均布器對LNG繞管式換熱器殼側流體的影響

1 概述

天然氣作為一種清潔能源，目前在能源消費中所占的比重越來越高，天然氣液化技術也越來越受到學者的重視。低溫換熱器是天然氣液化流程中的核心設備，繞管式換熱器廣泛應用于使用混合制冷劑的大型LNG液化流程中

。天然氣從換熱器底部進入管側，向上流動被液化；制冷劑從頂部進入殼側，向下流動被氣化。殼側流體會存在氣態單相、液態單相和氣液兩相的流動狀態

。殼側流體流量分配不均會導致換熱效率下降，換熱管之間也會產生熱應力，縮短設備壽命。所以有必要針對繞管式換熱器內殼側流體分布不均勻問題開展研究。

針對換熱器內流體分布問題，國內外學者做了廣泛的研究。對于板翅式、板殼式換熱器，流量分布不均是導致其性能下降的主要原因

。魯紅亮等

研究結果表明，換熱器運行工況和結構因素是影響制冷劑在扁管中分配的主要因素。張哲等

研究發現板翅式換熱器導流片出口流量分配不均的主要原因是導流片進口速度不均。許箐等

通過實驗研究發現氣體雷諾數及干度對于板翅式換熱器內兩相流均布特性具有很大的影響。萬智華等

研究了LNG冷箱并聯管路中兩相流分配問題，結果表明：隨著體積含氣率增大，兩相流均布性先降低后增高。劉敏珊等

設計出一種新型的結構，開發了新型緊湊板殼式換熱器，可提高內部流體分布的均勻性。袁培等

通過在板翅式換熱器兩相流入口設置均布器，提高了兩相流分布的均勻性。Zheng等

為繞管式換熱器設計了一種均布器，并模擬研究了運行參數對均布器效果的影響。

上述研究結果表明，流體分布不均會造成換熱器性能下降，運行工況是影響換熱器流體均布性能的主要因素，改善結構條件可提高流體分布的均勻性。目前對于LNG繞管式換熱器殼側流體均布性能的實驗研究較少，對此本文設計了全尺寸的繞管式換熱器實驗樣件，搭建了氣液兩相流實驗測試平臺。研究在不同運行工況下，換熱器殼側流體均布特性規律，并且在換熱器內部設置了環形均布器，研究均布器對流體均布特性的影響規律，研究結果可為提升換熱器殼側流體均布性能提供理論依據。

2 實驗樣件與實驗系統

換熱器實驗樣件由兩部分組成：換熱器外殼和纏繞管，兩相流入口位于換熱器外殼頂部中心位置，纏繞管位于換熱器外殼底部。換熱器實驗樣件結構參數見表1，換熱器實驗樣件見圖1，纏繞管實驗樣件見圖2，均布器實驗樣件見圖3。兩相流從均布器上方入口進入，液體在均布器內部形成一定液位高度，從均布器底部小孔流出進入纏繞管殼側空間；小部分氣體從均布器底部小孔流出，大部分氣體從均布器環管之間進入纏繞管殼側空間，均布器對氣液兩相都能起到均勻分布的作用。

本實驗系統由氣路、水路及測量系統3部分組成。水箱中的水由水泵加壓后進入氣液混合器；空氣由空氣壓縮機輸送至氣液混合器中，與水混合。混合后的氣液兩相流體進入實驗樣件入口，然后進入纏繞管殼側空間。在運行調試階段，兩相流體從樣件外殼下方通道流出，直接回到水箱。在測量階段，三通換向閥換向，其中流入測量通道的氣水混合物進入氣液分離器；非測量通道的氣水混合物進入壓力平衡裝置中再回到水箱，保證測量通道與非測量通道的后續環路壓降相近，消除測量環路壓降對均布性測試的影響。120 s測量結束后，關閉設備，并測量氣液分離器中水的質量。實驗原理見圖4。

