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。     

急冷器椭圆形套管传热性能的研究

炭黑工业要求在极短时间内将炭黑高温烟气的温度降下来,急冷器椭圆形套管的设计可以满足此项特殊要求。椭圆形套管是由普通圆管经过压制而成的,管壁厚度和圆形套管比较起来并没有改变,改变的是内、外管的横截面积。在相同工艺条件下（如流量、温度、压力）,椭圆形套管比圆形套管有更高的流速而具有优良的传热性能,可提高椭圆形套管两侧流体的传热系数及总传热系数。     

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。     

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。     

套管式流化床传热特性的数值模拟

为探究套管式流化床在不同操作参数下的传热特性,对自搭建的套管式流化床进行了基于欧拉-欧拉法的三维数值模拟,并进行准确性验证,考察了不同的环形区烟气流速、表观气速和床料颗粒粒径对流化床内传热特性的影响。实验结果表明,提高环形区域内的热烟气流速可以有效地提高热烟气与内管壁面间的对流传热系数,但对外壁面温度的影响较小;颗粒相与内管壁面和载气间的对流传热系数随颗粒直径的增大而减小,颗粒相平均温度随粒径的增大而下降;随表观气速的增大,管内流体与壁面间的对流传热系数会先上升,并在表观气速为1.1 m/s时达到峰值,后随表观气速的进一步增大而逐渐下降。     

完井中套管内液体密度变化对环空混窜的影响

针对完井中套管内液体密度变化，产生微环隙进而影响固井质量的问题，分析了微环隙对固井质量的影响及其产生原因，给出了微环隙尺寸及其产生水窜的详细计算方法及结果。两口井的实例分析表明，实测曲线与计算结果完全符合。     

浙江LNG接收站项目气化器选型及系统优化

气化器作为接收站的重要设备决定并影响着整个LNG接收站及输气管道的正常运行。针对浙江地区环境条件和浙江LNG接收站项目自身操作参数，从热源、材料、类型、经济性等方面分别进行讨论，选出以海水为热源的中间介质气化器（IFV）及空气为热源的空温式换热器（Smart V）作为基荷气化器，并辅以开机速度块，投入少的浸没燃烧式气化器（SCV）作为备用气化器。然后根据一次性投入和25年运行成本的计算及比较，得出4台IFV＋2台SCV比4台Smart V＋2台SCV的气化系统节约固定投资及运行成本约50％，且前者在技术性及可操作性上也具备一定的优势。     

套管内敞压候凝防气窜的机理

发生气窜的原因:一是气体通过水泥浆进入环空或管柱丝扣不密封;二是环空有气体窜流的通道。防止气窜的方法是:在注替完水泥浆后,实行敞压候凝防气窜,不能敞开井口候凝的井,一是采取适当打一点重泥浆,二是管内关一较小压力候凝,待快干后立即敞压候凝。     

环空加压固井对双层套管水泥环界面径向应力的影响

环空加压固井技术能有效提高水泥环密封能力、降低环空带压问题的发生,为了准确掌握其作用的力学机理,基于弹性力学和界面位移连续条件,考虑环空加压固井施工过程,建立了环空加压固井套管–水泥环界面应力计算模型,研究了环空加压固井提高双层套管–水泥环系统密封能力的力学机理,并采用试验方法验证了理论模型的准确性.利用建立的力学分析...     

套管封固段变形对高温高压井环空圈闭压力影响规律

高温高压井在钻井及生产过程中，由于密闭环空流体受热膨胀产生的环空圈闭压力严重影响着气井的安全，环空圈闭压力大小与密闭环空体积变化密切相关。为研究套管封固段变形对环空圈闭压力的影响，根据弹性变形理论，在建立套管— 水泥环—地层协调变形模型的基础上，综合考虑环空流体参数、套管变形等因素，建立了多管柱环空圈闭压力计算模型，结合实际案例分析了套管变形对环空圈闭压力的影响规律。研究表明考虑套管封固段变形预测的环空圈闭压力值较不考虑该因素时降低约13%，且与现场实测值更接近。该研究对于指导高温高压井的套管柱设计及安全生产有重要的现实意义。     

斜针翅管强化传热管的数值模拟

采用Fluent软件,以水和柴油为换热对象,利用三维模型对柴油在3种不同规格的直针翅管、30°和45°的斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的温度场、压降及传热性能进行了模拟;并将斜针翅管与光滑管和直针翅管的结果进行比较。模拟结果表明,壳程为柴油时,针翅管的压降为光滑管的1～3倍,总传热系数约是光滑管的1.7～2.7倍;与直针翅管相比,斜针翅管的总传热系数提高约20%;斜针翅能使传热膜的系数增大,压降降低。     

