检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：孙崇正中国石油大学(华东)

学位级别：博士

浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG,又称LNG-FPSO)是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置,具有开采、装卸、预处理、液化和储存天然气等多种功能。冷剂流动受海浪倾斜晃荡的影响,其关键设备绕管式换热器会存在液体偏流现象,导致换热... 详细信息

浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG,又称LNG-FPSO)是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置,具有开采、装卸、预处理、液化和储存天然气等多种功能。冷剂流动受海浪倾斜晃荡的影响,其关键设备绕管式换热器会存在液体偏流现象,导致换热不充分,进而影响液化工艺的性能指标。本文通过实验和数值模拟相结合的方法研究FLNG混合制冷剂液化工艺及其关键设备绕管式换热器的运行可靠性问题,为绕管式换热器的设备选型和结构优化提供依据。主要研究内容及结论如下:(1)为了研究海况对绕管式换热器管侧和壳侧压降性能的影响,搭建了两套实验装置用于三台绕管式换热器的压降性能测试。一套为基于混合制冷剂液化工艺的低温实验装置,研究晃荡对管侧和壳侧两相压降性能的影响;一套为常温实验装置,研究晃荡对壳侧气相压降性能的影响。通过实验数据在Neeraas模型的基础上优化了绕管式换热器壳侧压降计算模型,优化后的模型计算误差在±15%以内;晃荡条件下优化后的平均压降计算模型也有较好的计算精度。通过实验得到了管侧天然气、气相冷剂、液相冷剂、壳侧气相冷剂和两相冷剂压降波动的最大增量分别为5.01%、52.50%、13.97%、10.17%和34.39%,为FLNG液化工艺中绕管式换热器压降的计算提供依据。(2)为了研究不同海上晃荡形式、晃荡幅度、晃荡周期和天然气处理量对绕管式换热器换热性能的影响,搭建了以绕管式换热器为主低温换热器的混合制冷剂液化工艺实验装置,同时建立了多组分多相态多股流并行换热计算模型。研究结果表明,与艏摇和平移工况相比,纵摇对绕管式换热器的换热性能影响较大,且随着晃荡幅度和天然气处理量的增大,影响不断增大。实验得到绕管式换热器受纵摇影响的临界点,当纵摇角度小于7°时(周期10秒),天然气出口温度增量均小于1℃,纵摇工况对绕管式换热器换热性能影响较小。而在纵摇幅度为7°的海况下,天然气出口温度增加了3.22℃。(3)针对海况对以绕管式换热器为主换热器的混合制冷剂液化工艺系统的影响,基于HYSYS软件,建立了混合制冷剂天然气液化工艺的动态模型,将海况下绕管式换热器换热性能变化作为动态扰动条件,研究海况条件对液化工艺系统比功耗等参数的影响。研究表明,当纵摇周期为10秒,纵摇角度不超过6°时,混合制冷剂液化工艺的天然气处理量、比功耗和LNG节流降压后气相摩尔分数的波动幅度均在4%以内,因此将纵摇角度大于6°海况作为以绕管式换热器为主换热器的FLNG混合制冷剂液化工艺的失效边界条件。(4)为了研究不同雷诺数、管径、管间距和倾斜海况对烷烃类介质降膜流动管间流型与液膜厚度等参数的影响,搭建了降膜流动可视化实验装置,结合高速摄像进行降膜流动可视化实验研究;同时基于耦合的VOF和Level Set两相流模型和动网格技术,进行降膜流动的数值模拟研究。研究结果表明,除2mm管间距外,管外降膜流动流型随雷诺数的增大依次呈现滴状流、滴柱状流、柱状流、扇柱状流和扇状流。基于实验和数值模拟结果,得到降膜流动的流型演化规律,并拟合了液膜厚度计算关联式。在Re=340,倾斜9°工况下,管壁出现干涸现象,管外径D=8mm、管间距S=4mm结构的干涸区域所占单元体总面积的8.56%。调整圆管的管径D和管间距S不能有效地降低海况对FLNG绕管式换热器壳侧降膜流动的影响。(5)通过可视化实验和数值模拟相结合的方法,对异型管外烷烃类介质降膜流动过程进行了研究,分析了不同雷诺数、管型(螺纹波管、方波管和波纹管)和倾斜海况对降膜流动特性的影响,得到异型管外降膜流动的流型演化规律。研究结果表明,与螺纹波管和方波管相比,波纹管管外降膜流动的液膜均匀性较好。在倾斜海况下(6°和9°),轴向直径差为2mm的波纹管间流型稳定,并且均未出现管壁表面大量干涸的现象,因此在FLNG绕管式换热器中推荐采用轴向直径差为2mm的波纹管。

