LNG梯級(jí)汽化器工藝設(shè)計(jì)與分析

1、答辯人：馬曉龍指導(dǎo)老師：趙忠超process design and analysis of lng cascade vaporizerlng梯級(jí)汽化器工藝設(shè)計(jì)與分析jiangsu university of science and technologycontents142536研究背景熱力分析技術(shù)思路設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié) 論research backgroundstechnical thoughtsstructure designthermal analysisdesign calculationconclusion1研究背景research backgrounds 從2004年到2013年，

2、我國天然氣消費(fèi)量始終保持著10%以上的快速增長，9年間的平均增量為138億立方米，平均增長速度17.0%。截至2015年，我國天然氣消費(fèi)量快速增長，表觀消費(fèi)量達(dá)到1933億立方米；1研究背景research backgrounds分析1lng動(dòng)力船分析3分析2imo tier iii汽化裝置汽化裝置開架式汽化器 空溫式汽化器 浸沒燃燒式汽化器 帶中間傳熱介質(zhì)的汽化器 1研究背景research backgrounds2技術(shù)思路technical thoughts存在問題思路 通過分析目前汽化器存在的問題以及船用汽化器的特點(diǎn)，選擇梯級(jí)汽化器的熱源、中間換熱介質(zhì)、傳熱體結(jié)構(gòu)等，提出梯級(jí)汽化器的汽化

3、方案，得到汽化器結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)。換熱介質(zhì)結(jié)冰換熱管結(jié)霜消耗部分能源熱源傳熱體中間傳熱介質(zhì)2技術(shù)思路technical thoughts2技術(shù)思路technical thoughts熱源選擇選擇一選擇二用于冷卻船舶主機(jī)的淡水，其熱量一般排放到環(huán)境中。缸套冷卻水十分常用的環(huán)境熱源，但是會(huì)導(dǎo)致一些問題。海水、空氣比較結(jié)果 采用缸套冷卻循環(huán)水作為熱源，不僅減小海水溫降，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，而且水質(zhì)相對(duì)海水對(duì)設(shè)備腐蝕小，同時(shí)有效利用廢熱，產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。2技術(shù)思路technical thoughts冷媒r290r717r134ar404ar407cr410ar22組成c3h8n

4、h3ch2fcf3r125/143a/134a,44/52/4r32/125/134ar32/125,50/50chf2cl標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（c）-42.17-33.35-26.2-46.5-43.6-52.5-40.84凝固溫度（c）-187.1-77.7-101.0-155-160.0臨界溫度（c）96.8132.4101.172.187.372.596.13臨界壓力（mpa）4.25611.524.063.7284.8204.954.986臨界比體積（10-3/kg）4.464.131.942-1.905odp0000000.04-0.05gwp20014303900150021001810幾種

5、冷媒的熱力性質(zhì)比較中間傳熱介質(zhì)2技術(shù)思路technical thoughts熱 虹吸 管傳熱體選擇傳熱體作為汽化器中熱量交換的重要媒介，其換熱能力的強(qiáng)弱決定了汽化器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，本文所設(shè)計(jì)的汽化器采用熱虹吸管作為傳熱體，其相對(duì)于傳統(tǒng)傳熱管具有以下優(yōu)勢。傳熱效率高 在眾多的傳熱元件中，熱管是目前已知的效率最高的傳熱元件之一，由于采用相變換熱，也可滿足小溫差下的傳熱；尺寸形狀不受限制可以根據(jù)實(shí)際需求制成需要的尺寸及形狀，同時(shí)換熱效率不會(huì)受到影響，且均溫性能優(yōu)異，熱源可以分散在整個(gè)熱管長度之上；價(jià)格低廉熱管的批量生產(chǎn)降低了其生產(chǎn)成本，如上世紀(jì)90年代為pc散熱的熱管成本大約是10至15美元，目前已

