液化天然气冷箱并联配管的介质分配机理及流量均匀分配策略研究
发布时间：2020-06-07 22:42
【摘要】：天然气液化流程中大型冷箱内的多个换热单元间为并联装配,并联换热单元间介质流量的分配不均可导致严重后果:轻度不均导致换热效率和经济性降低;严重不均导致换热器局部流体通道堵塞或蒸干过程中局部温度迅速变化,结构内产生热应力并损坏内部构件。本文研究了液化天然气冷箱内由于配管系统造成的介质流动不均现象的物理机制、影响因素和优化方案,从配管系统内单相流体介质分流和汇流管路的流量分配不均,两相介质均相流动时分流管路的流量分配不均,两相介质在T型管内流动时的成分分布不均和两相介质在T型管与分流管路中环状及层状流动时的分配不均等方面进行了研究,获得了流量分配基本规律和均配优化方案。根据板翅式天然气冷箱的结构特征和液化工艺过程不同阶段流体的相态和流型,将液化冷箱中天然气的流动过程分解为单相流体的并联分流及汇流、雾状两相流的并联分流、雾状两相流在T型管内的组分分离和分配、环状两相流在T型管内的组分分离和分配、环状两相流的并联分流等五个典型过程,分别对这五个典型过程中导致流量分配不均的物理机制和分配特性进行了研究,获得了天然气液化冷箱中并联换热单元间介质流量分配的主要影响因素和优化策略。模拟研究了单相和雾状两相流在并联分流支管间的流量分配特性,研究发现单相和雾状流状态下直角T型联结的并联分流管路系统中,沿母管流动方向上,静压逐渐增大,动压逐渐降低,全压稍许降低;同时母管流动方向上游的分支管直角T型联结入口附近产生了较大的回流漩涡,下游支管中的漩涡区域和强度较小,所在支管形成的流动阻力降低。由于管段流量由管段两端的压差和管段内的流动阻力决定,故下游分支管出口流量比逐渐增大。因此各分支管的压降和通道内部阻力系数不一致是导致直角T型连结并联分流管路系统支管流量分配不均匀的直接原因,是导致冷箱中并联单元间流量分配不均的流体力学机理。模拟研究了液化天然气流经直角T型联结和弯管过渡并联汇流管路内的流动特性和分配均匀性。随着母管内的质量流量逐渐增大,汇流系统母管轴线上的动压值沿流动方向增大,静压值逐渐降低。支管内的压降较低,各支管的流动阻力特性系数基本一致,各支管间流量不均匀性主要由压降变化导致,漩涡导致的阻力损失主要发生在母管内。优化了分流和汇流管路的母支管联结型式,将母管和支管联结设计成弯管过渡结构后,各分流支管进出口的压降与阻力特性系数降低到基本一致的程度,提高了支管流量均匀性,降低了整个管路系统的压力损失。汇管系统弯管内的流动速度矢量变化较大,致使支管内的阻力损失大于直角T型联结的支管结构,同时母管内的阻力损失降低,并降低了整个配管系统的阻力损失,有利于流量均配。研究了两相雾状流在T型管分流过程中形成的相成分分离和液相流量分布不均现象,直角T型联结分支管入口回流区造成低浓度环状区域,造成分支管下部区域液相含量近似平行分层分布,浓度不均匀与流量不均匀的标准方差约在0.1至0.4之间。母管和直支管交接段左侧区域气相流动速度矢量改变过大,造成明显的气液两相速度差,致使液相缓冲到下支管右侧后靠右分布明显,从而导致气液两相组分分离。分离规律总体表现为液相浓度与流量均匀性均随速度与液相粒径的增大而降低。使用全弯与半弯过渡联结替代母管与支管间的直角T型结构,可消除下支管左侧回流区,增大母管和支管间的流动面积,降低了气液两相流动速度,有利于流动和组分均匀分配。研究了液相含量占比变化时,两相雾状流在多个出口支管的配管系统时流量分配和两相间质量分配规律。发现两相介质的流量分配规律和单相流体介质相同,流速和两相流密度增大后动能增加,造成直角T型联结的上游出口流量降低、下游出口流量增大,最终导致均匀性降低,弯管过渡相比直角T型联结的总流量不均匀性指数明显降低。