3 數據處理與誤差分析

在樣件外殼底面設計了48個流體出口通道，各圈出口的徑向間距相同。受測量儀表數量的限制，選取12個出口作為測量通道，測量每個通道內的氣相流量和液相流量，測量通道編號見圖5。本實驗中采用流量比例系數與離散系數作為流體分布均勻性的評價指標

。

氣液兩相流的干度計算見式(1)。

(1)

流量比例系數計算見式(2)。

g

——氣相質量流量，kg/h

目前，遼寧省完成山洪災害防治非工程措施項目的42個縣（市、區）共建有自動雨量站840個、簡易雨量站617個、人工雨量站97個，自動水位站194個、簡易水位站232個、多要素氣象站227個、鄉鎮視頻會議系統824個、預警廣播3 116套。全省共配備傳真機848臺、手搖報警器720個、鑼42 862個、宣傳手冊165 425冊、光盤錄音帶7 319個、明白卡447 925張、警示牌7 188個、宣傳欄7 261個。

軟件主界面分為4個區域,分別是觀測事項提醒,交接班記錄,到報檢查結果和質量控制結果。如圖1,軟件主要功能的運行結果均在首頁顯示。

l

——液相質量流量，kg/h

式中

——干度

(2)

式中

——通道

流量比例系數

——通道

總質量流量，kg/h

，ave

——所有測量通道總質量流量平均值，kg/h

原因如下：對于單相流體：總質量流量一定，干度較小時，氣相質量流量較小，液相質量流量較大，氣相分布均勻性較差，液相分布均勻性較好，氣相離散系數大于液相離散系數。隨著干度的增大，氣相質量流量逐漸增大，氣相分布均勻性逐漸變好，氣相離散系數逐漸減小。當干度的增大在一定范圍內時，液相質量流量雖然減小，但在氣流夾帶作用下液相分布均勻性基本保持不變，液相離散系數變化不大。當干度繼續增大，液相質量流量再次減少時，液相分布均勻性變差，液相離散系數增大，氣相離散系數小于液相離散系數。

DGIWG發布的成果分為文獻和注冊資料2種。文獻包括地理空間信息類標準與專用實施標準、技術報告、產品規范、手冊與指南、標準工作路線圖（road map）和早期文獻，其中，地理空間信息類標準與專用實施標準規定了軍方地理空間信息的構成，技術報告是推進戰略實施的一種申報機制，產品規范由各成員國根據DGIWG標準在多邊合作協議下制定，手冊與指南規定了標準與產品規范的實施方法，標準工作路線圖規定了未來的標準化工作計劃及相關的工作計劃，早期文獻即DGIWG不再維護的文獻。DGIWG現行的測繪地理信息類標準、規范和指南見表1。

(3)

(4)

，,

——通道

氣相(液相、兩相)質量流量，kg/h

——測量通道數量

，ave,

——氣相(液相、兩相)質量流量平均值，kg/h

式中

′——標準方差,kg/h

① 有無均布器對比

——流體相態編號，取1表示氣相，取2表示液相，取3表示兩相

——離散系數

流量比例系數

可反映通道流量的相對大小，離散系數

可反映流體整體分布均勻程度。離散系數越小，均布性能越好；各通道流量比例系數越接近1，均布性能越好。

1.堅持節約利用、循環利用。始終把節約集約高效循環利用作為礦業綠色發展的重中之重。提高節約用礦標準，強化污染防治和廢棄資源綜合回收利用，提升資源利用效率和水平，以資源利用方式轉變推動礦業綠色低碳循環發展。

4 無均布器殼側流體均布性能實驗

實驗工況分2類，第1類為干度相等，第2類為總質量流量相等。保持干度一定，改變空氣和水的質量流量，各進行5組實驗，研究總質量流量對均布性能的影響，第1類實驗工況見表2；保持總質量流量一定，調節空氣和水的比例，各進行5組實驗，研究干度對均布性能的影響，第2類實驗工況見表3。

