液化天然氣裝備設計技術：液化換熱卷

發布時間：2023-06-13 11:45:41

隨著低溫制冷技術的不斷發展，低溫工藝及裝備設計制造技術日趨完善，在工業、農業、國防及科研等領域內的作用日益突顯，尤其在石油化工

隨著低溫制冷技術的不斷發展，低溫工藝及裝備設計制造技術日趨完善，在工業、農業、國防及科研等領域內的作用日益突顯，尤其在石油化工、煤化工、天然氣、空分等大型成套裝備技術領域具有重要地位，已廣泛應用于大型液化天然氣（LNG）、百萬噸化肥、百萬噸甲醇、大型氣體液化分離等重大系統裝備技術工藝流程中。

在LNG工業領域，大力發展LNG產業，提高天然氣能源在消費中的比例是調整我國能源結構的重要途徑。LNG既是天然氣遠洋運輸的唯一方法，又是天然氣調峰的重要手段。隨著國內眾多LNG工廠的相繼投產及沿海LNG接收終端的建設，我國LNG工業進入了高速發展時期，與之相關聯的LNG低溫制冷裝備技術也得到快速發展。LNG液化工藝主要包括天然氣預處理、液化、儲存、運輸、接收、再氣化等工藝單元，其中，液化工藝為核心工藝流程，主要應用低溫制冷工藝技術制取-162℃低溫環境并將天然氣液化。根據不同的LNG液化工藝，可設計并加工制造不同的制冷裝備，主要包括天然氣壓縮機、制冷劑壓縮機、天然氣冷箱、BOG壓縮機、氣液分離器、大型空冷器、LNG膨脹機、四級節流閥及各種過程控制裝備等。儲運工藝技術中還包括大型LNG儲罐、LNG立式儲罐、LNG氣化器、LNG潛液泵等。近年來，30萬立方米以上LNG系統多采用混合制冷劑板翅式主換熱裝備及液化工藝技術，60萬立方米以上大型LNG系統多采用混合制冷劑纏繞管式主換熱裝備及液化工藝技術，這兩種混合制冷劑LNG液化工藝技術具有集約化程度高、制冷效率高、占地面積小及非常便于自動化管理等優勢，已成為大型LNG液化工藝裝備領域內的標準性主流選擇，在世界范圍內已廣泛應用。目前，國內的大型LNG裝備一般隨著成套工藝技術整體進口，包括工藝技術包及主設備專利技術使用費等，造價非常昂貴，后期維護及更換設備的費用同樣巨大。由于大型LNG系統裝備及主設備大多仍未國產化，即還沒有成型的設計標準，因此給LNG制冷裝備的設計計算帶來了難題。

《液化天然氣裝備設計技術：液化換熱卷》主要圍繞LNG混合制冷劑液化工藝及換熱工藝中所涉及的主要低溫裝備，研究開發LNG液化工藝流程中核心主液化裝備的設計計算技術，主要包括LNG低溫液化混合制冷劑多股流纏繞管式主換熱裝備、LNG低溫液化混合制冷劑多股流板翅式主換熱裝備、天然氣進氣壓縮機及混合制冷劑壓縮機用表面蒸發空冷器、LNG開架式氣化器等裝備的設計計算技術，為LNG液化、LNG儲運、LNG接收及LNG氣化等關鍵環節中所涉及主要設備的設計計算提供可參考樣例，并推進LNG系列裝備及LNG系統工藝技術的標準化及國產化研究開發進程。此外，近年來由于低溫液氮洗、低溫甲醇洗等系統工藝技術在低溫氣體液化分離領域內占比越來越大，應用越來越廣泛，而這兩套工藝系統內最具特色的裝備為大型多股流纏繞管式主換熱裝備，是目前世界上設計計算難度最大的系列主設備之一，尤其低溫液氮用多股流纏繞管式換熱器，內含擴散制冷工藝技術且有10股以上低溫流體同時進行低溫多股流、多相流換熱過程，設計計算難度極大，在換熱領域內，同LNG低溫液化混合制冷劑多股流纏繞管式主換熱裝備并列為設計計算難度最大的換熱裝備，本書作者通過多年研究開發，已系統掌握這兩種主換熱裝備的設計計算技術，并通過本書一并呈送相關領域同行借鑒參考。

