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『簡體書』液化天然气装备设计技术:液化换热卷

書城自編碼: 3165749
分類: 簡體書→大陸圖書→工業技術石油/天然气工业
作者: 张周卫、郭舜之、汪雅红、赵丽 著
國際書號(ISBN): 9787122310651
出版社: 化学工业出版社
出版日期: 2018-05-01
版次: 1
頁數/字數: 335/536
書度/開本: 16开 釘裝: 平

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編輯推薦:
在LNG工业领域,大力发展LNG产业,提高天然气能源在消费中的比例是调整我国能源结构的重要途径,LNG既是天然气远洋运输的主要方法,也是天然气调峰的重要手段。随着国内众多LNG工厂的相继投产及沿海LNG接收终端的建设,我国LNG工业进入了高速发展时期,与之相关连的LNG低温制冷装备技术也得到相应快速发展。LNG液化工艺主要包括天然气预处理、液化、储存、运输、接收、再汽化等工艺单元,其中,液化工艺为核心工艺流程,主要应用低温制冷工艺技术制取-162℃低温环境并将天然气液化。本书主要围绕LNG混合制冷剂液化工艺及贮运工艺中所涉及的主要低温装备,研究开发LNG工艺流程中主要液化换热装备的设计计算技术,主要包括LNG低温液化混合制冷剂多股流缠绕管式主换热装备、LNG低温液化混合制冷剂多股流板翅式换热装备、表面蒸发空冷器等设计计算技术,为LNG液化、LNG换热等关键环节中所涉及4类主要设备的设计计算提供可参考样例,并推进LNG系列液化装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。
內容簡介:
本书主要围绕液化天然气(LNG)混合制冷剂液化工艺及贮运工艺中所涉及的主要低温装备,研究开发LNG 工艺流程中主要液化换热装备的设计计算技术,主要包括LNG 低温液化混合制冷剂多股流缠绕管式主换热装备、LNG低温液化混合制冷剂多股流板翅式换热装备、表面蒸发空冷器、开架式气化器、低温液氮洗用多股流缠绕管式换热器等设计计算技术,为LNG液化、LNG换热等关键环节中所涉及的主要设备的设计计算提供可参考样例,并推进LNG系列液化装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。
本书不仅可供液化天然气(LNG)、化工机械、制冷及低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理等领域的研究人员、设计人员和工程技术人员参考,还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等专业的师生参考。
關於作者:
张周卫,兰州交通大学,教授,男,国家“万人计划”领军人才,国家 级创新创业人才,国家科技专家库专家,环境科学博士后,动力工程及工程热物理博士,毕业于西安交通大学能源与动力工程学院制冷及低温工程系,高级工程师,教授,主要从事空间低温制冷技术、压缩机械、真空低温设备、LNG过程控制装备、多股流缠绕管式换热装备、螺旋压缩膨胀制冷机等研究,涉及系统耦合传热及传热数值模拟计算,低温节流减压装置、低温系统换热装备、低温冷屏蔽系统、高超声速飞行器空间低温制冷机理研究等;先后参与北京航空航天大学863系统项目子项目“天然气涡旋压缩机”、清华大学航天航空学院973系统子项目“空间气流组织测试模拟环境室”、总装备部“空间低温红外辐射冷屏蔽系统研究”、真空低温国防重点实验室“空间低温流体流动特性实验研究”、国家重点实验室“空间低温流体自密封加注系统研究”等,先后参与国家 级项目20多项,主持国家自然基金及国家创新基金等6项、甘肃省创新基金4项、甘肃省自然基金等项目4项,与企业合作4项等;主持申报发明专利46项,发表论文30多篇,出版学术专著3部等;带领创新创业团队获得省级二等以上奖励54人次,厅级以上奖励80多人次,2013年入选江苏省启东市“东疆英才扶持计划”,2014年入选“国家创新人才推进计划”,2016年入选国家“特殊人才支持计划”。
目錄
第1章绪论