研究发现配管各支管出口的两相流液相含量基本保持不变,表明各支管间的总流量分配和单个支管内部相间质量成分分布之间的关联性不强,可将配管内两相流动问题分解为多出口配管流量问题和单出口内部的相成分问题分别进行研究。实验研究了环状两相流介质在T型管和多支路分流配管内的主要流动特征和分配规律,分析了天然气液化过程中两相混合物的流动特征。实验结果表明,单个T型管内气相等流量比分配时,母管和支管的采出流量随着进口液相流量而基本成线性变化,气相流量一定时支管液相采出分率随着气相采出分率的增加而增大。入口气相流量增大导致T型管内母管出口液相分配流量逐渐增大,支管液相流量先增大后降低。在母管和支管之间采用弯管或半弯管过渡时,在降低流动阻力、实现两相和单相流体介质在多个支管内的分流及汇流均配、对单个支管内部的两相组分和流量均布均有明显的改善效果,可作为解决天然气液化冷箱内并联换热单元间的流量分配不均的措施。
【图文】：
第１章邋绪论第１章绪论逡逑１．１国内外研究现状逡逑在天然气液化、石油化工、空气分离等分离生产工艺过程中，将多台串、逡逑并联的换热器及气液分离器和连接管路放置到一个钢制的保冷箱中，保冷箱管路系统及其换热设备组成的整体结构为冷箱如图１－１。冷箱是空分液化工程的核心关键设备，目前冷箱内多采用绕管式换热器和板翅式换热器作为热逡逑换设备。逡逑
在天然气液化、石油化工、空气分离等分离生产工艺过程中，将多台串、逡逑并联的换热器及气液分离器和连接管路放置到一个钢制的保冷箱中，保冷箱和逡逑管路系统及其换热设备组成的整体结构为冷箱如图１－１。冷箱是空分液化工艺逡逑过程的核心关键设备，，目前冷箱内多采用绕管式换热器和板翅式换热器作为热逡逑交换设备。逡逑U危卞义贤迹保卑宄崾嚼湎湫咎寮巴夤坼义习宄崾交蝗绕髁鞒套楹戏绞搅榛睢⒋任虏钚 ⑿矢摺⒔峁菇舸铡⒅亓垮义锨幔捎糜诶淠驼舴ⅲ蚱浯蠖嗬媚苣偷臀碌穆敛闹圃欤蕴乇鹗视噱义纤铺烊黄夯涂掌掷氲鹊臀潞统臀虏僮骰肪场ｅ义纤孀派杓萍际醯慕接敫哐孤林瓢宄崾交蝗绕髦圃旒际醯闹鸩匠墒欤壳板义显谏煊蛑谐鱿至税宄崾交蝗绕骼湎浯嫫渌嘈突蝗绕骼湎涞那魇疲绕溴义显诳占浔蟮暮Ｉ细∈缴⑿镀教ǎǎ蹋危牵疲校樱希┨烊黄夯ひ罩校溆﹀义嫌们熬罢鸾サ玫焦恃Ы纭⒁到绲墓刈ⅰｅ义嫌捎诎宄崾交蝗绕鞯那ズ钢圃旃ひ招枰谇ズ嘎谕瓿桑芟抻谇ズ嘎腻义铣叽纾ざ裙せ蚪孛婊蟮陌宄崾交蝗绕髦圃炷讯忍釟佟Ｔ谔烊黄夯湾义峡掌掷氲墓ひ展讨
本文编号：2702100
【图文】：
第１章邋绪论第１章绪论逡逑１．１国内外研究现状逡逑在天然气液化、石油化工、空气分离等分离生产工艺过程中，将多台串、逡逑并联的换热器及气液分离器和连接管路放置到一个钢制的保冷箱中，保冷箱管路系统及其换热设备组成的整体结构为冷箱如图１－１。冷箱是空分液化工程的核心关键设备，目前冷箱内多采用绕管式换热器和板翅式换热器作为热逡逑换设备。逡逑
在天然气液化、石油化工、空气分离等分离生产工艺过程中，将多台串、逡逑并联的换热器及气液分离器和连接管路放置到一个钢制的保冷箱中，保冷箱和逡逑管路系统及其换热设备组成的整体结构为冷箱如图１－１。冷箱是空分液化工艺逡逑过程的核心关键设备，，目前冷箱内多采用绕管式换热器和板翅式换热器作为热逡逑交换设备。逡逑U危卞义贤迹保卑宄崾嚼湎湫咎寮巴夤坼义习宄崾交蝗绕髁鞒套楹戏绞搅榛睢⒋任虏钚 ⑿矢摺⒔峁菇舸铡⒅亓垮义锨幔捎糜诶淠驼舴ⅲ蚱浯蠖嗬媚苣偷臀碌穆敛闹圃欤蕴乇鹗视噱义纤铺烊黄夯涂掌掷氲鹊臀潞统臀虏僮骰肪场ｅ义纤孀派杓萍际醯慕接敫哐孤林瓢宄崾交蝗绕髦圃旒际醯闹鸩匠墒欤壳板义显谏煊蛑谐鱿至税宄崾交蝗绕骼湎浯嫫渌嘈突蝗绕骼湎涞那魇疲绕溴义显诳占浔蟮暮Ｉ细∈缴⑿镀教ǎǎ蹋危牵疲校樱希┨烊黄夯ひ罩校溆﹀义嫌们熬罢鸾サ玫焦恃Ы纭⒁到绲墓刈ⅰｅ义嫌捎诎宄崾交蝗绕鞯那ズ钢圃旃ひ招枰谇ズ嘎谕瓿桑芟抻谇ズ嘎腻义铣叽纾ざ裙せ蚪孛婊蟮陌宄崾交蝗绕髦圃炷讯忍釟佟Ｔ谔烊黄夯湾义峡掌掷氲墓ひ展讨
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