LNG成套裝置換熱器關(guān)鍵技術(shù)分析

陳永東 陳學(xué)東

1.合肥通用機(jī)械研究院 2.國(guó)家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心

LNG成套裝置換熱器關(guān)鍵技術(shù)分析

陳永東 陳學(xué)東

1.合肥通用機(jī)械研究院 2.國(guó)家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心

換熱器是LNG成套裝置的關(guān)鍵部件,汽化器和主低溫?fù)Q熱器在LNG接收站和液化裝置中扮演了重要的角色。為此,從結(jié)構(gòu)、材料、傳熱與流動(dòng)3個(gè)方面分析了開架式汽化器、帶有中間介質(zhì)的汽化器以及纏繞管式換熱器3種典型的汽化器的關(guān)鍵技術(shù),并結(jié)合工藝流程分析了纏繞管式換熱器、板翅式換熱器作為L(zhǎng)NG液化裝置主低溫?fù)Q熱器的特點(diǎn),最后對(duì)大型LNG成套裝置中汽化器和主低溫?fù)Q熱器實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化提出了如下建議:①加強(qiáng)基礎(chǔ)研究;②立足全國(guó)的技術(shù)能力,對(duì)汽化器和MCHE的材料進(jìn)行拓展研究,對(duì)其承壓特性、表面特性、加工特性進(jìn)行深入研究;③全面提高汽化器和MCHE的制造工藝技術(shù)及大型化生產(chǎn)能力;公正、客觀、科學(xué)地選擇與接收站以及液化工廠相適應(yīng)的換熱器;④對(duì)進(jìn)口換熱器的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行全面跟蹤,開展基于風(fēng)險(xiǎn)與壽命的LNG成套裝置換熱器設(shè)計(jì)與制造的研究工作。

LNG接收站 LNG液化工廠 汽化器 主低溫?fù)Q熱器 結(jié)構(gòu) 材料 傳熱與流動(dòng) 技術(shù)

在LNG接收站和LNG液化工廠,汽化器和主低溫?fù)Q熱器是關(guān)系到整個(gè)工藝流程實(shí)現(xiàn)的重要過程設(shè)備,同時(shí)也是影響整個(gè)裝置能耗的關(guān)鍵設(shè)備。為此,將從結(jié)構(gòu)、材料、傳熱與流動(dòng)3個(gè)方面針對(duì)LNG接收站汽化器和天然氣液化工廠的主低溫?fù)Q熱器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 LNG接收站換熱器

1.1 主要汽化器種類

LNG接收站的汽化處理量很大,采用空溫式汽化器和強(qiáng)制通風(fēng)式汽化器[1]都需要很多模塊,占地面積大,效率低,因此目前主要選擇液體加熱型汽化器,而液體加熱型汽化器的熱源因地制宜地選擇了海水。

液體加熱型汽化器主要包括開架式汽化器(含ORV和超級(jí)ORV)、浸沒燃燒型汽化器(SCV)、帶有中間傳熱介質(zhì)的汽化器(IFV)和纏繞管式汽化器(SWV)[2]。其中浸沒燃燒型汽化器在其他國(guó)家主要用于調(diào)峰,不作為基本負(fù)荷下的汽化器,而在美國(guó),考慮到向海里排放冷水會(huì)影響海洋生命,因此美國(guó)主要采用浸沒燃燒型汽化器作為基本負(fù)荷下的汽化器[3]。浸沒燃燒型汽化器的特點(diǎn)是反應(yīng)迅速[4-6],但因其直接消耗燃料,本文不將其列為討論對(duì)象。

1.2 開架式汽化器

開架式汽化器是以海水為熱源的汽化器,是用于基本負(fù)荷型的大型汽化裝置,最大天然氣流量為180 t/h。汽化器可在0～100%的負(fù)荷范圍內(nèi)安全運(yùn)行,可以根據(jù)需求的變化遙控調(diào)整汽化量。

