LNG空温式气化器换热计算研究

论文摘要

空温式气化器以其节能环保的优点,在液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)气化站已经得到了广泛应用,近年来在大型的LNG接收终端也开始使用空温式气化器来实现LNG的气化。但是在LNG空温式气化器的运行中,由于空气侧的温度降低,换热管壁上容易结霜,且冷空气与周围环境中的空气混合时会产生雾气,并且该类型气化器的运行工况受环境的影响较大,以上问题的存在均会对气化器的换热效果产生影响,严重时会导致气化器出口的NG温度较低或气化不完全。本文对LNG空温式气化器单根翅片管的换热过程进行计算,以分析沿管长方向的换热强度以及温度分布。文章首先介绍了国内外对空温式气化器和流体管内沸腾换热的研究现状,介绍了管内两相流和沸腾换热的理论知识。根据我国进口LNG的组分特点,选定LNG的气样组成。根据混合物的热物性计算模型并利用特定的混合规则,编程计算了LNG(NG)混合物在不同温度下的热物性参数,这是进行后续换热计算的基础。根据泡点和露点的定义,编程计算所选气样的泡点与露点温度,根据此温度将LNG在翅片管内的气化过程分为单相液、两相与单相气三个区。根据物性参数计算方法和由空气侧到管内流体侧换热的理论,建立各区中翅片管换热的数值模型,应用Matlab软件计算出了各区的长度以及管内换热系数、管内流体温度和管壁温度等参数沿翅片管长的分布情况。在单相液(气)区,根据管内强制对流换热关联式来计算LNG(NG)的换热过程,在两相区,通过对已有的沸腾换热关联式进行比较,选择Klimenko换热关系式来表示管内的相变换热过程。最后根据上述的计算方法,文章还分析讨论了LNG组分以及管外空气侧温度变化对翅片管换热的影响,结果发现随着气样中甲烷的含量的增加,翅片管各区的换热均增强;空气侧温度越高翅片管的总体换热效果越强,空气温度每上升10K,完成气化所需翅片管长度约缩短2m。本文对翅片管的换热进行计算,所应用的研究方法和得出的结论可以为LNG空温式气化器的设计和运行调节提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 LNG 气化站简介
• 1.2.1 LNG 气化站的工艺流程
• 1.2.2 LNG 气化站的主要工艺分析
• 1.3 国内外同类课题的研究现状
• 1.3.1 换热管结霜研究
• 1.3.2 流动沸腾换热研究
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 两相流与对流沸腾换热
• 2.1 概述
• 2.2 气液两相流的流型
• 2.3 气泡热力、动力学
• 2.3.1 气泡形成的热力条件
• 2.3.2 气泡动力学
• 2.4 流动沸腾换热
• 2.4.1 流动沸腾特性曲线
• 2.4.2 流动沸腾过程分析
• 2.5 管内流动沸腾换热关联式
• 2.5.1 J.C.Chen 关联式
• 2.5.2 Shah 关联式
• 2.5.3 Klimenko 关联式
• 2.5.4 缺液区传热
• 2.6 本章小结
• 第3章 天然气热物性计算
• 3.1 气样组成
• 3.2 泡点和露点温度的计算
• 3.3 混合物热物性计算的方法
• 3.4 天然气热物性计算
• 3.4.1 LNG 热物性计算
• 3.4.2 气态天然气热物性计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 气化器换热模拟
• 4.1 空温式气化器的操作参数
• 4.2 LNG 气液两相流特点分析
• 4.2.1 LNG 气化特点分析
• 4.2.2 LNG 气化机理分析
• 4.3 空温式气化器传热模拟计算
• 4.3.1 换热模拟的简化假设
• 4.3.2 单相液/气段换热计算
• 4.3.3 两相段换热计算
• 4.3.4 翅片管换热计算总结
• 4.4 本章小结
• 第5章 气化器换热影响因素分析
• 5.1 组分变化的影响
• 5.1.1 分析组分变化的原因
• 5.1.2 不同气样泡点与露点温度计算
• 5.1.3 不同气样单相液段换热计算
• 5.1.4 不同气样单相气段换热计算
• 5.1.5 气样变化对两相段换热的影响分析
• 5.2 空气温度变化的影响
• 5.2.1 分析空气温度变化的原因
• 5.2.2 不同空气温度下单相液段换热计算
• 5.2.3 不同空气温度下单相气段换热计算
• 5.2.4 不同空气温度下两相段换热计算
• 5.2.5 不同空气温度下翅片管换热计算总结
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