LNG梯级汽化器工艺设计与分析

1、答辩人：马晓龙指导老师：赵忠超process design and analysis of lng cascade vaporizerlng梯级汽化器工艺设计与分析jiangsu university of science and technologycontents142536研究背景热力分析技术思路设计计算结构设计结 论research backgroundstechnical thoughtsstructure designthermal analysisdesign calculationconclusion1研究背景research backgrounds 从2004年到2013年，

2、我国天然气消费量始终保持着10%以上的快速增长，9年间的平均增量为138亿立方米，平均增长速度17.0%。截至2015年，我国天然气消费量快速增长，表观消费量达到1933亿立方米；1研究背景research backgrounds分析1lng动力船分析3分析2imo tier iii汽化装置汽化装置开架式汽化器 空温式汽化器 浸没燃烧式汽化器 带中间传热介质的汽化器 1研究背景research backgrounds2技术思路technical thoughts存在问题思路 通过分析目前汽化器存在的问题以及船用汽化器的特点，选择梯级汽化器的热源、中间换热介质、传热体结构等，提出梯级汽化器的汽化

3、方案，得到汽化器结构的初步设计。换热介质结冰换热管结霜消耗部分能源热源传热体中间传热介质2技术思路technical thoughts2技术思路technical thoughts热源选择选择一选择二用于冷却船舶主机的淡水，其热量一般排放到环境中。缸套冷却水十分常用的环境热源，但是会导致一些问题。海水、空气比较结果 采用缸套冷却循环水作为热源，不仅减小海水温降，保护海洋生态环境，而且水质相对海水对设备腐蚀小，同时有效利用废热，产生一定经济效益，对可持续发展有着重要意义。2技术思路technical thoughts冷媒r290r717r134ar404ar407cr410ar22组成c3h8n

4、h3ch2fcf3r125/143a/134a,44/52/4r32/125/134ar32/125,50/50chf2cl标准沸点（c）-42.17-33.35-26.2-46.5-43.6-52.5-40.84凝固温度（c）-187.1-77.7-101.0-155-160.0临界温度（c）96.8132.4101.172.187.372.596.13临界压力（mpa）4.25611.524.063.7284.8204.954.986临界比体积（10-3/kg）4.464.131.942-1.905odp0000000.04-0.05gwp20014303900150021001810几种

5、冷媒的热力性质比较中间传热介质2技术思路technical thoughts热 虹吸 管传热体选择传热体作为汽化器中热量交换的重要媒介，其换热能力的强弱决定了汽化器的各项性能指标，本文所设计的汽化器采用热虹吸管作为传热体，其相对于传统传热管具有以下优势。传热效率高 在众多的传热元件中，热管是目前已知的效率最高的传热元件之一，由于采用相变换热，也可满足小温差下的传热；尺寸形状不受限制可以根据实际需求制成需要的尺寸及形状，同时换热效率不会受到影响，且均温性能优异，热源可以分散在整个热管长度之上；价格低廉热管的批量生产降低了其生产成本，如上世纪90年代为pc散热的热管成本大约是10至15美元，目前已

6、经大幅减少到不足1美元。3结构设计structure design3结构设计structure design4热力分析thermal analysis4热力分析thermal analysis热 网络 法 热网络法，也称为热阻热容法、热节点网络法，是一种类比与电路中电阻的分析方法。目前这种方法已经广泛的应用在航空航天、建筑、医学和制冷等众多领域。 热网络法提供了一个相对简单且直观的解决方案，因此本文采用热网络法作为汽化器中换热问题的基本研究方法，通过对汽化器中各部分元件热阻的分析，从而设计计算各部分的设计参数，得到汽化器的换热性能等指标。1热源到蒸发端外表面传热热阻re,inter4热力分析t

7、hermal analysis2蒸发端管壁径向导热热阻re,w3蒸发端的内部蒸发作用引起的热阻re,in4由热虹吸管内部蒸汽压降引起的热阻rv5绝热段轴向管壁传热热阻ra,w6绝热段轴向管壁液膜传热热阻ra,in7冷凝端的内部冷凝作用引起的热阻rc,in8冷凝端管壁径向导热热阻rc,w9冷凝端外表面到冷源的传热热阻rc,inter4热力分析thermal analysis丙烷蒸汽 膜状冷凝传热丙烷流体 核状沸腾换热丙烷蒸汽横掠圆管汽化区过热区5设计计算design calculation5设计计算design calculation5m/h5m/h汽化流量丙烷-163c-163clng2020

8、cc25c25c2020cc0.35mpa0.35mpa0.648mpa0.648mpa30003000m/hm/h缸套水80c80c3030cc0.60mpa0.60mpa主要参数数值船长（m）330型宽（m）60载重（t）296600设计吃水（m）21.5运营航速（kn）15.6主机功率（kw）24000lng储罐容积（m3）2257.48lng动力船主要参数5设计计算design calculation计算步骤14253根据能量守恒原则，在考虑一定热损失的情况下，计算各状态点参数；热平衡计算 计算单根热虹吸管总热阻，然后根据对数平均温差法，求得在汽化区需要的热虹吸管数量；汽化区换热计算

9、采用类似与热管换热器的压力降计算经验公式，求出三个腔体的压力降。压力降计算 包括对热虹吸管的管径选型，管子的排列和换热腔体的横截面积计算；几何参数设计 计算单根热虹吸管总热阻，然后根据对数平均温差法，求得在过热区需要的热虹吸管数量；过热区换热计算 5设计计算design calculation主要参数数值汽化器直径（m）0.68汽化器长度（m）2.5lng腔截面积（m2）/高度（m）0.12 / 0.2丙烷腔截面积（m2）/高度（m）0.12 / 0.17热源腔截面积（m2）/高度（m）0.12 / 0.2每排热虹吸管数量（根）16lng汽化区纵深排数（排）/数量（根）34 / 544ng过热区纵深排数（排）/数量（根）3 / 48lng侧压力降（pa）3587.9丙烷侧压力降（pa）922.3热源侧压力降（pa）145.7汽化器主要参数汇总6结 论conclusion1423 由于采用了中间换热流体丙烷，可以有效的避免冰点问题，从而在很大程度上提高了梯级汽化器的汽化效率，保证装置的稳定运行; 由于采用热虹吸管作为传热体，经过计算得出汽化器的结构尺寸相对同等汽化量的汽化器更小，适用于lng动力船; 热源来自船上主机缸套冷却循环水，避免了对海洋生态环境的影响，同时提高了热源的水质，降