【摘要】：天然氣液化流程中大型冷箱內(nèi)的多個換熱單元間為并聯(lián)裝配,并聯(lián)換熱單元間介質(zhì)流量的分配不均可導致嚴重后果:輕度不均導致?lián)Q熱效率和經(jīng)濟性降低;嚴重不均導致?lián)Q熱器局部流體通道堵塞或蒸干過程中局部溫度迅速變化,結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力并損壞內(nèi)部構(gòu)件。本文研究了液化天然氣冷箱內(nèi)由于配管系統(tǒng)造成的介質(zhì)流動不均現(xiàn)象的物理機制、影響因素和優(yōu)化方案,從配管系統(tǒng)內(nèi)單相流體介質(zhì)分流和匯流管路的流量分配不均,兩相介質(zhì)均相流動時分流管路的流量分配不均,兩相介質(zhì)在T型管內(nèi)流動時的成分分布不均和兩相介質(zhì)在T型管與分流管路中環(huán)狀及層狀流動時的分配不均等方面進行了研究,獲得了流量分配基本規(guī)律和均配優(yōu)化方案。根據(jù)板翅式天然氣冷箱的結(jié)構(gòu)特征和液化工藝過程不同階段流體的相態(tài)和流型,將液化冷箱中天然氣的流動過程分解為單相流體的并聯(lián)分流及匯流、霧狀兩相流的并聯(lián)分流、霧狀兩相流在T型管內(nèi)的組分分離和分配、環(huán)狀兩相流在T型管內(nèi)的組分分離和分配、環(huán)狀兩相流的并聯(lián)分流等五個典型過程,分別對這五個典型過程中導致流量分配不均的物理機制和分配特性進行了研究,獲得了天然氣液化冷箱中并聯(lián)換熱單元間介質(zhì)流量分配的主要影響因素和優(yōu)化策略。模擬研究了單相和霧狀兩相流在并聯(lián)分流支管間的流量分配特性,研究發(fā)現(xiàn)單相和霧狀流狀態(tài)下直角T型聯(lián)結(jié)的并聯(lián)分流管路系統(tǒng)中,沿母管流動方向上,靜壓逐漸增大,動壓逐漸降低,全壓稍許降低;同時母管流動方向上游的分支管直角T型聯(lián)結(jié)入口附近產(chǎn)生了較大的回流漩渦,下游支管中的漩渦區(qū)域和強度較小,所在支管形成的流動阻力降低。由于管段流量由管段兩端的壓差和管段內(nèi)的流動阻力決定,故下游分支管出口流量比逐漸增大。因此各分支管的壓降和通道內(nèi)部阻力系數(shù)不一致是導致直角T型連結(jié)并聯(lián)分流管路系統(tǒng)支管流量分配不均勻的直接原因,是導致冷箱中并聯(lián)單元間流量分配不均的流體力學機理。模擬研究了液化天然氣流經(jīng)直角T型聯(lián)結(jié)和彎管過渡并聯(lián)匯流管路內(nèi)的流動特性和分配均勻性。隨著母管內(nèi)的質(zhì)量流量逐漸增大,匯流系統(tǒng)母管軸線上的動壓值沿流動方向增大,靜壓值逐漸降低。支管內(nèi)的壓降較低,各支管的流動阻力特性系數(shù)基本一致,各支管間流量不均勻性主要由壓降變化導致,漩渦導致的阻力損失主要發(fā)生在母管內(nèi)。優(yōu)化了分流和匯流管路的母支管聯(lián)結(jié)型式,將母管和支管聯(lián)結(jié)設(shè)計成彎管過渡結(jié)構(gòu)后,各分流支管進出口的壓降與阻力特性系數(shù)降低到基本一致的程度,提高了支管流量均勻性,降低了整個管路系統(tǒng)的壓力損失。匯管系統(tǒng)彎管內(nèi)的流動速度矢量變化較大,致使支管內(nèi)的阻力損失大于直角T型聯(lián)結(jié)的支管結(jié)構(gòu),同時母管內(nèi)的阻力損失降低,并降低了整個配管系統(tǒng)的阻力損失,有利于流量均配。研究了兩相霧狀流在T型管分流過程中形成的相成分分離和液相流量分布不均現(xiàn)象,直角T型聯(lián)結(jié)分支管入口回流區(qū)造成低濃度環(huán)狀區(qū)域,造成分支管下部區(qū)域液相含量近似平行分層分布,濃度不均勻與流量不均勻的標準方差約在0.1至0.4之間。母管和直支管交接段左側(cè)區(qū)域氣相流動速度矢量改變過大,造成明顯的氣液兩相速度差,致使液相緩沖到下支管右側(cè)后靠右分布明顯,從而導致氣液兩相組分分離。分離規(guī)律總體表現(xiàn)為液相濃度與流量均勻性均隨速度與液相粒徑的增大而降低。使用全彎與半彎過渡聯(lián)結(jié)替代母管與支管間的直角T型結(jié)構(gòu),可消除下支管左側(cè)回流區(qū),增大母管和支管間的流動面積,降低了氣液兩相流動速度,有利于流動和組分均勻分配。研究了液相含量占比變化時,兩相霧狀流在多個出口支管的配管系統(tǒng)時流量分配和兩相間質(zhì)量分配規(guī)律。發(fā)現(xiàn)兩相介質(zhì)的流量分配規(guī)律和單相流體介質(zhì)相同,流速和兩相流密度增大后動能增加,造成直角T型聯(lián)結(jié)的上游出口流量降低、下游出口流量增大,最終導致均勻性降低,彎管過渡相比直角T型聯(lián)結(jié)的總流量不均勻性指數(shù)明顯降低。研究發(fā)現(xiàn)配管各支管出口的兩相流液相含量基本保持不變,表明各支管間的總流量分配和單個支管內(nèi)部相間質(zhì)量成分分布之間的關(guān)聯(lián)性不強,可將配管內(nèi)兩相流動問題分解為多出口配管流量問題和單出口內(nèi)部的相成分問題分別進行研究。實驗研究了環(huán)狀兩相流介質(zhì)在T型管和多支路分流配管內(nèi)的主要流動特征和分配規(guī)律,分析了天然氣液化過程中兩相混合物的流動特征。實驗結(jié)果表明,單個T型管內(nèi)氣相等流量比分配時,母管和支管的采出流量隨著進口液相流量而基本成線性變化,氣相流量一定時支管液相采出分率隨著氣相采出分率的增加而增大。入口氣相流量增大導致T型管內(nèi)母管出口液相分配流量逐漸增大,支管液相流量先增大后降低。在母管和支管之間采用彎管或半彎管過渡時,在降低流動阻力、實現(xiàn)兩相和單相流體介質(zhì)在多個支管內(nèi)的分流及匯流均配、對單個支管內(nèi)部的兩相組分和流量均布均有明顯的改善效果,可作為解決天然氣液化冷箱內(nèi)并聯(lián)換熱單元間的流量分配不均的措施。
【圖文】：

