结霜条件下LNG空温式气化器动态传热特性计算

发布时间：2020-09-24 16:48

　　 伴随着全世界节能减排的号召,LNG在中国的使用范围越来越广,我国LNG对外依存度越来越高。LNG空温式气化器作为LNG的气化装置,在设计和使用的过程中产生了很多问题,由于LNG为-162℃,进入空温式气化器并气化的过程中会与环境空气温度产生极大地温差,空气中水蒸气的存在,会在冷壁面处产生结霜,严重恶化了空温式气化器的换热效果。本文针对LNG空温式气化器(LNG Ambient Air Vaporizer AAV)在运行过程中的结霜进行动态换热研究。首先通过对物理模型的研究,建立了基于能量守恒和质量守恒原理的传热特性预测模型,描述了在结霜条件下的空温式气化器非稳态传热传质过程。利用Fortran计算机语言实现了数学模型的数值计算,分别得出了沿时间长度和空间长度上管内外物性参数的分布规律,分析了外界影响因素对空温式气化器的传热传质效果的影响规律,得出了不同运行时间、不同空间位置、不同翅片管数下的空温式气化器结霜换热结果。研究结果表明,冷壁面温度对结霜有较大的影响,冷壁面温度越高,霜层厚度越小,同时霜层热阻越小;当温度足够大时,霜层厚度、霜层热阻均会降低至0;并且沿着管长方向的霜层厚度并不是均匀减少的;结霜主要在液相段和两相段积累较多,气相段积累较少;结霜造成的直接影响就是明显的恶化了管外换热效果,明显的降低了结霜段的管外换热系数,不结霜条件下地换热系数是结霜条件下的2.28倍;结霜不单单造成了管外换热系数的变化,还会对管内对流换热系数,空气侧到LNG流体侧的换热系数产生明显的影响,并且逐渐增加的热阻也会对二者结霜段的换热系数产生明显的抑制;管内流体温度,翅片管外壁面温度受到结霜的影响也较大。在不结霜的条件下,可以得出不结霜的管内流体温度与结霜条件下的管内流体温度有明显的不同;当环境温度较高时,翅片管管内流体三段比例会在较短的时间内到达平衡,并且当环境温度为30℃时,翅片管出口温度并不会因为运行时间而降低;当环境温度较低时,则管内三段比例并不会保持平衡,并且出口温度会随着运行时间的增加而降低;空温式气化器在纵向不同位置的质能转移效果是不同的,采用4、8、12翅片数进行模拟,翅片数越大换热系数越大,但是对最高结霜厚度并没有太大的影响,随着运行时间的增加,翅片数越多的空温式气化器结霜厚度下降的时间越早。本论文对AAV传热管的传热特性进行计算,研究结果能够为我国空温式气化器传热管结构及性能优化设计提供技术支持和理论依据,具有重要的学术意义和工程应用价值。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE96
【部分图文】：

图 1-1 技术路线图对 LNG 空温式气化器在运行过程中的结霜换热问机理、管内 LNG、NG 流体换热及相变过程，在一的结霜换热与预测管外霜层生长的数学模型，并利值模拟，改变环境参数，如环境温度、相对湿度；改管外壁面温度，分析不同条件下的物性参数对 LNG、管内流体温度和换热系数的综合影响，有效预测段、两相段和单相气段的比例。

图 2-4 翅片管截面图能量守恒，质量守恒等原理，彻底分析整个 得出如下方程。通过单位长度得冷板，再冷板上霜的积累换热= + m2；m2；量，W/m2。= =

图 2-2 气化站实体图 图 2-3 气化器模拟图图 2-4 翅片管截面图2.2.2 计算模型本文利用传热学，能量守恒，质量守恒等原理，彻底分析整个 LNG 空温式气化器运行及结霜机理，可以得出如下方程。

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本文编号：2825990