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      小型LNG裝置纏繞管換熱器的設(shè)計(jì)

      2015-06-15 06:51:34李京瑤公茂瓊湯奇雄孫兆虎鄒鑫陳高飛吳劍峰
      化工學(xué)報(bào) 2015年2期
      關(guān)鍵詞:纏繞管傳熱系數(shù)物性

      李京瑤公茂瓊湯奇雄孫兆虎鄒鑫陳高飛吳劍峰

      (1中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所,北京100190;2中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京100049;3中科睿凌低溫設(shè)備有限公司,北京101499)

      引 言

      在天然氣液化、空氣分離、低溫甲醇洗等低溫工程中,結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小的纏繞管式換熱器獲得了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于壓力低于4MPa的情況,一般的鋁制板翅式換熱器可滿足要求;對(duì)于高壓需求,采用纏繞管換熱器最高可承受20MPa壓力[1]。由于采用螺旋管盤繞,空間利用率高,在相同的空間里可得到大的傳熱面積,布置較長(zhǎng)的傳熱管道,而且比直管有更高的傳熱系數(shù),換熱效率更高。同時(shí)纏繞管換熱器在結(jié)構(gòu)上較為緊湊,并且具有一定的溫度自補(bǔ)償能力,適應(yīng)性及可靠性更好,因而在各種換熱設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用[2]。

      如圖1所示,纏繞管式換熱器由纏繞管芯體和殼體兩部分組成。纏繞管芯體由中心筒、換熱管、隔條等組成。小直徑管以單管或多管焊接的方式以螺旋狀纏繞在芯管上,各層纏繞方向相反,纏繞角度一般為5°~20°[3]。繞管的徑向間距用特制的金屬隔條來調(diào)節(jié),保證管子之間的橫向和縱向間距,隔條與管子之間用管卡固定連接或者焊接,換熱管與管板采用強(qiáng)度焊加貼脹的連接結(jié)構(gòu),中心筒在制造中起支撐作用,因而要求有一定的強(qiáng)度和剛度。殼體由筒體和封頭等組成[4]。

      圖1 多股流纏繞管換熱器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of multi-stream heat exchanger

      現(xiàn)有纏繞管換熱器的研究主要是從理論上研究幾何參數(shù)對(duì)換熱和壓降的影響以及單質(zhì)無相變的熱力設(shè)計(jì),對(duì)于多股流發(fā)生相變的研究缺乏準(zhǔn)確的理論依據(jù),涉及的文獻(xiàn)較少,但在工程應(yīng)用中,多股流相變繞管換熱器的應(yīng)用需求廣泛。因此,本文通過研究設(shè)計(jì)用于小型LNG裝置的纏繞管換熱器,探索出多股流相變繞管換熱器的設(shè)計(jì)方法,為纏繞管換熱器的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

      1 纏繞管換熱器計(jì)算方法

      對(duì)纏繞管換熱器建立模型前,做以下假設(shè):①殼側(cè)流動(dòng)方向唯一;②軸向?qū)岷雎?;③漏熱忽略?/p>

      1.1 幾何模型

      為了保證每層纏繞管的傳熱管長(zhǎng)、纏繞角度、管間距相同,每層的纏繞直徑和傳熱管數(shù)呈比例增加。最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法是:纏繞角保持不變,最內(nèi)層纏繞直徑為環(huán)形均勻布置,最內(nèi)層布置1根管,第二層2根管,第三層3根管,以此類推。選取任意兩層m,n(m<n),m層內(nèi)放置內(nèi)筒,n層外放置外殼,內(nèi)筒和外殼之間的環(huán)形共有 (n-m+1)層繞管。

      定義一個(gè)纏繞管數(shù)因子r,以r倍增加傳熱管數(shù)量,則以上模型中傳熱管數(shù)為r,2r,3r,…,當(dāng)r=1,2,3…整數(shù)時(shí),每層傳熱管數(shù)為整數(shù);當(dāng)r不是整數(shù)時(shí),每層傳熱管數(shù)量四舍五入取整。