（1）LNG纏繞管式主換熱裝備

以目前最流行的MCHE型混合制冷劑LNG液化工藝為例，MCHE主換熱器為多股流纏繞管式換熱器，主要用于100×104m3/d以上大型LNG液化系統，是整個LNG液化工藝流程中的核心設備，可一次性將36℃天然氣冷卻至-162℃，并液化。由于MCHE主換熱器為工藝型換熱器，內含液化工藝，有5種以上混合制冷劑分凝預冷并同時制冷，是一種多股流回熱型換熱器，也是目前換熱器中體積最大、纏繞過程最復雜、設計計算難度最大的換熱器。MCHE型纏繞管式換熱器管內介質以螺旋方式流動，殼程介質逆流橫向交叉通過繞管，換熱器層與層之間換熱管反向纏繞，管、殼程介質以純逆流方式進行傳熱，即使在較低的雷諾數下其流動形態也為湍流，換熱系數較高，其結構相對緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補償，易實現大型LNG液化作業。美國APCI是LNG領域MCHE最大的供貨商，在1977～2013年間，生產了120套LNG裝置，其液化能力累計達到4.3×108t/a。此外，德國Linde公司在近5年內一共生產了累計金屬重量達到3120t的多股流纏繞管式換熱器應用于LNG工廠。自2010年以來，由蘭州交通大學張周衛等主持研究開發LNG纏繞管式換熱器等項目，目前，已出版《纏繞管式換熱器》專著一部，開發MCHE專用軟件一套，申報發明專利12項，發表論文14篇，涉及12類不同溫區的纏繞管式換熱器，并系統開發了纏繞管式換熱器設計計算方法，可用于設計計算LNG專用系統纏繞管式換熱器、低溫甲醇洗系列纏繞管式換熱器、低溫液氮洗系列纏繞管式換熱器等各種類型纏繞管式換熱器。本書給出了專用于計算MCHE型LNG混合制冷劑用纏繞管式換熱器的一個計算事例，供相關行業的同行參考。

（2）LNG板翅式換熱器

LNG板翅式換熱器主要用于30×104m3/d以上大型LNG液化系統，是該系統中的核心設備，一般達到60×104m3/d以上時，采用并聯兩套的模塊化辦法，實現LNG系統的大型化?；诎宄崾綋Q熱器的LNG液化工藝也是目前非常流行的中小型LNG液化系統的主液化工藝。從2013年開始，由蘭州交通大學張周衛等開始研究開發大型LNG混合制冷劑用多股流板翅式換熱器，并前后開發了LNG混合制冷劑板翅式換熱器、LNG一級三股流板翅式換熱器、LNG二級四股流板翅式換熱器、LNG三級五股流板翅式換熱器等系列LNG板翅式換熱器，申報發明專利4項。本文根據項目開發情況，給出了LNG混合制冷劑多股流板翅式換熱器設計計算模型，供相關行業的同行參考。

（3）表面蒸發空冷器

表面蒸發空冷器常用于天然氣壓縮機、混合制冷劑壓縮機等出口高溫氣體的冷卻過程，其利用管外水膜的蒸發過程進一步強化管外傳熱過程，從而達到空冷的效果?；竟ぷ髟硎怯帽脤⒃O備下部水池中的循環冷卻水輸送到位于水平放置的光管管束上方的噴淋水分配器，由分配器將冷卻水向下噴淋到傳熱管表面，使管外表面形成連續均勻的薄水膜；同時用風機將空氣從設備下部空氣入口吸入，使空氣自下而上流動，橫掠水平放置的光管管束。此時傳熱管的管外換熱除依靠水膜與空氣流間的顯熱傳遞外，管外表面水膜的迅速蒸發吸收了大量的熱量，強化了管外傳熱。由于水具有較高的汽化潛熱（1atm時為2386kJ/kg），因此管外表面水膜的蒸發大大強化了管外傳熱，使設備總體傳熱效率明顯提高。本書根據表面蒸發空冷器強化換熱原理，給出了一種表面蒸發空冷器的設計計算方法，僅供參考。