基于犉犔犝犈犖犜的3种翅片管强化传热效果模拟比较

应用FLUENT软件对纵向翅片管、圆形翅片管和椭圆形翅片管的传热性能进行模拟分析,得到流场中温度和压力的分布,并分别将纵向翅片管和椭圆形翅片管的传热性能与圆形翅片管进行比较。分析表明,纵向翅片管的传热效果最差,椭圆翅片管与圆形翅片管的传热效果相当,但椭圆形翅片管对流体造成的压降略小,综合传热效果最为理想。     

波纹管内流动与传热三维数值模拟

应用三维变物性层流模型及低雷诺数湍流模型分别对波纹管及光管管内流动与传热性能进行了模拟研究,并通过实验结果进行了验证。数值模拟表明,所研究的波纹管内层流向湍流过渡的雷诺数范围为600～800,波纹管的波纹起伏使得管内的流动变得复杂,产生了有利于传热强化的二次涡流。在低雷诺数下波纹管的综合传热性能不及光管,而在高雷诺数下。波纹管综合传热性能逐渐得到改善。通过数值计算获得了波纹管最优波纹高度参数为ε=1.16。     

纵横交错管传热及流阻性能研究

以水为工质,对纵横交错管和圆管在不同流速下的传热性能和压降进行模拟,获得了湍流状态下二者管内温度场和速度场的分布。通过对两种管型性能的比较研究,发现随着Re的增大,交错管管内传热系数比光管平均提高29.68%,压降也明显增大。     

无折流板扭曲扁管热交换器传热与流阻特性试验研究

某无折流板热交换器的换热管采用扭曲扁管,其扭曲扁管截面短长轴比bi／ai=0．6,扭曲比S／de=13．22、扭矩S=230mm。以水为介质,对此无折流板热交换器管、壳程传热和流阻性能进行试验研究,并与光管热交换器进行比较。结果表明,随着雷诺数的增大,扭曲扁管管程传热系数比同型号光管提高32．18％,管程压降也迅速增加;壳程传热系数有所下降,压降也明显降低。     

内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟

以强化换热管为研究对象,建立了以水为介质的轴对称数值模型。应用计算流体软件CFX对光管及2种强化换热管（缩放管、波纹管）的传热特性及流动规律进行数值研究。结果表明,数值计算得到的光管总传热系数数值与经验公式计算结果吻合很好。与光管相比,强化换热管壁面结构改变了流体的流动状况,对流道的流场产生重要影响。在相同流动条件下,缩放管与波纹管的总传热系数数值均有较大程度的提高,强化作用明显。为此类产品的进一步理论研究和分析方法推广提供了依据。     

插入物对新型换热器传热性能的影响

在新型换热器--自支撑矩形缩放管换热器的基础上,利用Fluent数值模拟方法,研究了在其壳程内分别插入传统插入物(旋流片)和新型插入物(折板)后传热性能与流动特性的变化,研究的雷诺数(Re)变化范围为27900~41900。结果表明,与空管缩放管换热器相比,插入旋流片和折板的换热器壳程的传热系数随Re的增大分别增加了31.07%~33.08%和38.01%~46.74%;插入物在提高传热系数的同时也引起了通道内压降的增大,插入旋流片和折板时通道内压降分别增加了69.32%~77.42% 和 68.49%~87.16%;插入折板后壳程通道内的综合传热性能最好,其次是插入旋流片的,无插入物时则最差。提高换热器传热性能的关键是要改善通道两侧缩放管处的传热性能,减小速度场与温度场间的协同角是增强换热器传热性能的一项重要措施。     

花瓣形翅片管的强化传热研究概况

综述了花瓣形翅片管在低表面张力介质及其混合物中的冷凝强化传热、含不凝性气体水蒸气的冷凝强化传热以及空气和油的冷却强化传热等方面的研究概况、进展、成果及其工业应用前景。     

缩放管内自旋流强化传热的场协同分析

建立了周期性单元模型,采用数值模拟方法分析了缩放管内带衰减性自旋流的三维湍流流动中的场协同现象,研究轴向不同位置速度场与温度场的演变过程。结果表明,切向速度对强化传热影响很大,自旋流纵向涡使轴向速度和切向速度在同一数量级;自旋流改善了湍流中心区与边壁区流体速度场与温度梯度场的协同程度,使传热得到了强化。