演示课件缠绕管式换热器.ppt
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缠绕管式换热器介绍
通过改进结构设计，减小换热器的体积，便 于运输和安装。
降低成本
在满足性能要求的前提下，通过优化设计降 低制造成本和维护成本。
提高可靠性
通过优化设计，提高换热器的可靠性和使用 寿命。
计算流体动力学分析
流体动力学分析
利用计算流体动力学（CFD）技术，对流体的流动状态、传热过程和 流动阻力等进行模拟和分析。
缠绕管式换热器介绍
contents
目录
• 缠绕管式换热器概述 • 缠绕管式换热器的结构与材料 • 缠绕管式换热器的性能特点 • 缠绕管式换热器的设计与优化 • 缠绕管式换热器的安装与维护 • 缠绕管式换热器的发展趋势与展望
01
缠绕管式换热器概述
定义与特点
高效换热
由于管子采用螺旋缠绕方式，使 得冷热流体在管内外流动时能够 形成较大的温差，从而提高换热 效率。
优化流道设计
根据CFD分析结果，优化流道设计，改善流体流动状态，提高换热效 率。
性能预测
通过CFD分析，预测换热器的性能，为后续优化提供参考。
实验验证
将CFD分析结果与实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
05
缠绕管式换热器的安装 与维护
安装注意事项
安装前应检查设备是 否完好无损，确保所 有部件符合要求。
定义
缠绕管式换热器是一种通过将管 子螺旋缠绕在芯棒上，再通过外 部固定圈进行固定的换热设备。
紧凑结构
由于管子紧密缠绕，使得换热器 体积较小，便于安装和维护。
耐高压
由于结构紧凑和管子较细，使得 换热器能够承受较高的压力。
适应性强
适用于各种不同的流体和温度条 件，可根据实际需求进行定制。
工作原理
01
冷热流体在管内外流动，通过 管壁进行热量交换。
降低成本
在满足性能要求的前提下，通过优化设计降 低制造成本和维护成本。
提高可靠性
通过优化设计，提高换热器的可靠性和使用 寿命。
计算流体动力学分析
流体动力学分析
利用计算流体动力学（CFD）技术，对流体的流动状态、传热过程和 流动阻力等进行模拟和分析。
缠绕管式换热器介绍
contents
目录
• 缠绕管式换热器概述 • 缠绕管式换热器的结构与材料 • 缠绕管式换热器的性能特点 • 缠绕管式换热器的设计与优化 • 缠绕管式换热器的安装与维护 • 缠绕管式换热器的发展趋势与展望
01
缠绕管式换热器概述
定义与特点
高效换热
由于管子采用螺旋缠绕方式，使 得冷热流体在管内外流动时能够 形成较大的温差，从而提高换热 效率。
优化流道设计
根据CFD分析结果，优化流道设计，改善流体流动状态，提高换热效 率。
性能预测
通过CFD分析，预测换热器的性能，为后续优化提供参考。
实验验证
将CFD分析结果与实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
05
缠绕管式换热器的安装 与维护
安装注意事项
安装前应检查设备是 否完好无损，确保所 有部件符合要求。
定义
缠绕管式换热器是一种通过将管 子螺旋缠绕在芯棒上，再通过外 部固定圈进行固定的换热设备。
紧凑结构
由于管子紧密缠绕，使得换热器 体积较小，便于安装和维护。
耐高压
由于结构紧凑和管子较细，使得 换热器能够承受较高的压力。
适应性强
适用于各种不同的流体和温度条 件，可根据实际需求进行定制。
工作原理
01
冷热流体在管内外流动，通过 管壁进行热量交换。
螺旋缠绕管式换热器
济宁宁鲁工程技术有限公司螺旋缠绕管式换热器研发背景:换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
由于常规的管壳式换热器的换热管设计都是采用直管或者是U型管。
