开架式汽化器换热工艺

在天然气液化装置、LNG接收站或LNG产业链终端的气化供气站,需要用到各种型式的换热器,开架式汽化器就是其中一种。文章主要对开架式汽化器的发展、换热工艺做详细描述。     

LNG系列缠绕管式换热器的研究与开发

针对石油化工领域内的LNG系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述,举例说明一级制冷四股流缠绕管式换热器、二级制冷三股流缠绕管式换热器、三级制冷两股流缠绕管式换热器及混合制冷剂多股流主缠绕管式换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用LNG缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,对不同制冷剂及不同用途的LNG缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理等进行阐述。最后展望了LNG系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。     

LNG缠绕管式换热器试验研究中的热物性计算方法

在基本负荷型的LNG工厂中,多股流缠绕管式换热器是应用最广泛的主低温换热器,多组分介质在管程和壳程的传热与流动特性是主低温换热器试验研究的关键,而混合介质的热物性（密度、动力黏度、导热系数、比热容）对试验研究的影响较大。为此,在考虑了压力对气态混合物热物性计算影响的情况下,对气态和液态混合介质的4种基本热物性的计算方法进行了提炼、集成,并将计算结果与HYSYS的计算结果进行了比较,结果表明：相关的热物性计算方法是可行的,计算误差均控制在工程允许范围内。该计算方法为国内开发大型冷塔提供了技术支撑,有助于早日实现LNG缠绕管式换热器冷塔的国产化。     

LNG接收站工艺管道安装质量控制技术分析

液化天然气（LNG）接收站工艺管道连接着储罐、泵、压缩机、汽化器等设备，其安装质量不仅关系到整个系统的运输效率，对LNG项目的安全平稳运行也具有十分重要的作用。基于超低温（-162℃）存储、运输的LNG接收站工艺管道安装工程，详细阐述了工艺管道焊接、阀门安装过程中的质量控制要点，表明了管道保冷技术特点以及施工方式，对工艺管道安装施工时可能产生的质量风险进行分析并提出应对措施，为后续LNG接收站工艺管道的安装施工提供一定的参考和借鉴。     

LNG工厂换热技术的研究进展

对比分析适用于多股流传热的缠绕管式换热器（SWHE）和板翅式换热器（PFHE）的应用效果,指出PFHE具有结构相对紧凑、传热效率较高等特点,但其在可靠性、抗热冲击负荷、浮式LNG的适应性等方面表现较差,国际上存在着PFHE大型化和SWHE小型化的趋势。介绍了新型核状沸腾强化管（GEWA PB）和冷凝强化管（GEWA KS）的应用,论述了采用海水一次通过的直接冷却法的优点：可靠性高、易维护、电耗低、生产稳定性好、安全性高;从全寿命周期的经济性和可靠性角度指出选择钛材作为主制冷剂冷凝器和压缩机级间冷却器具有明显的优势。还介绍了实际混合物制冷剂的冷凝过程及Hammerfest LNG工厂基于实际冷凝过程和机械可靠性对使用的螺旋折流板换热器进行结构改进的措施。最后建议,中国在LNG工厂的换热技术上应着手以下几个方面的研究工作：①开展基于SWHE、处理规模为10⁶ m³/d LNG装置MCHE的研究;②开展基于实际工质下高效冷凝管和蒸发管的传热与流动研究;③系统研究直接冷却法和间接冷却法对LNG装置的影响,加大整个装置范围内材料及设备对海水的适应性研究;④加大钛高效管的研究,结合壳程纵向流动的研究和高效传热元件的利用,开发出具有良好热力性能和机械可靠性的实际混合物制冷剂冷凝器。     

液化天然气外输站低温球阀的选型和应用

介绍了液化天然气(LNG)外输站的工艺技术和LNG行业的国内外发展趋势,分析了LNG低温工艺装置对各类阀门的技术要求,根据LNG装置的特殊性对低温球阀的工艺特性和技术特性进行了简单分析,基本确定了低温球阀的适用工况。     

低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究与开发

论述了低温制冷领域内的低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展。举例说明一级回热三股流换热器、二级回热四股流换热器、三级回热五股流换热器以及多股流回热主换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用低温液氮缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,阐述了不同制冷剂及不同用途的低温液氮用缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理。最后展望了低温液氮系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。研究内容可为低温液氮领域内缠绕管式换热器的设计计算提供参考。     