关键词： FLNG 天然气液化工艺绕管式换热器晃荡降膜流动

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LNG绕管式换热器壳程对流换热数值模拟

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油气储运 2019年第6期38卷 697-703页

作者：董龙飞李玉星韩辉中国石油大学胜利学院中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院

绕管式换热器是天然气液化的核心设备,其换热性能的优劣严重影响液化工艺水平。基于绕管式换热器的结构及特性,采用Fluent软件,对LNG绕管式换热器壳程单相混合冷剂的对流换热进行了数值模拟。结果表明:换热管管径是影响壳侧换热的重要因... 详细信息

绕管式换热器是天然气液化的核心设备,其换热性能的优劣严重影响液化工艺水平。基于绕管式换热器的结构及特性,采用Fluent软件,对LNG绕管式换热器壳程单相混合冷剂的对流换热进行了数值模拟。结果表明:换热管管径是影响壳侧换热的重要因素,壳侧换热系数、壳侧冷剂压降均随换热管管径、壳侧冷剂质量流量的增大而增大。模拟结果与已有实验值的偏差均控制在20%以内,二者具有较高的匹配性,说明采用新建立的数值模拟模型用于绕管式换热器换热性能研究具有可行性。

关键词： LNG 绕管式换热器壳程对流混合冷剂

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LNG绕管式换热器壳程两相降膜换热的数值模拟

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石油化工高等学校学报 2020年第5期33卷 80-85页

作者：董龙飞刘坤中国石油大学胜利学院油气工程学院山东东营257061

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换... 详细信息

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换热器壳侧换热系数随质量流量的增大而增大,随缠绕角和换热管间距的增大而减小,随换热管管径的增大而增大。

关键词：绕管式换热器两相壳侧对流换热系数

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LNG绕管式换热器壳侧单相传热模型的优化

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制冷学报 2015年第2期36卷 21-26页

作者：季鹏李玉星朱建鲁王武昌中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院青岛266580

天然气液化工艺中绕管式换热器的壳侧热力计算是当前亟待解决的问题之一,针对低温工况下壳侧传热模型的研究尚不多见,需要选取出适用的传热模型准确计算传热系数,为天然气液化工艺中绕管式换热器的设计选型和热力校核提供依据。本文比... 详细信息

天然气液化工艺中绕管式换热器的壳侧热力计算是当前亟待解决的问题之一,针对低温工况下壳侧传热模型的研究尚不多见,需要选取出适用的传热模型准确计算传热系数,为天然气液化工艺中绕管式换热器的设计选型和热力校核提供依据。本文比较分析了现有壳侧单相传热模型的优缺点,结合绕管式换热器壳侧低温实验数据,筛选出了适用于天然气液化预冷段的壳侧传热模型,并进行了优化。结果表明:对于天然气液化预冷段的壳侧传热系数计算,Abadzic传热模型计算精度最高、偏差范围最小、适用性最佳;Abadzic传热模型粘度修正后计算精度提高约50%,天然气液化预冷段的粘度修正系数可估算为1.05。

关键词：传热系数绕管式换热器液化天然气壳侧

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两种型式绕管式换热器传热性能试验研究

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压力容器 2018年第3期35卷 8-13页

作者：刘少林吴金星田倩卉郑州大学化工与能源学院节能技术研究中心河南郑州450001

Y型和K型绕管式换热器是管侧与壳侧的进出口结构不同的两种换热器,用试验方法对两种型式绕管式换热器进行了水和水蒸气的换热性能对比研究。试验中保持管侧蒸汽的体积流量不变,调节壳侧水的Re变化范围为2800~13000。试验结果表明,在试... 详细信息

Y型和K型绕管式换热器是管侧与壳侧的进出口结构不同的两种换热器,用试验方法对两种型式绕管式换热器进行了水和水蒸气的换热性能对比研究。试验中保持管侧蒸汽的体积流量不变,调节壳侧水的Re变化范围为2800~13000。试验结果表明,在试验范围内和相同Re条件下,Y型换热器具有更大的总传热系数、更低的壳侧压降、更高的壳侧对流换热系数,其最大值分别比K型大17.9%、低61%、高11.6%;以K型绕管式换热器为基准,Y型绕管式换热器的综合传热评价因子PEC在试验Re范围内均大于1,说明Y型绕管式换热器的综合传热性能始终优于K型绕管式换热器。

关键词：绕管式换热器进出口结构传热性能试验研究

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大型绕管式换热器气液均布器流体分配特性试验研究

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流体机械 2023年第8期51卷 1-6,48页

作者：张晓慧花亦怀苏清博姜益强中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心北京100028 哈尔滨工业大学哈尔滨150001

针对LNG/FLNG大型绕管式换热器壳侧空间气液两相流体不均匀性造成的换热性能衰减问题,提出了一种适用于大型绕管式换热器的环管式均布器,并设计搭建了均布特性研究试验平台,研究不同流动条件下,沿径向、周向每个通道流量的比例系数和离... 详细信息