整個(gè)汽化器用鋁合金支架固定安裝。汽化器的基本單元是傳熱管,由若干傳熱管組成板狀排列,兩端由集氣管或集液管焊接形成一個(gè)板型管束,再由若干個(gè)板型管束組成汽化器。汽化器頂部有海水噴淋裝置,海水噴淋在板型管束外表面上,依靠重力的作用自上而下流動(dòng)。LNG在管內(nèi)向上流動(dòng),海水將熱量傳遞給LNG,使其加熱并汽化。我國(guó)深圳大鵬LNG接收站采用的就是開架式汽化器。

開架式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在:

1)結(jié)構(gòu)和傳熱與流動(dòng)工藝的結(jié)合:如何保證大流量的海水均勻地分配到每個(gè)板型管束的每根換熱管上,因此巧妙的噴淋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2)盡量減少ORV運(yùn)行時(shí)在板型管束的下部尤其是集液管外表面的結(jié)冰。水膜下降時(shí)具有較高的換熱系數(shù),但是由于冰層的導(dǎo)熱系數(shù)大約是鋁合金管材導(dǎo)熱系數(shù)的1/40,因此也會(huì)使汽化器的傳熱性能下降。Osaka Gas和 Kobel Steel聯(lián)合研發(fā)采用了雙層結(jié)構(gòu)的傳熱管,有效地改善了結(jié)冰的狀況(這種開架式汽化器被稱作SuperORV)。LNG從底部的分配器先進(jìn)入內(nèi)管,然后進(jìn)入內(nèi)外管之間的環(huán)狀間隙[7]。間隙內(nèi)的LNG直接被海水加熱并立即汽化,內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)的LNG是通過間隙內(nèi)已經(jīng)汽化的天然氣氣體來加熱,使汽化逐漸進(jìn)行。間隙雖然不大,但能提高傳熱管的外表面溫度,因而能抑制傳熱管的外表結(jié)冰,保持所有的傳熱面積都是有效的,因此提高了海水和LNG之間的傳熱效率。

3)材料和傳熱研究的結(jié)合:由于傳熱管內(nèi)側(cè)LNG蒸發(fā)時(shí)的換熱系數(shù)相對(duì)較低,SuperORV設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些強(qiáng)化措施,傳熱管分為汽化區(qū)和加熱區(qū),采用管內(nèi)肋片來增加換熱面積和改變流道的形狀,增加流體在流動(dòng)過程的擾動(dòng)。所有與天然氣接觸的組件都用鋁合金制造,可承受很低的溫度,所有與海水接觸的平板表面鍍以鋁鋅合金,防止銹蝕。

和傳統(tǒng)的ORV(Kobel Steel制造)相比,Super-ORV單根換熱管的蒸發(fā)能力提高3倍左右,海水量減少15%,建造成本減少 10%,安裝所需空間減少40%。

1.3 帶有中間傳熱介質(zhì)的汽化器(IFV)

采用中間傳熱流體的方法可以改善結(jié)冰帶來的影響。通常采用丙烷、異丁烷、氟利昂、氨等介質(zhì)作為中間傳熱流體介質(zhì)。IFV可分為3個(gè)部分:第1部分由海水(或其他熱源流體)和中間傳熱流體進(jìn)行換熱;第2部分由中間傳熱流體和LNG進(jìn)行換熱;第3部分為天然氣過熱。這種汽化器遠(yuǎn)離了加熱流體的冰點(diǎn)問題,適用于循環(huán)加熱系統(tǒng)、海上浮動(dòng)儲(chǔ)存與汽化系統(tǒng)[8]和冷能發(fā)電系統(tǒng)。

IFV換熱器的關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在:

1)結(jié)構(gòu):如何組合好中間流體和海水的換熱部分以及與LNG的換熱部分;中間流體與LNG的換熱部分是否設(shè)計(jì)成可抽拉換熱結(jié)構(gòu);海水對(duì)天然氣的過熱部分是否設(shè)計(jì)成獨(dú)立結(jié)構(gòu)等。

2)材料:該換熱器在選材上集中體現(xiàn)了安全性和經(jīng)濟(jì)型的和諧,要求既能承受海水腐蝕又能承受低溫。與海水接觸的換熱管選擇鈦材;與LNG接觸的換熱管和管箱部分選擇奧氏體不銹鋼。管板可以選擇復(fù)合鋼板結(jié)構(gòu),與海水接觸的管箱與變徑筒體則既可以采用復(fù)合鋼板結(jié)構(gòu),又可以采用襯里結(jié)構(gòu)。

