检索结果-内蒙古大学图书馆

中国海上油气 2023年第2期35卷 168-183页

作者：陈杰中海石油气电集团有限责任公司北京100028 中海石油气电集团澳大利亚投资控股有限公司澳大利亚布里斯班12050

大型LNG/FLNG绕管换热器是FLNG和大型LNG生产建设的核心装备,技术门槛高,长期由美国APCI和德国Linde公司垄断。本文全面回顾了中国在大型LNG/FLNG绕管换热器研发和工业化应用方面的最新进展,主要包括:①构建了适用于烷烃工质冷凝与沸腾... 详细信息

大型LNG/FLNG绕管换热器是FLNG和大型LNG生产建设的核心装备,技术门槛高,长期由美国APCI和德国Linde公司垄断。本文全面回顾了中国在大型LNG/FLNG绕管换热器研发和工业化应用方面的最新进展,主要包括:①构建了适用于烷烃工质冷凝与沸腾流动的高精度数值模拟方法,提升了数值计算的准确性和稳定性,数值模拟结果与实验数据相对误差在±20%以内;揭示了晃动及结构参数对烷烃工质复杂相变流动传热的影响机制,建立了烷烃工质复杂相变流型转换准则与分流型的流动换热关联式;开发了具有自主知识产权的大型LNG/FLNG绕管换热器仿真设计软件,其仿真结果与现场运行数据平均相对误差小于5%。②研制了300 m以上超长无缝换热铝合金管及3种适用于LNG/FLNG绕管换热器的新型均布器,形成了基于铝换热管的大型LNG/FLNG绕管换热器结构优化设计技术,开发出了中国首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器,通过了CCS认证,并制定了相关企业标准。③搭建了全球首个LNG/FLNG绕管换热器工业化测试平台,完成了首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器静止和晃荡工业化应用测试,结果表明国产LNG/FLNG绕管换热器在换热等方面性能良好。相关研究成果为未来自主设计和建造大型LNG/FLNG绕管换热器奠定了基础。

关键词：南海 LNG FLNG 绕管换热器低温试验和模拟冷凝与沸腾流动相变流型转换准则流动换热关联式仿真设计软件铝换热管工业化测试平台

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绕管换热器计算方法研究及软件开发

绕管换热器计算方法研究及软件开发

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作者：栗俊芬郑州大学

学位级别：硕士

换热器作为各大行业普遍使用的设备,开发应用高效的换热器对于节约能源具有重大的意义。绕管换热器广泛用于低温甲醇洗装置、化工装置、天然气液化过程、空气分离过程等,具有广泛的应用前景。基于洛阳××有限公司芳烃异构化进... 详细信息

换热器作为各大行业普遍使用的设备,开发应用高效的换热器对于节约能源具有重大的意义。绕管换热器广泛用于低温甲醇洗装置、化工装置、天然气液化过程、空气分离过程等,具有广泛的应用前景。基于洛阳××有限公司芳烃异构化进料换热器改进项目,研究了单相流和两相流绕管换热器的传热和压降计算方法,并进行了设计计算软件开发。完成的主要工作及结论如下:（1）针对Schmidt.E.F计算方法中临界雷诺数中各层缠绕直径Ds需要反复带入计算的问题,提出了采用平均缠绕直径（?）代替Ds来计算管侧传热系数的方法;并对壳侧传热系数计算过程中的当量直径De和壳程有效质量流速Geff这两个关键参量的计算方法进行了改进,完善了单相流绕管换热器的传热和压降计算。为便于编程,同时兼顾绕管换热器自身结构的特殊性,提出了物性参数拟合公式法,并建立了绕管换热器独有的结构设计方法。（2）针对绕管换热器管内沸腾传热机理的复杂性的问题,在分析直管管内沸腾传热的基础上,用代表绕管换热器结构特点的参数—迪恩数D_n加以修正后,得到两相流绕管换热器管侧沸腾传热计算公式;对计算绕管换热器壳侧冷凝传热的***方法和Bays和McAdams方法进行了修正,并给出了其不同的适用工况;同时为提高物性参数计算的精确性,提出了能用于各种类型换热器设计计算的温度分段计算方法,并给出了各段温度点的求解方法。（3）在上述计算方法的基础上,使用VB编程语言对两相流绕管换热器设计计算进行了软件编制,软件编制过程中充分运用了VB编程的循环结构,大大缩减了代码的数量,并对每个步骤的计算创建了友好的可视化窗口,此外还建立VB和Word之间的链接,把设计计算结果保存到Word文档中,便于后期的验证和施工操作。洛阳××有限公司对软件进行了考核验证,并应用于工程中。工程应用结果表明,该软件的设计计算方法具有一定的可靠性。