4.1 總質量流量對均布性能影響

總質量流量等于1 000、1 850 kg/h的工況下，離散系數隨干度的變化見圖9。總質量流量等于1 000 kg/h工況下，隨著干度增大，氣相和兩相離散系數逐漸減小，液相離散系數變化不大；總質量流量等于1 850 kg/h工況下，隨著干度的增大，氣相離散系數逐漸減小后趨于穩定，液相離散系數逐漸增大后趨于穩定，兩相離散系數變化不大。對于總質量流量相等工況，在沒有均布器的條件下(見圖7)，當干度增大到一定程度之后，液相和兩相離散系數都有隨干度增大的趨勢；設置均布器之后，隨著干度增大，液相和兩相離散系數沒有明顯增大的趨勢。均布器對液相流體和兩相流體均布性能均有所提升。

目前，以智能制造、生物科技和人工智能為代表的新興產業在我國總體上尚處于發展初期。從行業生命周期的角度來看，處于種子期和發展初期的新興產業需要投入大量的研發和市場推廣成本，并且缺乏穩定的現金流收入，企業的收支狀況無法負擔傳統信貸模式下的利息返還。同時，由于金融機構對新興產業的關鍵技術識別能力有限，難以對其實際價值進行準確評估，企業難以將無形資產作為質押物獲得銀行貸款，面臨較大的融資約束。

原因如下：干度一定，總質量流量增大時，氣相和液相質量流量都要增大。氣相、液相均處于湍流狀態，彼此之間相互影響，導致氣相和液相單相流體在空間分布變得復雜，離散系數變化規律不明顯；與單相流體分布不同，對于氣液兩相流體，即使其中一相在某一方向分布不均勻，另一相會對其有一定程度的補充，兩相流體在空間中的分布均勻性要優于單相流體。

4.2 干度對均布性能影響

總質量流量為1 000、1 850 kg/h時，離散系數隨干度的變化見圖7。總質量流量一定，初始時氣相離散系數大于液相離散系數，隨著干度的增大，氣相離散系數逐漸減小，最后小于液相離散系數；兩相離散系數隨干度的增大，先減小后增大。

離散系數計算見式(3)、(4)。

對于兩相流體：當干度較小時，液相占主導地位，氣相的增加會使得兩相流體初始分布的錐形角度增大，兩相流分布范圍增大，兩相流分布更加均勻，離散系數隨著干度的增大而減小；但隨著氣體的再次增加，在氣相剪切力作用下，兩相流分布的錐形面上，某一方向上質量流量較少，整體分布變得不均勻，兩相離散系數變大。

3、20世紀90年代以來進入快速發展時期，有大量的專業作曲家創作了古箏曲。他們的作品技法新穎，題材多樣，時代氣息濃厚，技法大膽創新，給人耳目一新的感覺。左手技術已經從伴奏形式轉變為與右手相同的演奏旋律，同時也推進了古箏演奏技術的發展。代表作《臨安遺恨》。

5 有均布器殼側流體均布性能實驗

為了研究均布器對兩相流分布均勻性的改善情況，設置均布器之后，按照干度相等和總質量流量相等工況進行實驗，參數和之前基本保持一致。

5.1 總質量流量對均布性能影響

設置均布器后，干度等于0.2和0.4的工況下，離散系數隨總質量流量的變化見圖8。干度等于0.2，總質量流量大于1 010 kg/h之后，單相和兩相離散系數均隨總質量流量的增大而減小；同樣，干度等于0.4，總質量流量大于480 kg/h之后， 單相和兩相離散系數均隨總質量流量的增大而減小。對于干度一定的工況，在沒有均布器的條件下(見圖6)，隨著總質量流量增加，氣相和液相離散系數沒有明顯的變化規律；設置均布器之后，當總質量流量增大到一定程度之后，單相和兩相離散系數均隨總質量流量的增大而減小。并根據變化趨勢分析：如果總質量流量繼續增大，單相和兩相離散系數將繼續減小，說明均布器對單相和兩相流體的均布性能均有明顯提升。

