LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟.pdf

第42卷第6期
石油化工设备
013年11月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
Nov.2013
文章编号:1000-74662013)05-0050-04
LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟
郭少儒2,张尚文3,郭长瑞,周少斌3,文晓龙3,郭煜,席良贤3,苏厚德
(1.中国海洋石油东海石油管理局,上海200030;2.中海石油(中国)有限公司上海分公司,
上海200030;3.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州730070)
摘要:研究了195t/h开架式海水气化器翅片管的換热过程。利用 ANSYS软件建立了挤压式翅
片管模型并求解内外表面温度,针对翅片管的结构及温度载荷特点,采用一维管流理论,分析计算
了翅片管内外传热过程,给出了其传热系数随管内LNG流速、管外海水温度等变化的特性曲线。
结果表明,LNG的流速及海水温度对翅片管的传热过程有显著影响。
关键词:开架式气化器;挤压式翅片管;液化天然气;换热过程;数值模拟
中图分类号:TU996;TH183
文献标志码:Adoi:10.3969/.iss.10007466.2013.06.012
Numerical Simulation in the Course of Heat Progress for
Rib-tube of Open Rack Vaporizer
GUO Shao-ru2, ZHANG Shang-wen, GUO Chang-rui, ZHOU Shao-bin, WEN Xiao-long,
GUO Yu, XI Liang-xian, SU Hou-de
(1. China Offshore Oil Donghai Crop, Shanghai 200030, China;
2. China National Offshore Oil Corp Co. Ltd. Shanghai Branch, Shanghai 200030, China
3. Lanpec Technologies Limited, Lanzhou 730070, China)
Abstract: The heat exchange progress for rib-tube of open rack vaporizer(ORV) was studied.
Using ANSYS software, the modal of extruded rib-tube was built and its in-and-out temperature
was solved. According to its structure and temperature distribution, the heat character of the rib
tube is obtained with the one-dimensional pipe flow theory. The results show that the parameters
of LNG velocity, sea temperature and so on have important influence on the heat exchange pro
gress
Key words: open rack vaporizer; extruded rib-tube; liquefied natural gas; heat exchange pro
gress; numerical simulatior
符号说明
普朗特数
一一海水的热导率,W/(m?K)
R
瑞利数
3a-铝合金的导热率,W/(mK)
Nx一努塞尔数
天然气的热导率,W/(m?K
比定压热容,kJ/(kg?K)
翅片管外壁平均温度,K
动力粘度,kg/(ms)
翅片管内壁平均温度,K
入一导热率,W/(m?K)
T一内部天然气温度,K
收稿日期:2013-06-10
作者简介:郭少儒(1963-),男,陕西西安人,高级工程师,学士,主要从事海洋石油开发、生产及科研工作
第6期
郭少儒,等:ILNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟
T。一一环境温度,K
2-一翅片管传热面积,mm2
体积膨胀系数,K~1
Q1ー一外壁换热量,J
一海水运动粘度,kg/(m?
Q2一内壁换热量,J
翅片管长度,mm
修正系数
6一翅片管壁厚,mm
B--肋化系数
a。一海水与翅片管表面的传热系数,W/(m2?K)
一一肋化效率
天然气与管内表面的传热系数,W/(m2?K)
R;-一污垢热阻
翅片管外表面积
目前国内大型液化天然气(LNG)接收站采用4.70%。海水的密度为1020kg/m23,动力粘度
的气化器都是海水开架式的,与空温式气化器相比,1.345×10-3kg/(m?s),体积膨胀系数256.9K1
海水开架式气化器具有工作稳定、产量大的优点,定压比热容为4.0173kJ/(kg?K),导热率入
优勢明显,但国内不能制作,被日本垄断,主要是高60×102W/(m?K)21。翅片管内部ING温度
效铝制星形翅片无缝换热管的传热特性及制造尚未为-162℃,外部海水温度为15C。
掌握。笔者对开架式海水气化器进行设计研究,目
利用APDL语言编程求解的挤压式纵向翅片
的是解決LNG接收站核心设备国产化问题,同时管的内外温度场见图1和图2。
降低大型LNG接收站设备的投资。
海水气化器是广泛应用于LNG站的一类换热
设备,其主要换热构件为翅片管,关于翅片管的研究
主要涉及了管内流体参数、流动特性、换热管结构等
对换热效果的影响1。Wung等做了多种翅片和
管子的二维数值模拟。 Guannan Xi等比较了对
翅片管进行数值计算时二维模拟与三维模拟的不
同,并指出了三维数值计算的困难性。 Horikoshi
和XiGN对1排和2排翅片管中复杂的流动与换
图1翅片管根部沿壁厚的温度场分布
热问题进行了三维数值模拟。三维数值模拟有利
于分析流动与换热的机理,可以预测实际热交换器
0
外壁
的换热性能,但同时也存在不少计算上的困难。
Aytunc Erek等对平板翅片管翅片几何参数的变化
对于传热系数和压降的影响进行研究,并应用
内壁
FLUENT软件对10种不同翅片的热交换结果及静
态压降和总压降进行分析比较]。Chi- Chuan
120
Wang等也对平直翅片管翅片侧的换热和流动性能
进行了实验研究,并确定了管排数和管径对热交换
器换热和流动性能的影响?。
长度/m
在已有的关于翅片管传热分析研究文献中,尚
图2翅片管内外壁温度沿长度方向变化曲线
未见研究海水气化器纵向翅片管内外流体流速及管
内外流体温度关系的报道。文中针对内部为LNG、2翅片管气化过程分析
外部为海水的纵向挤压翅片管,用理论与数值结合
低温LNG从下级管进入翅片管,在翅片管外
的方法给出了LNG两相传热系数,利用 ANSYS:解部,海水作为气化的热源,海水喷淋在管板型的蒸发
决其翅片管膜效应问题,并求解出总体传热系数
器(由翅片管组成)外表面,LNG在管内吸收海水的