关键词：绕管换热器两相流传热计算压降计算软件开发工程应用

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绕管换热器设计软件开发及优化研究

绕管换热器设计软件开发及优化研究

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作者：王明强郑州大学

学位级别：硕士

绕管换热器是一种特殊的紧凑型管壳式换热器，广泛应用于制药、食品、石油、化工、冶金、电力和纺织等行业。为了实现绕管换热器的程序化设计和结构优化，在理论研究的基础上开发了绕管换热器设计软件，并以MATLAB为平台基于遗传算法进... 详细信息

绕管换热器是一种特殊的紧凑型管壳式换热器，广泛应用于制药、食品、石油、化工、冶金、电力和纺织等行业。为了实现绕管换热器的程序化设计和结构优化，在理论研究的基础上开发了绕管换热器设计软件，并以MATLAB为平台基于遗传算法进行了优化设计，完成的主要工作及结论如下：\n （1）在结构设计的基础上，针对换热器有、无相变两种工况的工艺计算，提出了一种基于“换热面积”绕管换热器温度分段计算方法，该方法能有效减少设计步骤，实现了相变计算，物性参数计算更精确。\n （2）基于VB6.0编程语言，采用温度分段设计方法，开发出绕管换热器设计软件。采用物性参数拟合公式法，实现了计算机对数据的自动处理。\n （3）应用绕管换热器设计软件，按照炼油厂一般工况建立一个工程计算模型，分析各种结构参数对绕管换热器性能的影响，得出影响绕管换热器性能的主要因素是隔条厚度、同层轴向管间距和缠绕角：当换热量一定，换热面积分别随着a值、θ值和c值的增大而增大；管侧压降分别随着a值和c值的增大而增大，随着θ值的增大而减小；壳侧压降分别随着a值、θ值和c值的增大而减小。\n （4）基于Matlab遗传算法工具箱对绕管换热器进行优化设计，以总换热面积为目标函数，设计变量取缠绕角（10°~30°）、隔条厚度（0~10mm）和同层轴向管间距(0~10mm)。结果分析表明：遗传算法在绕管换热器优化过程中，能够较快且准确的寻找最优值组合，得到绕管换热器最优结构参数。\n （5）以洛阳33有限公司所设计的芳烃异构化进料换热器为例，通过两种不同的运行工况进行对比分析，验证软件设计结果的可靠性，优化设计结果与工程实例对比证明遗传算法在绕管换热器优化设计的可行性与优越性。\n 1）工程实例Ⅰ验证结果表明：软件设计结果与工程实例结果出口温度误差为0.67%，压降部分误差为2.22%，结构参数基本保持一致；当换热量一定时，优化后的换热面积从6400m2减小到4900.6m2，减小了约23.4%；\n 2）工程实例Ⅱ验证结果表明：软件设计结果与工程实例结果出口温度误差在0.33%以内，压降部分误差在0.63%以内，结构参数基本保持一致；当换热量一定时，优化后的换热面积从6400m2减小到5838.9m2，减小了约8.7%。

关键词：绕管换热器工艺计算软件开发优化设计

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绕管换热器管程气液两相螺旋流沸腾传热模拟与实验研究

绕管换热器管程气液两相螺旋流沸腾传热模拟与实验研究

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作者：刘少林郑州大学

学位级别：硕士

绕管式换热器是一种紧凑型管壳式换热器,具有传热效率高、存在离心力场、产生二次流等特性,其传热基本单元为螺旋管。螺旋管在传热传质、气液分离等领域广泛使用。现阶段螺旋管内工质流动换热的研究重点在于二次流、气相或液相单相流动... 详细信息

