低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究与开发

针对煤制甲醇等煤化工领域内的低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述;举例说明甲醇-甲醇冷却器、低温循环甲醇冷却器、未变换气冷却器、变换热气冷却器及原料气冷却器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用缠绕管式换热设备的基本设计方法和内部多股流换热工艺流程;对不同介质、不同用途的低温甲醇用缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及其工作原理进行阐述;为低温甲醇领域内缠绕管式换热器的设计计算提供参考;展望低温甲醇用系列缠绕管式换热器的重要研究方向和需要进一步解决的关键科学问题。     

氢回收装置缠绕管式换热器设计计算研究

研究了合成氨氢回收装置缠绕管式换热器的热力设计计算方法 ,探讨了换热器中并管传热模型、含氢多组分混合物汽液平衡、物性参数以及冷凝和蒸发等传热计算问题。提出的方法可用于工程设计计算     

合成气制烯烃合成单元热交换方案优化与热交换器选型设计

通过分析合成气制烯烃合成单元运行问题,对其热交换方案进行优化,并减少了热交换器数量。根据传热条件,选型缠绕管式换热器并开展热工计算设计。结果表明,在传热推动力约降低至原来的1/9时,缠绕管式换热器传热系数依然可以达到同外形尺寸管壳式换热器的2倍左右,而换热面积更是达到4倍左右,因此可以采用缠绕管式换热器代替原管壳式换热器。中试装置的改造思路及缠绕管式换热器的热工计算设计适用于其他各类单相流缠绕管式换热器的选型设计及优化。     

缠绕管换热器壳侧性能研究进展

近年来缠绕管换热器在LNG气液化领域得到大量使用,文中在缠绕管换热器壳侧性能研究现状的基础上,讨论了几何结构参数对壳侧换热的影响,发现壳侧努塞尔数和压降随管外径缠绕管换热器管外径、层数增加而增大,随管间距与管径比、垫条厚度增大而减小。阐述了当前缠绕管换热器数值模拟的简化方法,一方面由于缠绕管内部结构比较复杂,整体模型建模计算量大,将模型简化为最小周期性能够极大地减少模拟运算成本,另一方面采用恒壁温边界条件也能够提高计算效率,并且误差在10%以内,总结了改善换热效果的措施。目前FLNG、FSPO平台使用缠绕管换热器较多,分析了海上浮动不同工况对换热的影响。文中旨在当前的研究基础上,预测未来的发展现状,为缠绕管换热器的进一步发展提供一定的借鉴。     

缠绕管式换热器在芳烃装置中的应用分析

近年来,随着节能工作的不断深入,缠绕管式换热器以其密封性能好、换热效率高等特点逐步走入芳烃联合装置,先后在芳烃联合装置中歧化装置、异构化装置中应用。由此介绍了缠绕管式换热器的结构特点,通过缠绕管式换热器在洛阳石化芳烃联合装置异构化单元中的实际应用,对比前后数据,进行分析讨论,得出缠绕管式换热器在芳烃联合装置异构化单元中的节能效果。     

天然气液化用绕管换热器建造技术标准分析

绕管换热器具有单位体积换热面积大、传热效果好、温差补偿性能好、操作弹性大、易实现多股流大型化的优点,成为大型天然气液化工厂的主低温冷箱。LNG(液化天然气)绕管换热器将气态、常温的天然气冷却至-162℃,得到液态的LNG,是天然气液化工艺装置的核心设备之一。国内绕管换热器设计建造标准的缺失制约着该设备在天然气处理行业的应用。简述了LNG绕管换热器材料选型、建造、验收环节技术要求。     

缠绕管式换热器性能及应用研究进展

介绍了缠绕管式换热器的主要结构形式,从实验研究和数值模拟两方面综述了缠绕管式换热器的研究现状。重点阐述了多股流缠绕管式换热器的壳侧传热模型和设计计算研究、几何结构参数对缠绕管式换热器流动传热性能的影响和不同换热管形式的缠绕管式换热器研究。基于目前取得的研究成果,结合缠绕管式换热器的工程应用现状,指出了需要深入研究的方向和发展趋势。     

缠绕管式换热器在加氢裂化装置分馏系统的应用浅析

本文以格尔木炼油厂加氢裂化装置分馏系统为例介绍了加氢裂化装置分馏系统的概况，阐述了缠绕管式换热器的结构性能，浅析了缠绕管式换热器应用于加氧裂化装置分馏系统的可行性，并其应用后对在节能降耗方面的节能效果进行了概算。     