6、經(jīng)大幅減少到不足1美元。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)structure design3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)structure design4熱力分析thermal analysis4熱力分析thermal analysis熱 網(wǎng)絡(luò) 法 熱網(wǎng)絡(luò)法，也稱為熱阻熱容法、熱節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)法，是一種類比與電路中電阻的分析方法。目前這種方法已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在航空航天、建筑、醫(yī)學(xué)和制冷等眾多領(lǐng)域。 熱網(wǎng)絡(luò)法提供了一個(gè)相對(duì)簡單且直觀的解決方案，因此本文采用熱網(wǎng)絡(luò)法作為汽化器中換熱問題的基本研究方法，通過對(duì)汽化器中各部分元件熱阻的分析，從而設(shè)計(jì)計(jì)算各部分的設(shè)計(jì)參數(shù)，得到汽化器的換熱性能等指標(biāo)。1熱源到蒸發(fā)端外表面?zhèn)鳠釤嶙鑢e,inter4熱力分析t

7、hermal analysis2蒸發(fā)端管壁徑向?qū)釤嶙鑢e,w3蒸發(fā)端的內(nèi)部蒸發(fā)作用引起的熱阻re,in4由熱虹吸管內(nèi)部蒸汽壓降引起的熱阻rv5絕熱段軸向管壁傳熱熱阻ra,w6絕熱段軸向管壁液膜傳熱熱阻ra,in7冷凝端的內(nèi)部冷凝作用引起的熱阻rc,in8冷凝端管壁徑向?qū)釤嶙鑢c,w9冷凝端外表面到冷源的傳熱熱阻rc,inter4熱力分析thermal analysis丙烷蒸汽 膜狀冷凝傳熱丙烷流體 核狀沸騰換熱丙烷蒸汽橫掠圓管汽化區(qū)過熱區(qū)5設(shè)計(jì)計(jì)算design calculation5設(shè)計(jì)計(jì)算design calculation5m/h5m/h汽化流量丙烷-163c-163clng2020

8、cc25c25c2020cc0.35mpa0.35mpa0.648mpa0.648mpa30003000m/hm/h缸套水80c80c3030cc0.60mpa0.60mpa主要參數(shù)數(shù)值船長（m）330型寬（m）60載重（t）296600設(shè)計(jì)吃水（m）21.5運(yùn)營航速（kn）15.6主機(jī)功率（kw）24000lng儲(chǔ)罐容積（m3）2257.48lng動(dòng)力船主要參數(shù)5設(shè)計(jì)計(jì)算design calculation計(jì)算步驟14253根據(jù)能量守恒原則，在考慮一定熱損失的情況下，計(jì)算各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)；熱平衡計(jì)算 計(jì)算單根熱虹吸管總熱阻，然后根據(jù)對(duì)數(shù)平均溫差法，求得在汽化區(qū)需要的熱虹吸管數(shù)量；汽化區(qū)換熱計(jì)算

9、采用類似與熱管換熱器的壓力降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，求出三個(gè)腔體的壓力降。壓力降計(jì)算 包括對(duì)熱虹吸管的管徑選型，管子的排列和換熱腔體的橫截面積計(jì)算；幾何參數(shù)設(shè)計(jì) 計(jì)算單根熱虹吸管總熱阻，然后根據(jù)對(duì)數(shù)平均溫差法，求得在過熱區(qū)需要的熱虹吸管數(shù)量；過熱區(qū)換熱計(jì)算 5設(shè)計(jì)計(jì)算design calculation主要參數(shù)數(shù)值汽化器直徑（m）0.68汽化器長度（m）2.5lng腔截面積（m2）/高度（m）0.12 / 0.2丙烷腔截面積（m2）/高度（m）0.12 / 0.17熱源腔截面積（m2）/高度（m）0.12 / 0.2每排熱虹吸管數(shù)量（根）16lng汽化區(qū)縱深排數(shù)（排）/數(shù)量（根）34 / 544ng過熱區(qū)縱深排數(shù)（排）/數(shù)量（根）3 / 48lng側(cè)壓力降（pa）3587.9丙烷側(cè)壓力降（pa）922.3熱源側(cè)壓力降（pa）145.7汽化器主要參數(shù)匯總6結(jié) 論conclusion1423 由于采用了中間換熱流體丙烷，可以有效的避免冰點(diǎn)問題，從而在很大程度上提高了梯級(jí)汽化器的汽化效率，保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行; 由于采用熱虹吸管作為傳熱體，經(jīng)過計(jì)算得出汽化器的結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)同等汽化量的汽化器更小，適用于lng動(dòng)力船; 熱源來自船上主機(jī)缸套冷卻循環(huán)水，避免了對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響，同時(shí)提高了熱源的水質(zhì)，降