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將傳熱管按螺旋線形狀交內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)點缺點缺點結構緊湊，單位體結構緊湊，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償自行補償熱膨脹熱膨脹效效應應傳熱計算復雜傳熱計算復雜流動阻力大流動阻力大殼程流體分布殼程流體分布均勻

3、性差均勻性差對介質清潔度對介質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傳熱與流動研究管內傳熱與流動研究特點：彎曲換熱管的曲率使得管內流體特點：彎曲換熱管的曲率使得管內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化，其性能將遠遠優(yōu)于直管式換熱，從而傳熱效果會得到強化，其性能將遠遠優(yōu)于直管式換熱管。管。管內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率扭轉率對管內流對管內流動的影響。動的影響。結果表明，與彎曲率相比，扭轉率對管內的流動影結果表明，與彎曲率相比，扭轉率對管

4、內的流動影響極小。彎曲率使流動截面出現響極小。彎曲率使流動截面出現兩個兩個旋轉方向不同旋轉方向不同的的漩渦漩渦，而扭轉率只是使一個漩渦的中心角度發(fā)生，而扭轉率只是使一個漩渦的中心角度發(fā)生扭轉，失去對稱性。扭轉，失去對稱性。2繞管式換熱器繞管式換熱器殼側傳熱與流動研究殼側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的流動屬于降膜流制冷劑在殼側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，上海交通大學建立交通大學建立了繞管式換了繞管式換熱器殼側降膜熱器殼側降膜蒸發(fā)蒸發(fā)過程中流動過程中流動與傳熱的與傳熱的數值數值模型模型特定流型下的傳熱和壓降關聯式特定流型下的傳熱和壓降關聯式。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，提高傳熱系數的計算精度數的計算精度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入進入管程管程，從，從過冷過冷的的LNG從從頂部流出，殼側內的頂部流出，殼側內的流體為制冷劑，且

6、從頂流體為制冷劑，且從頂部進入。部進入。單線產能在單線產能在300萬噸萬噸/年以上時年以上時溫度應力溫度應力流體均布流體均布傳熱傳熱效率效率管路復雜度管路復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用應用場合場合：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 生產儲存卸貨裝置生產儲存卸貨裝置)中的主低溫換熱器。中的主低溫換熱器。液化能力：液化能力：液化能力已經由最初的液化能力已經由最初的100萬噸萬噸LNG/年年增到增到780 萬萬噸噸LNG/年。年。國外研究現狀：國外研究現狀：年產年產大于大于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進行結構改進，以適應海上情況進行結構改進，以適應海上情況國內研究現狀：開封空分正在研發(fā)國內研究現狀：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鍵技術繞管式換熱器的關鍵技術材料材料結構結構傳熱計算傳熱計算換熱管換熱管(高負荷高負荷)(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； 強度高、塑性好和便于加工等優(yōu)點。強度高、塑性好和便于加工等優(yōu)點。國內國內空白空白管板管板(適應性適應性)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合鎂鋁合金不銹鋼復合鎂鋁合金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鍵技術繞管式換熱器的關鍵技術結構結構連接技術連接技術應力載荷均勻應力載荷均勻熱負荷均勻熱負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：芯體總層數是技術：芯體總層數是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冷段、液化段和過冷段熱負荷合理分配，互相協調預冷段、液化段和過冷段熱負荷合理分配，互相協調強度脹接強度脹接+密封密封或或焊貼焊貼脹脹+強度焊強度焊;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換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鍵技術繞管式換熱器的關鍵技術傳熱計算傳熱計算基礎基礎物性研究物性研究：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行二次開發(fā)，為模擬和優(yōu)化流程做基礎；篩選烴