针对LNG/FLNG大型绕管式换热器壳侧空间气液两相流体不均匀性造成的换热性能衰减问题,提出了一种适用于大型绕管式换热器的环管式均布器,并设计搭建了均布特性研究试验平台,研究不同流动条件下,沿径向、周向每个通道流量的比例系数和离散系数,并对有无均布器条件下的流体分配情况进行了对比。结果表明,流体分布随着流量增大而更加均匀,气相分布均匀性优于液相,气液两相周向分布均匀,径向分布由内至外两相质量流量逐渐减少,最内圈流量约为外圈流量的1.2倍,两相体积流量由内至外有所增大,最外圈流量约为内圈流量的1.5倍;放置均布器后,两相体积流量离散系数最大可以减小64%,两相质量流量离散系数最大可以减小57%。研究成果可为LNG/FLNG大型绕管式换热器均布器结构设计提供参考,有利于进一步提高均布效果。

关键词：绕管式换热器气液均布器试验研究壳侧流体分配

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绕管式换热器壳侧冷剂流体均配性能模拟研究

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节能技术 2020年第5期38卷 476-480,F0003页

作者：鹿来运姜益强汪耀龙花亦怀刘凯月郑文科中海石油气电集团有限责任公司北京100027 哈尔滨工业大学建筑学院黑龙江哈尔滨150090 寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150001

绕管式换热器是天然气液化的主低温换热器,绕管式换热器壳侧冷剂流体的均配性能严重影响换热器的换热效率。为此本文建立了绕管式换热器仿真模型,利用FLUENT软件进行数值模拟研究,分析了不同流量及干度工况下壳侧两相冷剂流体流动的均... 详细信息

绕管式换热器是天然气液化的主低温换热器,绕管式换热器壳侧冷剂流体的均配性能严重影响换热器的换热效率。为此本文建立了绕管式换热器仿真模型,利用FLUENT软件进行数值模拟研究,分析了不同流量及干度工况下壳侧两相冷剂流体流动的均配特性。模拟结果表明:干度小于0.5时,流体分配随流量增大而更均匀,径向上内、外侧质量流量较中间多;干度大于等于0.5时,流体均配程度基本稳定,随流量增加变化较小,径向上由内至外两相质量流量减少;质量流量不变时,流体分配随干度减少而更均匀。

关键词：绕管式换热器环形均流器模拟研究流动均配性两相流动离散系数

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绕管式换热器壳侧流场流动与传热的数值模拟研究

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压力容器 2015年第11期32卷 40-46页

作者：阳大清周红桃国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心广东广州510530 华南理工大学环境与能源学院广东广州510006

基于流体动力学数值模拟软件Fluent的应用,分别选取了标准k-ε模型、RNG k-ε模型对绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流进行数值模拟。分析了绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流传热过程的换热系数和压力降梯度,并与Fredheim试验结果进行比较... 详细信息

基于流体动力学数值模拟软件Fluent的应用,分别选取了标准k-ε模型、RNG k-ε模型对绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流进行数值模拟。分析了绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流传热过程的换热系数和压力降梯度,并与Fredheim试验结果进行比较。结果表明:绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流传热过程的数值模拟结果与试验结果相符,换热系数为200~1000 W/(m^2·K),压力降梯度为500~5000 Pa/m,误差为±20%,验证了数值模拟计算方法的准确性。

关键词：数值模拟绕管式换热器过热蒸汽流换热系数压力降梯度

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绕管式换热器管板有限元应力分析

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石油和化工设备 2016年第8期19卷 10-13页

作者：占双林冯义浩李肖蔚中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司北京100085

由于绕管式换热器管板计算尚无成熟的方法和标准,本文采用有限元应力分析法对绕管式换热器管板进行了分析计算,得到了其受力特性和应力分布规律,并对该管板进行了应力强度评定。

关键词：绕管式换热器管板有限元应力分析

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绕管式换热器在天然气处理装置中的应用分析

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建材与装饰 2014年第41期 151-152页

作者：王勇勇吴付洋王顺喜王有杰长庆油田分公司第三采气厂内蒙古鄂尔多斯市 017300 北京强度环境研究所北京市 100076

绕管式换热器是一种较为理想的换热器，当前，其在天然气处理装置中的应用逐渐增多。与板翅式和螺旋板换热器相比，绕管式换热器的结构较为特殊，且具有多方面的优势，如换热效率高、可实现多种介质的换热、结构紧凑等。绕管式换热器可... 详细信息

绕管式换热器是一种较为理想的换热器，当前，其在天然气处理装置中的应用逐渐增多。与板翅式和螺旋板换热器相比，绕管式换热器的结构较为特殊，且具有多方面的优势，如换热效率高、可实现多种介质的换热、结构紧凑等。绕管式换热器可用于特殊环境，对温度、压力适用范围较广。本文对绕管式换热器的结构特点进行了分析，阐述了其工作原理，并对其具体应用进行分析。

关键词：绕管式换热器天然气处理装置低换热温差

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