绕管式换热器是一种紧凑型管壳式换热器,具有传热效率高、存在离心力场、产生二次流等特性,其传热基本单元为螺旋管。螺旋管在传热传质、气液分离等领域广泛使用。现阶段螺旋管内工质流动换热的研究重点在于二次流、气相或液相单相流动、空气—水气液两相流传热及压降分析,但对螺旋管内沸腾传热机理及气液两相分布分析较少。因此,本文以绕管换热器为研究对象,采用单管模型,对螺旋管内沸腾换热进行理论和数值模拟研究,对沸腾状况下汽泡特性进行实验研究,主要研究内容及结论如下:（1）针对绕管换热器螺旋管内纯液体沸腾换热过程,基于分相流动模型,特别考虑粘性力、重力及离心力对传热过程的影响,建立了螺旋管内沸腾传热工况下气液两相二维流动几何模型和数学模型,对模型进行了相关物理假设,进而对二维流动控制方程进行了简化,求解了分相流模型下气膜速度及换热系数表达式,为绕管换热器螺旋管内沸腾换热计算提供了理论支持。（2）采用Fluent软件数值模拟方法,结合自定义函数（UDF）对螺旋管内沸腾工况时气液两相流的流动及传热状况进行了分析,主要研究了气液相的分布规律。结果表明,气相集中于螺旋管的内侧（靠近于中轴线的一侧）及上侧壁面处,在螺旋管的最下端,液体与气体分层存在;随着管长的增加,气相体积分数逐渐增大,且趋于均匀。此外,还分析了螺旋管结构参数对气相体积分数、压降及传热特性的影响,以及热流密度对壁面温度分布的影响。（3）在相同工况下,对比分析了螺旋管与水平管内沸腾传热过程的特点,即螺旋管内沸腾传热过程中存在二次流,需要引入迪恩数De来表示传热效果,基于模拟结果并通过多元非线性回归的方法,得出了螺旋管内沸腾传热流动过程的关联式Nutp（28）0.35DeEq0.7Prl0.65Xtt0.14Pi-0.16（Bo?10～4）0.23,与修正的chen关联式进行了对比分析,二者的平均绝对误差?为4.5%。（4）用单管模型处理螺旋管换热器,针对螺旋管内沸腾相变工况,提出基于“换热面积”的温度分段传热计算方法,根据螺旋管内工质的相态变化,将螺旋管分成液相段、气液两相段和气相段三部分,给出了每段管侧、壳侧端点温度的求解公式。对气液两相段进一步细分,分段求解对流传热过程,最终求出总换热面积。（5）设计并搭建了螺旋管内工质沸腾换热实验台,对内径为4mm、螺旋外径为20mm、螺距7mm的石英螺旋管内乙醇工质（C2H6O）沸腾时,汽泡运动特性进行了可视化研究,对传热流动特性进行分析,并与相同参数的螺旋管内工质沸腾模拟结果进行了对比,结果显示:传热系数的模拟值与实验值之间的相对误差为16～19%,进出口压力降模拟值与实验数据之间相差9%15%。二者吻合较好,证明了模拟方法的准确性。

关键词：绕管换热器沸腾换热气液两相流理论分析数值分析

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绕管换热器膜状凝结换热理论与实验研究

绕管换热器膜状凝结换热理论与实验研究

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作者：刘艳会郑州大学

学位级别：硕士

绕管换热器冷凝换热广泛应用于高能耗领域，受到绕管换热器结构复杂、实验成本和实验误差较大等客观因素的影响，该研究仍处于起步阶段，尤其是国内针对该研究的理论基础比较薄弱。因此，本文针对绕管换热器管内及壳侧膜状凝结换热进行... 详细信息

绕管换热器冷凝换热广泛应用于高能耗领域，受到绕管换热器结构复杂、实验成本和实验误差较大等客观因素的影响，该研究仍处于起步阶段，尤其是国内针对该研究的理论基础比较薄弱。因此，本文针对绕管换热器管内及壳侧膜状凝结换热进行理论和实验研究，主要研究内容及结论如下：\n （1）针对绕管换热器螺旋管内纯蒸汽膜状凝结换热过程，考虑粘性力、重力、离心力对换热的影响，建立了螺旋管内纯蒸汽膜状凝结换热的分层流理论模型，通过理论分析，得到了液膜厚度和换热系数的求解方法，为绕管换热器管内膜状凝结换热的研究提供理论支持。\n （2）搭建了绕管换热器管内膜状凝结换热实验台，通过实验得到了不同蒸汽流量下管内膜状凝结换热系数。把Kang的关联式计算结果、本文实验结果与上述理论模型的计算结果进行对比，结果表明：冷凝换热系数随蒸汽流量的增加而增加，且本文理论模型的计算值与实验值的相对误差在15%之内，验证了本文中提出的计算模型的准确性，可用于绕管换热器管内膜状凝结的换热计算。\n （3）针对绕管换热器壳侧纯蒸汽膜状凝结换热过程，以Nusselt层流竖壁膜状凝结理论为基础，建立螺旋管外蒸汽膜状凝结换热的均相流模型，针对是否考虑离心力等换热影响因素，分别建立两种不同的数学模型，对其换热特性进行了研究，得到首层液膜厚度和对流换热系数的求解公式。考虑管束效应，基于Nusselt提出的单组份工质在管束外冷凝换热系数的计算模型，得到了绕管换热器壳侧膜状凝结换热理论计算公式，对公式进一步简化处理，可应用于大型绕管换热器壳侧换热系数计算。\n （4）将Bays和McAdams的关联式计算结果、实验结果与理论模型的计算结果进行对比，结果分析表明：本文建立的两个理论模型得到的计算值与实验值的相对误差分别为7.48%（忽略离心力）、3.05%（考虑离心力），Bays和McAdams的关联式计算值与实验值的相对误差为61.3%。验证了本文提出的理论模型的正确性，该理论模型可用于蒸汽的膜状凝结换热的研究。