（4）LNG開架式氣化器

LNG開架式氣化器是用海水作為熱媒將液態LNG氣化為氣體。開架式氣化器結構簡單，外部接口有LNG入口、氣化后的LNG出口以及海水進出口、換熱管安裝在框架結構內。氣化器的基本單元是傳熱管，由若干傳熱管組成板狀排列，兩端與集氣管或集液管焊接形成一個管束板，再由若干個管束板組成氣化器。LNG從下部總管進入，然后分配到每個小的換熱管內，在換熱管束內由下向上流動。氣化器頂部裝有海水分布裝置，海水由頂部進入，經分布器分配成薄膜狀均勻沿管束外壁下降，同時將熱量傳遞給管內液化天然氣，使其加熱并氣化。本書根據LNG開架式氣化器工作原理，給出了一種LNG開架式氣化器的設計計算方法，僅供參考。

（5）低溫液氮洗用多股流纏繞管式換熱器

與LNG纏繞管式換熱器設計相關聯的低溫液氮洗用多股流纏繞管式換熱器主要應用于液氮洗工藝，主換熱工藝流程主要包括三個階段，由三個不同換熱溫區的換熱器組成，其中，第一個階段是將壓縮后的高壓氮氣進行預冷，將42℃高壓氮氣預冷至-63.6℃；第二個階段是將高壓氮氣及低溫甲醇工藝來的凈化氣從-63.6℃冷卻至-127.2℃，為低溫液化做準備；第三個階段是將-127.2℃高壓氮氣冷卻至-188℃并液化及將-127.2℃凈化氣冷卻至-188.2℃，三個過程連續運行并連接成為一個整體式低溫液氮回熱換熱裝備。本書給出了低溫液氮洗用多股流纏繞管式換熱器設計計算模型，供相關行業的同行參考。

本書共分6章，第1章、第2章、第3章由張周衛、郭舜之負責撰寫并編輯整理，第4章、第5章、第6章由汪雅紅、趙麗負責撰寫并編輯整理；全書最后由張周衛統稿。

本書受國家自然科學基金（編號：51666008）、甘肅省財政廳基本科研業務費（編號：214137）、甘肅省自然科學基金（編號：1208RJZA234）等支持，在此表示感謝！

本書按照目前所列裝備設計計算開發進度，重點針對5項裝備進行研究開發，總結設計計算方法，并與相關行業內的研究人員共同分享。由于水平有限、時間有限及其他原因，本書難免存在不足之處，希望同行及廣大讀者批評指正。

蘭州交通大學

張周衛郭舜之汪雅紅趙麗

2017年12月1日

第1章緒論

液化天然氣（LNG）是將天然氣冷卻至-162℃并液化后得到的液態天然氣，常壓下儲存，經遠洋運輸至LNG接收站，再氣化打入天然氣管網，或在LNG陸基工廠將陸地開采的天然氣直接液化，經LNG槽車運輸至接收站，再氣化后打入天然氣管網，供城鎮居民或工業燃氣使用。LNG作為繼石油、煤炭、天然氣之后的第四類新能源，來源于天然氣并成為當今世界能源消耗中的重要部分，是天然氣經脫水、脫硫、脫CO2之后的無色透明低溫液體，其體積約為氣態天然氣體積的1/630，重量僅為同體積水的45％左右，通常儲存在-162℃、0.1MPa左右的低溫儲存罐內。天然氣由甲烷、乙烷、丙烷及其他雜質氣體等主要成分構成，不同產地的天然氣所含氣體成分不同，所用的LNG液化工藝及裝備依據產量及成分不同而有較大差別。