3)傳熱與流體流動(dòng)工藝:首先是選擇中間傳熱介質(zhì),確定好中間傳熱流體的相變壓力及其對(duì)應(yīng)的溫度; IFV對(duì)熱源流體的適用溫度范圍較寬,因此可以最大限度地發(fā)揮潛熱等熱物理性質(zhì),選擇匹配的中間傳熱介質(zhì);其次是選擇并優(yōu)化熱源流體的串聯(lián)流程;再次是改善IFV換熱管的表面特性,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱。

1.4 纏繞管式汽化器

纏繞管式汽化器實(shí)際上就是管殼式換熱器,由合肥通用機(jī)械研究院和鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司聯(lián)合開發(fā),在中小型LNG汽化裝置上已成功應(yīng)用,其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。一般情況下加熱介質(zhì)走殼程, LNG走管程。汽化器的能力主要取決于殼程加熱介質(zhì)的溫度和流量。新型纏繞管式汽化器的特點(diǎn)就是在相同的容積內(nèi)擁有較大的傳熱面積,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多股流體在同一設(shè)備內(nèi)的換熱,結(jié)構(gòu)如圖1所示。纏繞管式換熱器殼程阻力較小,允許通過較大的流量,對(duì)殼程介質(zhì)的溫度要求并不苛刻,因此既可以使用循環(huán)加熱介質(zhì)作為熱源,也可以使用大流量海水作為熱源。

纏繞管式汽化器的關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)結(jié)構(gòu):該汽化器的結(jié)構(gòu)、工藝條件、材料選擇密不可分。如果采用海水作為熱源,則采用單股流纏繞管式汽化器;如果有可選擇的輔助熱源,如熱機(jī)循環(huán)水等,可采用多股流纏繞管式汽化器。為了防止結(jié)冰,該汽化器內(nèi)可以設(shè)置一些管系,增加氣體或蒸汽擾動(dòng)。

2)材料:使用海水作為熱源的汽化器選材的一大特點(diǎn)就是不管LNG走管程還是殼程,換熱管和管板材料的選擇既需要考慮低溫,又需要考慮海水腐蝕。如果海水走殼程、LNG走管程,殼程不用考慮低溫,只需要考慮耐海水的腐蝕。如果LNG走殼程,海水走管程,選材的困難情況并不能得到緩解。同時(shí)由于LNG走殼程,殼體壓力較高,又承受低溫,只能選用較厚的奧氏體不銹鋼材料。另外,纏繞管式汽化器的換熱管比傳統(tǒng)換熱器長(zhǎng)得多,從材料的適應(yīng)性看,可以采用TA 2、AL-6XN、B30、HA l77-2、HSn70-1A(推薦程度由高到低)[9]。這些材料的超長(zhǎng)換熱管目前主要依賴進(jìn)口。經(jīng)比較,汽化器的管板和殼體采用AL-6XN超級(jí)奧氏體不銹鋼制造比較合適,管箱材料可以采用普通奧氏體不銹鋼制造。換熱管和管板采用強(qiáng)度焊接加貼脹。管板靠近管箱側(cè)布管區(qū)表面復(fù)合一層換熱管的同質(zhì)金屬(AL-6XN除外)。

3)傳熱與流體流動(dòng)技術(shù):海水走殼程是為了充分發(fā)揮海水大流量對(duì)傳熱的強(qiáng)化作用,提高殼程的雷諾數(shù),另外一個(gè)原因是LNG在管程的汽化傳熱流動(dòng)機(jī)理與應(yīng)用研究已臻成熟。而如果海水走管程,大流量海水在管內(nèi)流動(dòng),加大了管程阻力;由于換熱管較長(zhǎng),只能通過增加換熱管根數(shù)、減小流速來調(diào)整,這樣勢(shì)必影響管內(nèi)的傳熱,同時(shí)LNG殼程的換熱系數(shù)較低,使得整個(gè)熱力技術(shù)不夠優(yōu)化,造成換熱面積增大,因此從整體的經(jīng)濟(jì)性來講不如LNG走管程、海水走殼程的設(shè)計(jì)方案。

