個對工程有重要影響的必須驗證的問題，不一定做全流程中試；規模應在滿足放大技術要求下盡量小些；一般的設備器材應求成熟、可靠為主。
關於設計，陳鑒遠指出：用新開發成功的技術，建設第一個工業化生產裝置時，是存在一定風險的。最可能出現的風險是試車期延長，從而加重了經濟負擔。因此，必須精心設計。要盡量採用成熟可靠的通用設備和適用的材質……要充分吸收、消化和正確應用試驗室的成果，引進的先進技術，類似工程的數據和經驗，以及已被證實的概念設計的設想；對重要的問題要進行多方案比較；要解決好工程放大問題；對生產控制和安全要予以足夠重視；三廢處理設施要同時建設。
陳鑒遠提出的這些問題，在廣大幹部和科技人員中引起了強烈的共鳴。他提出的化工技術開發程序和做法受到了高度重視和熱烈歡迎。這種結合國情的化工新技術開發方法在應用化工新工藝、新技術的建設工程中，對於加快科研到工業化的速度，提高投資的經濟效益，具有重要作用和深遠意義。

⑵ 天然氣液化裝置中，三級製冷過程跟二級製冷過程的區別在哪裡請詳細描述！

一、液化天然氣(LiquifiedNaturalGas，簡稱LNG)
主要成分是甲烷,被公認是地球上最干凈的能源。無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態天然氣體積的1/600，液化天然氣的重量僅為同體積水的45%左右。其製造過程是先將氣田生產的天然氣凈化處理，經一連串超低溫液化後，利用液化天然氣船運送。燃燒後對空氣污染非常小，而且放出熱量大，所以液化天然氣好。
它是天然氣經壓縮、冷卻，在-160度下液化而成。其主要成分為甲烷，用專用船或油罐車運輸，使用時重新氣化。20世紀70年代以來，世界液化天然氣產量和貿易量迅速增加，2005年LNG國際貿易量達1888.1億立方米，最大出口國是印度尼西亞，出口314.6億立方米；最大進口國是日本763.2億立方米。
二、國內外概況及發展趨勢
1941 年在美國克利夫蘭建成了世界第一套工業規模的 LNG 裝置，液化能力為 8500 m3 /d 。從 60 年代開始， LNG 工業得到了迅猛發展，規模越來越大，基本負荷型液化能力在 2. 5 × 104 m3 /d 。據資料[3]介紹，目前各國投產的 LNG 裝置已達 160 多套， LNG 出口總量已超過 46.1 8 × 106 t/a 。
天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的常壓沸點是 -16 1 ℃ ，臨界溫度為 -84 ℃ ，臨界壓力為 4.1MPa 。 LNG 是液化天然氣的簡稱，它是天然氣經過凈化（脫水、脫烴、脫酸性氣體）後[4]，採用節流、膨脹和外加冷源製冷的工藝使甲烷變成液體而形成的[5]。
2.1 國外研究現狀
國外的液化裝置規模大、工藝復雜、設備多、投資高，基本都採用階式製冷和混合冷劑製冷工藝，目前兩種類型的裝置都在運行，新投產設計的主要是混合冷劑製冷工藝，研究的主要目的在於降低液化能耗。製冷工藝從階式製冷改進到混合冷劑製冷循環，目前有報道又有 C Ⅱ -2 新工藝[6]，該工藝既具有純組分循環的優點，如簡單、無相分離和易於控制，又有混合冷劑製冷循環的優點，如天然氣和製冷劑製冷溫位配合較好、功效高、設備少等優點。
