【HETA】FLNG 换热器的设计方法与应用
“亚洲FPSO&FLNG大会2016“（亚洲FPSO&FLNG Asia 2016”于2016年10月20-21在上海豫园万丽酒店举行。联盟理事长丁国良教授应邀做了全体大会报告。报告的题目为“中国FLNG 换热器的先进设计方法与创新应用”。
丁国良教授向来自世界各国的参会者，介绍了上海交通大学与中海油气电集团合作，在国家自然科学基金、863计划、工信部、上海市科委等支持下，在液化天然气换热器领域取得的研究与应用进展。主要内容包括：
绕管式换热器的仿真与优化设计软件开发
绕管式换热器传动与传热特性的实验方法
管壳式海水换热器仿真与优化设计软件开发
管壳式海水换热器流动与传热特性实验方案
印刷板路换热器的开发与应用
总结
1、研究背景。
为了保证海上绕管式换热器的正常运行，需要对复杂海况下的绕管式换热器进行针对性设计。因此，一般情况首选绕管式换热器——大型浮式LNG生产储卸平台(LNG-FPSO)首选主低温换热器。
海上平台受海风浪影响发生晃荡
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2、绕管式换热器仿真模块的模型与算法
任意流程布置
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有向图
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计算机可以存储和访问的邻接矩阵
3、绕管式换热器仿真与设计软件的界面开发
主界面：软件界面包含以下几个部分。
基本设置（单位设置）对话框、仿真模块对话框和设计模块对话框。
输入对话框
“优化目标选择”对话框
“结构参数设置”对话框
“待优化结构参数限制”对话框
“管程进出口工况参数”对话框
“壳程进出口工况参数”对话框
“Input Summary”对话框
输出对话框
“优化结果筛选”对话框
“各级结构参数优化结果”对话框
“各层结构参数优化结果”对话框
3D图形界面的人机交互
1、总体目标：
通过实验研究，得出绕管式换热器壳侧流动分布特性规律及流型转变的判据，并针对天然气液化工艺的工况范围开展传热和压降实验，开发关联式，使绕管式换热器仿真和设计软件的精度提高。
目标一：建立壳侧流动传热实验装置；
目标二：得出壳侧流体流型变化及流动分布特性模型；
目标三：开发壳侧流体传热压降关联式；
目标四：用于设计软件精度提高
2、实验内容
3、防爆实验区
1、背景。
大型管壳式海水冷凝器在FLNG系统中应用潜力巨大。
但存在一些问题：
大型管壳式换热器冷凝不均匀
冷凝过程的流动与换热特性复杂
缺乏成熟设计经验
这导致了设计失效。
2、软件开发的技术路线及总体框架——功能设计
3、管壳式换热器仿真软件界设计 ——对话框搭建
软件界面包含以下几个部分：
4、管壳式换热器仿真软件界面开发——热力参数
5、管壳式换热器仿真软件界面开发 ——结构参数
6、管壳式换热器仿真软件界面开发——主要部件
7、管壳式换热器仿真软件界面开发——运算结果
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水侧/冷剂侧 |
可显示参数 |
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水侧 |
换热系数、温度 |
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冷剂侧 |
换热系数、温度、压力、干度 |
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总体 |
换热系数 |
1、研究总体目标：
通过实验研究，得出海水作为预冷介质时混合介质流型规律及其流型转变的判据，建立传热和压降的关联式，并用到设计软件中去，使大型海水-混合介质壳管式换热器仿真和设计软件的误差控制到20%以内。
目标一：流动传热实验的装置一套
目标二：得出海水作为冷却介质时壳侧流型判定准则；得到壳侧传热的关联式；得到壳侧压降的关联式
目标三：误差小于的设计软件
2、研究内容：
通过设计可视化管壳式换热器测试段，通过高速摄像机拍摄壳侧的流型，分析流型的均匀性，建立换热器结构及工况对流型和流场均匀性影响的理论模型。
壳侧两相混合制冷剂流动冷凝的流型及流场均匀性研究
3、实验装置（主实验台模块）
1、PCHE换热器背景
印刷电路板式换热器（PCHE）是一种传热性能优良、高效率的紧凑式换热器。PCHE 的流体通道是在金属板上采用化学刻蚀工艺形成的，传统的通道截面形状为 1~2 mm 的半圆，不同的板块之间通过扩散粘合叠置在一起组装成该换热器芯体。
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流道
2、上海交大PCHE试制
3、流道加工
对于流道的机械加工方法，交大申请了有关专利：机械镂穿的印刷电路板式换热器芯部。
4、薄板压合、对齐
为了使各层薄板几乎做到绝对对其、压合以提高平整度。交大自行研发制造了工装，并申请了相关专利：一种用于印刷电路板式换热器激光焊接的工装
技术创新一：适用于天然气混合工质的快速物性计算模型
1）快速 2）可逆 3）不发散 4）精度高
技术创新二：适用于LNG绕管式换热器的仿真与优化设计软件
1）精度高于集中参数模型和分段模型 2）体现螺旋直径的影响
技术创新三：管壳式海水换热器的仿真与优化设计软件
1）适用于多种LNG工质和不同海域的海水 2）既可设计，也可校核
技术创新四：提出了绕管式换热器流动与传热特性的实验方案
技术创新五：管壳式海水换热器流动与传热特性的实验方案
技术创新六：新型PCHE换热器的设计与制造