第１章邋緒論第１章緒論逡逑１．１國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑在天然氣液化、石油化工、空氣分離等分離生產(chǎn)工藝過程中，將多臺串、逡逑并聯(lián)的換熱器及氣液分離器和連接管路放置到一個鋼制的保冷箱中，保冷箱管路系統(tǒng)及其換熱設(shè)備組成的整體結(jié)構(gòu)為冷箱如圖１－１。冷箱是空分液化工程的核心關(guān)鍵設(shè)備，目前冷箱內(nèi)多采用繞管式換熱器和板翅式換熱器作為熱逡逑換設(shè)備。逡逑

在天然氣液化、石油化工、空氣分離等分離生產(chǎn)工藝過程中，將多臺串、逡逑并聯(lián)的換熱器及氣液分離器和連接管路放置到一個鋼制的保冷箱中，保冷箱和逡逑管路系統(tǒng)及其換熱設(shè)備組成的整體結(jié)構(gòu)為冷箱如圖１－１。冷箱是空分液化工藝逡逑過程的核心關(guān)鍵設(shè)備，，目前冷箱內(nèi)多采用繞管式換熱器和板翅式換熱器作為熱逡逑交換設(shè)備。逡逑U危卞義賢跡保卑宄崾嚼湎湫咎寮巴夤坼義習宄崾交蝗繞髁鞒套楹戲絞攪榛�、传热翁旑小、效率高、结构紧村帰重量辶x锨�，可用诱O淠駝舴ⅲ蚱浯蠖嗬媚苣偷臀碌穆斂鬧圃歟蘊乇鶚視噱義纖鋪烊黃夯涂掌擲氳鵲臀潞統(tǒng)臀虜僮骰肪場ｅ義纖孀派杓萍際醯慕接敫哐孤林瓢宄崾交蝗繞髦圃旒際醯鬧鴆匠墑歟殼板義顯諫煊蛑諧魷至稅宄崾交蝗繞骼湎浯嫫淥嘈突蝗繞骼湎淶那魘�，永@溴義顯誑占潯蟮暮Ｉ細∈繳⑿鍍教ǎǎ蹋危牽疲校櫻希┨烊黃夯ひ罩校溆﹀義嫌們熬罷鸞サ玫焦恃Ы紜⒁到緄墓刈�。辶x嫌捎詘宄崾交蝗繞韉那ズ鋼圃旃ひ招枰誶ズ嘎諭瓿桑芟抻誶ズ嘎膩義銑嘰紓ざ裙せ蚪孛婊蟮陌宄崾交蝗繞髦圃炷訊忍釟�。灾@烊黃夯灣義峽掌擲氳墓ひ展討

本文編號：2702100