演示课件缠绕管式换热器.ppt
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在传热模型建立上，考虑弯曲率和扭转率对管内流 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两个旋转方向不同 的漩涡，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。
..........
管内流动几何模型
6
2绕管式换热器
壳侧传热与流动研究
特点：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液膜。 由于制冷剂的干度逐渐增加，液膜越来越不 完整，形态发生变化，如右图所示。
..........
10
4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
结构
连接技术
换热管和管板连接： 强度胀接+密封或焊贴胀+强度焊; 连接性能检验：拉脱、连接和低温
换热管与中心筒的连接：铝垫条无法直接固定在中心筒上， 第一层管仅作为垫条固定使用
热负荷均匀 预冷段、液化段和过冷段热负荷合理分配，互相协调
绕管式换热器
姓名：石 倩
..........
1
目录
1、换热器传热方式 2、绕管式换热器 3、大型LNG绕管式换热器
..........
2
1换热器传热方式
按照传热方式分类 1）直接接触式
热流体
冷流体
2）间壁式
管壁
3）蓄热式
蓄热室
..........
冷热流体直接相容 传热效率高
冷热流体通过管壁传热 冷热流体不接触
液化能力：液化能力已经由最初的100万吨LNG/年增到780 万吨LNG/年。
国外研究现状：年产大于780万吨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
国内研究现状：开封空分正在研发200-300万吨/年LNG的大 型绕管式
..........
9
4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
应力载荷均匀
中心筒缠绕技术：芯体总层数是49层，为了解决芯体受力
不均匀问题，在缠绕到第35层时增加第二个中心筒。通过
翼板把两个中心与壳体连接在一起
..........
11
4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
传热计算
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； 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；
流动传热模型研究（考虑复杂相变） 1 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。
..........
12
谢谢！
..........
13
冷热流体间接传热 传热不同时
3
2绕管式换热器
绕管式换热器：பைடு நூலகம்
在芯筒与外筒之间的空间 内将传热管按螺旋线形状交 替缠绕而成，相邻两层螺旋 状传热管的螺旋方向相反， 并采用一定形状的定距件使 之保持一定的间距。
..........
4
2绕管式换热器
优点
结构紧凑，单位体 积换热面积大。 100-170 m2/m3 同时处理多股流体 换热
绕管式优于板翅式
管路复杂度
大型LNG绕管式换热器： 常温的天然气从换热器的底部进入管程，从
过冷的LNG从顶部流出，壳侧内的流体为制冷剂，且从顶 部进入。
..........
8
4大型LNG绕管式换热器
应用场合：大型陆上天然气液化厂和大型LNG-FPSO ( 浮式 生产储存卸货装置)中的主低温换热器。
材料
结构
传热计算
换热管
(高负荷) (耐低温)
管板 (适应性)
国内 空白
重量 铜或奥氏体不锈钢
制造
镁铝合金
奥氏体不锈钢：18%的铬，8%的镍，密度在7.6-8吨/ m3
镁碳钢铝或奥合氏金体：不铝锈为钢基体，密度在2.7吨镁/m铝3，合参金有部分镁， 密度约1.7吨/ m3 ，整体不密锈度钢约复为合2镁.15铝吨合/m金3； 强度高、塑性好和便于加工等优点。
2015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 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
完整 液膜流
传热效率降低
柱状 液膜流
滴状 液膜流
..........
7
3大型LNG绕管式换热器
单线产能在300万吨/年以上时 温度应力 流体均布 传热效率
冷热端温差小，传 热效率高
自行补偿热膨胀效 应
绕管式 换热器
缺点
传热计算复杂
流动阻力大
壳程流体分布 均匀性差
对介质清洁度 高 制造成本高， 难度大
..........
5
2绕管式换热器
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惯性力和离心力不平衡，在横截面发生 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。
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旋转方向不同 的漩涡，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。
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管内流动几何模型
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2绕管式换热器
壳侧传热与流动研究
特点：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液膜。 由于制冷剂的干度逐渐增加，液膜越来越不 完整，形态发生变化，如右图所示。
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4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
结构
连接技术
换热管和管板连接： 强度胀接+密封或焊贴胀+强度焊; 连接性能检验：拉脱、连接和低温
换热管与中心筒的连接：铝垫条无法直接固定在中心筒上， 第一层管仅作为垫条固定使用
热负荷均匀 预冷段、液化段和过冷段热负荷合理分配，互相协调
绕管式换热器
姓名：石 倩
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目录
1、换热器传热方式 2、绕管式换热器 3、大型LNG绕管式换热器
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1换热器传热方式
按照传热方式分类 1）直接接触式
热流体
冷流体
2）间壁式
管壁
3）蓄热式
蓄热室
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冷热流体直接相容 传热效率高
冷热流体通过管壁传热 冷热流体不接触
液化能力：液化能力已经由最初的100万吨LNG/年增到780 万吨LNG/年。
国外研究现状：年产大于780万吨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
国内研究现状：开封空分正在研发200-300万吨/年LNG的大 型绕管式
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4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
应力载荷均匀
中心筒缠绕技术：芯体总层数是49层，为了解决芯体受力
不均匀问题，在缠绕到第35层时增加第二个中心筒。通过
翼板把两个中心与壳体连接在一起
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4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
传热计算
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； 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；
流动传热模型研究（考虑复杂相变） 1 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。
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谢谢！
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13
冷热流体间接传热 传热不同时
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2绕管式换热器
绕管式换热器：பைடு நூலகம்
在芯筒与外筒之间的空间 内将传热管按螺旋线形状交 替缠绕而成，相邻两层螺旋 状传热管的螺旋方向相反， 并采用一定形状的定距件使 之保持一定的间距。
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2绕管式换热器
优点
结构紧凑，单位体 积换热面积大。 100-170 m2/m3 同时处理多股流体 换热
绕管式优于板翅式
管路复杂度
大型LNG绕管式换热器： 常温的天然气从换热器的底部进入管程，从
过冷的LNG从顶部流出，壳侧内的流体为制冷剂，且从顶 部进入。
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4大型LNG绕管式换热器
应用场合：大型陆上天然气液化厂和大型LNG-FPSO ( 浮式 生产储存卸货装置)中的主低温换热器。
材料
结构
传热计算
换热管
(高负荷) (耐低温)
管板 (适应性)
国内 空白
重量 铜或奥氏体不锈钢
制造
镁铝合金
奥氏体不锈钢：18%的铬，8%的镍，密度在7.6-8吨/ m3
镁碳钢铝或奥合氏金体：不铝锈为钢基体，密度在2.7吨镁/m铝3，合参金有部分镁， 密度约1.7吨/ m3 ，整体不密锈度钢约复为合2镁.15铝吨合/m金3； 强度高、塑性好和便于加工等优点。
2015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 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
完整 液膜流
传热效率降低
柱状 液膜流
滴状 液膜流
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3大型LNG绕管式换热器
单线产能在300万吨/年以上时 温度应力 流体均布 传热效率
冷热端温差小，传 热效率高
自行补偿热膨胀效 应
绕管式 换热器
缺点
传热计算复杂
流动阻力大
壳程流体分布 均匀性差
对介质清洁度 高 制造成本高， 难度大
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5
2绕管式换热器
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惯性力和离心力不平衡，在横截面发生 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。