绕管换热器壳侧气相流动实验与数值模拟

搭建了绕管换热器壳侧流动实验平台,并对一个竖直布置的4层绕管式换热器进行了壳侧空气流动实验。与关联式进行对比,包含换热器结构参数的Messa压降关联式,平均绝对偏差12.82%。同时,针对绕管式换热器壳侧几何结构的周期性,利用周期性边界条件,简化了绕管换热器壳侧的几何模型。并应用简化后的三维微元结构对绕管壳侧的传热和压降特性进行了数值模拟。模拟结果与实验较为吻合,压降的平均绝对偏差为16.81%。     

混合冷剂换热器壳侧氮气冷却试验研究

混合冷剂换热器作为天然气液化流程中的关键设备,主要用于冷却/冷凝多级压缩介质(混合冷剂)。针对采用内波外螺纹管/螺旋折流板结构的海水混合冷剂换热器,以氮气作为试验介质,完成壳侧冷却试验,并将试验结果与经典传热关联式计算结果进行对比。结果表明,茹卡乌斯卡斯(Zhukauskas)流体横掠叉排管束平均表面传热系数计算关联式较适合用于计算螺旋折流板换热器壳侧冷却传热系数。研究结果为混合冷剂换热器传热与流动特性的深入研究奠定基础。     

浮式液化天然气用印刷板路换热器研究和应用进展

印刷板路式换热器凭借其紧凑、高效、可靠的特点能够满足海上浮式天然气液化的主低温换热器的需求,近几年逐渐成为海上浮式天然气液化的主低温换热器的首选。本文对近几年印刷板路式换热器的研究进展进行了综述,包括印刷板路式换热器的基本原理、基于扩散焊接的制造工艺、传热和流动特性、换热器机械特性等;总结了印刷板路式换热器在海上浮式液化天然气中的应用现状以及亟需攻克的关键技术,包括热力设计、制造工艺、检测技术。     

绕管式换热器在大型天然气液化装置中的应用及国产化技术分析

介绍了大型绕管式换热器在天然气液化工业中的应用状况,并通过分析国外和国内绕管式换热器供货商的技术水平及研究现状,总结国内供货商在大型绕管式换热器设计和制造方面所存在的技术瓶颈,为实现大型LNG绕管式换热器国产化提出建议。     

液化天然气装置脱汞必要性分析

大多数天然气气田中都含有一定的单质汞或汞的化合物,天然气中微量的汞对液化天然气装置的铝合金深冷换热器(板翅式换热器或绕管式换热器)和其他相关设备具有极强的腐蚀性。通过分析原料天然气中汞的分布及存在形式、汞的腐蚀机理、汞浓度的控制指标、脱汞的工艺安全需要,论述了液化天然气装置设置脱汞预处理单元的必要性。     

开封空分LNG绕管换热器获中国能源装备十大卓越性能产品

<正>9月20日,开封空分集团有限公司的大型LNG绕管式换热器在(2017)中国能源产业发展年会上获得了中国能源装备十大卓越性能产品奖。据了解,绕管式换热器作为天然气液化核心设备,被用于大型陆上天然气液化工厂和大型LNG-FPSO。为实现该类装备的国产化,打破国内大     

大型FLNG绕管式换热器铝换热管与铝管板连接性能试验技术研究

国内绕管式换热器被广泛应用于低温甲醇洗、空气分离、LNG、煤基烯烃、炼油重整、加氢裂化及等领域,且材质均为不锈钢和碳钢。但在FLNG领域中尚未得到推广,长期以来被国外所垄断,在一定程度上制约了国内FLNG液化装置的发展。根据国际上FLNG绕管式换热器技术的发展情况,其壳程和管程材质均为铝制,而国内在铝制绕管式换热器关键技术的研究鲜见报道,尤其对铝换热管与铝管板连接性能的研究更少。因此,采用试验的方法对不同材质的铝换热管与铝管板的连接性能进行了研究,为大型FLNG绕管式换热器用铝换热管的选型提供依据。     

