LNG汽化器换热管内螺旋线圈传热性能强化研究

建立了LNG汽化器换热管内的流动传热模型,研究LNG与蒸气换热的传热特点。模拟结果显示由于换热温差过大,采用光管换热管会发生管内膜态沸腾,无法实现LNG的高效汽化。提出在换热管内添加螺旋线圈内插件抑制膜态沸腾,换热性能提升可达77.1%,出口温度可达230.1 K,能够满足LNG汽化器的技术指标。对螺旋线圈的结构尺寸进行对比分析。线径从1 mm增至1.4 mm能提升换热效率并且不增加压降,而将节距从10 mm增值15 mm会导致流动传热性能恶化。

中国大型LNG/FLNG绕管换热器研发进展与工业化应用

大型LNG/FLNG绕管换热器是FLNG和大型LNG生产建设的核心装备,技术门槛高,长期由美国APCI和德国Linde公司垄断。本文全面回顾了中国在大型LNG/FLNG绕管换热器研发和工业化应用方面的最新进展,主要包括:①构建了适用于烷烃工质冷凝与沸腾流动的高精度数值模拟方法,提升了数值计算的准确性和稳定性,数值模拟结果与实验数据相对误差在±20%以内;揭示了晃动及结构参数对烷烃工质复杂相变流动传热的影响机制,建立了烷烃工质复杂相变流型转换准则与分流型的流动换热关联式;开发了具有自主知识产权的大型LNG/FLNG绕管换热器仿真设计软件,其仿真结果与现场运行数据平均相对误差小于5%。②研制了300 m以上超长无缝换热铝合金管及3种适用于LNG/FLNG绕管换热器的新型均布器,形成了基于铝换热管的大型LNG/FLNG绕管换热器结构优化设计技术,开发出了中国首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器,通过了CCS认证,并制定了相关企业标准。③搭建了全球首个LNG/FLNG绕管换热器工业化测试平台,完成了首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器静止和晃荡工业化应用测试,结果表明国产LNG/FLNG绕管换热器在换热等方面性能良好。相关研究成果为未来自主设计和建造大型LNG/FLNG绕管换热器奠定了基础。

LNG气化模块管壳式换热器选型设计

目前LNG接收站越来越多,气化模块多种设备对换热器的需求也越来越大,但换热器设计选型方法不统一,有些达不到设计指标的换热器不能完全满足运行工况要求,甚至造成损失。不同结构型式的管壳式换热器性能差异很大,需要根据设备数据表对换热器进行合理的选型。文章主要对管壳式换热器的结构组成、工作原理、种类、选型原则进行了总结,并根据再气化模块NG补温器的工艺参数,使用换热器通用设计计算软件HTRI对其进行了设计选型计算,并从换热器投资成本和运行成本出发,对换热器的经济性进行了计算与分析。

LNG船用印刷电路热交换器蚀刻工艺

喷淋蚀刻技术是印刷电路板换热器(PCHE)换热单元通道加工的重要方法,在蚀刻过程中,很多因素都会影响蚀刻效果。针对喷淋压力、蚀刻液温度、蚀刻液FeCl3溶液质量浓度和H3PO4溶液浓度等4类影响因素,研究其对蚀刻速率、蚀刻因子和通道表面粗糙度的影响。

基于LNG冷能利用的半导体温差发电性能试验研究

为了研究半导体温差发电在应用于LNG相关传感器监测所需供电方面的潜力,首先在半导体温差发电基本模型的基础上计算出不同热端温度下的最大发电功率和效率曲线,结果显示当热端温度低于220 K时几乎没有功率输出。然后基于天然气汽化与温差发电相结合的场景,设计了一种用于LNG冷能利用的换热器结构,仿真结果显示:壁面温度为140 K时换热器的换热能力为6.608 kW。最后,为了探究半导体温差发电在低温下的发电性能,基于所设计的换热器搭建了一套用于冷能利用的半导体温差试验系统,试验结果显示半导体温差发电系统最大发电量可达到9.33 W。

LNG工厂换热技术的研究进展

对比分析适用于多股流传热的缠绕管式换热器(SWHE)和板翅式换热器(PFHE)的应用效果,指出PFHE具有结构相对紧凑、传热效率较高等特点,但其在可靠性、抗热冲击负荷、浮式LNG的适应性等方面表现较差,国际上存在着PFHE大型化和SWHE小型化的趋势。介绍了新型核状沸腾强化管(GEWA-PB)和冷凝强化管(GEWA-KS)的应用,论述了采用海水一次通过的直接冷却法的优点:可靠性高、易维护、电耗低、生产稳定性好、安全性高;从全寿命周期的经济性和可靠性角度指出选择钛材作为主制冷剂冷凝器和压缩机级间冷却器具有明显的优势。还介绍了实际混合物制冷剂的冷凝过程及Hammerfest LNG工厂基于实际冷凝过程和机械可靠性对使用的螺旋折流板换热器进行结构改进的措施。最后建议,中国在LNG工厂的换热技术上应着手以下几个方面的研究工作:①开展基于SWHE、处理规模为106 m3/d LNG装置MCHE的研究;②开展基于实际工质下高效冷凝管和蒸发管的传热与流动研究;③系统研究直接冷却法和间接冷却法对LNG装置的影响,加大整个装置范围内材料及设备对海水的适应性研究;④加大钛高效管的研究,结合壳程纵向流动的研究和高效传热元件的利用,开发出具有良好热力性能和机械可靠性的实际混合物制冷剂冷凝器。