2 LNG液化工廠的主低溫?fù)Q熱器(MCHE)

2.1 概述

在天然氣工廠中,制冷工段是能量消耗最集中的地方。制冷工段操作的靈活性和有效性直接影響到整個(gè)液化工廠的效率。主低溫?fù)Q熱器(簡(jiǎn)稱MCHE)是制冷工段的核心,也是整個(gè)LNG液化工廠最重要的換熱設(shè)備。MCHE的作用是將天然氣冷卻液化到-162℃,它的技術(shù)進(jìn)步將對(duì)整個(gè)LNG液化工藝過程和裝置的操作成本產(chǎn)生極大的影響。

目前全世界能夠完成大型LNG裝置(一般指LNG液化能力在300×104t/a以上)工程設(shè)計(jì)的商家主要有APCI、Shell、ConocoPhillips、Statoil、Linde和A xens。其中APCI是最具實(shí)力的LNG液化工藝商,其主打工藝是丙烷預(yù)冷、混合冷劑液化和氮?dú)馀蛎涍^冷的LNG液化工藝流程,在主低溫?fù)Q熱器的選擇上,均采用了多股流纏繞管式換熱器。而 Statoil and Linde根據(jù)液化能力和液化工藝流程的不同,在小型LNG裝置中采用基本單一混合冷劑流程,選擇了鋁制釬焊板翅式換熱器;在中型LNG裝置采用改進(jìn)型混合冷劑流程,天然氣在同一多股流纏繞管式換熱器內(nèi)完成預(yù)冷、液化和過冷,不同壓力、溫度的制冷劑分離器為各段天然氣的降溫提供冷媒(典型裝置為中國(guó)新疆廣匯公司的LNG工廠,43×104t/a,2004年投產(chǎn));在大型LNG裝置中采用了混合制冷劑梯級(jí)循環(huán)流程,采用了3種不同混合制冷劑的循環(huán)壓縮機(jī),每一個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)天然氣降溫過程的不同溫度階段,選擇了鋁制釬焊板翅式換熱器作為預(yù)冷段換熱器,選擇多股流纏繞管式換熱器作為液化段和過冷段的主低溫?fù)Q熱器。

2.2 板翅式換熱器

板翅式換熱器是一種緊湊式換熱器,空分和LNG液化領(lǐng)域使用的都是鋁制板翅式換熱器,其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)多股流換熱,且對(duì)冷熱物流的股數(shù)并不需要嚴(yán)格限制。德國(guó)林德公司在其基本單一LNG流程(天然氣液化能力小于20×104t/a)中采用了板翅式換熱器,流程示意圖見圖2,安裝在冷箱內(nèi)的板翅式換熱器通過兩級(jí)單一混合制冷劑循環(huán)將天然氣直接冷卻到LNG溫度(典型裝置為挪威 Kollsnes LNG工廠,4× 104t/a,2003年投產(chǎn))。其中分離器頂部的氣相混合冷劑冷卻后節(jié)流進(jìn)入換熱器提供過冷溫度,分離器底部的液相混合冷劑冷卻后節(jié)流進(jìn)入換熱器提供預(yù)冷和液化溫度。美國(guó)燃?xì)夤に囇芯吭涸谄湫⌒蚅NG液化單元中也采用了鋁制板翅式換熱器作為低溫?fù)Q熱器[9]。全世界采用鋁制板翅換熱器作為大型LNG液化工廠主低溫?fù)Q熱器的較少,美國(guó)康菲石油公司(澳大利亞Darw in LNG工廠,液化能力為324×104t/a)采用3種冷劑的梯級(jí)循環(huán),干燥的天然氣通過和不同循環(huán)溫度級(jí)對(duì)應(yīng)的板翅式換熱器最終得到液化。

鋁制板翅式換熱器的缺點(diǎn)也很突出:釬焊爐的容積限制了大型化液化作業(yè)、兩相流動(dòng)分配技術(shù)造成流體分布不均勻、連接管道多造成應(yīng)力復(fù)雜、泄漏點(diǎn)多。這也是目前全世界的大型LNG工廠很少采用其作為MCHE的主要原因。

