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1、,Process Design and Analysis of LNG Cascade Vaporizer,LNG梯级汽化器工艺设计与分析,Jiangsu University of Science and Technology,CONTENTS,1,4,2,5,3,6,研究背景,热力分析,技术思路,设计计算,结构设计,结 论,RESEARCH BACKGROUNDS,TECHNICAL THOUGHTS,STRUCTURE DESIGN,THERMAL ANALYSIS,DESIGN CALCULATION,CONCLUSION,从2004年到2013年，我国天然气消费量始终保持着10%以上
2、的快速增长，9年间的平均增量为138亿立方米，平均增长速度17.0%。截至2015年，我国天然气消费量快速增长，表观消费量达到1933亿立方米；,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,分析1,LNG动力船,分析3,分析2,IMO Tier III,汽化装置,汽化装置,开架式汽化器,空温式汽化器,浸没燃烧式汽化器,带中间传热介质的汽化器,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,思路,通过分析目前汽化器存在的问题以及船用汽化器的特点，选择梯级汽化器的热源、中间换热介质、传热体结构等，提出梯级汽化器的汽化方案，得到汽化器结构的初步设计。,换热介质结冰换热管结霜 消耗
3、部分能源,热源,传热体,中间传热介质,2,技术思路,TECHNICAL THOUGHTS,2,技术思路,TECHNICAL THOUGHTS,热源选择,选择一,选择二,用于冷却船舶主机的淡水，其热量一般排放到环境中。,缸套冷却水,十分常用的环境热源，但是会导致一些问题。,海水、空气,比较结果,采用缸套冷却循环水作为热源，不仅减小海水温降，保护海洋生态环境，而且水质相对海水对设备腐蚀小，同时有效利用废热，产生一定经济效益，对可持续发展有着重要意义。,2,技术思路,TECHNICAL THOUGHTS,几种冷媒的热力性质比较,中间 传热介质,2,技术思路,TECHNICAL THOUGHTS,传热
4、体选择,传热体作为汽化器中热量交换的重要媒介，其换热能力的强弱决定了汽化器的各项性能指标，本文所设计的汽化器采用热虹吸管作为传热体，其相对于传统传热管具有以下优势。,传热效率高,在众多的传热元件中，热管是目前已知的效率最高的传热元件之一，由于采用相变换热，也可满足小温差下的传热；,尺寸形状不受限制,可以根据实际需求制成需要的尺寸及形状，同时换热效率不会受到影响，且均温性能优异，热源可以分散在整个热管长度之上；,价格低廉,热管的批量生产降低了其生产成本，如上世纪90年代为PC散热的热管成本大约是10至15美元，目前已经大幅减少到不足1美元。,3,结构设计,STRUCTURE DESIGN,4,热
5、力分析,THERMAL ANALYSIS,热网络法，也称为热阻热容法、热节点网络法，是一种类比与电路中电阻的分析方法。目前这种方法已经广泛的应用在航空航天、建筑、医学和制冷等众多领域。 热网络法提供了一个相对简单且直观的解决方案，因此本文采用热网络法作为汽化器中换热问题的基本研究方法，通过对汽化器中各部分元件热阻的分析，从而设计计算各部分的设计参数，得到汽化器的换热性能等指标。,4,热力分析,THERMAL ANALYSIS,4,热力分析,THERMAL ANALYSIS,LNG流体 核状沸腾换热,丙烷蒸汽 膜状冷凝传热,丙烷流体 核状沸腾换热,天然气横掠圆管,缸套冷却水横掠圆管,丙烷蒸汽横掠
6、圆管,汽化区,过热区,5,设计计算,DESIGN CALCULATION,5m/h,汽化流量,丙烷,-163C,LNG,20C,25C,20C,0.35MPa,0.648MPa,3000m/h,缸套水,80C,30C,0.60MPa,LNG动力船主要参数,5,设计计算,DESIGN CALCULATION,1,4,2,5,3,根据能量守恒原则，在考虑一定热损失的情况下，计算各状态点参数；,热平衡计算,计算单根热虹吸管总热阻，然后根据对数平均温差法，求得在汽化区需要的热虹吸管数量；,汽化区换热计算,采用类似与热管换热器的压力降计算经验公式，求出三个腔体的压力降。,压力降计算,包括对热虹吸管的管径
7、选型，管子的排列和换热腔体的横截面积计算；,几何参数设计,计算单根热虹吸管总热阻，然后根据对数平均温差法，求得在过热区需要的热虹吸管数量；,过热区换热计算,5,设计计算,DESIGN CALCULATION,汽化器主要参数汇总,1,4,2,3,由于采用了中间换热流体丙烷，可以有效的避免冰点问题，从而在很大程度上提高了梯级汽化器的汽化效率，保证装置的稳定运行;,由于采用热虹吸管作为传热体，经过计算得出汽化器的结构尺寸相对同等汽化量的汽化器更小，适用于LNG动力船;,热源来自船上主机缸套冷却循环水，避免了对海洋生态环境的影响，同时提高了热源的水质，降低了对汽化器的腐蚀；,本文不仅设计了一种采用梯级汽化的汽化器，而且为设计一种涉及到相变换热过程的热管换热器提供了一种设计及分析方法。,结 论,6,结 论,CONCLUSION,致谢感恩,Design and Analysis of LNG Cascade Vaporizer,THANKS TO,