5.2 干度對均布性能影響

干度為0.2、0.4的工況下離散系數隨總質量流量的變化見圖6。干度一定，隨著總質量流量的增大：氣相和液相離散系數變化較為復雜，無明顯規律。在絕大數工況下，兩相離散系數小于單相離散系數。

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5.3 均布器對均布性能影響分析

11月18日，澳大利亞動用直升機為墨爾本的四個博物館安裝2700多塊太陽能電池板。這將是墨爾本最大的太陽能電池陣列。整個項目將使維多利亞州博物館的碳排放量減少35%，每年減少4590噸二氧化碳排放。

分析均布器在相同的工況下，對兩相流均布性能的提升效果。有無均布器對比實驗工況見表4，選取5種工況進行分析。兩相離散系數對比見圖10，可以看出，設置均布器之后，5種工況兩相離散系數分別減小了8.24%、8.30%、13.20%、10.06%、17.79%。這5種工況的總質量流量均不小于1 000 kg/h，干度均小于0.3。符合實際LNG繞管式換熱器殼側兩相流制冷劑大質量流量、小干度的情況，因此環形均布器適用于LNG繞管式換熱器，能提升換熱器殼側流體的均布性能。

② 均布器對周向和徑向均布性能影響

式(2)就是輸送臂關節1，2的運動學方程，它表明了輸送臂的末端在空間的位置和姿態。用4×1的位置向量表示為

本實驗測量通道共有12個，其中通道1、2、3、4在同一圓周上，通道3、6、9、12在同一徑向方向上。以總質量流量等于1 000 kg/h的工況編號為 11～15的5個工況為例，分析均布器在周向和徑向上，對兩相流均布性能的影響。

無均布器、有均布器時周向通道流量比例系數變化見圖11，無均布器、有均布器時徑向通道流量比例系數變化見圖12。

由圖11a可以看出，各通道的流量比例系數相差較大；對于同一個通道，干度變化時，流量比例系數變化較大。同一周向上流體分布不是很均勻。由圖11b可以看出，對于同一個通道，干度變化時，流量比例系數變化較小。

由圖12a可以看出，從內到外，通道流量比例系數先減小后增大再減小，徑向分布性能較差。由圖12b可以看出，從內到外，通道流量比例系數逐漸減小，說明均布器提升了兩相流體徑向分布的均勻性。綜上，均布器對兩相流體周向和徑向分布的均勻性都有所提升。

6 結論

① 無均布器條件下，干度一定，隨著總質量流量增大，單相離散系數無明顯變化規律，在絕大多數工況下，兩相離散系數小于單相離散系數；總質量流量一定，初始時氣相離散系數大于液相離散系數，隨著干度增大，氣相離散系數逐漸減小，最后小于液相離散系數；兩相離散系數隨干度增大，先減小后增大。

現代企業固定資產投資行為最重要的就是過程管理，只有做好過程管理的每一個細節，才能順利實現預定的目標。固定資產投資管理信息系統應涵蓋對固定資產投資項目的全過程管理，實現對這一項目的整個周期管理，同時加強跟這一項目相關的所有單位、相關方、責任方的管理，做好溝通與協調工作，保證項目施工的順利進行，防止意外情況的發生；這套管理信息系統還應可以對固定資產投資項目施工過程中所產生的大量文件、檔案、資料、合同、標書、票據等材料實施規范化管理，分類組卷，做好電子化、無紙化處理。

② 設置均布器后，干度一定，當總質量流量增大到一定程度時，隨著總質量流量增大，單相和兩相離散系數均逐漸減小；總質量流量一定，隨著干度增大，液相和兩相離散系數沒有明顯增大的趨勢，均布器對液相流體和兩相流體均布性能均有所提升。

③ 設置均布器后，實驗的5種工況兩相離散系數最大減小了17.79%。

④ 均布器對兩相流體周向和徑向均布性能均有所提升。

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