板翅式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)結(jié)構(gòu):研究高承壓能力翅片,可以提高整個(gè)鋁制板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)承載能力。提高翅片密度,既加大了承壓能力,又增大了單位體積的換熱面積;對(duì)氣液兩相分配結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù),可實(shí)現(xiàn)大流量下流體的均勻分布;由于多個(gè)板翅式換熱器組合在冷箱內(nèi),因此多單元并聯(lián)的配管優(yōu)化、整體冷箱結(jié)構(gòu)的配置、冷箱結(jié)構(gòu)的安全性分析等都是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

2)材料:壓力容器用薄鋁板材和管材相對(duì)于鋼材的質(zhì)量不夠穩(wěn)定,因此一定要控制好鋁制板翅式換熱器的原材料質(zhì)量。針對(duì)不同的合金鋁材選擇釬焊材料,優(yōu)化釬焊工藝是整個(gè)結(jié)構(gòu)安全性的首要保證。

3)傳熱與流體流動(dòng):改善板翅式換熱器表面的幾何形狀,強(qiáng)化翅片傳熱能力,降低翅片流動(dòng)阻力是各個(gè)領(lǐng)域板翅式換熱器的研究課題[10-11],在LNG領(lǐng)域也不例外;更令人關(guān)注的是如何實(shí)現(xiàn)大流量下、尤其是兩相流動(dòng)狀態(tài)下流體的均勻分布。因此流道布置與流體分布的均勻性措施研究十分重要;板翅式換熱器加工精度對(duì)傳熱性能影響較大;由于板翅式換熱器的流道長(zhǎng)度受限制,冷熱端存在較大的溫度梯度,軸向?qū)嵩黾恿瞬豢赡鎿p失,降低了換熱器的熱效率,在傳熱設(shè)計(jì)中應(yīng)予考慮;此外還應(yīng)關(guān)注板翅式換熱器的安裝位置對(duì)傳熱與流動(dòng)的影響。

2.3 纏繞管式換熱器(SWHE)

纏繞管式換熱器用作LNG液化主低溫?fù)Q熱器(MCHE)是其自身的特點(diǎn)決定的:①管內(nèi)介質(zhì)以螺旋方式流動(dòng),殼程介質(zhì)逆流橫向交叉通過繞管,換熱器層與層之間換熱管反向纏繞,管、殼程介質(zhì)以純逆流方式進(jìn)行傳熱,即使在較低的雷諾數(shù)下其流動(dòng)形態(tài)也為湍流,換熱系數(shù)較高;②多種介質(zhì)共存于一臺(tái)纏繞管式換熱器進(jìn)行傳熱時(shí),由于其傳熱元件為圓管,纏繞管式換熱器對(duì)不同介質(zhì)之間的壓差和溫差限制要求較小,降低了生產(chǎn)裝置的操作難度,提高了設(shè)備的安全性;③結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補(bǔ)償;④易實(shí)現(xiàn)大型LNG液化作業(yè)。

美國(guó)空氣產(chǎn)品化學(xué)工程公司(air p roducts)是LNG領(lǐng)域SW HE最大的供貨商,在1977～2008年間,為79套LNG裝置(其液化能力累計(jì)達(dá)到2.3× 108t/a)生產(chǎn)了纏繞管式換熱器。德國(guó)林德(Linde)公司在近5 a內(nèi)一共生產(chǎn)了累計(jì)金屬重量達(dá)到3 120 t的多股流纏繞管式換熱器應(yīng)用于LNG工廠。

纏繞管式換熱器的關(guān)鍵技術(shù)主要有:

1)結(jié)構(gòu):纏繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)和工藝條件緊密聯(lián)系在一起,合理分配液化段和過冷段的熱負(fù)荷,使液化段和過冷段相對(duì)協(xié)調(diào);結(jié)合特大型換熱器的載荷分配以及換熱管相對(duì)較軟的特性,采用足夠剛度的中心筒,從設(shè)計(jì)上保證纏繞的均勻性。組合設(shè)計(jì)技術(shù)的充分應(yīng)用使“冷塔”結(jié)構(gòu)合理;管殼程及物料進(jìn)出口位置的合理選擇,使流體的分布更均勻;多管板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

