LNG绕管式换热器管侧流动与传热实验台设计及验证

发布时间：2019-11-11 20:20

【摘要】：绕管式换热器是天然气液化的核心设备,然而目前中国天然气液化用大型绕管式换热器的实验研究比较薄弱,相关设计工作的指导理论还不完善.为研究液化天然气(LNG)绕管式换热器管侧流动与传热特性,提出一种可以模拟LNG绕管式换热器实际运行工况的实验方法,并完成实验台的设计、搭建及调试工作.为保证实验数据的准确性,以液相丙烷为实验介质,对其在不同工况下的传热系数进行实测,并将实验所得传热系数与在相同工况下由经典的管内传热关联式计算所得传热系数进行对比.结果表明:实验台可以稳定工作,实验工况可以达到LNG绕管式换热器的实际运行工况,实验测试值与相同工况下的关联式计算值偏差在±10%以内.说明实验台精度较高,实验数据可靠,为LNG绕管式换热器管侧冷凝流动与传热特性的深入研究奠定了实验基础.
【图文】：

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进行了螺旋管内油水液液两相流流型的实验研究，给出了螺旋管内液液两相流的流型图．上述研究取得了一定成果，但未能反映实际的LNG绕管式换热器运行工况，导致实验结果偏差较大，并不能直接指导LNG绕管式换热器设计计算．因此，提出了一种可以模拟LNG绕管式换热器实际运行工况的实验方法，设计并搭建了实验台，并对其精度进行校验，为下一步LNG绕管式换热器流动与传热规律的研究奠定了实验基础．1实验系统原理LNG绕管式换热器管侧实验系统包括3部分:测量循环系统、冷却循环系统和外部冷源系统．实验系统原理见图1，相关设备名称见表1．!"#$%&’()*+,*-#$%&’./0,12*3%&’45,!"#"$"#%&#’("’#%)("*#%+(,#%"#%’#%*-’.(")(""#%,-"/0’("&1!"#$("%23#40"("5()!’(6$’(&5(+(7图1实验系统原理Fig．1Schematicdiagramoftheexperimentalsystem表1主要设备Tab．1Majorequipment设备编号设备名称U测试样件T1～T15温度传感器P01～P07压力传感器dP压差传感器M1、M2质量流量计P1、P2循环泵E1、E2换热器H1、H2加热器C缓冲罐S1、S2流型观察窗Ｒ低温制冷机N液氮罐V调节阀测量循环系统:过冷的循环工质经过循环泵P1后进入加热器H1，通过调节加热器加热功率可以控制循环工质的蒸发量从而控制测试样件入口的干度．加热器出口循环工质为气液两相，由于气相和液相温度存在差异，会导致流体温度测量不准确，因此，在测量气液两相流温度时需要先经过搅拌使气液温度达到平衡．搅拌后循环工质原有的流型被破坏，通过流型发展段使流型重建，流型重建完成后进入流型观察窗S1，然后进入测试样件．在测试样件内循环工质被部分冷凝．循环工质经过测试样件

温度传感器

之间加了一段流型观察窗S1，观察窗采用双层真空石英玻璃制造，承压高，保温性好，确保在观察流型时不产生附加热流．为了保证测试样件内为某一确定流型，除了在入口处观察外，在出口处也需要观察流型，，如果二者为同一流型则可以认为管内工质在确定流型下冷凝;为此，在出口处也添加了一段与螺旋管出口相切的流型观察窗S1．为了准确测量测试样件内管的壁温，在测试样件的中间及出口位置设置温度测点，每个测点有3个温度传感器，在圆管截面上均匀布置，每120°一个．3个测量值的平均值为该点的内管壁温，传感器布置见图2．!"#$%1—传感器接头;2—螺母;3—铜套管;4—温度传感器;5—测试样件内管外壁图2温度传感器布置Fig．2Layoutoftemperaturesensor2．2测试数据采集系统实验测试数据由PLC完成采集，主机型号为CPU224XP，同时连接EM231模块，可以实现多组模拟量数字量的采集．需要测试的实验参数有温度、压力、压差和流量等，分别由铂电阻(Pt100)温度传感器、压力传感器、压差传感器以及质量流量计测试完成．所选传感器的性能参数如表2所示．本实验主要的测试参数为温度，温度测试值直接参与数据计算并影响最后的实验结果．温度传感器的精度已经给出，但在信号传输过程中仍会有误差产生，为了消除这部分误差带来的影响，对与温度传感器连接的15路信号传递线路进行了精度校核．表2传感器性能参数Tab．2Parametersofsensor名称量程范围输出信号精度供电电压压力传感器0～6MPa4～20mA电流信号±0．1%FS24VDC0～1MPa4～20mA电流信号±0．1%FS24VDC压差传感器0～30kPa4～20mA电流信号±0．1%FS24VDC温度传感器－160～40℃电阻信号±(0．1+0．0017×t)℃24VDC流量计50～200kg·h－1

【参考文献】