海洋条件下印刷电路板式换热器多通道内超临界液化天然气瞬态分配特性分析

印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是海上液化天然气(liquified natural gas,LNG)浮式储存和再气化装置的核心部件。在海洋条件下,其内部微细多通道间的流量分配特性复杂多变,易急剧恶化,严重影响气化效率和运行安全。通过UDF程序分别引入晃荡导致的周期性变化的附加惯性力及LNG物性计算关联式,构建适用于PCHE内超临界LNG流动与传热的三维非稳态模型,并开展了数值研究。结果表明,相比于初始稳态条件,晃荡过程中PCHE各通道内超临界LNG的流量及温度等参数随之发生周期性的震荡,而且工质分配的均匀性明显恶化,各通道间流量、温度分布的相对标准偏差均显著高于初始稳态值,最高甚至达到初始稳态值的3倍以上;晃荡振幅及晃荡频率越大,PCHE各通道间工质的流量分配及温度分布越不均匀;相比于在垂直于通道内工质流动方向上施加晃荡作用力,当在工质流动方向上施加晃荡作用力时,晃荡作用引发的工质分配恶化现象明显较为微弱,通道内参数的震荡幅度明显降低。

基于有限元的大型FLNG换热器热-机械应力结构强度评估

海洋浮式LNG换热器是我国深远海能源资源开采所需关键装备。该种换热器的优化制造技术涉及到复杂海上晃荡运行,其结构应力分析和安全评估是一项挑战性课题。基于有限元方法建立了全尺寸换热器结构应力分析模型,通过试件现场晃荡试验对比验证了模型有效性并进一步开展了典型工况下的静强度评估和一般工况下的疲劳强度评估。研究发现设计工况下晃荡角度、晃荡周期与结构应力没有线性关系;此FLNG换热器设计可以通过静强度评估和疲劳强度评估;设计温度下换热器壳体外侧同一部位应力会随壳程压力的增大而线性增加;随着压力增加,换热器的最大应力点位会发生变化。

LNG-FSRU再气化模块IFV试验换热器液面晃荡数值模拟研究

为了解海洋工况下液面波动对海工IFV换热器的影响,制作了一台试验用换热器样机,该换热器内部设置了防液面晃荡装置,本文对该试验用换热器的液面晃荡情况进行了数值模拟,模拟结果显示防晃荡装置对液面波动起到了有效的抑制作用,能够满足海洋工况条件的要求。

FSRU中印刷电路板式换热器换热性能的试验研究

海上LNG浮式储存与再气化装置(FSRU)兼具成本和灵活性上的优势,是全球通用型LNG进口一站式解决方案,而基于印刷电路板式换热器(PCHE)的FSRU气化技术研究则是突破该装置模块核心技术的焦点。为了给后续开展的基于天然气侧/丙烷侧、超临界低温介质侧/乙二醇侧再气化流程PCHE相关试验研究提供理论与试验基础,系统介绍了国外两种适用于FSRU中液化天然气再气化的流程及典型参数,选择了以丙烷为中间流体的再气化流程,建立了超临界压力低温介质——丙烷试验台,研究了氮侧和丙烷侧在PCHE中的,首次获得了两者在PCHE中的试验数据,基于面积权重提出了多相态换热器表观总传热系数的评价指标,并将以丙烷为中间流体的PCHE的表观传热系数和试验传热系数进行了对比。研究结果表明:①开展PCHE的热力性能研究是实现FSRU关键换热设备国产化的基本途径;②PCHE中超临界低温流体流量对总传热系数的影响规律为随着超临界低温流体流量的增加,总传热系数值不断升高;③以丙烷为中间流体的PCHE的表观传热系数和试验传热系数的偏差在6%以内,由此验证了PCHE设计方法的正确性。

中国南海FLNG液化技术与关键设备方案研究

浮式液化天然气生产储卸装置(LNG-FPSO,简称FLNG)是集海上天然气的液化、储存、装卸和外运为一体的新型FPSO装置。近十年来随着深海油气开发的推进,国内外掀起了FLNG研究、设计的高潮,FLNG也成为中国开发南海深水天然气的重要技术手段。本文针对我国南海深水天然气开发,研究并提出一套具有自主知识产权的200万吨级/年的FLNG上部液化技术与关键设备方案,包括:双塔双胺液循环新工艺;适用于FLNG的改进DMR液化工艺;冷剂压缩机驱动与发电采用定型航改燃机;预冷与液化深冷主换热器采用自行开发的FLNG铝制绕管换热器,具有安全可靠和高效易操作的技术优势。最后对推进我国南海FLNG工程化实施提出了两点建议:(1)加强FLNG铝制绕管换热器国产化研制和试验;(2)提高FLNG工程化实践能力。