1.1 LNG應用領域

LNG是天然氣脫除雜質并液化后的產物，作為燃料主要應用于城鎮燃氣、工業燃料、燃氣發電及LNG汽車等領域。由于LNG為低溫液體，具有自增壓功效，在常溫常壓下直接將LNG打入自增壓容器，并將自增壓容器連入管網后，在天然氣應用高峰期起到管網增壓調峰的作用。

（1）城鎮燃氣

LNG是一種非常理想的清潔燃料，燃燒后的產物幾乎沒有環境污染。近年來，隨著國家能源結構的不斷調整，LNG作為替代煤炭、石油等的主要能源，已廣泛應用于城鎮燃氣等領域。LNG燃燒后產生的二氧化碳和氮氧化合物僅為煤的50％和20％，污染為液化石油氣的1/4，煤的1/800。LNG作為管道天然氣的調峰氣源，可對城市燃氣系統進行調峰，保證城市天然氣管網安全平穩供氣。LNG自增壓調峰裝置已廣泛用于天然氣輸配系統中，并對民用和工業用氣的波動性進行調峰，尤其針對冬季采暖用氣調峰具有非常重要的作用。

（2）LNG發電

LNG具有燃燒清潔的特性，已經成為全球新建電廠的主要能源。與煤電相比，LNG發電具有污染少、運行靈活、占地小、消耗低、投資省等優勢。日本一直是世界上LNG進口最多的國家，其LNG進口量的75％以上用于發電，用作城市燃氣的占20％～23％。韓國也是LNG進口大國，其電力工業是韓國天然氣公司的最大客戶，所消費的LNG占該國LNG進口總量的50％以上。

（3）工業燃料

應用以LNG作為工業燃料燃氣系統，可有效替代燃煤、燃油鍋爐等供熱設備，節約除塵、脫硫、脫氮等工藝成本，有利于環境保護，提高產品質量、減輕勞動強度，為企業帶來良好的經濟、社會和環境效益。LNG可應用于造紙、冶金、陶瓷、玻璃等能源消耗較大的行業，上述行業企業往往距離城市或天然氣管線較遠，或者根本無法連接管道天然氣時，使用LNG的優勢更加明顯。

（4）化工原料

LNG也是一種優質的化工原料。以LNG為原料的一次加工產品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20種，經二次或三次加工后的重要化工產品則包括甲醛、乙酸、碳酸二甲酯等50種以上。與用其他原料相比，以LNG為原料的化工產品裝置投資省、能耗低、占地少、人員少、環保性好、運營成本低。

（5）LNG汽車

LNG汽車燃燒排出的一氧化碳、氮氧化物與烴類化合物水平都大大低于汽油、柴油發動機汽車，排放過程不積炭、不磨損，而且具有續駛里程長、燃燒效率高等特點，運營費用很低，是一種環保型汽車，目前國內外都在大力發展LNG汽車。

（6）LNG冷能利用

-162℃低溫LNG在1atm（1atm=101325Pa）時轉變為常溫氣態的過程中可提供大量的冷能。LNG在常溫下約有836J/kg的冷能，將這些冷能回收，還可以用于多種低溫用途上，如使空氣分離而制造液態氧、液態氮；液化二氧化碳并制取干冰；制造冷凍食品或為冷凍倉庫提供冷量等。

1.2 LNG工廠國內外發展現狀

LNG液化裝置具有投資費用大、配套要求嚴格、操作條件特殊（如操作壓力從高壓到低壓，操作溫度由環境溫度到-162℃等）的特點。LNG液化裝置按其生產性質一般分為基本負荷型、調峰型、終站型和衛星站型四種?；矩摵尚褪侵杆a的LNG主要供遠離氣源的用戶使用或出口外運的大型液化裝置；調峰型主要建在遠離天然氣氣源的地區，用于液化管輸來的天然氣；終站型接收站用于接收油輪從基地型LNG生產廠運來的LNG，在站內加以儲存和氣化后分配給用戶；LNG衛星站是一種小型的LNG接收和氣化站，用于接收從LNG終端接收站或液化裝置用專用汽車槽車來的LNG。