所以困扰着设计工程师的一个问题是，采用什么样的方法可以让换热管变长，单位体积的换热面积加大，逆流换热而导致热传导由于结构的原因从根本上维持在一个理想的状态，同时换热设备本身体积要缩小，安全性能要更强。
为此宁鲁工程螺旋式换热管束缠绕技术的研发成功并日趋完善从根本上解决了这个问题，公司利用这一技术成功研发了螺旋缠绕管式换热器。
产品特点:1.结构特点:(1)任意一层相邻两换热管之间的净距相同。
(2)任意相邻两层换热管之间的净距相同(3)每一层换热管的根数由内层至外层的顺序递增，关键在于递增的结果应保证任意一层上、任意两相邻换热管之间的间距相同。
(4)同一层上的螺旋状换热管的螺旋角应相同。
(5)任意相邻两层螺旋换热管的螺旋角应互为相反数。
2.换热特点:(1)由于介质在螺旋流动的过程中将产生二次环流，故壳内及换热管内喘流度高，流束内外部热交换充分，所以热交换能力强。
(2)由于相邻两层螺旋管的螺旋角为相反数，故可以大大的增强壳体内相邻两流层的喘流度，增强热交换能力。
(3)由于换热管是螺旋状缠绕的，因此换热管的长度将远远大于换热器的长度，所以极大地增大了换热面积。
(4)因为螺旋管道的长度远远大于换热器的长度，故在介质流速为定值的情况下，将大大的延长换热的时间，从而达到提高换热效率的目的。
(5)根据缠绕管式换热器的布局特点不难发现壳体内任一空隙位置的换热环境均相同（壳体内任一空隙位置的大小相同），故可以在已知的情况下进行多股流的热交换。
产品优势:螺旋缠绕管式换热器具有换热效率高、能耗少、运行费用省、结垢倾向低、占用空间小，喘流度高，换热效率高，结构紧凑、空间利用效率高，无换热死区等诸多性能优势。
螺旋缠绕管式换热器换热能力是传统换热器的4-8倍，换热系数最高可达15000W/㎡℃，同等换热量、相同的工况下，体积约为传统换热器的1/10，可为您节省宝贵的土地、空间资源。
缠绕管式换热器介绍
冷热流体通过 缠绕管内壁进
行热交换
热量通过管壁 和缠绕的波纹
板传递
冷热流体在管 间流动，实现
热量交换
热量通过管壁 和波纹板传递 给管外的冷却 水或加热介质
高效传热：缠绕管式换 热器采用独特的管内管 外缠绕结构，有效增加 换热面积，提高传热效 率。
耐高温高压：材料选 择优良，能够承受高 温高压的工况，保证 设备长期稳定运行。
解决方案：检查密封件和连接处，及时修复泄漏问题。
解决方案：检查换热器内部是否有堵塞或结垢，及时清理并进行调整。
汇报人：XX
核能发电：用于冷却反应堆，提高发电效率 火电发电：用于冷却锅炉，提高发电效率 风电发电：用于冷却涡轮机，提高发电效率 太阳能发电：用于冷却吸热器，提高发电效率
制药行业：用于 药品生产和加工 过程中的加热、 冷却和蒸发等工 艺流程，提高生 产效率和产品质 量。
化工行业：用于 各种化学反应过 程中的热交换， 如聚合、裂解、 蒸馏等，同时能 够承受各种腐蚀 性介质。
利用效率
海水淡化：用 于大规模海水 淡化工厂的换
热
PART FOUR
传热效率：选择传 热效率高的换热器， 以满足工艺要求。
耐腐蚀性：根据工 艺介质的腐蚀性选 择耐腐蚀的材料。
机械强度：考虑换 热器的机械强度， 以确保其稳定性和 安全性。
经济性：在满足工 艺要求的前提下， 选择价格合理的换 热器。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
外部壳体：提供稳定的支撑和 保护，防止外部环境对换热器 的干扰
缠绕管：由多个薄壁金属管 绕成，用于热量交换
缠绕管式换热器介绍ppt
中国石化北海炼化公司 山东万通石油化工有限公司
中国石化荆门分公司 中国石油锦西石化公司 中国石化玉门油田分公司 中国石化茂名分公司
单元名称 150万吨/年重整装置 100万吨/年3#连续重整装置 100万吨/年连续重整装置 180万吨/年催化重整装置 80万吨/年连续重整装置 140万吨/年连续重整装置 60万吨/年催化重整装置 80万吨/年重整装置 30万吨/年重整装置 150万吨/年连续重整装置