LNG接收站BOG处理工艺优化——以青岛LNG接收站为例

蒸发气(Boil Off Gas,缩写为BOG)的处理是LNG接收站必须考虑的关键问题之一,关系着LNG接收站的能耗及安全、平稳运行。为此,介绍了LNG接收站BOG处理的4种工艺:①BOG直接压缩工艺;②BOG再冷凝液化工艺;③BOG间接热交换再液化工艺;④蓄冷式BOG再液化工艺。运用HYSYS软件建立了采用不同BOG处理工艺的LNG接收站模型,对比了目前主要采用的BOG直接压缩工艺和再冷凝液化工艺在工艺流程及能耗方面的差异,并分析了外输量、外输压力及再冷凝器压力对BOG处理工艺节能效果的影响,在此基础上提出了BOG再冷凝液化工艺的改进措施——BOG进入再冷凝器前进行预冷,可比原工艺节约18.2%的能耗。同时还针对青岛LNG接收站提出了BOG再冷凝液化及直接压缩工艺混合使用的优化运行方案,可使进入再冷凝器的LNG流量保持恒定,没被冷凝的BOG经过高压压缩机提压到外输压力,与完成气化的LNG混合后外输,可避免BOG进入火炬系统而造成的能源浪费,同时减小再冷凝器入口流量的波动,使装置运行更稳定、更经济。

LNG缠绕管式换热器试验研究中的热物性计算方法

在基本负荷型的LNG工厂中,多股流缠绕管式换热器是应用最广泛的主低温换热器,多组分介质在管程和壳程的传热与流动特性是主低温换热器试验研究的关键,而混合介质的热物性(密度、动力黏度、导热系数、比热容)对试验研究的影响较大。为此,在考虑了压力对气态混合物热物性计算影响的情况下,对气态和液态混合介质的4种基本热物性的计算方法进行了提炼、集成,并将计算结果与HYSYS的计算结果进行了比较,结果表明:相关的热物性计算方法是可行的,计算误差均控制在工程允许范围内。该计算方法为国内开发大型冷塔提供了技术支撑,有助于早日实现LNG缠绕管式换热器冷塔的国产化。

FLNG绕管式换热器晃动实验分析

浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG,又称LNG-FPSO)是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置。由于FLNG装置海上作业的特殊环境,FLNG液化工艺不仅要实现最基本的天然气液化功能,还需考虑海上恶劣的环境条件对FLNG液化工艺的影响。海洋中海浪的波动对液化系统中的关键设备——换热器影响较大。为了研究绕管式换热器在海上晃荡条件下的性能,通过建立双混合制冷剂液化工艺小试实验装置,进行绕管式换热器实验装置的晃动实验。结果表明实验装置晃动时,节流阀节流前压力降低,节流后压力升高,节流阀的节流效果变差,绕管式换热器换热效果变差。换热器的换热效果受到晃动的方向和FLNG中设备安装方向的耦合影响,倾斜工况下换热器换热效果受影响最大,受横摇影响较纵摇影响大。

LNG绕管式换热器管内压降和传热的数值模拟

针对目前LNG绕管式换热器在设计时存在管内低温传热的不确定性,采用FLUENT软件分析了大螺距螺旋管在湍流状态下管内的压降和冷却传热特征。研究中分别采用4.8 MPa的气态甲烷和液态甲烷为介质,探讨了螺旋管结构、雷诺数Re、普朗特数Pr对压降和努塞尔数Nu的影响。结果表明:管径、缠绕直径、Re及Pr对压降和Nu的影响较大;螺距对传热和压降影响较小,可忽略不计。并将模拟值与Jayakumar等半经验值做对比,结果趋势一致。最后拟合出适用于LNG低温冷却状态下的Nu公式,为LNG绕管式换热器的工艺计算提供一定的依据。

LNG绕管式换热器管侧冷凝流型数值模拟

为了对液化天然气(LNG)用绕管式换热器管侧冷凝流型变化进行预测,本文用数值模拟的方法建立了基于VOF多相流、RSM湍流模型和Lee相变模型的冷凝计算模型,模拟了管侧三股流的冷凝流型,结果表明天然气在超临界压力下冷凝,气液物性接近,流型均具有均匀混合的特性,可采用均相流方法来计算;预冷段和液化段轻烃混合冷剂的冷凝流型主要有雾状流、环状流和分层流,流速越大环状流占的比重越大。