关键词：绕管换热器膜状凝结换热系数分层流理论

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绕管换热器在高温高压气田的创新应用

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海洋工程装备与技术 2019年第S01期6卷 110-115页

作者：高安泰李福星中海石油(中国)有限公司湛江分公司

近年来,随着海洋石油工业的进一步发展,在海洋石油平台应用绕管换热器,具有高效换热和结构紧凑等技术优点,对于简化海上处理工艺,缩小平台面积,节约平台建设投资,提高海上油气田开发效益有着越来越重要的意义。东方某气田项目在新建平... 详细信息

近年来,随着海洋石油工业的进一步发展,在海洋石油平台应用绕管换热器,具有高效换热和结构紧凑等技术优点,对于简化海上处理工艺,缩小平台面积,节约平台建设投资,提高海上油气田开发效益有着越来越重要的意义。东方某气田项目在新建平台创新应用绕管换热器获得成功,对未来新开发项目中绕管换热器的应用推广,有一定的借鉴意义。

关键词：绕管换热器高效换热海洋平台节约投资创新应用

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双股流绕管换热器工艺计算方法及结构设计研究

双股流绕管换热器工艺计算方法及结构设计研究

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作者：王超郑州大学

学位级别：硕士

绕管换热器是一种结构紧凑，换热效率高的管壳式换热器，应用前景广阔。但目前国内对绕管换热器设计缺少理论依据，计算方法准确性偏低，双股流绕管换热器更是缺少相关的研究。本文在前人的基础上，对双股流绕管换热器工艺计算方法和结... 详细信息

绕管换热器是一种结构紧凑，换热效率高的管壳式换热器，应用前景广阔。但目前国内对绕管换热器设计缺少理论依据，计算方法准确性偏低，双股流绕管换热器更是缺少相关的研究。本文在前人的基础上，对双股流绕管换热器工艺计算方法和结构设计进行了研究，研究内容和得到的结论如下：\n （1）针对双股流绕管换热器的布管方式，提出了分开布置和交叉布置两种布管方式，为了对比两种布管方式在传热性能方面的优劣，通过数值模拟方法对其进行了研究，结果表明交叉布管的换热温差更加均匀，换热效率更高。\n （2）针对不带相变的双股流绕管换热器工艺计算，建立了双股流绕管换热器计算模型，提出了独立计算各个管程换热量和换热面积的方法。针对不能确定出口温度的设计工况，提出了以双股流绕管换热器各管程的换热面积与换热管数成正比为判据的假设迭代计算方法。\n （3）针对带相变的双股流绕管换热器工艺计算，建立了双股流绕管换热器双侧相变换热的计算模型，提出了基于相变点的双股流绕管换热器分段计算方法。针对不同的设计工况，在建立分段计算模型的基础上，以双股流绕管换热器各管程的换热面积与换热管数成正比作为迭代计算判据，计算各分段点处管程和壳程工质的待定温度，以及各分段的物性参数、（对数）平均温差和换热面积，最终分别加和得到各管程的总换热面积。\n （4）为了验证本文提出的双股流绕管换热器结构设计方法和工艺计算方法的准确性，对工程实例1进行了校核计算，准确的计算结果验证了本文提出的假设迭代计算方法，结构设计方法和对流换热系数计算方法的可行性和准确性；对工程实例2进行了设计计算，可方便而准确地得到设计结构，验证了分段计算方法的正确性和可行性。

关键词：绕管换热器布管方式传热性能工艺计算结构设计

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混合工质制冷绕管换热器的设计和实验研究

混合工质制冷绕管换热器的设计和实验研究

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作者：李京瑶中国科学院大学

学位级别：硕士

绕管换热器由于采用螺旋管缠绕，空间利用率高，在结构上较为紧凑，比直管有更高的传热系数和换热效率，管末端的自由弯曲段使传热管的热膨胀可自行补偿，适应性及可靠性更好，因此在天然气液化、空气分离、低温甲醇洗等工业领域中得到... 详细信息

