纏繞管式換熱器

1、繞繞 管管 式式 換換 熱熱 器器姓名：石姓名：石 倩倩目錄目錄3 3、大型大型LNGLNG繞管式換熱器繞管式換熱器1 1、換熱器傳熱方式、換熱器傳熱方式2 2、繞管式換熱器繞管式換熱器1換熱器傳熱方式換熱器傳熱方式按照傳熱方式分類按照傳熱方式分類1）直接接觸式）直接接觸式熱流體熱流體冷流體冷流體冷熱流體直接相容冷熱流體直接相容傳熱效率高傳熱效率高2）間壁式）間壁式管壁管壁冷熱流體通過管壁傳熱冷熱流體通過管壁傳熱冷熱流體不接觸冷熱流體不接觸3）蓄熱式）蓄熱式蓄熱室蓄熱室冷熱流體間接傳熱冷熱流體間接傳熱傳熱不同時傳熱不同時2繞管式換熱器繞管式換熱器繞管式換熱器繞管式換熱器： 在在芯筒芯筒與外筒之

2、間的空間與外筒之間的空間內(nèi)將傳熱管按螺旋線形狀交內(nèi)將傳熱管按螺旋線形狀交替纏繞而成，相鄰兩層螺旋替纏繞而成，相鄰兩層螺旋狀傳熱管的螺旋方向相反，狀傳熱管的螺旋方向相反，并采用一定形狀的定距件使并采用一定形狀的定距件使之保持一定的之保持一定的間距。間距。2繞管式換熱器繞管式換熱器繞管式繞管式換熱器換熱器優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點結(jié)構(gòu)緊湊，單位體結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積換熱面積大。積換熱面積大。100-170 m2/m3同時處理同時處理多股多股流體流體換熱換熱冷熱端冷熱端溫差小溫差小，傳，傳熱熱效率高效率高自行補(bǔ)償自行補(bǔ)償熱膨脹熱膨脹效效應(yīng)應(yīng)傳熱計算復(fù)雜傳熱計算復(fù)雜流動阻力大流動阻力大殼程流體分布?xì)こ塘黧w分布均勻

3、性差均勻性差對介質(zhì)清潔度對介質(zhì)清潔度高高制造成本高，制造成本高，難度大難度大2繞管式換熱器繞管式換熱器管內(nèi)傳熱與流動研究管內(nèi)傳熱與流動研究特點：彎曲換熱管的曲率使得管內(nèi)流體特點：彎曲換熱管的曲率使得管內(nèi)流體慣性力慣性力和和離心力離心力不平衡不平衡，在橫截面發(fā)生在橫截面發(fā)生 二次流二次流，從而傳熱效果會得到強(qiáng)化，其性能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于直管式換熱，從而傳熱效果會得到強(qiáng)化，其性能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于直管式換熱管。管。管內(nèi)流動幾何模型在傳熱模型建立上，考慮彎曲率在傳熱模型建立上，考慮彎曲率和和扭轉(zhuǎn)率扭轉(zhuǎn)率對管內(nèi)流對管內(nèi)流動的影響。動的影響。結(jié)果表明，與彎曲率相比，扭轉(zhuǎn)率對管內(nèi)的流動影結(jié)果表明，與彎曲率相比，扭轉(zhuǎn)率對管

4、內(nèi)的流動影響極小。彎曲率使流動截面出現(xiàn)響極小。彎曲率使流動截面出現(xiàn)兩個兩個旋轉(zhuǎn)方向不同旋轉(zhuǎn)方向不同的的漩渦漩渦，而扭轉(zhuǎn)率只是使一個漩渦的中心角度發(fā)生，而扭轉(zhuǎn)率只是使一個漩渦的中心角度發(fā)生扭轉(zhuǎn)，失去對稱性。扭轉(zhuǎn)，失去對稱性。2繞管式換熱器繞管式換熱器殼側(cè)傳熱與流動研究殼側(cè)傳熱與流動研究完整完整液膜流液膜流柱狀柱狀液膜流液膜流滴狀滴狀液膜流液膜流傳熱效率降低傳熱效率降低 特點：特點：兩相兩相制冷劑在殼側(cè)的流動屬于降膜流制冷劑在殼側(cè)的流動屬于降膜流動，即在換熱管表面和換熱管中間形成動，即在換熱管表面和換熱管中間形成液膜液膜。由于制冷劑的由于制冷劑的干度逐漸增加干度逐漸增加，液膜越來越不，液膜越來越不

5、完整，形態(tài)發(fā)生變化，如右圖所示。完整，形態(tài)發(fā)生變化，如右圖所示。2015年，上海年，上海交通大學(xué)建立交通大學(xué)建立了繞管式換了繞管式換熱器殼側(cè)降膜熱器殼側(cè)降膜蒸發(fā)蒸發(fā)過程中流動過程中流動與傳熱的與傳熱的數(shù)值數(shù)值模型模型特定流型下的傳熱和壓降關(guān)聯(lián)式特定流型下的傳熱和壓降關(guān)聯(lián)式。完善單相和多相傳熱模型，提高傳熱系完善單相和多相傳熱模型，提高傳熱系數(shù)的計算精度數(shù)的計算精度3大型大型LNG繞管式換熱器繞管式換熱器大型大型LNG繞管式換熱器：繞管式換熱器： 常溫常溫的天然氣從換熱器的底部的天然氣從換熱器的底部進(jìn)入進(jìn)入管程管程，從，從過冷過冷的的LNG從從頂部流出，殼側(cè)內(nèi)的頂部流出，殼側(cè)內(nèi)的流體為制冷劑，且