绕管式换热器在LNG-FPSO应用中存在的问题及其解决方案探讨

国内绕管式换热器被广泛应用于低温甲醇洗、空气分离、LNG、煤基烯烃、炼油重整、加氢裂化及等领域。而在LNG-FPSO领域中尚未得到推广,主要原因在于,与传统的绕管式换热器相比,该类绕管式换热器在材料的选择、结构设计、焊接工艺及计算方法等存在很大的不同点。国内很少开展在该领域的相关关键技术研究,长期以来被国外所垄断。开展相关的关键技术研究尤为迫切,本文对绕管式换热器在LNG-FPSO应用中存在的问题及其解决方案进行了初步探讨,以此来推动国内绕管式换热器在该领域的发展,实现绕管式换热器在LNG-FPSO领域中的国产化。     

横荡工况下板翅式换热器内天然气冷凝特性的模拟研究

为了定量描述海上横荡工况对板翅式换热器内天然气冷凝过程热质传递的影响规律,建立了板翅式换热器波纹翅片通道内冷凝流动与传热的数值模型。首先针对天然气冷凝过程的传热传质机理进行分析;通过翅片壁面的组分守恒建立了天然气冷凝过程的传质子模型,并基于传质速率计算得出潜热传热速率。基于提出的模型,对于不同干度下的板翅式换热器内天然气传热传质进行分析,发现当干度为0.05时,传热系数平均恶化32.9%,当干度上升至0.2时,恶化得到改善,传热系数平均降低28.7%。     

铝管与不锈钢管板的胀接

在大型天然气液化装置中,热交换器是主要设备之一。鉴于绕管式换热器可能制造极大型换热单元,且由于板翅式热交换器通道容易堵塞和气流分配不均匀等问题还未很好解决,所以绕管式换热器仍然用得较为普遍。为了大量节省铜材而使设备轻便、廉价,同时又具有很好的低温性能和较好的抗腐蚀性,国内外都大量采用铝管来代替铜管。而铝管与管板的联接则是制造该热交换器的关键。     

Thermodynamic design of methane liquefaction system based on reversed-Brayton cycle

A thermodynamic design is performed for reversed-Brayton refrigeration cycle to liquefy methane separated from landfill gas (LFG) in distributed scale. Objective of the design is to find the most efficient operating conditions for a skid-mount type of liquefaction system that is capable of LNG production at 160 l/h. Special attention is paid on liquefying counterflow heat exchanger, because the temperature difference between cold refrigerant and methane is smallest at the middle of heat exchanger, which seriously limits the overall thermodynamic performance of the liquefaction system. Nitrogen is selected as refrigerant, as it is superior to helium in thermodynamic efficiency. In order to consider specifically the size effect of heat exchangers, the performance of plate-fin heat exchangers is estimated with rigorous numerical calculations by incorporating a commercial code for properties of methane and the refrigerant. Optimal conditions in operating pressure and heat exchanger size are presented and discussed for prototype construction under a governmental project in Korea.     

Analysis and optimisation of a mixed fluid cascade (MFC) process

A mixed fluid cascade (MFC) process that comprises three refrigeration cycles has great capacity for large-scale LNG production, which consumes a great amount of energy. Therefore, any performance enhancement of the liquefaction process will significantly reduce the energy consumption. The MFC process is simulated and analysed by use of proprietary software, Aspen HYSYS. The effect of feed gas pressure, LNG storage pressure, water-cooler outlet temperature, different pre-cooling regimes, liquefaction, and sub-cooling refrigerant composition on MFC performance are investigated and presented. The characteristics of its excellent numerical calculation ability and the user-friendly interface of MATLAB™ and powerful thermo-physical property package of Aspen HYSYS are combined. A genetic algorithm is then invoked to optimise the MFC process globally. After optimisation, the unit power consumption can be reduced to 4.655 kW h/kmol, or 4.366 kW h/kmol on condition that the compressor adiabatic efficiency is 80%, or 85%, respectively. Additionally, to improve the process further, with regards its thermodynamic efficiency, configuration optimisation is conducted for the MFC process and several configurations are established. By analysing heat transfer and thermodynamic performances, the configuration entailing a pre-cooling cycle with three pressure levels, liquefaction, and a sub-cooling cycle with one pressure level is identified as the most efficient and thus optimal: its unit power consumption is 4.205 kW h/kmol. Additionally, the mechanism responsible for the weak performance of the suggested liquefaction cycle configuration lies in the unbalanced distribution of cold energy in the liquefaction temperature range.     