      將第z層繞管展開,如圖2所示。幾何計(jì)算公式如表1所示。

      圖2 傳熱管展開圖Fig.2 Expansion of heat transfer tubes

      表1 幾何模型計(jì)算公式Table 1 Geometric model formula

      1.2 傳熱模型

      Schmidt[5]把直管內(nèi)流動(dòng)換熱加上離心力對(duì)傳熱系數(shù)的影響,提出了計(jì)算管側(cè)傳熱膜系數(shù)的方法。管內(nèi)發(fā)生冷凝時(shí),需要計(jì)算兩相傳熱系數(shù);與純蒸汽凝結(jié)換熱相比,混合蒸汽凝結(jié)換熱時(shí),冷凝溫度變化,有傳質(zhì)發(fā)生,傳熱傳質(zhì)間相互影響。本文管側(cè)冷凝傳熱模型采用的Bell等[6-8]方法是以膜理論為基礎(chǔ)建立的,假設(shè)冷凝過程在氣相主體溫度下達(dá)到汽液平衡,令Z=qsv/qt,用冷凝曲線求Z。殼側(cè)傳熱采用Patil等[9]推薦的殼側(cè)傳熱計(jì)算關(guān)聯(lián)式。殼側(cè)兩相傳熱時(shí),先計(jì)算液相單相傳熱系數(shù),再乘以兩相流系數(shù),便可得到兩相流的傳熱系數(shù)。Gungor等[10]提出的對(duì)管內(nèi)和環(huán)側(cè)流動(dòng)沸騰通用的簡(jiǎn)化關(guān)聯(lián)式,工程引用較廣泛,預(yù)測(cè)結(jié)果較好。關(guān)聯(lián)式如表2所示。

      1.3 壓降模型

      管內(nèi)單相壓降采用Schdmit提出的盤管內(nèi)流動(dòng)流體的壓力損失公式。Le Feuvre[11]對(duì)比了交叉排列管和螺旋纏繞管的傳熱模型,提出可以用交叉排列管模型來模擬螺旋纏繞管的傳熱和壓降。因此本文的壓降模型建立選取了Smith等[12]通過實(shí)驗(yàn)研究交錯(cuò)排列管束的傳熱性能得出的殼側(cè)摩擦因子式,Re范圍1000~10000。關(guān)聯(lián)式如表3所示。

      表2 傳熱模型公式Table 2 Heat transfer model formula

      表3 壓降模型公式Table 3 Pressure drop model formula

      1.4 程序設(shè)計(jì)

      基于以上模型,對(duì)換熱器進(jìn)行程序設(shè)計(jì),溫差采用對(duì)數(shù)平均溫差,由于工程應(yīng)用中換熱器內(nèi)工質(zhì)物性隨壓力、溫度變化較大,工質(zhì)物性隨溫度變化的影響不可忽略,但在微元段內(nèi)可視為物性保持不變,因此基于LMTD法采用微元分段設(shè)計(jì)法。如圖3所示,對(duì)管束進(jìn)行分段,固定每段管束長(zhǎng)為L(zhǎng)i,已知管進(jìn)口溫度tt1,殼出口溫度ts1,先假定管側(cè)出口溫度tt2,然后通過迭代計(jì)算,得到真實(shí)tt2,最后求得所需管束長(zhǎng),管側(cè)和殼側(cè)的溫度分布。程序框圖如圖4所示。

      2 模型驗(yàn)證

      為了驗(yàn)證所建立模型的準(zhǔn)確性,對(duì)文獻(xiàn) [14]中某廠一臺(tái)纏繞管換熱器 (E8)進(jìn)行傳熱系數(shù)、傳熱面積、壓力降等相關(guān)參數(shù)的核算,通過比較核算值與設(shè)計(jì)值來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。表4列出了E8換熱器的核算結(jié)果對(duì)比。

      圖3 微元分段示意圖Fig.3 Schematic plot of piecewise infinitesimal

      從表4可以看出平均纏繞直徑、纏繞角度、纏繞管數(shù)量、最外層纏繞直徑與原設(shè)計(jì)值偏差在3%以內(nèi),表中還列出了原設(shè)計(jì)值中未知的一些幾何參數(shù)。其中,由于模型中選擇了較大的污垢熱阻,來彌補(bǔ)所需要的裕量傳熱面積,故總傳熱系數(shù)偏差20.58%。而傳熱負(fù)荷與原設(shè)計(jì)值偏差0.48%,傳熱面積、傳熱管長(zhǎng)度、管束長(zhǎng)度偏差值都在5%以內(nèi),這也說明了僅傳熱系數(shù)的大偏差沒有影響模型其他參數(shù)的準(zhǔn)確度。從以上的分析中可以看出,本文選用的幾何、傳熱、壓力損失等計(jì)算公式基本正確,建立的模型合理、可靠。