法國 Axens 公司與法國石油研究所 (IFP) 合作，共同開發的一種先進的天然氣液化新工藝—— Liquefin 首次工業化，該工藝為 LNG 市場奠定了基礎。其生產能力較通用的方法高 15%-20% ，生產成本低 25% 。使用 Liquefin 法之後，每單元液化裝置產量可達 600 × 104 t/y 以上。採用 Liquefin 工藝生產 LNG 的費用每噸可降低 25% [7] 。該工藝的主要優點是使用了翅片式換熱器和熱力學優化後的工藝，可建設超大容量的液化裝置。 Axens 已經給美國、歐洲、亞洲等幾個主要地區提出使用該工藝的建議，並正在進行前期設計和可行性研究。 IFP 和 Axens 開發的 Liquefin 工藝的安全、環保、實用及創新特點最近已被世界認可，該工藝獲得了化學工程師學會授予的「工程優秀獎」 [8] 。
美國德克薩斯大學工程實驗站，開發了一種新型天然氣液化的技術—— GTL 技術已申請專利。該技術比目前開發的 GTL 技術更適用於小規模裝置，可加工 30.5 × 104 m3 /d 的天然氣。該實驗站的 GTL 已許可給合成燃料 (Synfuels) 公司。該公司在 A ＆ M 大學校園附近建立了一套 GTL 中試裝置，目前正在進行經濟性模擬分析。新工藝比現有技術簡單的多，不需要合成氣，除了發電之外，也不需要使用氧氣。其經濟性、規模和生產方面都不同於普通的費托 GTL 工藝。第一套工業裝置可能在 2004 年上半年建成[9]。
2.2 國內研究現狀
早在 60 年代，國家科委就制訂了 LNG 發展規劃， 60 年代中期完成了工業性試驗，四川石油管理局威遠化工廠擁有國內最早的天然氣深冷分離及液化的工業生產裝置，除生產 He 外，還生產 LNG 。 1991 年該廠為航天部提供 30tLNG 作為火箭試驗燃料。與國外情況不同的是，國內天然氣液化的研究都是以小型液化工藝為目標，有關這方面的文獻發表較多[10]，以下就國內現有的天然氣液化裝置工藝作簡單介紹。
2.2.1 四川液化天然氣裝置
由中國科學院北京科陽氣體液化技術聯合公司與四川簡陽市科陽低溫設備公司合作研製的 300l/h 天然氣液化裝置，是用 LNG 作為工業和民用氣調峰和以氣代油的示範工程。該裝置於 1992 年建成，為 LNG 汽車研究提供 LNG 。
該裝置充分利用天然氣自身的壓力，採用氣體透平膨脹機製冷使天然氣液化，用於民用天然氣調峰或生產 LNG ，工藝流程合理，採用氣體透平膨脹機，技術較先進。該裝置基本不消耗水、電，屬節能工程，但液化率很低，約 10% 左右，這是與它的設計原則一致的。
2.2.2 吉林油田液化天然氣裝置
由吉林油田、中國石油天然氣總公司和中科院低溫中心聯合開發研製的 500l/h 撬裝式工業試驗裝置於 1996 年 12 月整體試車成功，該裝置採用以氮氣為冷劑的膨脹機循環工藝，整個裝置由 10 個撬塊組成，全部設備國產化 [11]。
該裝置採用氣體軸承透平膨脹機；國產分子篩深度脫除天然氣中的水和 CO2 ，工藝流程簡單，採用撬裝結構，符合小型裝置的特點。採用純氮作為製冷工質，功耗比採用冷劑的膨脹機循環要高。沒有充分利用天然氣自身壓力，將天然氣在中壓下（ 5.0MPa 左右）液化（較高壓力下液化既可提高氮氣的製冷溫度，又可減少製冷負荷），因此該裝置功耗大。
2.2.3 陝北氣田液化天然氣
1999 年 1 月建成投運的 2 × 104 m3 /d 「陝北氣田 LNG 示範工程」是發展我國 LNG 工業的先導工程，也是我國第一座小型 LNG 工業化裝置。該裝置採用天然氣膨脹製冷循環，低溫甲醇洗和分子篩乾燥聯合進行原料氣凈化，氣波製冷機和透平膨脹機聯合進行低溫製冷，燃氣機作為循環壓縮機的動力源，利用燃氣發動機的尾氣作為加熱分子篩再生氣的熱源。該裝置設備全部國產化。裝置的成功投運為我國在邊遠油氣田上利用天然氣生產 LNG 提供了經驗[12]。