现场即可完成维修工作。 强
缠绕管式换热器与壳板换热器的比较
缠绕管式换热器作为一种高效换热器，除具备结构紧凑、高效节能、投资经济 性等高效换热器的一般特征外，还兼有其自身的独特优势。此类换热器的应用特 点，及其与板壳式换热器的比较优势如下：
1. 缠绕管式换热器的换热管采用层间反向螺旋缠绕的结构，极大地改变了流体流动状态，实现 强烈的湍流效果，提高了换热效率。因此，缠绕管式换热器可保证与板壳式换热器相近的换热 效率以及壳程侧更小的压降。
清洗反应产物侧，进料侧必须充液保护。
清洗，管程侧可进行管内机械清洗。
一般，板通道间易沉积。垢物积聚还可能引起板片热应力导致 焊缝开裂。
强，具有自清洗能力。
严格控制升降温速率
并无特别限制升降温速度。
可维修性
抗冲击能力
-
可维修性差，现场膨胀节、焊接壁等修复困难。
抗热冲击、工况波动能力弱，对温差、压差、升降温速率等波 动都可能导致损伤。
-
缠绕管式换热器与壳板换热器的比较
板壳式换热器
缠绕管式换热器
结构型式 承压性能
波纹板片叠装焊接 严格控制两侧压差，始终保持进料侧压力高于反应产物侧。
螺旋形换热管缠绕 管、壳程允许单侧承压
泄漏 清洗 抗垢性能 温度变化适应性
中国石化荆门分公司 中国石油锦西石化公司 中国石化玉门油田分公司 中国石化茂名分公司
单元名称 150万吨/年重整装置 100万吨/年3#连续重整装置 100万吨/年连续重整装置 180万吨/年催化重整装置 80万吨/年连续重整装置 140万吨/年连续重整装置 60万吨/年催化重整装置 80万吨/年重整装置 30万吨/年重整装置 150万吨/年连续重整装置
现场即可完成维修工作。 强
缠绕管式换热器与壳板换热器的比较
缠绕管式换热器作为一种高效换热器，除具备结构紧凑、高效节能、投资经济 性等高效换热器的一般特征外，还兼有其自身的独特优势。此类换热器的应用特 点，及其与板壳式换热器的比较优势如下：
1. 缠绕管式换热器的换热管采用层间反向螺旋缠绕的结构，极大地改变了流体流动状态，实现 强烈的湍流效果，提高了换热效率。因此，缠绕管式换热器可保证与板壳式换热器相近的换热 效率以及壳程侧更小的压降。
清洗反应产物侧，进料侧必须充液保护。
清洗，管程侧可进行管内机械清洗。
一般，板通道间易沉积。垢物积聚还可能引起板片热应力导致 焊缝开裂。
强，具有自清洗能力。
严格控制升降温速率
并无特别限制升降温速度。
可维修性
抗冲击能力
-
可维修性差，现场膨胀节、焊接壁等修复困难。
抗热冲击、工况波动能力弱，对温差、压差、升降温速率等波 动都可能导致损伤。
-
缠绕管式换热器与壳板换热器的比较
板壳式换热器
缠绕管式换热器
结构型式 承压性能
波纹板片叠装焊接 严格控制两侧压差，始终保持进料侧压力高于反应产物侧。
螺旋形换热管缠绕 管、壳程允许单侧承压
泄漏 清洗 抗垢性能 温度变化适应性
绕管换热器PPT课件
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2
目录：
• 一、绕管换热器的基本介绍 • 二、绕管各部件加工步骤及注
意事项 • 三、操作与维护
.
3
一、绕管换热器的基本介绍：
• 1.绕管式换热器是在与管板相连的中心筒上, 以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成 管束,再 将管束放入壳体内的一种换热器。
• 管束由多层螺旋缠绕的换热管组构成，每 层换热管以相反的方向缠绕，每层换热管 用垫条隔开，垫条厚度由工艺计算的流体 通道要求确定(九江项目采用2mm厚度）并 采用异型垫条控制换热管的螺旋升角。在 设计盘管时同一层使用相同长度的管子绕 制，在同一管程的流道上管子应均匀布置。
.
15
1.5介质通道进行标识，检查是否正确以防穿错管
.
