熱聲制冷技術(shù)及其在天然氣液化的應(yīng)用

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1、熱聲制冷技術(shù)及其在天然氣液化的應(yīng)用2007-12-29摘要：將當(dāng)前的天然氣液化技術(shù)與熱聲制冷技術(shù)進(jìn)行比較。熱聲制冷技術(shù)使制冷系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了制冷系統(tǒng)中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，在利用廢熱、太陽(yáng)能等低品位能源上有較大優(yōu)勢(shì)。介紹了熱聲制冷機(jī)、熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和熱聲驅(qū)動(dòng)的脈管制冷機(jī)，闡述了熱聲制冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其在天然氣液化方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：熱聲制冷脈管制冷機(jī)天然氣液化ThermoacousticRefrigerationTechnologyandItsApplicationtoNaturalGasLiquefaction

2、ZHA0Hai-bo,?FENGLiang???(CollegeofMechanicalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Thecurrentnaturalgasliquefactiontechnologyiscomparedwiththermoacousticrefrigerationtechnology.Thethermoacousticrefrigerationtechnologymakestherefrigera

3、tionsystemsimple，withoutmovingpansinit．Inaddition，thistechnologycanmakegooduseofwasteheat，solarenergyandotherlowgradeenergysources．Thethermoacousticrefrigerator，thermoacousticengineandthermoacousticallydrivenorificepulsetuberefrigeratorareintroduced，andt

4、hedevelopmentstatusofther-moacousticrefrigerationtechnologyanditsapplicationtonaturalgasliquefactionareexpounded．Keywords：thermoacousticrefrigeration；orificepulsetuberefrigerator；naturalgasliquefaction1?當(dāng)前的天然氣液化技術(shù)[1～4]???天然氣液化系統(tǒng)一般生產(chǎn)工藝過(guò)程是將甲烷體積分?jǐn)?shù)為90％以上的天然氣

5、，經(jīng)過(guò)脫水、脫烴、脫酸性氣體凈化處理后，采取先進(jìn)的膨脹制冷工藝或外部冷源，使天然氣變?yōu)?162℃的低溫液體。目前天然氣液化裝置工藝路線(xiàn)主要有3種類(lèi)型：階式制冷工藝、混合工質(zhì)制冷工藝和膨脹制冷工藝。???①階式制冷工藝???該工藝制冷機(jī)組多，流程長(zhǎng)，對(duì)制冷劑純度要求嚴(yán)格，且不適用于含氮量較多的天然氣。因此這種液化已較少應(yīng)用。???②混合工質(zhì)制冷工藝???混合工質(zhì)制冷工藝采用多組分制冷劑，利用混合物各組分不同沸點(diǎn)、部分冷凝的特點(diǎn)，達(dá)到所需自不同溫度水平。該工藝制冷劑混合物的組成一旦確定之后很難調(diào)整，很難使液

6、化過(guò)程都能按冷卻曲線(xiàn)提供所需的冷量，導(dǎo)致混合工質(zhì)制冷工藝的效率降低。另外，原料氣、多種冷凝物、汽化餾分等需要獨(dú)立的換熱管束，致使主換熱器既龐大又復(fù)雜。??、叟蛎浿评涔に?　該工藝的特點(diǎn)是利用原料天然氣的壓力對(duì)外自功以提供天然氣液化所需的冷量。系統(tǒng)液化率主要取決于膨脹比和膨脹效率。該工藝特別適用于天然氣輸送壓力較高而實(shí)際使用壓力較低、需要降壓的情況。其優(yōu)點(diǎn)是能耗低、流程短、造價(jià)低、操作靈活；缺點(diǎn)是液化率低。?　以上幾種液化工藝都比較復(fù)雜，并且在環(huán)境保護(hù)方面做得還不夠。2熱聲制冷技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)介?　熱聲制冷技

7、術(shù)是基于熱聲效應(yīng)原理的一種新型制冷技術(shù)[5、6]。熱聲效應(yīng)就是熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。從聲學(xué)角度看，它是由于處于聲場(chǎng)中的固體介質(zhì)與振蕩流體之間的相互作用，結(jié)果導(dǎo)致在距固體壁面一定范圍內(nèi)產(chǎn)生沿著聲傳播方向(和逆向)的時(shí)均熱流和時(shí)均功流。按能量轉(zhuǎn)換方向的不同，熱聲效應(yīng)可分為兩類(lèi)：一是熱產(chǎn)生聲，即熱驅(qū)動(dòng)聲振蕩；二是聲驅(qū)動(dòng)熱量傳輸，即熱聲制冷效應(yīng)。因此可以把熱聲效應(yīng)應(yīng)用于熱聲制冷機(jī)和熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。???①熱聲制冷機(jī)???熱聲制冷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，主要由揚(yáng)聲器、板疊、熱端換熱器、冷端換熱器、共振管等組成。板

8、疊是工作介質(zhì)發(fā)生熱力過(guò)程的場(chǎng)所，板疊通道間充滿(mǎn)氣體工作介質(zhì)。在熱聲制冷機(jī)中，多采用氮?dú)?、氦氣或其他惰性氣體作為工作介質(zhì)。制冷效應(yīng)的產(chǎn)生還要依靠聲波的存在，聲波的存在會(huì)使氣體工作介質(zhì)發(fā)生壓縮與膨脹等一系列熱力過(guò)程。產(chǎn)生聲波的方法很多，圖1中采用了電磁驅(qū)動(dòng)(揚(yáng)聲器)形式。此外還有其他方式，例如熱驅(qū)動(dòng)和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)等。??　以揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲波的形式為例，通過(guò)對(duì)制冷機(jī)板疊單個(gè)通道中一個(gè)氣體微團(tuán)來(lái)分析其原理。?　圖2為板疊通道問(wèn)氣體微團(tuán)熱力過(guò)程。TH和T