6、從頂流體為制冷劑，且從頂部進(jìn)入。部進(jìn)入。單線產(chǎn)能在單線產(chǎn)能在300萬噸萬噸/年以上時年以上時溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力流體均布流體均布傳熱傳熱效率效率管路復(fù)雜度管路復(fù)雜度繞管式繞管式優(yōu)于優(yōu)于板翅式板翅式4大型大型LNG繞管式換熱器繞管式換熱器應(yīng)用應(yīng)用場合場合：大型陸上大型陸上天然氣液化廠和大型天然氣液化廠和大型LNG-FPSO ( 浮式浮式 生產(chǎn)儲存卸貨裝置生產(chǎn)儲存卸貨裝置)中的主低溫?fù)Q熱器。中的主低溫?fù)Q熱器。液化能力：液化能力：液化能力已經(jīng)由最初的液化能力已經(jīng)由最初的100萬噸萬噸LNG/年年增到增到780 萬萬噸噸LNG/年。年。國外研究現(xiàn)狀：國外研究現(xiàn)狀：年產(chǎn)年產(chǎn)大于大于780萬噸萬噸的單體繞管式

7、換熱器和對的單體繞管式換熱器和對 FPSO進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以適應(yīng)海上情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以適應(yīng)海上情況國內(nèi)研究現(xiàn)狀：開封空分正在研發(fā)國內(nèi)研究現(xiàn)狀：開封空分正在研發(fā)200-300萬噸萬噸/年年LNG的的大大 型型繞管繞管式式4大型大型LNG繞管式換熱器繞管式換熱器繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)材料材料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)傳熱計算傳熱計算換熱管換熱管(高負(fù)荷高負(fù)荷)(耐低溫耐低溫)銅或奧氏體不銹鋼銅或奧氏體不銹鋼鎂鋁合金鎂鋁合金重量重量制造制造奧氏體不銹鋼：奧氏體不銹鋼：18%的鉻，的鉻，8%的鎳，密度在的鎳，密度在7.6-8噸噸/ m3鎂鎂 鋁鋁 合合 金：鋁為基體，密度在金：鋁為基體，密度在2.

8、7噸噸/m3，參有部分鎂，參有部分鎂， 密度約密度約1.7噸噸/ m3 ，整體密度約為，整體密度約為2.15噸噸/m3； 強(qiáng)度高、塑性好和便于加工等優(yōu)點。強(qiáng)度高、塑性好和便于加工等優(yōu)點。國內(nèi)國內(nèi)空白空白管板管板(適應(yīng)性適應(yīng)性)碳鋼或奧氏體不銹鋼碳鋼或奧氏體不銹鋼鎂鋁合金鎂鋁合金不銹鋼復(fù)合鎂鋁合金不銹鋼復(fù)合鎂鋁合金4大型大型LNG繞管式換熱器繞管式換熱器繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)連接技術(shù)連接技術(shù)應(yīng)力載荷均勻應(yīng)力載荷均勻熱負(fù)荷均勻熱負(fù)荷均勻換熱管和管板連接換熱管和管板連接：中心筒纏繞中心筒纏繞技術(shù)：芯體總層數(shù)是技術(shù)：芯體總層數(shù)是49層，為了解決芯體層，為了解決芯體受力受力

9、不均勻不均勻問題，在纏繞到第問題，在纏繞到第35層時增加層時增加第二個中心筒第二個中心筒。通過。通過翼板把兩個中心與殼體連接在一起翼板把兩個中心與殼體連接在一起預(yù)冷段、液化段和過冷段熱負(fù)荷合理分配，互相協(xié)調(diào)預(yù)冷段、液化段和過冷段熱負(fù)荷合理分配，互相協(xié)調(diào)強(qiáng)度脹接強(qiáng)度脹接+密封密封或或焊貼焊貼脹脹+強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊;連接性能檢驗連接性能檢驗：拉脫拉脫、連接連接和和低溫低溫?fù)Q熱管與中心筒的換熱管與中心筒的連接連接：鋁墊條無法直接固定在中心筒上，鋁墊條無法直接固定在中心筒上， 第一層管僅作為墊條第一層管僅作為墊條固定使用固定使用4大型大型LNG繞管式換熱器繞管式換熱器繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)傳熱計算傳熱計算基礎(chǔ)基礎(chǔ)物性研究物性研究：1 低溫高壓以及超臨界條件下各組分的熱物性研究；低溫高壓以及超臨界條件下各組分的熱物性研究；2 篩選烴類分析軟件并進(jìn)行二次開發(fā)，為模擬和優(yōu)化流程做基礎(chǔ)；篩選烴