16
1.6异型垫条用来确定管子的导程
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17
1.7平垫条在中心筒上点焊
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18
1.8中心筒上点焊异形垫条
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19
1.9垫条点焊
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20
1.10异形垫条用来固定管子在绕制过程中的导程， 犹如管子绕制过程的行驶轨道
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21
1.11管箍，用来固定管子
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5
• 优点：结构紧 凑、可同时进行多种介质换热、管 内操作压力高、传 热管的热膨胀可自行补偿、换 热器易实现大型化等 特点,因此,成为大型煤化工 装置低温甲醇洗系统的首选换热设备。
• 缺点：主要为检修、清理困难,所以一般用于较清 洁的工艺介质。
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6
• 2.绕管式换热器按其结构特点分为两类:管 程单股流流道型(称为单股流绕管式换热器), 管程多股流流道型(称为多股流绕管式换热 器)。（如图2-1、2-2）
36
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37
绕管换热器ppt课件
39
• 2.3缠绕管换热器都是竖直运行,下管板与管子间 易产生间隙腐蚀,这也是较常见的破坏形式之一.因 此,胀接要做到二点:一是要有合适的胀度,消除间 隙,防止腐蚀;二是防止过胀,导致管板塑性变形,降 低了胀接的可靠度.
• 2.4九江绕管胀接的胀度在管子穿穿管前进行了试 验，选择80MPa的胀度（75-90MPa之间）
11
二、绕管各部件加步骤及注意事项
• 1绕管各部件加步骤: • 1.1中心筒组对焊接 • 绕管束中心筒在制造 • 中起支承作用， • 因而要求有一定的强度和刚度， • 中心筒的外 • 径由换热管的最 • 小弯曲半径决定
12
1.2中心筒与管板焊接
13
1.3管板中心距检查≤3mm
14
1.4垫条点焊前对照图纸进行确认管板标识，检查管板介质 通道是否一致
27
1.16绕制中，使用管箍固定中，以防回 弹
28
1.17第一层绕制完，进行表面检查及100％气压试验
29
1.18气压试验压力8.5Mpa
30
1.18第二层绕制前，将垫条点焊在第一层的管箍上
31
第二层管子管箍固定，点焊时注意不要伤到管子
32
第二层的绕制方向与上一层方向相反，依次类推
33
1.19每层绕制完，需要对每一层的直径进行数据测量，对 照图纸，以防绕大。
2
目录：
• 一、绕管换热器的基本介绍 • 二、绕管各部件加工步骤及注
意事项 • 三、操作与维护
3
一、绕管换热器的基本介绍：
• 1.绕管式换热器是在与管板相连的中心筒上, 以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成 管束,再 将管束放入壳体内的一种换热器。
• 管束由多层螺旋缠绕的换热管组构成，每 层换热管以相反的方向缠绕，每层换热管 用垫条隔开，垫条厚度由工艺计算的流体 通道要求确定(九江项目采用2mm厚度）并 采用异型垫条控制换热管的螺旋升角。在 设计盘管时同一层使用相同长度的管子绕 制，在同一管程的流道上管子应均匀布置。
• 2.3缠绕管换热器都是竖直运行,下管板与管子间 易产生间隙腐蚀,这也是较常见的破坏形式之一.因 此,胀接要做到二点:一是要有合适的胀度,消除间 隙,防止腐蚀;二是防止过胀,导致管板塑性变形,降 低了胀接的可靠度.
• 2.4九江绕管胀接的胀度在管子穿穿管前进行了试 验，选择80MPa的胀度（75-90MPa之间）
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二、绕管各部件加步骤及注意事项
• 1绕管各部件加步骤: • 1.1中心筒组对焊接 • 绕管束中心筒在制造 • 中起支承作用， • 因而要求有一定的强度和刚度， • 中心筒的外 • 径由换热管的最 • 小弯曲半径决定
12
1.2中心筒与管板焊接
13
1.3管板中心距检查≤3mm
14
1.4垫条点焊前对照图纸进行确认管板标识，检查管板介质 通道是否一致
27
1.16绕制中，使用管箍固定中，以防回 弹
28
1.17第一层绕制完，进行表面检查及100％气压试验
29
1.18气压试验压力8.5Mpa
30
1.18第二层绕制前，将垫条点焊在第一层的管箍上
31
第二层管子管箍固定，点焊时注意不要伤到管子
32
第二层的绕制方向与上一层方向相反，依次类推
33
1.19每层绕制完，需要对每一层的直径进行数据测量，对 照图纸，以防绕大。
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目录：
• 一、绕管换热器的基本介绍 • 二、绕管各部件加工步骤及注
意事项 • 三、操作与维护
3
一、绕管换热器的基本介绍：
• 1.绕管式换热器是在与管板相连的中心筒上, 以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成 管束,再 将管束放入壳体内的一种换热器。
• 管束由多层螺旋缠绕的换热管组构成，每 层换热管以相反的方向缠绕，每层换热管 用垫条隔开，垫条厚度由工艺计算的流体 通道要求确定(九江项目采用2mm厚度）并 采用异型垫条控制换热管的螺旋升角。在 设计盘管时同一层使用相同长度的管子绕 制，在同一管程的流道上管子应均匀布置。
绕管换热器PPT课件
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1.16绕制中，使用管箍固定中，以防回 弹
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1.17第一层绕制完，进行表面检查及100％气压试验
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29
1.18气压试验压力8.5Mpa
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1.18第二层绕制前，将垫条点焊在第一层的管箍上
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第二层管子管箍固定，点焊时注意不要伤到管子
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32
第二层的绕制方向与上一层方向相反，依次类推
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1.12管子绕制好一根，管箍进行固定，以防止管子回弹
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1.13管箍固定管子，此处点焊时注意检查是否伤到 管子
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24
1.14绕制时敲击使用皮锤进行敲击，以防伤到管子
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1.15绕制中
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26