1.2.1 國外發展及現狀

世界上第一個基本負荷型LNG生產廠于1964年建于阿爾及利亞，之后一批新的基本負荷型LNG生產廠在亞洲、非洲、大洋洲、北美洲等地相繼建成。世界上LNG調峰型生產裝置約有70多個，美國和加拿大有50多個，歐洲和澳大利亞10多個，這些調峰型裝置可儲存1.7×106t的LNG，能液化13.2×106m3/d的天然氣，能氣化13.2×106m3/d的天然氣。經過40多年的發展，LNG接收站已遍及日本各地和英國、法國、意大利、西班牙、韓國等國家，世界現有40多個LNG接收站，日本擁有最多，多達30個，美國包括在建的終端站有17個。歐美各國和俄羅斯是通過建全國天然氣管網而實現全國城鎮燃氣化的，而日本基本上是用LNG接收站加LNG衛星站實現全國城鎮燃氣天然氣化的。采用LNG衛星站供應天然氣的城鎮比例在日本已達20％左右，美國在20世紀80年代初約有22個衛星調峰裝置。

1.2.2 國內發展及現狀

為了推動能源結構變革，改善生態環境、發展經濟，近十年來，中國LNG產業開始迅速發展。目前中國已建成運營的LNG工廠有50多座，總液化能力2300×104m3/d，正在建設或調試的有60多座，全部建成后年產能可達208×108m3/d。2001年，我國第一座10×104m3/d小型天然氣液化裝置—中原LNG工廠在中原油田試運行成功，雖然規模不大，但標志著我國在生產LNG方面邁開了關鍵的一步。之后，2004年新疆廣匯50×106m3/d LNG工廠建成投產，以及2008年寧夏哈納斯200×104m3/d LNG工廠的建設等項目，標志著我國大規模工業生產LNG的開始，并對國家“西氣東輸”主干管網以外的廣闊市場進行供氣。國內LNG工廠大多建在西北及華北地區，其中，西北地區目前已建成LNG工廠13座，產能1110×104m3/d；華北地區目前已建成LNG工廠22座，產能745×104m3/d；華東地區目前已建成LNG工廠3座，產能29×104m3/d；西南地區目前已建成LNG工廠8座，產能272×104m3/d；華南地區目前已建成LNG工廠3座，產能100×104m3/d；東北地區目前已建成LNG工廠3座，產能52×104m3/d。

2000年始建于上海的LNG事故調峰站是我國第一座調峰型天然氣液化裝置，生產能力為30×104m3/d，儲存能力為2×104m3/d，再氣化能力為120m3/d，主要用于東海天然氣中上游工程因不可抗拒的因素造成停產、冬季調峰時向管網提供可靠的天然氣供應等。上海調峰站的建成，開啟了我國LNG城鎮燃氣調峰之路。近些年來，國內陸續建成30×104m3/d LNG調峰站30多座。我國西北部天然氣儲量豐富，人口稀少；東南沿海天然氣儲量較少，人口密集，經濟發達，因而較西部有更大的LNG需求，僅依靠“西氣東輸”顯然不能滿足東南部發展的需要，還需要大量進口海洋LNG。目前，國內沿東南沿海各個省份已建成投運大型LNG接收站6座，總接收能力2.42 ′107t/a，其中深圳大鵬600萬噸/a LNG站是中國第一座投入商業運行的LNG接收站。地處福建、上海、江蘇、大連、浙江的5座LNG接收站也相繼投產。此外，我國已在青島等地建有LNG衛星站，我國LNG衛星站設計、建造及陸上運輸技術已基本成熟，相關裝備可國產化，且價格便宜，具有一定的競爭力。

