缠绕管式换热器PPT学习教案

会计学1缠绕管式换热器缠绕管式换热器目录目录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、绕管式换热器第1页/共13页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第2页/共13页2绕管式换热器绕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间距。之保持一定的间距。第3页/共13页2绕管式换热器绕管式换热器绕管绕管式换式换热器热器优点优点缺点缺点结构紧凑，单位体积换热面积大。结构紧凑，单位体积换热面积大。100-170 m2/m3同时处理同时处理多股多股流体换热流体换热冷热端冷热端温差小温差小，传热，传热效率高效率高自行补偿自行补偿热膨胀热膨胀效应效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均匀性差壳程流体分布均匀性差对介质清洁度高对介质清洁度高制造成本高，难度大制造成本高，难度大第4页/共13页2绕管式换热器绕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，在横截面发生不平衡，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管。，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。管内流动几何模型在传热模型建立上，考虑弯曲率在传热模型建立上，考虑弯曲率和和扭转率扭转率对管内流动的影响。对管内流动的影响。结果表明，与弯曲率相比，扭转率对管内的流动影响极小。弯曲率使流动截面出现结果表明，与弯曲率相比，扭转率对管内的流动影响极小。弯曲率使流动截面出现两个两个旋转方向不同的旋转方向不同的漩涡漩涡，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。，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。第5页/共13页2绕管式换热器绕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动，即在换热管表面和换热管中间形成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，液膜越来越不完整，形态发生变化，如右图所示。，液膜越来越不完整，形态发生变化，如右图所示。2015年，上海交通大学建立了绕管式换热器壳侧降膜年，上海交通大学建立了绕管式换热器壳侧降膜蒸发过程中流动与传热的数值模型蒸发过程中流动与传热的数值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，提高传热系数的计算精度完善单相和多相传热模型，提高传热系数的计算精度第6页/共13页3大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器大型大型LNG绕管式换热器：绕管式换热器： 常温的天然气从换热器的底部进入管程，从常温的天然气从换热器的底部进入管程，从过冷的过冷的LNG从顶部流出，壳侧内的流体为制冷剂，且从顶从顶部流出，壳侧内的流体为制冷剂，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温度应力力流体均流体均布布传热效传热效率率管路复杂管路复杂度度绕管式绕管式优于优于板翅式板翅式第7页/共13页4大型大型LNG绕管式换热器绕管式换热器应用场合：应用场合：大型陆上天然气液化厂和大型大型陆上天然气液化厂和大型LNG-FPSO ( 浮浮式式 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/年增到年增到780 万吨万吨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：开封空分正在研发国内研究现状：开封空分正在研发200-300万吨万吨/年年LNG的的大大 型绕管式型绕管式第8页/共13页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传热计算算换热管换热管(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，密度在吨的镍，密度在吨/ m3镁镁 铝铝 合合 金：铝为基体，密度在吨金：铝为基体，密度在吨/m3，参有部分镁，参有部分镁， 密度约吨密度约吨/ m3 ，整体密度约为吨，整体密度约为吨/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第9页/共13页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：中心筒缠绕技术：芯体总层数是中心筒缠绕技术：芯体总层数是49层，为了解决芯体层，为了解决芯体受力不均匀受力不均匀问题，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。通过翼板把两个中心与壳体连接在一起。通过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+密封密封或或焊贴胀焊贴胀+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连接换热管与中心筒的连接：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第10页/共13页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传热计算算基础物性研究：基础物性研究：1 低温高压以及超临界条件下各组分的热物性研究；低温高压以及超临界条件下各组分的热物性研究；2 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；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；流动传热模型研究流动传热模型研究（考虑复杂相变）（考虑复杂相变）1 传热因子和阻力因子的计算；传热因子和阻力因子的计算；2 热负荷和温差动力之间的关系难以准确模拟，需进一步研究。热负荷和温差动力之间的关系难以准确模拟，需进一步研究。第11页/共13页谢谢！谢谢！第12页/共13页