      圖4 程序設(shè)計(jì)流程圖Fig.4 Programming flowchart

      3 實(shí)例計(jì)算

      用經(jīng)過驗(yàn)證的模型設(shè)計(jì)一個(gè)用于小型LNG裝置的纏繞管換熱器,由-45℃到-155℃,換熱器中管側(cè)為熱流,被冷卻冷凝,殼側(cè)為冷流,被加熱蒸發(fā)。以主冷換熱器LNG101進(jìn)行實(shí)例計(jì)算,工藝條件如表5所示。

      物性使用ASPEN數(shù)據(jù)庫(kù)。由文獻(xiàn)可知,管徑越小,傳熱系數(shù)越大,為了避免毛細(xì)效應(yīng),取管徑4mm,內(nèi)徑3mm,選取合適的t/do=1.25,t=5 mm,繞管換熱器計(jì)算結(jié)果如圖5~圖9所示,幾何尺寸結(jié)果如表6所示。

      由圖5中的溫度分布可以看出,設(shè)計(jì)溫差小,溫度分布均勻;圖8中的局部壓降不大,總壓降損失?。挥蓤D9的傳熱系數(shù)可以看出,傳熱熱阻主要由管側(cè)熱阻構(gòu)成。

      表4 核算結(jié)果對(duì)比Table 4 Result of check calculation

      表5 LNG101換熱器工況Table 5 Working conditions of heat exchanger LNG101

      表6 LNG101換熱器計(jì)算結(jié)果Tabel 6 Calculated results of heat exchanger LNG101

      圖5 溫度分布Fig.5 Temperature profile

      圖6 流速分布Fig.6 Velocity profile

      圖7 沿程干度Fig.7 Dryness profile

      圖8 沿程壓降Fig.8 Drop pressure profile

      圖9 換熱系數(shù)Fig.9 Heat transfer coefficient profile

      4 結(jié) 論

      本文研究了用于小型LNG裝置的纏繞管換熱器的計(jì)算方法,建立了適合纏繞管換熱器的幾何模型及幾何結(jié)構(gòu)、傳熱、壓力損失的計(jì)算公式,本文結(jié)論如下。

      (1)內(nèi)部傳熱及壓降關(guān)聯(lián)式是計(jì)算的基礎(chǔ),本計(jì)算方法選用的關(guān)聯(lián)式都是經(jīng)過驗(yàn)證的關(guān)聯(lián)式,大部分關(guān)聯(lián)式都被多次引用,且被證實(shí)在所選用領(lǐng)域具有可靠性。

      (2)本微元法對(duì)變物性 (流體在換熱器內(nèi)沿程物性有較大變化)的計(jì)算有顯著優(yōu)勢(shì),所有流動(dòng)參數(shù)和物性參數(shù)都使用換熱器內(nèi)當(dāng)?shù)鼐植繀?shù),切合換熱器內(nèi)局部實(shí)際工況,計(jì)算可靠,對(duì)大溫差且存在相變的換熱器來說,尤為重要,計(jì)算總傳熱量及總流動(dòng)壓降均為微元計(jì)算求和,準(zhǔn)確度高,且計(jì)算出的全部沿程局部參數(shù)分布,可為設(shè)計(jì)人員提供依據(jù),便于進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。因此采用微元化程序方法存在顯著的優(yōu)勢(shì) (相對(duì)均一化設(shè)計(jì)或者分段設(shè)計(jì)法)。

      (3)本設(shè)計(jì)方法能直接獲得換熱器的內(nèi)部所有主要結(jié)構(gòu)參數(shù),計(jì)算獲取的參數(shù)作為重要參考,可直接作為換熱器物理結(jié)構(gòu)參數(shù),一旦應(yīng)用本方法設(shè)計(jì)完成,換熱器的關(guān)鍵參數(shù)都直接獲得,后續(xù)工作簡(jiǎn)單易行;尤其確定纏繞管數(shù)排列的方法簡(jiǎn)單快捷,在多層纏繞時(shí),可以快速確定每層管數(shù),不需要逐層計(jì)算。