1.3 LNG產業鏈

LNG產業鏈是一條貫穿天然氣產業全過程的投資巨大且技術密集的完整產業鏈條，主要由天然氣勘探開采、天然氣預處理、LNG液化、LNG儲運、LNG接收、LNG再氣化等工藝流程鏈條組成。除了LNG生產鏈條外，還包括LNG裝備制造業產業鏈，主要包括LNG系列換熱器、天然氣壓縮機、混合制冷劑壓縮機、LNG系列儲罐、LNG系列低溫閥門等。由陸地或海洋開采的天然氣在LNG工廠經過預處理后再進行液化，生產的LNG按照國際貿易流程，通過船運或槽車運輸到LNG接收站儲存，再氣化后經天然氣管網送至不同用戶。從LNG生產流程來講，整個LNG產業鏈主要包括上、中、下游三個環節（圖1-1）。

（1）LNG上游產業鏈

上游產業鏈主要包括天然氣勘探、開發、凈化、分離、液化等幾個環節。其中，天然氣液化是LNG產業鏈上游中的關鍵環節。液化的主要作用是持續不斷地把原料氣液化成為LNG，其主要步驟包括：①預處理工藝，即從天然氣原料氣中脫水、脫碳、脫硫、脫雜質等；②脫重烴工藝，即脫除天然氣中的冷凝溫度較高的重烴餾分；③LNG液化工藝，即用深冷劑將原料氣冷卻并冷凝到-162℃，使其成為液態LNG產品。

（2）LNG中游產業鏈

中游主要包括LNG儲存、裝卸、運輸、接收等環節，包括LNG儲罐和再氣化設施及供氣主干管網的建設等環節。LNG儲存是指LNG被儲存在接近1atm的LNG儲罐中，最常見的大型LNG儲罐有單包容儲罐、雙包容儲罐、全包容儲罐等，LNG儲罐是LNG液化末端或接收終端的關鍵設備；LNG運輸是指通過LNG槽車或LNG運輸船將LNG運送到終端站；LNG接收站是連接終端市場及用戶的關鍵環節。在LNG接收站，LNG通過碼頭從運輸船卸載、儲存LNG，然后再氣化后變成普通管道氣輸送至LNG發電廠或通過當地分銷網絡作為燃料氣輸送至LNG終端用戶。

（3）LNG下游產業鏈

LNG下游產業鏈即LNG終端市場用戶，主要包括LNG聯合循環電站、城市燃氣公司、工業鍋爐用戶、分布式能源站、天然氣加氣站，以及其他工業燃料或化工原料用戶等。另外，可向下延伸至LNG衛星站、LNG加注站及冷能利用等與LNG相關的所有產業。

圖1-1 LNG產業鏈示意

1.4 LNG產業鏈各環節主要工藝概述

1.4.1 LNG凈化工藝

預處理前的天然氣在進入長輸管線時，其中含有有害雜質及深冷過程中可能凝固的物質，如CO2、H2S、H2O、重烴、汞等，這些雜質氣體應在天然氣液化之前進行工藝分離，以免在冷卻過程中冷凝并堵塞管道及產生嚴重管路腐蝕。一般工藝流程中，首先，應脫除重烴，然后用醇胺法除去CO2和H2S；其次，用分子篩吸附天然氣中的H2O；接著，用脫氧工藝脫除天然氣中的O2；最后，在需要的情況下脫汞。

天然氣脫水工藝方法主要有變壓吸附法，一般采用兩個分子篩干燥塔切換吸附與再生流程，交替吸附及脫吸過程，從而達到連續脫除的目的。固體干燥劑種類很多，還可采用氯化鈣、硅膠、活性炭、分子篩等。吸附法脫水工藝流程如圖1-2所示。

圖1-2 吸附法天然氣脫水典型工藝流程示意

在天然氣預處理過程中，脫除酸性氣體CO2、H2S、COS等過程常稱為脫硫脫碳過程。常用的脫硫方法有醇胺法、熱鉀堿法、砜胺法等，其中，醇胺法是利用以胺為溶劑的水溶液，以乙醇胺、二乙醇胺為溶劑，與原料天然氣中的酸性氣體發生化學反應來脫除酸性氣體，其工藝流程見圖1-3。