• 其中，换热管的盘绕角一般为5～20度,例如 E1607盘绕角14-15度。绕管式换热器的特点是结 构紧凑，单位换热面积大，热损小，承压能力高。 一般高压流体在管内流动。换热管大部分呈盘绕 状，盘绕角较小，故管内、管外的清扫很困难， 所以管内、管外不适于走不洁的流体。
绕管换热器内部结构介绍
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1
绕管换热器的发展史
• 我国20世纪70年代末引进的大化肥装置中采用德 国林德公司低温甲醇洗工艺单元中各有6台绕管换 热器；90年代初引进的德国鲁奇公司低温甲醇洗 工艺单元中各有2台绕管换热器；由于我国尚未掌 握绕管换热器的设计和制造技术，这些引进的装 置中绕管换热器完全依赖国外进口，设备的费用 昂贵。并且随着我国合成氨工业的发展，对低温 甲醇洗装置的需求量增加，对现有装置进行技术 改造实现增产的要求也与日剧增，在此形势下通 过国内科研、设计和制造单位的努力，该类设备 已实现国产化。
缠绕管式换热器介绍ppt课件
单元名称 50万吨/年连续重整 55万吨/年芳烃装置 80万吨/年重整装置 73万吨/年歧化装置 100万吨/年2#连续重整装置 360万吨/年预加氢装置 30万吨/年重整装置 1# 120万吨/年重整装置 100万吨/年连续重整装置 125万吨/年歧化装置
投用/交付时间 2009-12 2011-07 2012-10 2012-10 2012-12 2015-07 2013-07 2015-12 2014-12 2014-12
缠绕管式换热器介绍
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缠绕管式换热器典型结构
管程侧接管
上管板
壳程侧接管
壳体
芯体
壳程侧接管
管程侧接管
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下管板
无膨胀节 无设备法兰/管箱法兰 无壳程折流 换热管左旋右旋交替缠绕 全逆流换热
缠绕管式换热器主要特点
提高能效 单台设备大型化 增强运行可靠性 减小结垢倾向 无内漏 无温差/压差限制 无升/降温速率限制 方便维护
现场即可完成维修工作。 强
缠绕管式换热器与壳板换热器的比较
缠绕管式换热器作为一种高效换热器，除具备结构紧凑、高效节能、投资经济 性等高效换热器的一般特征外，还兼有其自身的独特优势。此类换热器的应用特 点，及其与板壳式换热器的比较优势如下：
1. 缠绕管式换热器的换热管采用层间反向螺旋缠绕的结构，极大地改变了流体流动状态，实现 强烈的湍流效果，提高了换热效率。因此，缠绕管式换热器可保证与板壳式换热器相近的换热 效率以及壳程侧更小的压降。
220万吨/年重整
投用/交付时间 2016
2017-05 2018-04 2016-08 2018年交付 2018年交付 2018年交付 2018-12 2017-09 2017-05
中国石化北海炼化公司 山东万通石油化工有限公司
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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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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。
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。
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。
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：
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
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；
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。
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
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
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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
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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Fra bibliotek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
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
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。
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。
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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。
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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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。
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：
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
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；
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。
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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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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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
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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
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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Fra bibliotek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
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