浸沒燃燒式氣化器的傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，液化天然氣(LNG)一直保持較高增長率，成為全球增長最快的能源行業(yè)之一。氣化器是LNG接收站的關(guān)鍵設(shè)備。與其他氣化器相比，浸沒燃燒式氣化器(SCV)具有傳熱效率高、傳熱結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。目前針對(duì)SCV設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的公開報(bào)道非常不足，本文通過研究氣化器的傳熱與流動(dòng)規(guī)律，并結(jié)合冷模實(shí)驗(yàn)對(duì)SCV的主要傳熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:
　　(1)對(duì)SCV運(yùn)行過程中三個(gè)

2、主要傳熱過程進(jìn)行理論分析計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)浸沒燃燒傳熱，需將其控制在水浴溫度升高階段，且其熱效率受到水浴溫度、浸沒深度以及燃燒過?？諝庀禂?shù)的影響;對(duì)盤管束內(nèi)的跨臨界傳熱，分別用三類九種模型采用溫度分段的方法對(duì)傳熱系數(shù)進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)Petukhov模型不僅能準(zhǔn)確預(yù)測傳熱系數(shù)，還能反映LNG物性隨溫度變化對(duì)傳熱的影響;對(duì)盤管束外的兩相流橫掠管束傳熱，從兩相流的特性出發(fā)，結(jié)合SCV特有的幾何結(jié)構(gòu)，引入機(jī)械能守恒定律，提出采用平均橫掠速度作為主

3、要參數(shù)，用Zhukauskas公式對(duì)管外傳熱系數(shù)進(jìn)行預(yù)測。用該設(shè)計(jì)方法對(duì)國內(nèi)某LNG接收站在役SCV進(jìn)行校核設(shè)計(jì)，盤管傳熱長度設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際值偏差小于1％，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的可靠性。
　　(2)用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬的方法分析盤管束外兩相流場的形態(tài)，并分析不同操作條件對(duì)其的影響。結(jié)果表明兩相流的壓力分布符合液體靜壓分布定律，在盤管區(qū)域由于氣泡的破碎和合并存在波動(dòng);盤管區(qū)域兩相流溫度基本穩(wěn)定;氣、液兩相分布均勻;雖然瞬時(shí)局部橫掠速度

4、變化雜亂無章，但平均橫掠速度相對(duì)穩(wěn)定。分析不同高溫?zé)煔膺M(jìn)量以及不同初始水浴高度對(duì)盤管束外兩相流場形態(tài)的影響，結(jié)果表明高溫?zé)煔膺M(jìn)量偏大或偏小、初始水浴高度偏低或偏高均會(huì)引起盤管外傳熱效果的減弱。
　　(3)用冷模實(shí)驗(yàn)裝置模擬浸沒燃燒式氣化器盤管內(nèi)、外的傳熱特性，研究表明，盤管外傳熱系數(shù)在某一初始水浴高度下隨著熱空氣進(jìn)量的增加而增大;管外傳熱存在一個(gè)最佳初始水高度，初始水浴偏高或偏低均會(huì)使得傳熱效果減弱。擬合得到了一個(gè)半理論半經(jīng)驗(yàn)的盤

5、管外傳熱系數(shù)預(yù)測公式，可以準(zhǔn)確預(yù)測不同管內(nèi)介質(zhì)、不同盤管排布、不同初始水浴高、不同熱空氣進(jìn)量下的半浸沒式非互溶兩相流橫掠過管束傳熱。
　　(4)分析SCV傳熱過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，提出用變徑盤管束及雙級(jí)煙管對(duì)浸沒燃燒式氣化器的傳熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，變徑盤管束的使用使得所需傳熱面積分別減少了7.9％(變徑管內(nèi)徑為15mm)與10.3％(變徑管內(nèi)徑為13 mm)。基于本文研究內(nèi)容，利用Visual Basic6.0編制了浸沒燃燒式氣化器傳