FLNG如何把天然气冷到−162℃？看懂双混合冷剂与氮气膨胀两条路线

先看结论： 浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）是一座海上天然气加工厂。双混合冷剂和氮气膨胀，都已有FLNG应用。两者各有特点，选型要一起看能耗、海况影响和维护条件。本文讨论成熟液化技术，用公开案例解释原理；具体项目仍需用自己的气源、海况和设备数据评估。

技术背景

天然气很占空间。将它冷却到约零下162℃，形成液化天然气（LNG），体积可缩小到常温、近常压气体的约六百分之一，更方便装船运输。FLNG把处理、液化、储存和装船放到海上完成。温度和体积比例是典型近似值。壳牌介绍

进入低温设备前，天然气先要除去水、二氧化碳等杂质，再分阶段降温。可以把它理解为：先把原料处理合格，再送进“超级冰箱”。液化流程说明

这里的“冰箱”靠制冷剂搬走热量。天然气是产品原料，制冷剂在独立回路里循环；两者在换热器内隔着金属壁传热，正常运行时不混合。天然气依次经历预冷、液化和过冷，制冷剂则在“压缩—排热—降压制冷—吸热返回”之间循环。

工程痛点

陆地上的制冷设备搬到海上，会多出一个问题：脚下的基础在动。想象端着一只浅盘走路，盘中的液体会偏向一边。船体运动同样可能改变设备内液态冷剂的分布，进而影响传热。

因此，“设备能承受摇晃”和“摇晃时仍能有效制冷”，需要分别验证。前者看结构与管路承受的运动载荷，后者看液体分布、两相流和传热。IEAGHG的FLNG技术综述指出，氮气膨胀路线没有蒸发中的液态冷剂，因此对船体运动引起的冷剂分配问题较不敏感；这不等于压缩机、换热器、天然气侧和LNG侧无需做海上运动校核。FLNG液化技术综述，PDF第182页

这个差别说明了海上适配要解决什么问题，并不意味着某种设备适合所有海况，也不能把“冷剂保持气态”简化成“整套流程不受运动影响”。

核心技术路线

两条路线都要把天然气的热量排到环境中，但“怎样造出低温”和“怎样覆盖不同温区”并不相同。下图按能量与物流关系画出简化流程；箭头表示流向，不代表实际甲板布置。

路线一：双混合冷剂（DMR），用两个闭式冷剂回路接力。 混合冷剂由多种沸点不同的组分按设计比例配成。所谓“双”，不是把两股冷剂混在一起，而是设置温区不同、相互配合的暖混合冷剂回路（WMR）和冷混合冷剂回路（CMR）。典型过程可分为以下四步。

第一步，暖端预冷。 净化后的天然气先进入预冷换热器。WMR在压缩机中升压，经级间冷却和末端冷却把压缩热排给海水、空气或其他外部冷源；高压WMR再经换热和节流降压，在低压下蒸发吸热，为天然气预冷，同时也给高压CMR降温。

第二步，冷端冷剂准备。 CMR吸热后以低压流体返回压缩端，经压缩、冷却，再在预冷换热器中被WMR进一步冷却，并按具体设计部分或全部冷凝。这里正是两个冷剂回路发生热耦合的位置，但两股冷剂仍在各自通道内流动。

第三步，液化与过冷。 高压CMR经节流降压后温度降低，在主低温换热器中蒸发并吸收天然气的热量。已经预冷的天然气在另一侧依次完成进一步降温、液化和过冷，然后送往低温储存。汽化后的CMR回到压缩机，闭合冷端循环。

第四步，按温区匹配负荷。 WMR主要覆盖较暖的预冷段，CMR主要覆盖液化和过冷段。这样可以分别调整两套冷剂的组成、流量和压缩功，使冷剂温度曲线更贴近天然气的冷却需求。不同许可商会采用不同的换热器分段、分离器、节流级数和驱动布置，本文流程图不替代项目工艺流程图。DMR专利公开页 壳牌DMR应用说明

路线二：氮气膨胀，用气态氮的压缩与膨胀建立低温。 这一路线以逆布雷顿制冷循环为基础，氮冷剂在设计循环内保持气态。空气产品公司的多膨胀机方案并非“一个膨胀机带到底”，而是让不同膨胀机承担不同温段。典型过程也可分为四步。

第一步，压缩并排热。 从低温换热器返回的低压氮气进入多级压缩机。每级压缩都会使气体升温，因此通过级间冷却器和末端冷却器把热量排向环境，得到高压氮气。

第二步，回热预冷。 高压氮气先在回热换热器或主低温换热器中，被返回的低压冷氮气预冷。回热不是把两股氮气混合，而是利用同一循环的冷端回流，减少进入膨胀机前还需移走的热量。

第三步，膨胀做功制冷。 预冷后的高压氮气进入透平膨胀机，对外做功后压力和温度下降。空气产品公司的专利公开示例可设置三个膨胀机，在不同温度和压力水平上分别提供预冷、液化与过冷所需的冷量；膨胀功还可用于协助压缩。并非所有氮气流程都必须采用三个膨胀机。

第四步，逆流吸热返回。 各股膨胀后的低压冷氮气汇入低温侧，逆着天然气流向通过换热器，依次吸收天然气预冷、液化和过冷所释放的热量。氮气升温后回到压缩机吸入口，闭合循环；天然气则在独立通道内成为LNG。氮气膨胀循环专利公开页

