LNG 繞管式換熱器殼程兩相降膜換熱的數(shù)值模擬

董龍飛，劉 坤

（中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院，山東東營257061）

自2000 年以來，全球液化天然氣需求年均增長6%，2016 年LNG 需求達(dá)到2.65×108t，中國、印度和新興的進(jìn)口國對(duì)LNG 進(jìn)口增長做出了主要貢獻(xiàn)[1]。為了改變能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境狀態(tài)，早在2013年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020 年）》就明確提出，到2020 年，天然氣占我國一次能源消費(fèi)比重將達(dá)10% 以上[2]。然而，由于天然氣具有密度小、體積大的特點(diǎn)，當(dāng)直接對(duì)天然氣進(jìn)行輸送時(shí)存在效率低、成本高的問題，因此為了便于運(yùn)輸，人們常常采用將天然氣液化形成液化天然氣的方式進(jìn)行運(yùn)輸。

LNG 繞管式換熱器[3-4]（Spiral-wound LNG heat exchangers）主要用于大型陸上天然氣液化工廠和大型LNG-FPSO 工藝進(jìn)行天然氣液化，目前90%的大型液化裝置選用了繞管式換熱器。浮式LNG(簡稱FLNG）技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)高效的深海天然氣田開發(fā)模式，具有廣泛的應(yīng)用前景，但海上特殊的環(huán)境對(duì)FLNG 關(guān)鍵設(shè)備的工作性能提出更加苛刻的要求，繞管式換熱器作為液化流程中的主要設(shè)備，它的投資占總投資的20%～30%[5]，并且繞管式換熱器的換熱及流動(dòng)性能直接影響著其他設(shè)備的選型以及液化工藝的規(guī)模。但目前有關(guān)FLNG 關(guān)鍵設(shè)備涉及到海上晃動(dòng)環(huán)境影響的深層次研究較為匱乏，而這些設(shè)備能否正常、高效的運(yùn)行，是決定FLNG 裝置能否在深海環(huán)境正常投產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

當(dāng)工質(zhì)由上而下流經(jīng)水平管時(shí)，隨著入口流量的增大，管間流型會(huì)依次出現(xiàn)由滴狀流到柱狀流，再到片狀流的流動(dòng)模式變化[6]（見圖1）。……