液化天然气接收站低温管道材料设计

根据国内近期典型LNG接收站的工程建设实例,阐述了LNG接收站低温管道材料设计选型需要重点关注的基本要素,并结合管子、管件、阀门等低温管道元件的配套标准化生产制造要求,推荐参照相对成熟的美国标准体系及有关国际标准的相关规定,同时对管道元件的选材、选型、生产制造、使用维护提出全面合理的技术要求,并在采购、施工、检验、使用等环节严格执行,从源头上保证LNG接收站低温管道的长周期安全运行。     

LNG气化器平面布置及其管道设计

液化天然气(LNG)气化器是接收站气化系统的关键设备,介绍了SCV和ORV两种类型的LNG气化器及各自特点。阐述了国内外接收站工程设计标准规范中,关于气化器平面布置的原则和管道设计中应遵循的原则和应注意的问题。介绍了气化器设备布置对安全间距的要求,分析了气化器工艺流程对阀门设置的要求,从管道材料、柔性设计和保冷结构三方面说明了LNG低温管道设计的特点,从管道设计方面和LNG泄漏收集措施两方面对气化器装置区防泄漏措施进行了分析总结。给出了两种气化器的平面布置方案,并对管道设计注意事项进了总结。     

LNG接收站取样系统改造对计量结果的影响

广东大鹏液化天然气有限公司LNG接收站为EPC建成,经过几年的运营后,发现原LNG取样系统存在设计缺陷,不能取到有代表性的样品。LNG分析准确度高低的前提是能否取到有代表性的LNG样品,对于LNG贸易交接,取到有代表性的LNG样品极为关键。针对取样系统的缺点,改造目的非常明显:汽化前的LNG液体样品进行特殊真空保温,增加LNG汽化器的功率,快速汽化。改造完成后,经过改造前后的比较,效果令人满意。     

LNG空温式气化器传热问题的研究进展

空温式气化器在运行过程中的传热恶化问题有可能会带来灾难性的后果,是液化天然气再气化过程中必须要重视和解决的难题。为此,在全面回顾和总结空温式气化器传热问题研究成果及现状的基础上,重点阐述了管内流动沸腾传热特点及其传热系数关联式的发展,分析了管外结霜过程及其对空温式气化器换热性能的影响,对当前气化器研究所面临的问题进行了梳理和总结,并对进一步解决传热恶化问题的研究方向进行了展望。研究结果表明:①以甲烷为主的多组分烷烃混合有机物的管内流动沸腾是未来的研究难点;②对于LNG竖直管内的流动沸腾试验还需要开展更加深入的研究,除了热流密度、干度、质量流量以外,还应包括入口压力、管径、管长以及内壁面粗糙度的影响;③管外结霜是造成气化器传热恶化的主要原因;④完善低温表面抑霜技术是改善气化器传热恶化的重点,对于空温式气化器设计、制造以及运行均具有普遍的理论指导意义;⑤疏水材料的抑霜除霜剂比亲水材料的抑霜除霜剂更加适用于空温式气化器。结论认为,该研究成果有助于破解空温式气化器传热恶化难题。     

液化天然气接收站应用技术（Ⅰ）

2006年6月中海油在广东省深圳大鹏建成投运了国内第一个液化天然气接收站，标志着我国已开始拥有多元化的天然气资源来源。为此，从技术应用的角度，对接收站的码头卸载、储存及闪蒸气处理、LNG输送及气化、气体外输及液体外运的主要工艺过程和控制原理进行了简要分析；介绍了主要设备卸料臂、低温潜液泵、闪蒸气压缩机、开架式海水气化器、浸没燃烧式气化器、海水泵的性能参数和结构特点；概述了接收站的电气配置和仪控的集散控制系统、安全仪表系统、火气监控系统等。     

