大型纏繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展分析

秦留軍 于旺 孫校輝 梁成坡

（開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司，河南開(kāi)封 475000）

大型纏繞管式換熱器關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展分析

秦留軍 于旺 孫校輝 梁成坡

（開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司，河南開(kāi)封 475000）

介紹纏繞管式換熱器的特點(diǎn)、發(fā)展及技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外廠家的設(shè)計(jì)和制造水平進(jìn)行對(duì)比，并介紹目前國(guó)內(nèi)大型LNG和LNG-FPSO纏繞管式換熱器設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)的研制情況，為大型LNG和LNG-FPSO纏繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化研究提供參考。

纏繞管式換熱器；LNG；LNG-FPSO；關(guān)鍵技術(shù)

纏繞管式換熱器作為一種高效緊湊的換熱設(shè)備，主要由殼體、換熱管、中心筒、墊條和管板等構(gòu)成［1，2］，被廣泛應(yīng)用于空氣分離、低溫甲醇洗、LNG等低溫液化、凈化工藝中。與其他類型的換熱設(shè)備相比，纏繞管式換熱器具有如下優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積具有較大的換熱面積；②換熱器管側(cè)允許較高操作壓力，由于管側(cè)換熱管直徑可以達(dá)到φ8mm，允許高壓介質(zhì)通過(guò)；④允許大溫差傳熱和大溫變速率；⑤可以實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)同時(shí)換熱，纏繞管式換熱器的管程允許2股以上流體同時(shí)存在于一個(gè)殼體內(nèi)，較容易實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)同時(shí)換熱。

1 纏繞管式換熱器的發(fā)展過(guò)程

1898 年，林德公司開(kāi)發(fā)出世界上第一臺(tái)纏繞管式換熱器，該類纏繞管式換熱器由2個(gè)同心圓管組成，內(nèi)管通入高壓空氣，管間通入低壓冷空氣。經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，制成了蛇管式纏繞管式換熱器，將換熱管由內(nèi)向外纏繞在中心筒上，繞制成纏繞管式換熱器。

20世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)始纏繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化研究；20世紀(jì)80年代開(kāi)封空分集團(tuán)開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第1臺(tái)纏繞管式換熱器，實(shí)現(xiàn)了纏繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化研究。并于1996年完成了寧夏化肥廠低溫甲醇洗工段配套的高壓纏繞管式換熱器4115E7的研制，成功實(shí)現(xiàn)了單股流纏繞管式換熱器的工業(yè)化應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，開(kāi)封空分集團(tuán)開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第1臺(tái)多股流高壓纏繞管式換熱器，完成了國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了多股流高壓纏繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化研究。

目前，國(guó)內(nèi)具有纏繞管式換熱器設(shè)計(jì)能力的廠家主要是開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司和合肥通用機(jī)械研究院，具有制造能力的廠家是開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司、鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司和大連的林德工藝裝置有限公司。合肥通用機(jī)械研究院［3］與鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司分別負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工制造纏繞管式換熱器，開(kāi)封空分集

團(tuán)有限公司是唯一具有成熟的設(shè)計(jì)和制造纏繞管式換熱器能力的廠家。

2 纏繞管式換熱器的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)難點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)廠家在銅制、不銹鋼和碳鋼纏繞管式換熱器的設(shè)計(jì)和制造方面技術(shù)比較成熟，而應(yīng)用于大型LNG和LNG-FPSO中的鋁制纏繞管式換熱器和不銹鋼-鋁制纏繞管式換熱器設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟，尤其是應(yīng)用于大型LNG-FPSO天然氣液化纏繞管式換熱器技術(shù)國(guó)內(nèi)鮮有研究。

在國(guó)際上，美國(guó)空氣產(chǎn)品化學(xué)工程公司（APCI）和林德公司（LINDE）是LNG領(lǐng)域纏繞管式換熱器的2家主要供貨商。APCI具有全面設(shè)計(jì)制造大型LNG裝置主低溫?fù)Q熱器的能力，目前其制造廠內(nèi)可以制造直徑5m、長(zhǎng)度55m、450t重以下的纏繞管式換熱器，但其設(shè)計(jì)制造能力可以擴(kuò)展，以滿足更大規(guī)模LNG工廠的需求。目前，AP?CI對(duì)于大型LNG-FPSO工藝進(jìn)行研究，主低溫?fù)Q熱器仍然采用纏繞管式換熱器，并對(duì)纏繞管式換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以滿足海上生產(chǎn)的特殊要求。

林德公司（LINDE）在1993年開(kāi)始為市場(chǎng)提供大型LNG繞管式換熱器，其在大型LNG裝置中選擇多股流纏繞管式換熱器作為液化段和過(guò)冷段的主低溫?fù)Q熱器。目前，該公司在其制造廠內(nèi)能夠完成直徑7.5m、260t重纏繞管式換熱器的制造，對(duì)于更大尺寸和重量的纏繞管式換熱器通過(guò)改進(jìn)制造工藝就能實(shí)現(xiàn)［4］。目前，林德公司與挪威石油公司（STATOIL）對(duì)纏繞管式換熱器在晃動(dòng)時(shí)殼側(cè)內(nèi)流體均布技術(shù)進(jìn)行研究，以便使纏繞管式換熱器能夠更好地應(yīng)用于LNG-FPSO工藝［5］。

國(guó)內(nèi)企業(yè)以中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司和開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司為代表，承擔(dān)了國(guó)家工信部“大型LNG繞管式換熱器研制”的課題，已對(duì)該類設(shè)備進(jìn)行了立項(xiàng)研究。開(kāi)封空分集團(tuán)已對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)論證，并完成了大型LNG-FPSO樣機(jī)的制造，即將進(jìn)行并網(wǎng)試驗(yàn)。通過(guò)該類研究，能夠掌握大型LNG和LNG-FPSO纏繞管式換熱器設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)大型LNG纏繞管式換熱器的國(guó)產(chǎn)化。

［1］尾花英朗.熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.徐忠權(quán)，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1982．

［2］張周衛(wèi)，汪雅紅.纏繞管式換熱器［M］.蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2014．

［3］陳永東.我國(guó)換熱器的技術(shù)進(jìn)展［A］//第二屆全國(guó)換熱器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2002.

［4］Linde Engineering.Coil-wound heat exchangers［EB/OL］.（2014-01-17）[2016-09-16].http∶//www.docin.com/p-755931504. html.

［5］Thomas L，Klaus O，Arne OF，et al.Ready for floating LNG-qualification of spiral wound heat exchangers［A］//The LNG 16 conference，2010：0-27.

Development Analysis of the Key Technology of the Large-Scale Spiral-Wound Heat Exchanger

Qin LiujunYu WangSun XiaohuiLiang Chengpo
（Air Separation Group Co.Ltd.，Kaifeng Henan 475000）

The characteristic,development and technical difficulty of spiral-wound heat exchanger were introduced, the design and manufacturing level of domestic and foreign manufacturers were compared,and the current develop?ment condition at home of the key technology of the design and manufacture of the spiral-wound heat exchanger used in the large-scale LNG and LNG-FPSO was introduced,in order to provide the reference for the research on the lo?calization of the spiral-wound heat exchanger.

spiral-wound heat exchanger；LNG；LNG-FPSO；key technology

TQ051.5

A

1003-5168（2016）10-0071-02

2016-09-08

秦留軍（1986-），男，碩士，助理工程師，研究方向：換熱器傳熱技術(shù)。