LNG超级开架式海水气化器传热特性模拟优化

针对国内某大型LNG接收站气化单元中的超级开架式海水气化器(SuperORV),采用ANASY软件建立了贴合实际的SuperORV模型,对不同LNG入口压力及入口流速下的设备传热特性进行了模拟分析,并通过对比现场试验给出了设备操作的优化建议。研究表明:LNG及超临界NG的热物性变化对气化传热具有重要影响,SuperORV传热管内十字扰流杆可以增加流体湍动性从而强化传热;实际运行中,控制LNG入口压力接近临界压力,适当提高LNG入口流速增强流体扰动,可以提升设备换热效果。

温排海水在开架式气化器的应用与研究

随着我国经济的快速发展,对能源的需求日益增加,到2030年,天然气在我国一次能源消费中占比将提升至15%,除进口管道天然气之外,我国需要通过LNG运输船进口LNG来补充未来天然气需求,因此需要建设大量LNG接收站。本文介绍火电机组温排海水在LNG接收站开架式气化器(ORV)中的应用与研究,避免了浸没燃烧式气化器气化时天然气的消耗,同时对不同海水温度下ORV的运行情况进行了研究,为后续ORV运行提供帮助。

超级开架式气化器新型传热管内流场及对流换热的数值模拟

超级开架式气化器(Super ORV)新型传热管主要是在普通传热管的内管中加入了十字螺旋扰流杆,以强化传热管的换热效果。为了研究该装置的换热效率,建立了与新型传热管和普通传热管相对应的数学和模型物理模型,采用数值模拟的方法对两种传热管内流场及对流换热性能进行了对比分析,得到了传热管内流道的努赛尔数随入口速度的变化图,以及传热管不同位置处温度和传热系数的分布规律。通过对现有实验进行数值模拟,对比分析了模拟结果与实验结果。结果表明:(1)FLUENT数值模拟方法能准确描述传热管的传热特性;(2)十字螺旋扰流杆的存在,不仅能够加强流体的湍流强度,而且还能有效减小边界层厚度,产生强烈的二次流,加强了流体在径向上的热交换,提高了传热管的整体换热能力;(3)流体入口速度与努赛尔数的增长幅度呈正比,传热系数随着温度的升高而增加,在相同的雷诺数下,新型传热管内流体的平均温度明显高于普通传热管内流体温度。该研究成果能够为超级开架式气化器国产化进程提供参考。

超级开架式气化器传热管换热过程的数值模拟分析

超级开架式气化器(SuperORV)是一种以海水为热源的新型气化器,它采用双层结构的传热管,可有效改善传统开架式气化器管束外结冰的状况并提高换热效率,而目前国内对该装置传热性能的研究还较少。为此,对SuperORV关键传热单元——传热管的换热过程进行了模拟研究,建立了SuperORV传热管整体换热过程的传热计算模型。该模型利用两组离散化方程组分别描述了SuperORV传热管气化段和加热段的传热过程,在给定的尺寸和边界条件下对传热管的整体换热性能进行了数值模拟,得到了传热管各个局部的表面换热系数和温度分布曲线,进而推导出了传热管总换热系数和热流密度的分布曲线。海水和外翅片管上的温度分布曲线可用于预测传热管外表面易结冰的位置,传热管总换热系数和热流密度的分布曲线则可为传热管的整体换热性能描述提供帮助。该模型及相关模拟分析可望为该类气化器的设计、选型和运行管理提供参考。

开架式海水气化器的国产化研制

开架式海水气化器(Open Rack Vaporizer,以下简称ORV)是LNG接收站关键设备之一,可归类为管翅式换热器,产品长期以来不能自主生产,完全依赖进口。中石油京唐液化天然气有限公司联合四川空分设备(集团)有限公司通过3年的国产化研发,解决了从传热、结构、制造等多方面的关键问题,成功实现了该类气化器的国产化。目前首台国产ORV已在用户现场正常使用超过1年时间。

海水开架式气化器运行工况研究

阐述了应用动态模拟软件建立开架式气化器(ORV)系统动态模型,研究LNG流量、天然气管网压力、海水温度等因素扰动变化时,天然气出口温度、海水出口温度、海水进出口温差、ORV换热量、换热器平均温差等主要操作参数的动态响应趋势。分析表明,动态模拟能够准确模拟 ORV主要工艺参数随相关扰动因素的变化特性,可指导设计人员的选型设计和操作人员的安全运行实践。

开架式海水气化器板形管束结构应力分析

利用有限元分析软件Ansys建立了开架式海水气化器板形管束的三维力学模型,计算了板形管束结构在温度及内压作用下的应力,研究了启动工况和正常操作工况下结构的应力分布规律。结果显示,结构的不连续区是产生高温差和高应力的区域,在设计时应尽量减少这种不连续状态。