2)材料:由于大型LNG液化工廠的熱負(fù)荷都是數(shù)十乃至數(shù)百兆瓦級(jí)的,再加上低溫要求,目前適用的材料只有兩種:奧氏體不銹鋼和鋁合金。換熱面積2 ×104m2以下的纏繞管式換熱器換熱管還可以考慮采用薄壁奧氏體不銹鋼材料,2×104m2以上的纏繞管式換熱器換熱管基本采用鋁合金材料。全奧氏體不銹鋼材料的纏繞管式換熱器制造起來相對(duì)簡(jiǎn)單,若換熱管采用鋁鎂合金管則面臨著幾個(gè)問題:①超長(zhǎng)型鋁鎂合金換熱管的國(guó)產(chǎn)化;②換熱器其他受壓元件的選材及其與換熱管的適應(yīng)性;③管板的復(fù)合技術(shù)研究,在常溫下成形后復(fù)合管板的低溫機(jī)械性能研究以及管板過渡層材料厚度的研究;④精密沖壓內(nèi)件的成型技術(shù)研究,保證對(duì)換熱管的零損傷。

3)傳熱與流體流動(dòng):①提高物性計(jì)算的精確度。在低溫和高壓下,尤其是超臨界條件下混合組分烴介質(zhì)熱物性的研究;②流程設(shè)計(jì)優(yōu)化:利用已有的國(guó)外烴加工軟件,對(duì)天然氣預(yù)冷、液化、過冷等過程熱負(fù)荷與溫度關(guān)系進(jìn)行模擬,主要分析其熱負(fù)荷的區(qū)間及溫差動(dòng)力的幅度以及相互之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;③流體的分布與模擬;④對(duì)主低溫?fù)Q熱器中的管程天然氣、管殼程混合組分介質(zhì)進(jìn)行液相、氣相、兩相及超臨界壓力等不同工況下的傳熱與流動(dòng)的研究,包括低雷諾數(shù)下傳熱的研究[12],給出對(duì)于不同負(fù)荷區(qū)間的傳熱因子與摩擦阻力因子,從而計(jì)算不同管程、不同區(qū)間的換熱面積;⑤結(jié)合特大型負(fù)荷下?lián)Q熱研究的經(jīng)濟(jì)性,對(duì)天然氣及混合冷劑介質(zhì)的污垢特性[13]進(jìn)行深入的研究。

3 結(jié)論與建議

LNG成套裝置的換熱器集中反映了機(jī)械和能源兩個(gè)領(lǐng)域許多學(xué)科的技術(shù)集成:

1)汽化器和主低溫?fù)Q熱器的結(jié)構(gòu)和工藝緊密聯(lián)系,這些換熱器的結(jié)構(gòu)中涉及一些專利技術(shù),應(yīng)予以規(guī)避。

2)汽化器和主低溫?fù)Q熱器的材料是低溫高合金鋼或有色金屬,不同于我國(guó)目前能夠供應(yīng)的承壓元件材料,尤其是超長(zhǎng)型有色金屬換熱管和異型鋁合金強(qiáng)化管等在我國(guó)都是空白。

3)我國(guó)在低溫、高壓、復(fù)雜相變狀態(tài)下的傳熱與流體流動(dòng)研究還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

隨著我國(guó)天然氣的應(yīng)用需求日益增長(zhǎng),大型LNG成套裝置的相關(guān)技術(shù)應(yīng)取得突破。為了實(shí)現(xiàn)大型LNG成套裝置換熱器的國(guó)產(chǎn)化,建議如下:

1)加大基礎(chǔ)研究:篩選某些烴類分析軟件進(jìn)行二次開發(fā),模擬和優(yōu)化工藝流程;加大低溫高壓及超臨界狀態(tài)下的熱物性研究,提高換熱器設(shè)計(jì)輸入條件的精確性;利用CFD技術(shù)對(duì)強(qiáng)化傳熱的方式及流體分配的均勻性進(jìn)行數(shù)值模擬,有條件地進(jìn)行傳熱與流體流動(dòng)的試驗(yàn)研究,分析各種工況下多股流介質(zhì)之間的換熱特性及流體阻力特性,并對(duì)二者的符合性進(jìn)行分析。

