缠绕管式换热器在LNG工业领域的研究进展

张家楷，高文忠，齐登宸，齐家业

(上海海事大学 商船学院，上海 201306)

将天然气冷却至-162 ℃并液化可获得LNG[1]，经过液化后的LNG由远洋运输或者陆地传输至接收站，经过再气化后打入天然气管网。中国LNG产业地位日益提高，目前国内超过50座LNG工厂已建成并运营，在建、调试工厂超过60座。

主低温换热器是LNG工厂的关键设备，它能够对已开发的天然气进行气液转换，其性能决定了气化工厂LNG的生产能力[2]。目前常用的两种主要低温换热器是板翅式换热器(PFHE)和螺旋缠绕式换热器(SWHE)[3]。由于扩大SWHE的尺寸比PFHE更容易，SWHE成为大型陆上LNG装置的首选，也是针对高容量的FLNG平台上主要低温换热器的首选。缠绕管式SWHE因其多流能力强、紧凑度高、传热效率高、灵活性强、鲁棒性好的特点[4]，被广泛应用于90%的陆上液化天然气工厂和浮式生产储油和卸油装置(FPSO)[5]。

1 LNG缠绕管式换热器技术

工艺条件的变化对SWHE结构产生较大的影响，通过合理布置管束分布及选定换热管尺寸可调配液化段及过冷段的换热量[6]，从而达到气体充分液化的目的。考虑到LNG液化工厂热负荷均超过数十兆瓦以及低温下运行，通常采用奥氏体不锈钢及铝合金作为换热管材料，同时满足其耐低温及高换热能力的材料特性[7]。SWHE广泛应用于LNG液化工艺，相比于其他形式的换热器，优势十分明显：管、壳程介质以纯逆流方式进行传热，换热器效率相对较高。其中每层绕管均程反向互相缠绕，管程内介质以螺旋方式流动，壳程介质以逆流方式流经换热管外壁，即使在雷诺数较低的工况下，流动形态也为湍流。……