1.1LNG应用领域001
1.2LNG工厂国内外发展现状002
1.2.1国外发展及现状002
1.2.2国内发展及现状003
1.3LNG产业链003
1.4LNG产业链各环节主要工艺概述004
1.4.1LNG净化工艺004
1.4.2LNG液化工艺006
1.4.3LNG接收站工艺009
1.4.4LNG加气站工艺流程010
1.5LNG主要装备技术011
参考文献011
第2章LNG缠绕管式换热器设计计算
2.1LNG多股流低温缠绕管式换热器012
2.1.1缠绕管式换热器设计计算路线012
2.1.2MCHE型LNG液化工艺描述013
2.1.3LNG缠绕管式换热器设计原则020
2.2缠绕管式换热器换热工艺计算021
2.2.1换热工艺计算主要内容021
2.2.2缠绕管式换热器的制冷过程温熵图的绘制030
2.2.3制冷装备通过真空层向外界辐射散热量的计算035
2.2.4一级制冷装备传热及管束结构参数计算过程036
2.2.5二级制冷装备传热及管束结构参数计算过程048
2.2.6三级制冷装备传热及管束结构参数计算过程051
2.3缠绕管式换热器结构设计计算054
2.3.1内筒的强度设计计算054
2.3.2换热管规格及选型058
2.3.3管板设计059
2.3.4法兰与垫片059
2.3.5保温层及保温材料选择062
2.3.6开孔补强计算062
2.3.7中心筒的强度校核076
2.4塔的强度设计077
2.4.1塔壳(外筒)的强度计算077
2.4.2塔的质量载荷计算082
2.4.3塔的自振周期计算084
2.4.4地震载荷和地震弯矩的计算084
2.4.5风载荷和风弯矩计算087
2.4.6计算各截面的最大弯矩088
2.4.7塔壳稳定校核090
2.4.8裙座稳定计算091
2.4.9地脚螺栓座计算093
2.4.10裙座与塔壳对接连接焊缝的验算096
2.4.11设计总汇097
2.4.12塔器设计主要符号说明097
2.5本章小结098
参考文献098
第3章LNG板翅式换热器设计计算
3.1板翅式换热器简介101
3.1.1板翅式换热器国内外发展101
3.1.2板翅式换热器的构造及工作原理102
3.1.3基于PFHE的LNG液化系统102
3.1.4基于板翅式换热器的混合制冷剂制冷系统102
3.1.5液化天然气工艺流程操作及控制103
3.2板翅式换热器的工艺计算103
3.2.1板翅式换热器的工艺设计过程103
3.2.2混合制冷剂参数确定103
3.2.3基于板翅式换热器的LNG液化流程104
3.2.4LNG工艺计算过程105
3.2.5板翅式换热器传热系数、传热面积计算及板束排列及压力降计算113
3.3板翅式换热器结构设计139
3.3.1封头设计139
3.3.2液压试验144
3.3.3接管确定146
3.3.4接管补强149
3.3.5法兰与垫片选择158
3.3.6隔板导流片封条的选择161
3.3.7换热器的成型安装163
参考文献164
第4章表面蒸发空冷器设计计算
4.1空冷技术概述166
4.1.1国外空冷技术发展概况167
4.1.2我国空冷技术发展概况167
4.1.3工作原理169
4.1.4蒸发空冷器的特点169
4.1.5亲水膜170
4.2空冷器的设计计算170
4.2.1空冷器的设计计算方法和步骤170
4.2.2详细计算175
4.3喷淋系统的设计198
4.3.1喷头的选用198
4.3.2喷淋水质的要求198
4.3.3喷淋系统198
4.4管束结构与计算201
4.4.1管束的布管设计201
4.4.2管箱结构形式201
4.4.3管束材料202
4.4.4管束支撑梁的计算202
4.4.5管束定距结构208
4.4.6丝堵式焊接矩形管箱的设计计算209
4.5构架215
4.5.1构架的型式与参数215
4.5.2构架载荷的计算217
4.5.3构架材料选用的一般原则219
4.6百叶窗219
4.6.1叶窗的用途219
4.6.2百叶窗的安装方式220
4.6.3一般要求220
4.6.4百叶窗的结构220
4.7风机的选用220
4.7.1风机的选型方法220
4.7.2通风机选型的一般步骤221
4.7.3轴流式通风机222