2)立足全國(guó)的技術(shù)能力,對(duì)汽化器和MCHE的材料進(jìn)行拓展研究,尤其是有色金屬材料。對(duì)其承壓特性、表面特性、加工特性進(jìn)行深入研究。

3)全面提高汽化器和MCHE的制造工藝技術(shù)及大型化生產(chǎn)能力。

4)LNG成套裝置體現(xiàn)了安全與節(jié)能并重的要求,一定要公正、客觀、科學(xué)地選擇和接收站及液化工廠相適應(yīng)的換熱器。

5)對(duì)進(jìn)口換熱器的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行全面跟蹤,開展基于風(fēng)險(xiǎn)與壽命的LNG成套裝置換熱器設(shè)計(jì)與制造的研究工作[14]。

[1]王明富.強(qiáng)制通風(fēng)液化天然氣汽化器的研制[J].深冷技術(shù), 2008(6):23-26.

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[14]陳學(xué)東,王冰,艾志斌,等.以風(fēng)險(xiǎn)與壽命為基準(zhǔn)的承壓設(shè)備設(shè)計(jì)與制造[J].壓力容器,2007,24(10):1-5.

A technical analysis of heat exchangers in LNG plantsand term inals

Chen Yongdong,Chen Xuedong
(1.Hefei General M achinery Research Institute,Hefei,Anhui 230088,China;2.N ational Engineering Research Center on Safety of Pressure Vessels and Pipes,Hefei,A nhui 230031,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.96-100,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

As heat exchangers are the important partsof the LNG p roduction or transportation units,vaporizers and main cryogenic heat exchangers(MCHEs)p lay impo rtant roles either in LNG receiving terminals o r LNG p lants.Therefo re,from three aspects of structures,materials,heat transfer and fluids flow,the most essential technical parts were discussed in detail of three classic types of vaporizers,namely theopen-rack vapo rizer(ORV),intermediate fluid vaporizer(IFV),and spiralwound vapo rizer(SWV).And in combination w ith the p roduction p rocess,the characteristics of spiral wound heat exchangers and plate-fin heat exchangers as the MCHEs were also discussed respectively.Finally,the follow ing suggestionswere p resented here for both vaporizers and MCHEs to be hopefully made in China:a.fundamental studies should be encouraged;b.thematerials should be deep ly studied including their stress-bearing,surface p roperties and p rocessing characteristics;c.the technology and manufacturing scale should be imp roved;d. the co rresponding heat exchangers should be carefully chosen for LNG terminals and LNG p lants in a fair,objective,and scientific way;e.the imported heat exchanger should be tracked comp letely in their actual use,and f.risk- and lifetime-based studiesof LNG heat exchangers in their design and manufacture should be performed as well.

LNG receiving terminal,LNGp lant,vaporizer,heat exchanger,MCHE,structure,material,heat transfer,flow,technique

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(編號(hào):2008BAF34B14)。

陳永東,1968年生,教授級(jí)高級(jí)工程師,碩士;合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備節(jié)能技術(shù)研究設(shè)計(jì)開發(fā)部部長(zhǎng),壓力容器學(xué)會(huì)換熱器委員會(huì)常務(wù)副主任委員,全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)熱交換器分委會(huì)委員;長(zhǎng)期從事石油、化工、天然氣等領(lǐng)域換熱設(shè)備的傳熱與結(jié)構(gòu)研究工作。地址:(230088)安徽省合肥市高新區(qū)天湖路29號(hào)合肥通用機(jī)械研究院。電話:(0551) 5335412,13805692930。E-mail:cyd_hf@yahoo.cn

陳永東等.LNG成套裝置換熱器關(guān)鍵技術(shù)分析.天然氣工業(yè),2010,30(1):96-100.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.028

2009-09-23 編輯 何 明)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.028

Chen Yongdong,senior engineer,was born in 1968.He holds an M.Sc.degree,being engaged in research of heat transfer and structure of heating exchangers in oil,gas,and petrochemical engineering.

Add:No.29,Tianhu Rd.,Gaoxin District,Hefei,Anhui 230088,P.R.China

Tel:+86-551-5335 412Mobile:+86-13805692930E-mail:cyd_hf@yahoo.cn