缠绕管式换热器

1、绕绕 管管 式式 换换 热热 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传热方式分类按照传热方式分类1）直接接触式）直接接触式热流体热流体冷流体冷流体冷热流体直接相容冷热流体直接相容传热效率高传热效率高2）间壁式）间壁式管壁管壁冷热流体通过管壁传热冷热流体通过管壁传热冷热流体不接触冷热流体不接触3）蓄热式）蓄热式蓄热室蓄热室冷热流体间接传热冷热流体间接传热传热不同时传热不同时2绕绕管式换热器管式换热器绕管式换热器绕管式换热器： 在在芯筒芯筒与外筒之

2、间的空间与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋替缠绕而成，相邻两层螺旋状传热管的螺旋方向相反，状传热管的螺旋方向相反，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。间距。2绕绕管式换热器管式换热器绕管式绕管式换热器换热器优点优点缺点缺点结构紧凑，单位体结构紧凑，单位体积换热面积大。积换热面积大。100-170 m2/m3同时处理同时处理多股多股流体流体换热换热冷热端冷热端温差小温差小，传，传热热效率高效率高自行补偿自行补偿热膨胀热膨胀效效应应传热计算复杂传热计算复杂流动阻力大流动阻力大壳程流体分布壳程流体分布均匀

3、性差均匀性差对介质清洁度对介质清洁度高高制造成本高，制造成本高，难度大难度大2绕绕管式换热器管式换热器管内传热与流动研究管内传热与流动研究特点：弯曲换热管的曲率使得管内流体特点：弯曲换热管的曲率使得管内流体惯性力惯性力和和离心力离心力不平衡不平衡，在横截面发生在横截面发生 二次流二次流，从而传热效果会得到强化，其性能将远远优于直管式换热，从而传热效果会得到强化，其性能将远远优于直管式换热管。管。管内流动几何模型在传热模型建立上，考虑弯曲在传热模型建立上，考虑弯曲率率和和扭转率扭转率对管内流对管内流动的影响动的影响。结果表明，与弯曲率相比，扭转率对管内的流动影结果表明，与弯曲率相比，扭转率对管内

4、的流动影响极小。弯曲率使流动截面出现响极小。弯曲率使流动截面出现两个两个旋转方向不同旋转方向不同的的漩涡漩涡，而扭转率只是使一个漩涡的中心角度发生，而扭转率只是使一个漩涡的中心角度发生扭转，失去对称性。扭转，失去对称性。2绕绕管式换热器管式换热器壳侧传热与流动研究壳侧传热与流动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传热效率降低 特点特点：两相两相制冷剂在壳侧的流动属于降膜流制冷剂在壳侧的流动属于降膜流动，即在换热管表面和换热管中间形成动，即在换热管表面和换热管中间形成液膜液膜。由于制冷剂的由于制冷剂的干度逐渐增加干度逐渐增加，液膜越来越不，液膜越来越不完整

5、，形态发生变化，如右图所示。完整，形态发生变化，如右图所示。2015年，上海年，上海交通大学建立交通大学建立了绕管式换了绕管式换热器壳侧降膜热器壳侧降膜蒸发蒸发过程中流动过程中流动与传热的与传热的数值数值模型模型特定流型下的传热和压降关联式特定流型下的传热和压降关联式。完善单相和多相传热模型，提高传热系完善单相和多相传热模型，提高传热系数的计算精度数的计算精度3大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器大型大型LNG绕管式绕管式换热器：换热器： 常温常温的天然气从换热器的底部的天然气从换热器的底部进入进入管程管程，从，从过冷过冷的的LNG从从顶部流出，壳侧内的顶部流出，壳侧内的流体为制冷剂，且从顶

6、流体为制冷剂，且从顶部进入。部进入。单线产能在单线产能在300万吨万吨/年以上时年以上时温度应力温度应力流体均布流体均布传热传热效率效率管路复杂度管路复杂度绕管式绕管式优于优于板翅式板翅式4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器应用应用场合场合：大型陆上大型陆上天然气液化厂和大型天然气液化厂和大型LNG-FPSO ( 浮式浮式 生产储存卸货装置生产储存卸货装置)中的主低温换热器。中的主低温换热器。液化能力：液化能力：液化能力已经由最初的液化能力已经由最初的100万吨万吨LNG/年年增到增到780 万万吨吨LNG/年。年。国外研究现状：国外研究现状：年产年产大于大于780万吨万吨的单体绕管式换热

7、器和对的单体绕管式换热器和对 FPSO进行结构改进，以适应海上情况进行结构改进，以适应海上情况国内研究现状国内研究现状：开封空分正在研发：开封空分正在研发200-300万吨万吨/年年LNG的的大大 型型绕管绕管式式4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器绕管式换热器的关键技术绕管式换热器的关键技术材料材料结构结构传热计算传热计算换热管换热管(高负荷高负荷)(耐低温耐低温)铜或奥氏体不锈钢铜或奥氏体不锈钢镁铝合金镁铝合金重量重量制造制造奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢：18%的铬，的铬，8%的镍，密度在的镍，密度在7.6-8吨吨/ m3镁镁 铝铝 合合 金：铝为基体，密度在金：铝为基体，密度在2.7吨

8、吨/m3，参有部分镁，参有部分镁， 密度约密度约1.7吨吨/ m3 ，整体密度约为，整体密度约为2.15吨吨/m3； 强度高、塑性好和便于加工等优点。强度高、塑性好和便于加工等优点。国内国内空白空白管板管板(适应性适应性)碳钢或奥氏体不锈钢碳钢或奥氏体不锈钢镁铝合金镁铝合金不锈钢复合镁铝合金不锈钢复合镁铝合金4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器绕管式换热器的关键技术绕管式换热器的关键技术结构结构连接技术连接技术应力载荷均匀应力载荷均匀热负荷均匀热负荷均匀换热管和管板连接换热管和管板连接：中心筒缠绕中心筒缠绕技术：芯体总层数是技术：芯体总层数是49层，为了解决芯体层，为了解决芯体受力受力不均

9、匀不均匀问题，在缠绕到第问题，在缠绕到第35层时增加层时增加第二个中心筒第二个中心筒。通过。通过翼板把两个中心与壳体连接在一起翼板把两个中心与壳体连接在一起预冷段、液化段和过冷段热负荷合理分配，互相协调预冷段、液化段和过冷段热负荷合理分配，互相协调强度胀接强度胀接+密封密封或或焊贴焊贴胀胀+强度焊强度焊;连接性能检验连接性能检验：拉脱拉脱、连接连接和和低温低温换热管与中心筒的换热管与中心筒的连接连接：铝垫条无法直接固定在中心筒上，铝垫条无法直接固定在中心筒上， 第一层管仅作为垫条第一层管仅作为垫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换热器的关键技术绕管式换热器的关键技术传热计算传热计算基础基础物性研究物性研究：1 低温低温高压以及超临界条件下各组分的热物性高压以及超临界条件下各组分的热物性研究；研究；2 筛选筛选烃类分析软件并进行二次开发，为模拟和优化流程做基础；烃