圖1-3 醇胺法脫硫裝置的典型工藝流程

當汞存在于鋁制設備時，鋁會與水反應生成白色粉末狀的腐蝕產物，嚴重破壞鋁制設備，而且汞還會造成環境污染等危害，所以汞的含量應受到嚴格的限制，脫除汞的方法是汞與硫在催化反應器中反應。重烴是指C5以上的烴類，在烴類中，分子量由小到大時，其沸點是由低到高變化的，所以在冷凝天然氣的循環中，重烴總是先被冷凝，如果未把重烴先分離掉，或在冷凝后分離掉，則重烴將可能凍結從而堵塞設備。重烴在脫水時被分子篩等吸附劑部分脫除，其余的采用深冷分離。天然氣是氦的最主要來源，應加以分離利用。采用膜分離和深冷分離相結合的方式脫除，有很高的利用價值。氮氣的含量增加會使天然氣液化更困難，一般采用最終閃蒸法從LNG中選擇性脫除。

1.4.2 LNG液化工藝

由于天然氣臨界溫度較低，在常溫下不能用壓縮的方法使其液化，只有在低溫深冷下才能使其變為液體，即原料天然氣經凈化預處理后，進入換熱器進行低溫冷凍循環，并冷卻至-162℃液化。液化是LNG生產的核心，目前成熟的天然氣液化工藝有級聯式液化工藝、混合制冷劑液化工藝、帶膨脹機的液化工藝等。近年來，大型LNG系統大多采用以混合制冷劑多股流纏繞管式主換熱裝備作為主液化裝備的MCHE型液化流程，主要應用于60×104m3/d以上大型液化系統。30×104m3/d以上大型液化系統一般采用混合制冷劑多股流板翅式主換熱裝備作為主液化設備。

（1）級聯式液化流程

級聯式天然氣液化工藝（圖1-4）是利用低溫制冷劑常壓下沸點不同，逐級降低制冷溫度達到天然氣液化目的，一般采用三級制冷，液化流程中各級所用制冷劑分別為丙烷（大氣壓下沸點-42.3℃）、乙烯（大氣壓下沸點-104℃）、甲烷（大氣壓下沸點-162℃），每個制冷循環設置三個換熱器。該液化流程由三級獨立的制冷循環組成，第一級丙烷制冷循環為天然氣、乙烯和甲烷提供冷量；第二級乙烯制冷循環為天然氣和甲烷提供冷量；第三級甲烷制冷循環為天然氣提供冷量。

圖1-4 級聯式天然氣液化工藝流程

（2）混合制冷劑液化流程

混合制冷劑制冷循環（MRC）是以C1～C5的烴類化合物及氮氣等組分的混合制冷劑為工質，進行逐級冷凝、蒸發、節流制冷，從而得到不同溫區的制冷量，使天然氣逐步冷卻直至液化。混合制冷劑由氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及氮氣等組成。

混合制冷劑液化流程主要分為閉式混合制冷劑液化流程（圖1-5）、開式混合制冷劑液化流程（圖1-6）、丙烷預冷混合制冷劑液化流程（圖1-7）、MCHE型混合制冷劑液化流程（圖1-8）等多種流程。在閉式液化流程中，制冷循環與天然氣液化過程分開并形成獨立封閉的制冷循環；在開式液化流程中，天然氣既是制冷劑又是需要液化的對象；丙烷預冷液化流程由混合制冷劑循環、丙烷預冷循環、天然氣液化回路三部分組成，其中丙烷預冷循環用于混合制冷劑和天然氣，混合制冷循環用于深冷和液化天然氣；MCHE型混合制冷劑液化流程中，混合制冷劑制冷循環為封閉循環，主液化設備只有一臺多股流纏繞管式主換熱器（MCHE），天然氣從主液化設備MCHE底部進入，從頂部出來時已液化為LNG。MCHE型混合制冷劑液化天然氣流程是目前世界范圍內最流行的大型LNG液化工藝流程，具有經濟節能、能效比高、便于管理、占地面積小等優點。