液化天然气接收终端小型实验装置流程设计

海上进口液化天然气(LNG)运输船到达后,通过接收终端卸载、储存、汽化后输送给用户。浙江大学制冷与低温研究所与中石油管道研究中心合作,设计了一套额定流量为2m³·h^-1的LNG接收终端小型实验装置,用于模拟终端运行重要功能和操作特性,包括卸载、储存及汽化过程,同时可提供一般LNG流动特性、分层流动、低温阀门检测、天然气泄漏危险的评估。本实验装置考虑LNG冷能利用实验对装置的扩建需求。通过运行该模拟装置,可以掌握LNG接收终端的操作规律,并对控制、安全等方面积累实际经验。本文给出了该实验装置流程设计和AspenPlus数值模拟结果。     

核电站冷却器改造设计

本文分析了某核电站冷却器发生泄漏的原因,根据发现的问题制定了以U形管换热器替代原缠绕管换热器的改造方案。对比分析了U形管换热器与缠绕管换热器的结构特点,并对该U形管换热器的热工设计、结构设计以及制造中需要注意的问题进行了介绍。改造后的U形管换热器满足设计要求。     

固定管板式换热器的最佳（轻化）设计

简介了管壳式换热器设计中Ｔｉｎｋｅｒ模型及Ｂｅｌｌ－Ｄｅｌａｗａｒｅ方法，讨论了换热器结构性能优化的方法，建立了数学模型，编制了计算程序。为工厂分别优化设计了无相变气－水换热器和有相变气－水加热器。结果表明，优化的珠管壳式换热管，在同样工况下，重量减２０－３０％，经济效益可观。     

船用绕管式LNG气化器方案对比

针对用在LNG动力船上的供气系统,在给定的低压供气条件下,分别以丙烷和50%浓度的乙二醇水溶液作为中间换热介质,整理适合绕管式换热器的螺旋管传热关联式和壳程传热关联式,使用MATLAB编程计算绕管式LNG气化器的换热面积和换热管长,结合工程实践,讨论使用两级换热器时管长和换热面积的分配情况。HYSYS模拟结果表明,当管内LNG的流动换热状态一样时,所需水乙二醇的质量流量是丙烷的10倍。丙烷发生相变,气态丙烷在绕管式换热器管外的流速变化很大,在出口达到1.7 m/s,换热器所需承压能力较高,水乙二醇在壳程流速仅0.2 m/s左右。分为两级换热器时,气化级换热器的换热面积和换热管长小于加热级的12.7%,当选择两级尺寸相同时,会浪费至少80%的换热面积。     

分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型

为预测海上浮式天然气生产储卸平台(LNG-FPSO)中绕管式换热器的动态特性,建立了一种分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型。采用二维矩阵的描述方法建立了行列数为3(n+1)×3(n+1)的对角矩阵和互连矩阵,对多股流换热器传热计算中的物理参量进行数学表达,实现了多股流多相区换热关系的描述。采用分相区的建模方法提出了相边界交错排列下流体与管壁的传热模型和管壁温度的计算模型,实现了冷热流体在并发相变时的传热计算。实例表明该模型能够计算多股流形式的绕管式换热器,并能处理相边界"交错"的情况。与已发表的模型进行仿真对比,计算结果吻合良好,最大偏差小于4%。     

SCV耦合传热特性实验研究与数值模拟

浸没燃烧式汽化器（SCV）是液化天然气（LNG）接收站中一种必不可少的换热设备,主要通过水浴系统作为中间介质实现烟气与LNG之间的热量传递。搭建一套完整的SCV流动换热实验平台,对其内部复杂的传热特性进行研究。可视化实验结果揭示了汽化器内部一些独特的流体动力学现象（局部水浴结冰等）,同时通过建立的气液两相混合物与跨临界LNG耦合传热计算模型得到了换热管束内外局部流体温度和局部传热系数分布曲线,并分析了LNG进口压力、LNG入口速度、初始水位高度以及烟气进气量对NG出口温度和水浴温度的影响规律。研究成果能够为SCV国产化设计提供重要参考。     

