缠绕管式换热器.ppt

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1、绕 管管 式式 换 热 器器姓名：石姓名：石 倩倩目录目录3 3、大型、大型LNGLNG绕管式换热器绕管式换热器1 1、换热器传热方式、换热器传热方式2 2、绕管式换热器、绕管式换热器1换热器传热方式换热器传热方式按照按照传热方式分方式分类1）直接接触式）直接接触式热流体流体冷流体冷流体冷冷热流体直接相容流体直接相容传热效率高效率高2）间壁式壁式管壁管壁冷冷热流体通流体通过管壁管壁传热冷冷热流体不接触流体不接触3）蓄）蓄热式式蓄蓄热室室冷冷热流体流体间接接传热传热不同不同时2绕管式换热器绕管式换热器绕管式管式换热器器：在在芯筒芯筒与外筒之与外筒之间的空的空间内将内将传热管按螺旋管按螺旋线形状交

2、形状交替替缠绕而成，相而成，相邻两两层螺旋螺旋状状传热管的螺旋方向相反，管的螺旋方向相反，并采用一定形状的定距件使并采用一定形状的定距件使之保持一定的之保持一定的间距。距。2绕管式换热器绕管式换热器绕管式管式换热器器优点点缺点缺点结构构紧凑，凑，单位体位体积换热面面积大。大。100-170 m2/m3同同时处理理多股多股流体流体换热冷冷热端端温差小温差小，传热效率高效率高自行自行补偿热膨膨胀效效应传热计算复算复杂流流动阻力大阻力大壳程流体分布壳程流体分布均匀性差均匀性差对介介质清清洁度度高高制造成本高，制造成本高，难度大度大2绕管式换热器绕管式换热器管内管内传热与流与流动研究研究特点：弯曲特点

3、：弯曲换热管的曲率使得管内流体管的曲率使得管内流体惯性力性力和和离心力离心力不平衡，在横截面不平衡，在横截面发生生 二次流二次流，从而，从而传热效果会得到效果会得到强化，其性能将化，其性能将远远优于直管式于直管式换热管。管。管内流动几何模型在在传热模型建立上，考模型建立上，考虑弯曲率弯曲率和和扭扭转率率对管内流管内流动的影响。的影响。结果表明，与弯曲率相比，扭果表明，与弯曲率相比，扭转率率对管内的流管内的流动影影响极小。弯曲率使流响极小。弯曲率使流动截面出截面出现两个两个旋旋转方向不同方向不同的的漩漩涡，而扭，而扭转率只是使一个漩率只是使一个漩涡的中心角度的中心角度发生生扭扭转，失去，失去对称

4、性。称性。2绕管式换热器绕管式换热器壳壳侧传热与流与流动研究研究完整完整液膜流液膜流柱状柱状液膜流液膜流滴状滴状液膜流液膜流传热效率降低效率降低 特点：特点：两相两相制冷制冷剂在壳在壳侧的流的流动属于降膜流属于降膜流动，即在，即在换热管表面和管表面和换热管中管中间形成形成液膜液膜。由于制冷由于制冷剂的的干度逐干度逐渐增加增加，液膜越来越不完，液膜越来越不完整，形整，形态发生生变化，如右化，如右图所示。所示。2015年，上海交通大学建立了年，上海交通大学建立了绕管式管式换热器壳器壳侧降膜降膜蒸蒸发过程中流程中流动与与传热的的数数值模型模型特定流型下的特定流型下的传热和和压降关降关联式。式。完善完

5、善单相和多相相和多相传热模型，提高模型，提高传热系系数的数的计算精度算精度3大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器大型大型LNG绕管式管式换热器：器：常温的天然气从常温的天然气从换热器的底部器的底部进入管程，从入管程，从过冷的冷的LNG从从顶部流出，壳部流出，壳侧内的流体内的流体为制冷制冷剂，且从，且从顶部部进入。入。单线产能在能在300万吨万吨/年以上年以上时温度温度应力力流体均布流体均布传热效率效率管路复管路复杂度度绕管式管式优于于板翅式板翅式4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器应用用场合：合：大型大型陆上天然气液化厂和大型上天然气液化厂和大型LNG-FPSO(浮式浮式 生生产储存卸存

6、卸货装置装置)中的主低温中的主低温换热器。器。液化能力：液化能力：液化能力已液化能力已经由最初的由最初的100万吨万吨LNG/年增到年增到780 万吨万吨LNG/年。年。国外研究国外研究现状：状：年年产大于大于780万吨万吨的的单体体绕管式管式换热器和器和对 FPSO进行行结构改构改进，以适，以适应海上情况海上情况国内研究国内研究现状：开封空分正在研状：开封空分正在研发200-300万吨万吨/年年LNG的大的大 型型绕管式管式4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器绕管式管式换热器的关器的关键技技术材料材料结构构传热计算算换热管管(高高负荷荷)(耐低温耐低温)铜或奥氏体不或奥氏体不锈钢镁铝合金

7、合金重量重量制造制造奥氏体不奥氏体不锈钢：18%的的铬，8%的的镍，密度在，密度在7.6-8吨吨/m3镁 铝 合合 金：金：铝为基体，密度在基体，密度在2.7吨吨/m3，参有部分，参有部分镁，密度密度约1.7吨吨/m3，整体密度，整体密度约为2.15吨吨/m3；强度高、塑性好和便于加工等度高、塑性好和便于加工等优点。点。国内国内空白空白管板管板(适适应性性)碳碳钢或奥氏体不或奥氏体不锈钢镁铝合金合金不不锈钢复合复合镁铝合金合金4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器绕管式管式换热器的关器的关键技技术结构构连接技接技术应力力载荷均匀荷均匀热负荷均匀荷均匀换热管和管板管和管板连接接：中心筒中心筒缠

8、绕技技术：芯体：芯体总层数是数是49层，为了解决芯体了解决芯体受力受力不均匀不均匀问题，在，在缠绕到第到第35层时增加增加第二个中心筒第二个中心筒。通。通过翼板把两个中心与壳体翼板把两个中心与壳体连接在一起接在一起预冷段、液化段和冷段、液化段和过冷段冷段热负荷合理分配，互相荷合理分配，互相协调强度度胀接接+密封密封或或焊贴胀+强度度焊;连接性能接性能检验：拉脱拉脱、连接接和和低温低温换热管与中心筒的管与中心筒的连接接：铝垫条无法直接固定在中心筒上，条无法直接固定在中心筒上，第一第一层管管仅作作为垫条条固定使用固定使用4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器绕管式管式换热器的关器的关键技技术传热计算算基基础物性研究：物性研究：1 低温高低温高压以及超以及超临界条件下各界条件下各组分的分的热物性研究；物性研究；2 筛选烃类分析分析软件并件并进行二次开行二次开发，为模模拟和和优化流程做基化流程做基础；流流动传热模型研究模型研究（考（考虑复复杂相相变）1 传热因子和阻力因子的因子和阻力因子的计算；算；2 热负荷和温差荷和温差动力之力之间的关系的关系难以准确模以准确模拟，需，需进一步研究。一步研究。谢谢！