基于R410A的板式换热器两相仿真计算模型

建立了R410A的板式换热器两相仿真计算模型,基于实验数据对模型进行了误差分析和比较,总结了影响两相换热的影响因素.通过关联式修正,冷凝换热模型平均误差可以达到5%以下;蒸发换热在Yan and Lin模型基础上修正的形式与已有文献相比拟合精度提高10%,平均误差为6.5%,离散度减小.压降方面,基于Yan and Lin和Shah-Focke模型的修正压降关联式,实验数据验证该式平均误差2.5%,最大误差8%.     

小型MRC天然气液化装置中板翅式换热器动态特性仿真研究

针对采用混合制冷剂液化流程(MRC)的小型天然气液化装置(LNG)中的板翅式换热器建立了动态特性仿真数学模型,基于气液两相流理论及气液相平衡理论,对多股流、多组分、有相变的板翅式换热器进行了动态仿真研究,并对该MRC-LNG装置中某换热器在非稳态工况下进行了仿真分析.结果表明:在小型MRC液化天然气装置设计和调试过程中,该模型对提高换热器设计效率、降低运行成本有指导意义.     

湿工况下翅片管式换热器中刘易斯因子的数值研究

刘易斯因子是反映湿工况下空气侧热质传递特性的重要参数。在此提出了可计算湿工况下翅片侧刘易斯因子的数值模型和适用于工程应用的关联式,通过建立相间传质数值模型、潜热传递数值模型,利用CFD分别计算出空气侧的热质传递系数,从而求得刘易斯因子的数值解。利用数值仿真方法分析了翅片管换热器结构和运行工况对刘易斯因子的影响和已有热质传递类比关系的适用性;同时采用刘易斯因子的数值计算结果拟合得到关联式。传热和传质数值计算结果和实验的相对误差分别为6.93%和12.1%;关联式与数值模型之间的相对误差为5.52%。该数值模型有足够的精度与适用面,所得关联式可代替数值模型。     

滴形管换热性能的实验研究

采用特殊形状和表面的管子是最为常用、有效的强化换热手段。本文基于滴形管换热器回收天然气锅炉排烟余热,提出了烟气侧的换热系数实验关联式。通过改变换热管间的排列间距,在不同烟气流量下,对圆管和滴形管的换热性能及影响因素进行了分析。与实验数据比较,验证了实验关联式可正确反映凝结换热的特性。结果表明:不同烟气量通过滴形换热管的压损小于圆管,约为圆管的0.33~0.38倍;烟气温度降大于圆管;冷却水通过滴形管的温升高于圆管;换热系数滴形管比圆管的提高约7%,表明滴形管的换热性能优于圆管。因此对于有凝结换热过程发生时,滴形换热管具有强化换热的作用。     

天然气水合物泥浆制冷换热器的分析

天然气水合物泥浆制冷系统的换热器对于天然气水合物的开采非常关键。本文以天然气水合物自然状态下的存在条件为依据,分析研究不同类型的换热器,对钻探取样方法获取保真的天然气水合物岩矿心的影响,对相同换热面积的同轴套管式换热器和螺旋板式换热器在同种工况下的传热效率进行对比分析,采用传热计算、数值模拟和室内实验相结合的方法,证明在相同的换热面积和同种工况下,螺旋板式换热器的换热效率可以提高70%,在满足水合物钻探取样要求条件下,可以有效地节省资源。     

圆柱型翅片管换热器变工况传热性能模拟与分析

基于分排参数模型,本文建立了圆柱型翅片管换热器的性能仿真计算模型,对换热器的传热性能进行计算,并进行实验验证。结果表明:换热量的平均相对误差最大,为6.31%;出风干球温度的平均相对误差最小,为0.61%。计算所得各性能参数与实验值吻合良好。根据仿真模型,对不同制冷工况下的换热器进行计算,研究了循环风量、水质量流量、进风干球温度以及进水温度的变化对换热性能的影响。分析换热器的变工况特性可预测其非设计工况下的换热性能,并为换热器的运行工况调节提供依据。     

两种撬装型天然气液化流程的参数比较

设计了两套典型的撬装型天然气液化流程,对流程进行了模拟计算,比较了两者的关键参数,并分析了各换热器中管路换热负荷-温度的分布情况.结果表明:在没有丙烷预冷的前提下,采用N2-CH4膨胀机液化流程优于混合制冷剂液化流程;较大的温差和换热负荷是造成换热器(火用)损失的主要原因;压缩机功耗对比功耗影响很大,应采用多级压缩、级间冷却方式.