管壳式换热器工艺设计

介绍换热器的工艺设计程序,特别是管壳式换热器的工艺设计过程,并结合实际工程经验,介绍几种换热器工艺计算软件的用法和功能。     

绕管式换热器管板的有限元应力分析与结构优化

绕管式换热器广泛应用于大型天然气液化装置,而管板是绕管式换热器的重要组成部件。由于管板处于管程、壳程交界处且布有密集的孔洞,降低了结构强度,使其成为LNG绕管式换热器的相对薄弱部位。利用Ansys有限元计算软件,对LNG绕管式换热器管板及其相连的管箱、换热器壳体进行整体建模和多工况下的有限元应力分析,并根据JB4732-1995进行强度校核。计算结果显示,换热器壳体对管箱短节部分的应力有较大影响;实例中换热器外壳的拉伸作用导致短节内侧局部薄膜应力过大,超出许用强度。增加短节厚度可以有效提高管箱强度;通过将原短节厚度由45 mm增加到57.5 mm,解决了局部薄膜应力过大的问题。     

用于天然气液化流程的组合式低温热管换热器的实验测试

撬装式液化天然气(LNG)流程要求设备紧凑,而传统换热器在减小其换热通道尺寸时会产生冻堵问题。热管极高的传热系数和良好的温度均一性,可以有效克服这种缺陷。根据小型天然气液化流程参数,设计制造了低温工质(丙烷、乙烷、甲烷等)重力热管换热器模块。实验结果显示,低温热管换热器在热通量为860 W·m^-2时,每排热管的平均换热效率为43.28%,414排热管换热器总体换热效率可达到99.68%,换热量满足小型LNG液化流程50000 m³·d^-1的处理量要求。并且在工况突变时,能够迅速将局部冷量均匀分布至所在迎风截面,防止高凝固点的杂质在通道内冻堵。     

利用LNG冷能的空分系统换热网络布置及多能级匹配性能

分析了常见的基于空分系统的液化天然气(LNG)冷能利用方式,依据LNG冷能的能谱特点及空分系统运行安全性的特殊要求提出较优的冷能利用方案;针对不同压力等级工况提出LNG与N₂的换热网络布置方案,对提出的4种LNG-N₂换热网络分别进行了流程模拟,并与传统空分系统和已有的LNG冷能利用空分系统进行了比较,结果表明:新的LNG换热网络能有效降低空分系统的单位液态产品能耗,采用LNG-N₂双高压方案时为0.217 kW·h·kg^-1,若对LNG出口压力没有限制则采用LNG-N₂双低压方案可进一步降低能耗至0.176 kW·h·kg^-1,相比已有的LNG冷能利用空分系统能耗分别降低了15.9%和31.8%;同时研究了LNG冷能的多能级换热匹配性能,分析了当N₂压力不变时LNG压力变动对各个方案换热均匀性的影响。研究结果可为不同工况下选择合适的LNG换热压力提供参考。     

基于Aspen EDR的管壳式换热器的设计

管壳式换热器作为一种高效换热装置在石化领域得到广泛应用,但传统计算方法非常复杂,因此软件设计已逐步代替传统手算方法成为工程设计人员的主要设计手段。本文通过对含氢气、一氧化碳、氮气等气体的合成气冷却器进行设计,探讨了管壳式换热器的选型原则,介绍了Aspen EDR设计软件使用要点,详细阐述了Aspen EDR软件设计和校核管壳式换热器的步骤,着重介绍了气体冷却器设计过程中换热器的参数选取及要点,并对设计过程中碰到的问题及调整优化方法进行了简单介绍。设计结果表明,Aspen EDR软件设计的结果不仅能达到工艺要求,而且计算过程快捷明了,极大简化了手工计算的过程,提高了设计效率。     

基于热损失的换热网络夹点设计法

现行的换热网络目标方法,在进行换热网络价格估算时,未考虑热物流的热损失。在真实的设计中,换热器壳体保温后仍与环境温度相差较大,则其热损失不可忽略。文章提出了一个新的基于热损失的换热网络夹点设计法,该方法首先以综合费用最小为目标确定出最小温差,然后建立问题表格确定出夹点位置及最小公用工程消耗,最后再进行换热网络设计。文中采用某石油常减压换热网络系统为典型算例对该方法的前两步进行了分析研究,论证了该方法的必要性及可行性。结果表明:该方法与基本Linnhoff夹点技术法估算的投资费用有较大的差距之外,在一定的最小温差下,其与基本Linnhoff夹点技术法确定的夹点位置不同,公用工程消耗也有较大的差距。