4.7.4性能参数表222
4.7.5离心式通风机223
4.7.6风机型式及传动方式224
4.7.7离心通风机的安装与使用225
4.7.8通风机噪声226
4.8空冷器的防冻设计227
4.8.1确定防冻设计依据227
4.8.2热损失和防冻要求227
4.8.3计算最低的管壁温度227
参考文献228
第5章开架式气化器设计计算
5.1概述230
5.1.1背景及意义230
5.1.2开架式气化器结构和工作原理230
5.1.3LNG组分及物性231
5.1.4设计基本参数231
5.2气化器换热计算232
5.2.1气化器传热面积的确定232
5.2.2气化器的气化能力的确定232
5.2.3气化单位质量液化天然气所需的热量232
5.2.4气化器的传热系数的确定233
5.2.5开架式气化器结构尺寸的确定247
5.3LNG开架式海水气化器设计选材248
5.3.1气化器概述248
5.3.2影响气化器选材的因素249
5.3.3材料传热性能249
5.3.4材料低温性能249
5.3.5材料耐腐蚀性能249
5.3.6常用材料性能比较250
5.3.7气化器材料选择250
5.4开架式气化器的海水分布装置251
5.4.1海水水质的基本要求251
5.4.2海水分布装置结构251
5.5LNG换热管道裂纹及腐蚀252
5.5.1工作环境及工况说明252
5.5.2开架式气化器基本结构253
5.5.3LNG换热管道裂纹分析253
5.5.4传热管开裂成因及解决方案254
5.6LNG管道腐蚀及应力计算254
5.6.1铝合金应力腐蚀性能254
5.6.2铝合金点蚀对应力集中系数影响255
5.6.3点蚀数目和最深点蚀位置的影响256
5.6.4点蚀系数对应力集中系数的影响256
5.7法兰设计257
5.7.1螺栓法兰连接设计内容257
5.7.2本设计采用窄面整体法兰257
5.7.3整体法兰计算258
参考文献260
第6章低温液氮洗用多股流缠绕管式换热器
6.1设计方案及流程262
6.1.1液氮洗工序生产流程图262
6.1.2设计工艺参数264
6.1.3缠绕管换热器设计计算过程264
6.2氮气及制冷剂的状态计算265
6.2.1高压氮气冷却器的设计265
6.2.2缠绕管换热器壳程有效面积的计算266
6.2.3壳侧界膜换热系数的计算270
6.2.4管侧界膜换热系数的计算272
6.2.5传热温差计算(利用对数平均温差法计算)276
6.2.6管侧压力损失278
6.2.7壳侧压力损失279
6.3一号原料气体冷却器的设计计算过程280
6.3.1一号原料气体冷却器螺旋管的确定280
6.3.2缠绕管换热器壳程有效面积的计算282
6.3.3壳侧界膜热导率的计算286
6.3.4管侧界膜热导率的计算286
6.3.5传热温差计算291
6.3.6管内侧压力损失293
6.3.7壳侧压力损失295
6.4二号原料气体冷却器的设计计算过程296
6.4.1二号原料气体螺旋管的确定296
6.4.2缠绕管换热器壳程有效面积的计算297
6.4.3壳侧界膜热导率的计算300
6.4.4管侧界膜热导率的计算302
6.4.5传热温差计算306
6.4.6管内侧压力损失308
6.4.7壳侧压力损失310
6.5换热器机构设计与强度计算311
6.5.1内筒的强度计算311
6.5.2外筒(塔壳)的强度计算316
6.5.3中心筒的强度校核320
6.5.4管板设计322
6.5.5法兰与垫片322
参考文献326
致谢
附录混合制冷剂物性参数表
內容試閱
随着低温制冷技术的不断发展,低温工艺及装备设计制造技术日趋完善,在工业、农业、国防及科研等领域内的作用日益突显,尤其在石油化工、煤化工、天然气、空分等大型成套装备技术领域具有重要地位,已广泛应用于大型液化天然气(LNG)、百万吨化肥、百万吨甲醇、大型气体液化分离等重大系统装备技术工艺流程中。