超级开架式气化器传热管换热过程的数值模拟分析

超级开架式气化器（SuperORV）是一种以海水为热源的新型气化器,它采用双层结构的传热管,可有效改善传统开架式气化器管束外结冰的状况并提高换热效率,而目前国内对该装置传热性能的研究还较少。为此,对SuperORV关键传热单元--传热管的换热过程进行了模拟研究,建立了SuperORV传热管整体换热过程的传热计算模型。该模型利用两组离散化方程组分别描述了SuperORV传热管气化段和加热段的传热过程,在给定的尺寸和边界条件下对传热管的整体换热性能进行了数值模拟,得到了传热管各个局部的表面换热系数和温度分布曲线,进而推导出了传热管总换热系数和热流密度的分布曲线。海水和外翅片管上的温度分布曲线可用于预测传热管外表面易结冰的位置,传热管总换热系数和热流密度的分布曲线则可为传热管的整体换热性能描述提供帮助。该模型及相关模拟分析可望为该类气化器的设计、选型和运行管理提供参考。     

基于专利计量的LNG换热器技术趋势分析

为了全面把握LNG换热器技术的专利发展现状及趋势,基于Patsnap专利数据平台,检索并分析1987-2017年全球LNG换热器技术专利的申请趋势、来源国与目标国分布、专利技术格局等数据。研究发现:①日本、法国、美国、瑞典、丹麦、加拿大等国家在该领域具有雄厚的技术储备;②中国成为目前全球在LNG换热器领域专利布局的最大目标国家;③中国在LNG换热器微细槽道成型技术领域的专利储备较多,但在焊接工艺及总体结构技术领域还存在较大提升空间,市场前景广阔。      

套管对空温式气化器传热的影响

在空温式气化器翅片管内加装套管,将翅片管与套管作为整体建立传热计算模型,采用计算流体力学(CFD)数值模拟空温式气化器的传热过程,获得不同内径( φ6、φ8、φ10 mm)套管气化器流速、温度、气含率、传热系数的分布规律。搭建套管结构空温式气化器实验平台,通过实验验证数值模拟结果的可靠性。结果表明：模拟的气化器出口温度和实验结果误差为4.75%~6.46%,翅片表面的温度误差在7%以内,验证了数值模拟所采用假设的准确性;套管对传热管内流体的流动特性具有扰动作用,并提高了其换热能力;3种规格套管中  φ6 mm套管翅片表面温度最高,其气含率比无套管结构提高4%,强化传热效果最优。     

空气热源式气化技术在大型LNG接收终端的应用

近年来,空气热源式气化设备和技术（Ambient air based heating vaporization,AHV）因其具有环境友好、节约能源、可持续利用等优势而在其他国家的新建LNG项目中不断得到实践验证和推行。为此,介绍了AHV的技术特点、分类及其在世界各地的最新应用情况,并与常规气化技术进行了对比,进而提出了该类技术的应用条件,分析了该技术方案的优缺点。结果认为：①LNG接收终端所处位置具体环境的气象条件（年最低环境温度、湿度、风向和风速、持续时间等）是选择合适的AHV技术的关键因素;②设计空气热源气化系统需要确定它的最低环境温度以及备用热源系统需要热机备用的工况条件;③相对于浸没燃烧式气化器,AHV系统的优势明显,且燃气（电）价格比率越高,其优势越显著;④在不适合采用海水开架式气化技术的条件下,AHV可作为优选方案;⑤在免费海水使用受限、天然气燃烧制热成本高昂的情况下,以空气热源作为气化系统基荷热源是最为便利和直接的选择。为中国规划和设计新建LNG接收终端提供了更为经济和环保的气化技术选项     

大型LNG换热器结构设计及换热性能模拟

板翅式换热器目前广泛应用于中小型天然气液化工厂,当其应用于大型天然气液化领域时,由于需要多个冷箱及板翅式换热器并联进行作业,由此带来的流体均布问题较难解决,进而导致换热性能显著下降,这一因素制约了板翅式换热器的大型化应用进程。对现有板翅式换热器结构进行了优化设计,开发出一种新型板翅式换热器换热结构,并对其换热性能进行模拟计算,结果表明,新型板翅式换热器在天然气处理规模较大时,具有较好的换热性能,该研究结果可为大型板翅式换热器结构设计提供参考。     

LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟

研究了195t／h开架式海水气化器翅片管的换热过程。利用ANSYS软件建立了挤压式翅片管模型并求解内外表面温度,针对翅片管的结构及温度载荷特点,采用一维管流理论,分析计算了翅片管内外传热过程,给出了其传热系数随管内LNG流速、管外海水温度等变化的特性曲线。结果表明,LNG的流速及海水温度对翅片管的传热过程有显著影响。