LNG接收站开架式气化器在高含沙海水工况下使用的探讨

开架式气化器(Open Rack Vaporizers,简称ORV)是LNG接收站中的关键设备,它以海水为热源气化LNG。ORV对海水的含沙量有一定的要求,文章针对江苏LNG接收站中开架式气化器在高含沙海水工况下的使用情况,根据海水中含沙量和粒径分布特点,分析了海水过滤的可行性,同时在对ORV表面Al-Zn金属涂层的磨损特性进行分析的基础上,推算了海水过滤前后Al-Zn合金涂层的使用寿命。

开架式海水气化器换热管内流场和传热数值模拟研究

利用流体动力学软件,采用湍流模型,混合物模型及自定义函数对液化天然气接收站用开架式海水气化器换热管管内流场和传热进行数值模拟,分析了流体在换热管内不同位置处的温度、速度和气化率的分布以及管径的大小对换热管内液化天然气气化率的影响。分析认为,由于换热管内热边界层的存在,导致换热管出口液化天然气气化率较低。

海水分布缺陷对开架式气化器运行安全的影响分析

开架式气化器(ORV)因其结构简单和运行成本低而在LNG接收站得到广泛应用,其海水分布系统对开架式气化器运行安全至关重要,出现有异物卡塞流道,或挡水板变形或脱出、挡水板底脚磨损下沉等物理缺陷时会造成换热面板局部尖峰结冰现象,若不及时进行处理,轻则影响提升设备负荷,造成运行成本增加,重则可能造成翅片管变形甚至翅片管撕裂等严重后果,深入分析形成的原因并找到预防措施,对ORV运行安全具有重要意义。

开架式气化器换热管与集管角焊缝的射线检测

开架式海水气化器的星型换热管与集管的角焊缝结构较为特殊,其焊接方式为钨极氩弧焊和熔化极惰性气体保护焊,采用射线检测技术检测其内部的焊接质量。针对其结构特点,设计了射线机放置工装及布片专用工装,采用了一些措施保证了射线检测图像的质量,并提高了检测效率。

超级开架式气化器传热管传热特性数值计算

SuperORV（超级开架式气化器）传热管采用了双层套管和多种强化传热结构,能够有效抑制管外结冰并提高LNG气化效率。针对SuperORV传热管建立了基于能量守恒的分布参数模型,并对SuperORV传热管的传热性能进行了数值计算。计算结果表明：SuperORV传热管具有良好的传热性能;运行压力、LNG流量和进口分配比及海水量/LNG流量比对其传热性能具有显著影响;采用内翅片和螺旋纽带结构能够显著提高其传热效率,同时采用两种强化传热措施时所需的最小管长比无强化措施时缩短了42%。

开架式气化器预冷过程海水膜传热分析

为了减少开架式气化器换热管表面结冰,设计一种新型高效换热管,并采用ANSYS Workbench软件对预冷过程中换热管表面海水膜温度场和速度场进行模拟。分析发现:结冰主要发生在预冷过程中的非稳定阶段,该阶段海水膜厚度影响温度场和速度场的分布,海水膜越厚,温度越高,速度越大;稳定阶段,海水膜厚度对温度场分布和接近冰点温度海水量的多少影响不大,而使海水膜速度分布逐渐趋于均匀,并在左右肋两侧形成四个涡旋,距离LNG进口端越远,旋涡运动越剧烈。

海水开架式气化器的研制

ORV技术研究项目采用技术研究和试验验证相结合的方法,通过技术研究和大量试验研究工作,解决了关键技术问题.随着广西LNG项目国产首台套ORV的成功应用,ORV顺利完成了从技术研究、试验样机到工业产品的开发过程,为产业化应用推广打下了良好的基础.

超临界压力下SuperORV传热管的传热特性

超级开架式气化器(super open rack vaporizer,SuperORV)一类以海水作为加热热源的新型气化器,在LNG接收终端中得到了广泛应用。该气化器由具有双层套管结构的传热管屏组成,具有良好的传热特性。目前对SuperORV传热管的研究较少,对其强化传热机理认识不足,尤其是尚无对超临界压力下SuperORV传热管的传热特性研究。本文针对SuperORV传热管气化段和加热段的传热过程,建立了基于能量平衡方程的分布参数模型。通过上述模型对SuperORV传热管在超临界压力下的传热特性进行了数值计算及分析,并讨论了运行参数以及强化传热措施对其传热特性的影响规律。计算结果表明:SuperORV传热管在超临界压力下具有良好的传热特性,能够有效抑制表面海水结冰并提高LNG气化效率。LNG进口流量、LNG流量分配比、海水/LNG流量比对传热特性(传热管长度、结冰长度和冰层平均厚度等)影响较大,但系统运行压力对其影响较小。采用内翅片和螺旋纽带能够有效强化传热并提高传热管的传热性能。在上述两种强化传热措施同时应用时,传热管最小长度缩短了40%以上。