在LNG工业领域,大力发展LNG产业,提高天然气能源在消费中的比例是调整我国能源结构的重要途径。LNG既是天然气远洋运输的唯一方法,又是天然气调峰的重要手段。随着国内众多LNG工厂的相继投产及沿海LNG接收终端的建设,我国LNG工业进入了高速发展时期,与之相关联的LNG低温制冷装备技术也得到快速发展。LNG液化工艺主要包括天然气预处理、液化、储存、运输、接收、再气化等工艺单元,其中,液化工艺为核心工艺流程,主要应用低温制冷工艺技术制取-162℃低温环境并将天然气液化。根据不同的LNG液化工艺,可设计并加工制造不同的制冷装备,主要包括天然气压缩机、制冷剂压缩机、天然气冷箱、BOG压缩机、气液分离器、大型空冷器、LNG膨胀机、四级节流阀及各种过程控制装备等。储运工艺技术中还包括大型LNG储罐、LNG立式储罐、LNG气化器、LNG潜液泵等。近年来,30万立方米以上LNG系统多采用混合制冷剂板翅式主换热装备及液化工艺技术,60万立方米以上大型LNG系统多采用混合制冷剂缠绕管式主换热装备及液化工艺技术,这两种混合制冷剂LNG液化工艺技术具有集约化程度高、制冷效率高、占地面积小及非常便于自动化管理等优势,已成为大型LNG液化工艺装备领域内的标准性主流选择,在世界范围内已广泛应用。目前,国内的大型LNG装备一般随着成套工艺技术整体进口,包括工艺技术包及主设备专利技术使用费等,造价非常昂贵,后期维护及更换设备的费用同样巨大。由于大型LNG系统装备及主设备大多仍未国产化,即还没有成型的设计标准,因此给LNG制冷装备的设计计算带来了难题。
《液化天然气装备设计技术:液化换热卷》主要围绕LNG混合制冷剂液化工艺及换热工艺中所涉及的主要低温装备,研究开发LNG液化工艺流程中核心主液化装备的设计计算技术,主要包括LNG低温液化混合制冷剂多股流缠绕管式主换热装备、LNG低温液化混合制冷剂多股流板翅式主换热装备、天然气进气压缩机及混合制冷剂压缩机用表面蒸发空冷器、LNG开架式气化器等装备的设计计算技术,为LNG液化、LNG储运、LNG接收及LNG气化等关键环节中所涉及主要设备的设计计算提供可参考样例,并推进LNG系列装备及LNG系统工艺技术的标准化及国产化研究开发进程。此外,近年来由于低温液氮洗、低温甲醇洗等系统工艺技术在低温气体液化分离领域内占比越来越大,应用越来越广泛,而这两套工艺系统内最具特色的装备为大型多股流缠绕管式主换热装备,是目前世界上设计计算难度最大的系列主设备之一,尤其低温液氮用多股流缠绕管式换热器,内含扩散制冷工艺技术且有10股以上低温流体同时进行低温多股流、多相流换热过程,设计计算难度极大,在换热领域内,同LNG低温液化混合制冷剂多股流缠绕管式主换热装备并列为设计计算难度最大的换热装备,本书作者通过多年研究开发,已系统掌握这两种主换热装备的设计计算技术,并通过本书一并呈送相关领域同行借鉴参考。
(1)LNG缠绕管式主换热装备
以目前最流行的MCHE型混合制冷剂LNG液化工艺为例,MCHE主换热器为多股流缠绕管式换热器,主要用于100×104m3d以上大型LNG液化系统,是整个LNG液化工艺流程中的核心设备,可一次性将36℃天然气冷却至-162℃,并液化。由于MCHE主换热器为工艺型换热器,内含液化工艺,有5种以上混合制冷剂分凝预冷并同时制冷,是一种多股流回热型换热器,也是目前换热器中体积最大、缠绕过程最复杂、设计计算难度最大的换热器。MCHE型缠绕管式换热器管内介质以螺旋方式流动,壳程介质逆流横向交叉通过绕管,换热器层与层之间换热管反向缠绕,管、壳程介质以纯逆流方式进行传热,即使在较低的雷诺数下其流动形态也为湍流,换热系数较高,其结构相对紧凑、耐高压且密封可靠、热膨胀可自行补偿,易实现大型LNG液化作业。美国APCI是LNG领域MCHE最大的供货商,在1977~2013年间,生产了120套LNG装置,其液化能力累计达到4.3×108ta。此外,德国Linde公司在近5年内一共生产了累计金属重量达到3120t的多股流缠绕管式换热器应用于LNG工厂。自2010年以来,由兰州交通大学张周卫等主持研究开发LNG缠绕管式换热器等项目,目前,已出版《缠绕管式换热器》专著一部,开发MCHE专用软件一套,申报发明专利12项,发表论文14篇,涉及12类不同温区的缠绕管式换热器,并系统开发了缠绕管式换热器设计计算方法,可用于设计计算LNG专用系统缠绕管式换热器、低温甲醇洗系列缠绕管式换热器、低温

 

 

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