2.2.4 中原油田液化天然氣裝置
中原油田曾經建設了我國最大的 LNG 裝置，原料氣規模為 26.6 5 × 104 m3 /d 、液化能力為 1 0 × 104 m3 /d 、儲存能力為 1200 m3 、液化率為 37.5%[13]。目前，在充分吸取國外先進工藝技術的基礎上，結合國內、國外有關設備的情況，主要針對自身氣源特點，又研究出 LNG 工藝技術方案 [14] 。該工藝流程採用常用的分子篩吸附法脫水，液化工藝選用丙烷預冷 + 乙烯預冷 + 節流。
裝置在原料氣量 30× 104 m3 /d 時，收率高達 51.4% ，能耗為 0.13 Kwh/Nm3 。其優點在於各製冷系統相對獨立，可靠性、靈活性好。但是工藝相對較復雜，須兩種製冷介質和循環，設備投資高。由於該廠充分利用了油田氣井天然氣的壓力能，所以液化成本低。
2.2.5 天津大學的小型液化天然氣（ LNG ）裝置
小型 LNG 裝置與大型裝置相比，不僅具有原料優勢、市場優勢而且投資低、可搬遷、靈活性大[15]。 LNG 裝置主要是用胺基溶劑系統對天然氣進行預處理，脫除 CO2 等雜質；分子篩脫水；液化幾個步驟。裝置採用單級混合製冷系統；閉合環路製冷循環用壓縮機壓縮製冷劑。單級混合製冷劑工藝操作簡便、效率高，適用於小型 LNG 裝置。
壓縮機的驅動機可用燃氣輪機或電動馬達。電價低的地區可優先考慮電動馬達（成本低、維修簡單）。在燃料氣價格低的地區，燃氣透平將是更好的選擇方案。經濟評估結果表明，採用燃氣輪機驅動機的液化裝置，投資費要比選用電動馬達高出 200 萬~ 400 萬美元。據對一套 15 × 106ft 3 /d 液化裝置進行的成本估算，調峰用的 LNG 項目儲罐容積為 10 萬 m3 ，而用於車用燃料的 LNG 項目僅需 700m3 儲罐，導致最終調峰用的 LNG 成本為 2.03 ~ 2.11 美元 /1000ft3 ，而車用 LNG 成本僅 0.98 ~ 0.99 美元 /1000 ft3 。
2.2.6 西南石油學院液化新工藝
該工藝日處理 3.0 × 104 m3 天然氣，主要由原料氣 （ CH4 : 95.28% ， CO2 :2.9% ） 脫 CO2 、脫水、丙烷預冷、氣波製冷機製冷和循環壓縮等系統組成。 以 SRK 狀態方程作為基礎模型，開發了天然氣液化工藝軟體。 天然氣壓縮機的動力採用天然氣發動機，小負荷電設備用天然氣發電機組供電，解決了邊遠地區無電或電力緊張的難題。由於邊遠地區無集輸管線可利用，將未能液化的天然氣循環壓縮，以提高整套裝置的天然氣液化率。
裝置採用一乙醇胺法（ MK-4 ）脫除 CO2 。由於處理量小，脫二氧化碳的吸收塔和再生塔應採用高效填料塔 [16] 。由於混合製冷劑，國內沒有成熟的技術和設計、運行管理經驗，儀表控制系統較復雜。同時考慮到原料氣中甲烷含量高，有壓力能可以利用。故採用天然氣直接膨脹製冷作為天然氣液化循環工藝[17]。氣波製冷屬於等熵膨脹過程，氣波製冷機是在熱分離機的基礎上，運用氣體波運動的理論研製的。在結構上吸收了熱分離機的一些優點，同時增加了微波吸收腔這一關鍵裝置，在原理上與熱分離機存在明顯不同，更加有效地利用氣體的壓力，提高了製冷效率。