液化天然气(LNG)冷藏车冷量回收换热器的设计

液化天然气(LNG)用做优质"绿色"汽车燃料的同时,还具有大量的冷能,该冷能可回收用于冷藏车制冷,LNG冷藏车是一种节能环保型汽车。在LNG冷藏车冷量回收系统中,传统的方式是将LNG在换热器中直接气化,并向空气释放冷量,但这种方式中的换热器表面易结霜,对其性能造成很大危害。文中提出了采用热管技术回收LNG冷量并用于冷藏车制冷的方法;设计了新型的热管式LNG冷量回收换热器,该新型换热器具有高效、紧凑等特点。

LNG成套装置换热器关键技术分析

换热器是LNG成套装置的关键部件,汽化器和主低温换热器在LNG接收站和液化装置中扮演了重要的角色。为此,从结构、材料、传热与流动3个方面分析了开架式汽化器、带有中间介质的汽化器以及缠绕管式换热器3种典型的汽化器的关键技术,并结合工艺流程分析了缠绕管式换热器、板翅式换热器作为LNG液化装置主低温换热器的特点,最后对大型LNG成套装置中汽化器和主低温换热器实现国产化提出了如下建议:①加强基础研究;②立足全国的技术能力,对汽化器和MCHE的材料进行拓展研究,对其承压特性、表面特性、加工特性进行深入研究;③全面提高汽化器和MCHE的制造工艺技术及大型化生产能力;公正、客观、科学地选择与接收站以及液化工厂相适应的换热器;④对进口换热器的实际运行进行全面跟踪,开展基于风险与寿命的LNG成套装置换热器设计与制造的研究工作。

混合制冷剂低温液化流程中LNG换热器的性能分析

对采用重烃和轻烃相结合的整合级联混合制冷剂低温液化流程进行了模拟计算。在目标函数最优值的基础上,对LNG板翅式换热器的性能参数展开深入分析,得到了多组元混合工质在换热器中相变耦合的性能曲线。研究表明,温度、压力和组分分率的同时变化,将对换热器中多组元工质的焓值、热流量以及UA值产生重要影响。

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。

印刷电路板式换热器在深海浮式LNG装置中的应用和关键技术分析

印刷电路板式换热器(PCHE)具有耐高压、耐高/低温、结构紧凑、体积小、换热效率高的优点,是深海浮式LNG装置的关键设备之一。论文介绍了印刷电路板式换热器(PCHE)在深海浮式LNG装置中的应用与工作原理,重点阐述了印刷电路板式换热器研制的关键技术,以及七二五所在印刷电路板式换热器研制过程中解决关键技术所采取的措施和取得的成果,分析了印刷电路板式换热器在不同领域的应用和发展前景。

基于仿真的LNG绕管式换热器设计方法

为了优化设计LNG绕管式换热器,本文提出了一种高效的基于仿真的设计方法。该设计方法以换热面积最小为优化目标函数,选取管束高度、壳体直径、螺旋升角和管数目为优化变量;基于仿真速度较快的流股演化模型,开发了LNG绕管式换热器的结构优化算法;基于仿真精度较高的三维分布参数模型,开发了LNG绕管式换热器的性能校核和结构再调整算法。采用本文提出的基于仿真的优化设计方法对一台实际运行的LNG绕管式换热器进行算例分析,优化后的LNG绕管式换热器的换热面积比优化前减少了3.6%,同时热负荷和压降负荷能够满足要求。

LNG系列缠绕管式换热器的研究与开发

针对石油化工领域内的LNG系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述,举例说明一级制冷四股流缠绕管式换热器、二级制冷三股流缠绕管式换热器、三级制冷两股流缠绕管式换热器及混合制冷剂多股流主缠绕管式换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用LNG缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,对不同制冷剂及不同用途的LNG缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理等进行阐述。最后展望了LNG系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。

LNG冷能在轻烃深冷分离过程综合利用探讨

炼油厂中石脑油及液化天然气(LNG)产品蕴含高附加值的轻烃资源,回收轻烃资源十分必要。研究了LNG冷能在炼油厂轻烃深冷分离的应用,针对轻烃深冷分离装置提出了4种不同的分离序列,在设计产品纯度下,以再沸器热负荷最小为目标对塔的进料位置及总理论板数进行了优化,随后计算每种分离序列的年总费用(TAC)并进行比较,确定了最优的轻烃深冷分离序列。结果表明:最优分离序列中第一座塔最优的进料位置为第5块塔板,总理论板数为6块塔板。采用夹点技术对最优分离序列进行换热网络优化,最终回收了4.42 MW热量,相较基础分离序列的TAC减少了17.8%,这项研究可为炼油厂轻烃深冷分离过程的设计提供理论指导。

波形通道印刷电路板式换热器流动传热特性研究

使用数值模拟方法研究了超临界LNG在波形通道印刷电路板式换热器中的流动传热特性,针对不同质量流量和不同进口温度进行了模拟。结果显示,在质量流量在0.72 kg/h至1.44 kg/h范围内增加时,流体的质量流量增加对流动传热性能有积极的影响。此外,在进口温度在120~140K范围内增加时,进口温度对印刷电路板式LNG气化器的热力性能有积极的影响,对水力性能的影响较小。因此,适当提高流体的质量流量和进口温度有助于提高波形通道印刷电路板式换热器的热工水力性能。