      (4)本微元法計(jì)算法,計(jì)算穩(wěn)定,易收斂,通用性好,該設(shè)計(jì)方法可應(yīng)用于空分、LNG、液化氮?dú)獾壬婕暗蜏丶跋嘧兊睦@管換熱器設(shè)計(jì)。

      (5)運(yùn)用該程序?qū)σ延袚Q熱器進(jìn)行核算,驗(yàn)證了該模型的可靠性。

      (6)運(yùn)用本程序設(shè)計(jì)了一個(gè)用于小型LNG裝置的纏繞管換熱器。

      [1] Yin Jiexi(尹接喜),Li Qinghai(李清海),Shi Deqiang(施德強(qiáng)),Lu Zhongqi(魯鐘琪),Yang Ruichang (楊瑞昌).Heat transfer model land experiment for paired-tubes wound-tube heat exchangers [J].JournalofTsinghua University:ScienceandTechnology(清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版),2000,40 (6):73-75.

      [2] Guo Meng(郭萌),Zhao Liang(趙亮),Mao Yufei(毛宇飛),Zhen Feiqiang (甄飛強(qiáng)),Zhang Wenbin (張文斌),Guo Liejin (郭烈錦),Peng Xiaofeng (彭曉峰).The study in steam-water two-phase flow heat transfer at high velocity of flow in vertical helical coiled tube [J].Journalof EngineeringThermophysics(工程熱物理學(xué)報(bào)),2008,29(3):423-428.

      [3] Wang Baizhan (王百戰(zhàn)),Liang Xuqun (梁緒囷).Review of technology development of coiled-wound heat exchanger[J].WesternCoalChemicalIndustry(西 部 煤 化 工 ),2005,(2):28-30.

      [4] Du Yueliang (都躍良),Zhang Xian’an (張 賢 安).The management and analysis on application prospect of coiledwound heat exchanger [J].ChemicalEngineering&Machinery(化工機(jī)械),2005,32 (3):181-185.

      [5] Oka Ero (尾花英朗).Heat Exchanger Design Handbook(熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)) [M].Xu Zhongquan (徐忠權(quán)),trans.Beijing:Petroleum Industry Press,1982.

      [6] Bell K J,Ghaly M A.An approximate generalized design method for multicomponent/partial condenser [J].AIChE Symp.Ser.,1973,69 (131):72-79.

      [7] Si Qin(思勤),Huang Fenglian (黃風(fēng)廉),Huang Hongding (黃 鴻 鼎).The calculation method and verification of multicomponent vapor condensation heat transfer in a horizontal tube.[J].ChemicalEngineering(China) (化學(xué)工程),1988,16 (6):16.

      [8] Gilli P V.Heat transfer and pressure drop for cross flow through banks of multistart helical tubes with uniform inclinations and uniform longitudinal pitches [J].Nuclear ScienceandEngineering,1965,22 (3):298.

      [9] Patil R K,Shende B W,Ghosh P K.Designing a helicalcoil heat exchanger [J].ChemicalEngineering,1982,92(24):85-88.

      [10] Gungor K E,Winterton R H S.Simplified general correlation for saturated flow boiling and comparisons of correlations with data [J].ChemicalEngineeringResearch&Design,1987,65 (2):148-156.

      [11] Le Feuvre R F.A method of modelling the heat transfer and flow resistance characteristics of multi-start helically-coiled tube heat exchangers//8th International Heat Transfer Conference [C].San Francisco,1986:2799-2804.

      [12] Smith E M,King J L.Thermal performance of further crossinclined in-line and staggered tube banks//Proc.6th Int.Heat Transfer Conf.[C].Toronto,1978.

      [13] Müller-Steinhagen H,Heck K.A simple friction pressure drop correlation for two-phase flow in pipes [J].Chemical EngineeringandProcessing:ProcessIntensification,1986,20 (6):297-308.

      [14] Yu Qingye (于清野).Researchon calculation methodfor helical wound coil tube heat exchangers [D].Dalian:Dalian University of Technology,2011.

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