绕管换热器由于采用螺旋管缠绕，空间利用率高，在结构上较为紧凑，比直管有更高的传热系数和换热效率，管末端的自由弯曲段使传热管的热膨胀可自行补偿，适应性及可靠性更好，因此在天然气液化、空气分离、低温甲醇洗等工业领域中得到广泛应用。由于绕管换热器的工作机理复杂，特别是在混合工质制冷过程中，传热流动更加复杂，设计方法相对缺乏，因此，本文针对混合工质制冷绕管换热器的理论设计和实验开展了研究工作。本文的主要工作如下:\n 1.绕管换热器的设计计算模型\n 建立了绕管换热器的几何模型，汇总了绕管换热器常用的传热模型和压降模型，获得了绕管换热器的设计方法。在此方法之上，基于微元分段法使用MATLAB编程软件编写了用于多股流绕管换热器的设计软件。并使用该软件对文献中的一台用于低温甲醇洗的绕管换热器进行验证。验证结果表明该模型以及该软件具有可用性。对绕管换热器的几何参数进行影响分析:通过研究几何参数对传热系数、压降以及传热压降系数EK的影响，为绕管换热器选取合适的几何参数提供参考。\n 2.绕管换热器的设计与研制\n 本文针对混合工质制冷的特定工况，设计加工了一台绕管换热器，壳侧低压制冷剂作为冷流，管侧高压制冷剂和原料气作为热流。由于管内流体发生冷凝，流速减小，为了确保管内爬升流速不会太低，传热管和壳体均采用变径设计。采用φ6 mm*0.7 mm，长10.2 m的铜管和φ4 mm*0.5 mm，长8米的铜管焊接成一根变径管，用56根相同变径管加工绕制成一台三股流变径绕管换热器，高度为2.2米，壳体外径分别为φ219 mm和φ133 mm。同时介绍了绕管换热器的具体制作过程和加工流程，对绕管换热器的设计和加工工艺存在的问题进行了总结。\n 3.绕管换热器的实验研究\n 搭建了实验系统和测量系统，对绕管换热器进行了实验研究，得到以下实验结果:\n (1)实验过程中对主冷绕管换热器节流后初步获得了110K的无负荷制冷温度。达到了液化天然气温度，可用于天然气液化流程，为小型天然气液化绕管换热器的设计提供了参考。\n (2)实验中绕管换热器在110K低温时的管侧压降和壳侧压降均在20 kPa左右，与设计允许压降偏差很小，说明本文对绕管换热器的设计满足压降要求。\n (3)从制冷效果来看，绕管换热器设计制作还有很大的改进空间，主要问题可能存在于加工制作、混合工质与换热器匹配问题等多个方面，后续工作仍在进行。

关键词：绕管换热器混合工质制冷几何参数微元分段优化设计

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绕管换热器中的温度交叉分析及解决实践

引用

大氮肥 2024年第6期47卷 415-418页

作者：吴德民中石化宁波工程有限公司浙江宁波315103

通过工程实际案例解决绕管换热器温度交叉问题。通过温度—热负荷复合曲线分析了某台绕管换热器存在工艺温度交叉,对工艺流程局部参数进行调整,使绕管换热器具有了合理的传热温差;通过工艺换热网络分析,结合钢制绕管换热器多流股必须在... 详细信息

通过工程实际案例解决绕管换热器温度交叉问题。通过温度—热负荷复合曲线分析了某台绕管换热器存在工艺温度交叉,对工艺流程局部参数进行调整,使绕管换热器具有了合理的传热温差;通过工艺换热网络分析,结合钢制绕管换热器多流股必须在同等位置高度进入换热器的特性,提出绕管换热器设置组合方案,并结合设备选材和道路运输等因素完成对绕管换热器的设计。

关键词：绕管换热器温度—热负荷复合曲线温度交叉换热网络

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高效绕管换热器在连续重整装置中的应用

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中国石油和化工标准与质量 2017年第15期37卷 111-112,114页

作者：薛林锋江阴金童石化装备有限公司江苏无锡214400

连续重整装置中的重整进料产物换热器为该工艺装置的核心设备,传统的工艺一般采用板壳式换热器,板壳换热器对开工、停工要求较高,并在运行中容器产生多种失效模式。本文介绍了高效绕管换热器的特点及在河北鑫海化工集团有限公司连续重... 详细信息

连续重整装置中的重整进料产物换热器为该工艺装置的核心设备,传统的工艺一般采用板壳式换热器,板壳换热器对开工、停工要求较高,并在运行中容器产生多种失效模式。本文介绍了高效绕管换热器的特点及在河北鑫海化工集团有限公司连续重整装置60万吨/年轻烃改质装置重整进料产物换热器改造为绕管换热器的成功应用情况。

关键词：绕管换热器连续重整重整进料产物改造应用

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