两条路线都在搬运热量。DMR利用冷剂的显热和相变潜热，在两个温区回路间分工；氮气路线主要利用单相气体的显热，并通过膨胀做功获得低温。文章选择它们作对照，不意味着FLNG只有这两种选择，也不表示仅凭流程类别就能判断某个项目的能耗或可靠性。

对比维度	双混合冷剂（DMR）	氮气膨胀
制冷介质	暖、冷两套多组分混合冷剂	单一氮气冷剂
低温怎样产生	冷剂压缩、冷却后节流，在低压侧蒸发吸热	氮气压缩、冷却后进入膨胀机做功降温，再逆流吸热
怎样覆盖温区	WMR负责较暖的预冷段，CMR负责液化与过冷段	用回热和一个或多个膨胀级匹配预冷、液化与过冷负荷
冷剂在循环中的状态	部分环节存在冷凝、节流和蒸发，涉及气液两相	设计循环内保持气态，不依靠冷剂相变
海上运行的特别关注	冷剂组成、库存、分离和船体运动下的液体分配	压缩机—膨胀机匹配、回热效果和不同负荷下的功率需求；整套设备仍须校核海况影响
不能直接得出的结论	不能只因温区匹配细就认定实际能耗一定更低	不能只因冷剂保持气态就认定整套流程更简单、能耗更低或不受运动影响

这张表比较的是工作原理和工程关注点，不是性能排名。具体项目仍需在相同气源、产量、环境条件和能耗统计边界下比较。

案例与最新进展

双混合冷剂已有海上应用。 壳牌位于澳大利亚海域的Prelude FLNG采用壳牌双混合冷剂流程，这是运营商技术页面明确列出的应用。壳牌技术说明

另一个案例是莫桑比克海域的Coral Sul FLNG。供应商项目清单将其所属Coral South项目列为双混合冷剂应用，并将马来西亚的PFLNG DUA列为氮气制冷流程应用，后者商品名为AP-N。供应商项目清单

商业运行节点由运营商公告核对。 意大利能源企业埃尼（Eni）于2025年4月宣布，Coral Sul已发运第100船LNG。埃尼公告

马来西亚国家石油公司（PETRONAS）确认，PFLNG DUA于2021年3月24日交付首船LNG。首船公告

这些企业披露支持“两类路线都已有商业应用”。本节采用已核实的历史里程碑，不将其写成2026年9月的新消息，也不以装船次数推算长期可靠性。

典型应用

从上述案例看，双混合冷剂与氮气制冷均可用于真实FLNG项目。对新项目，首先要明确原料气条件、所需产量、船体条件和产品要求，再比较候选方案；不能只凭另一个项目采用了某种流程，就认定自己也适合。

对已经投产的FLNG，本文更适合用来理解制冷系统和组织运行分析。例如，把气源变化、生产负荷、能耗与停机记录放在同一时间线上，先找出问题发生的条件，再判断该研究哪个环节。这是编辑提出的分析建议，不是上述案例已经实施的改造方案。

优势与局限

双混合冷剂的特点是按温段分工，氮气路线的特点是使用不燃、保持气态的冷剂。不过，冷剂不燃不等于整艘装置没有可燃介质；减少冷剂气液分配问题，也不等于可以忽略海况影响。本文没有取得这些项目同条件的长期对比数据，不作性能排名。

尤其要分清“设计值”和“实测值”。埃尼2021年资料列出的液化过程计划能耗是每吨LNG 256千瓦时。千瓦时就是日常所说的“度”，但这个单位也可用于描述机械能，不能据此认定设备由电动机驱动。原文写的是计划值，不能改成投产后的平均成绩。2021年项目资料，印刷第7页

国际能源署温室气体研发计划（IEAGHG）的报告说明，液化过程的比功耗可按制冷压缩机吸收的轴功与LNG产出之比衡量。只看这部分，与把驱动设备消耗的燃料和其他处理环节一起算进去，含义不同。液化能效说明

因此，比较能耗前，先确认算了哪些设备、在什么工况下测得、是否采用相同口径。

对相关工程的启示

以下是基于公开材料的编辑建议。选型和在役优化，都可以围绕三个问题组织资料。

一是省多少能量。 先统一气源、产品要求和统计范围，再看单位产品能耗。把不同条件下的数字并排，很容易把原料条件差异误认为流程优劣。

二是能否稳定生产。 除了最佳工况下的表现，还要核查负荷变化、设备停机和恢复生产的影响。实际一年能生产多少合格产品，需要目标项目的数据支持。

三是海上能否方便维护。 设备装得下之后，还要核查人员接近、备件运输、吊装和检修空间。维护条件应在方案阶段一起考虑。

图中没有设置固定权重。对某个具体项目，应结合实际条件判断哪个问题更紧迫，也不应据此直接调整现场控制参数。

未来趋势

从本文材料出发，值得持续跟踪的是：成熟制冷路线怎样更好地适应实际运行条件。这里提出的是研究方向，不代表已经实现的技术成果。

对于新项目，可关注海况变化时的制冷表现，以及不同负荷下的能耗；对于在役装置，可先把运行数据测准、对齐，再检验优化是否带来稳定收益。评估目标应同时包含能源消耗、生产稳定性和维护工作量，而不只是一项漂亮的设计指标。

封面为原创概念插画，两张正文图为原创原理示意，均不代表真实项目布置。本文所用比喻与评估框架用于帮助理解；具体工程结论仍需现场数据验证。