2.2.7 哈爾濱燃氣工程設計研究院與哈爾濱工業大學
LNG 系統主要包括天然氣預處理、天然氣的低溫液化、天然氣的低溫儲存及天然氣的氣化和輸出等[18]。經過處理的天然氣通過一個多級單混冷凝過程被液化，製冷壓縮機是由天然氣發動機驅動。 LNG 儲罐為一個雙金屬壁的絕熱罐，內罐和外罐分別是由鎳鋼和碳鋼製成 [19] 。
循環氣體壓縮機一般採用天然氣驅動，可節省運行費用而使投資快速收回。壓縮機一般採用非潤滑式特殊設計，以避免天然氣被潤滑油污染[20]。採用裝有電子速度控制系統的透平，而且新型透平的最後幾級葉片用鑽合金製造，改善了機械運轉。安裝於透平壓縮機上的新型離合器是撓性的，它們的可靠性比較高，還可以調整間隙。

⑶ 提高材料機械性能的方法

隨著現代工業的迅速發展，傳統的熱處理工藝已經不能完全適應現代生產對材料的性能要求，於是科研人員們開始尋求新的辦法來解決和提高熱處理工藝中的問題。中科院理化技術研究所深冷設備研究中心自行開發研製的SLX系列程序控制深冷箱就為熱處理行業帶來了一個巨大的福音。
深冷處理不僅可以提高黑色金屬、有色金屬、金屬合金、碳化物、塑料、硅酸鹽等材料的力學性能和使用壽命，穩定尺寸，改善均勻性，減小變形，而且操作簡便，不破壞工件，無污染，成本低等諸優點越來越受到人們的重視。目前對深冷處理的研究應用除鋼鐵外，已經延伸到粉末冶金、銅合金、鋁合金及其它非金屬材料。行業遍布於航空航天、精密儀器儀表、摩擦偶件、工模具、量具、紡織機械零件、汽車工業和軍事科學等領域。SLX 系列程序控制深冷箱主要是針對材料的低溫處理、低溫回火和時效／應力釋放或樣品冷凍需要的不同降溫速率要求採用中國科學院理化技術研究所為配合熱處理生產線最新研製的立式深冷箱。以液氮為製冷劑，採用最新的加熱技術、控溫技術和液氮分散技術，使程式控制升溫、恆溫、降溫各過程更加均勻穩定。
深冷處理作為材料熱處理的一種延續，材料最終性能的好壞，不單取決於熱處理的工藝，還有深冷處理以及熱處理與深冷處理之間相互搭配的工藝。隨著現代工業的發展，對材料的性能的要求也越來越高。而當代材料的一大研究趨勢主要表現為，對現有的傳統材料在基本保持不改變其現有的成分基礎上大幅度提高其性能，從而有效的提高資源的利用率和回收率。在材料性能得到改善的同時降低了成本，減小了對環境的損害。因此，有關材料的深冷處理的研究必將成為國內外材料科學工作者的一個重要研究方向。而深冷處理涉及到的關鍵技術之一就是如何方便、快捷、低廉、可靠且可控地獲得低溫。因此，未來對深冷處理裝置及其工業應用的研究必將勢不可擋。

⑷ 蝶閥的功能用途有哪些

蝶閥(英文：butterfly valve)是指關閉件(閥瓣或蝶板)為圓盤，圍繞閥軸旋轉來達到開啟與關閉的一種閥，在管內道上主要起容切斷和節流作用。蝶閥啟閉件是一個圓盤形的蝶板，在閥體內繞其自身的軸線旋轉，從而達到啟閉或調節的目的。蝶閥全開到全關通常是小於90° ，蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。
採用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。工業專用蝶閥的特點能耐高溫，適用壓力范圍也較高，閥門公稱通徑大，閥體採用碳鋼製造，閥板的密封圈採用金屬環代替橡膠環。大型高溫蝶閥採用鋼板焊接製造，主要用於高溫介質的煙風道和煤氣管道。
結構：主要由閥體、閥桿、碟板和密封圈組成。閥體呈圓筒形，軸向長度短，內置碟板。