一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法。該設備應用于氣化器領域，以解決現(xiàn)有技術(shù)中粗獷地估計換熱管數(shù)量降低了中間傳熱介質(zhì)的氣化器IFV的換熱效果的缺陷。該方法包括：根據(jù)E1換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E1換熱器的換熱面積，根據(jù)E1換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得E1換熱器的所需的換熱管數(shù)；根據(jù)E2換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E2換熱器的換熱面積，根據(jù)E2換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得E2換熱器的所需的換熱管數(shù)；根據(jù)E3換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E3換熱器的換熱面積，根據(jù)E3換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得E3換熱器的所需的換熱管數(shù)。本發(fā)明主要適用于帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器。
【專利說明】一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣化器領域，尤其涉及一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器（IntermediateFluidVaporizer,簡稱IFV氣化器） 通過使用諸如丙烷等中間傳熱介質(zhì)加熱和氣化諸如液化天然氣(簡稱LNG)等低溫液體，是 LNG港口接收站中的重要設備，通常包括中間介質(zhì)氣化器（El)、LNG氣化器（E2)和天然氣 (簡稱NG)調(diào)溫器（E3)。IFV氣化器的換熱效果和換熱管的數(shù)量有很大關(guān)系，但是目前還沒 有相應的設計換熱管的數(shù)量的方法，都是根據(jù)應用場景粗獷地估計換熱管數(shù)量，降低了IFV 氣化器的換熱效果，難以滿足實際換熱的需求。
[0003]


【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明提供一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法，可有效克服現(xiàn)有技術(shù)中粗獷地 估計換熱管數(shù)量降低了IFV氣化器的換熱效果的缺陷。
[0004] 本發(fā)明的第一方面提供一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法，包括：根據(jù)El 換熱器預設的換熱管數(shù)獲得El換熱器的換熱面積，根據(jù)所述El換熱器的換熱面積通過遞 歸方法獲得所述El換熱器的所需的換熱管數(shù)；根據(jù)E2換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E2換熱 器的換熱面積，根據(jù)所述E2換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得所述E2換熱器的所需的 換熱管數(shù)；根據(jù)E3換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E3換熱器的換熱面積，根據(jù)所述E3換熱器 的換熱面積通過遞歸方法獲得所述E3換熱器的所需的換熱管數(shù)。
[0005] 根據(jù)第一方面，在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)El換熱器預設的換熱管數(shù) 獲得El換熱器的換熱面積，包括：根據(jù)液化天然氣LNG的總流量和物性參數(shù)，獲得所述LNG 的總換熱量；根據(jù)獲得所述LNG的總換熱量，獲得海水的流量，從而獲得El換熱器中海水釋 放的熱量；根據(jù)El換熱器預設的換熱管數(shù)和所述El換熱器中海水釋放的熱量獲得換熱管 的熱流密度，根據(jù)所述熱流密度獲得管外換熱系數(shù)；根據(jù)海水的物性參數(shù)和進出口條件，獲 得管內(nèi)換熱系數(shù)；根據(jù)所述管內(nèi)換熱系數(shù)和所述管外換熱系數(shù)獲得傳熱系數(shù)；根據(jù)El換熱 器換熱量和所述傳熱系數(shù)，獲得El換熱器的換熱面積。
[0006] 根據(jù)第一方面或第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式 中，所述根據(jù)所述El換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得所述El換熱器的所需的換熱管 數(shù)，包括：根據(jù)獲得所述El換熱器的換熱面積，獲得對應的El換熱器的換熱管數(shù)；將獲得 的所述對應的El換熱器的換熱管數(shù)與所述El換熱器預設的換熱管數(shù)進行比較，如果滿足 條件，則判定所述El換熱器預設的換熱管數(shù)為所述El換熱器的所需的換熱管數(shù)；如果不滿 足條件，則將獲得的所述對應的El換熱器的換熱管數(shù)代入El換熱器預設的換熱管數(shù)進行 遞歸運算。
[0007] 根據(jù)第一方面，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)E2換熱器預設的換熱管數(shù)獲得 E2換熱器的換熱面積，包括：獲得液化天然氣LNG從El換熱器的出口溫度；根據(jù)所述液化 天然氣的出口溫度，將每個換熱管分為多個分段，根據(jù)LNG入口流量和E2換熱器預設的換 熱管數(shù)數(shù)獲得每個分段的管內(nèi)LNG流速，根據(jù)所述每個分段的管內(nèi)LNG流速獲得每個分段 的雷諾數(shù)，根據(jù)所述每個分段的雷諾數(shù)獲得每個分段的管內(nèi)LNG換熱系數(shù)；根據(jù)中間傳熱 介質(zhì)的物性庫獲得每個分段的管外中間傳熱介質(zhì)換熱系數(shù)；根據(jù)所述每個分段的管內(nèi)LNG 換熱系數(shù)和所述每個分段的管外中間傳熱介質(zhì)換熱系數(shù)獲得每個分段的傳熱系數(shù)；根據(jù)每 個分段的換熱量、每個分段的換熱溫差、每個分段的傳熱系數(shù)獲得換熱面積。
[0008] 根據(jù)第一方面或第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式 中，根據(jù)所述E2換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得所述E2換熱器的所需的換熱管數(shù)，包 括：根據(jù)獲得所述E2換熱器的換熱面積，獲得對應的E2換熱器的換熱管數(shù)；將獲得的所述 對應的E2換熱器的換熱管數(shù)與E2換熱器預設的換熱管數(shù)進行比較，如果滿足條件，則判定 E2換熱器預設的換熱管為E2換熱器的所需的換熱管數(shù)；如果不滿足條件，則將獲得的所述 對應的E2換熱器的換熱管數(shù)代入E2換熱器預設的換熱管數(shù)，進行遞歸運算。
[0009] 根據(jù)第一方面，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)E3換熱器預設的換熱管數(shù)獲得 E3換熱器的換熱面積，包括：根據(jù)E3換熱器的進口溫度和出口溫度，將每個換熱管分為多 個分段，根據(jù)天然氣物性參數(shù)獲得E3換熱器進口流速，根據(jù)所述E3換熱器進口流速獲得每 個分段的換熱管外NG流速，根據(jù)所述每個分段的換熱管外NG流速獲得每個分段的雷諾 數(shù)，根據(jù)所述每個分段的雷諾數(shù)獲得每個分段管外NG換熱系數(shù)；根據(jù)海水雷諾數(shù)獲得每個 分段的管內(nèi)換熱系數(shù)；根據(jù)所述每個分段管外NG換熱系數(shù)和所述每個分段的管內(nèi)換熱系 數(shù)獲得每個分段的傳熱系數(shù)；根據(jù)每個分段的換熱量、每個分段的平均溫差、每個分段的傳 熱系數(shù)獲得每個分段的換熱面積，根據(jù)每個分段的換熱面積之和獲得E3換熱器的換熱面 積。
[0010] 根據(jù)第一方面或第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能的實現(xiàn)方式 中，所述根據(jù)所述E3換熱器的換熱面積通過遞歸方法獲得所述E3換熱器的所需的換熱管 數(shù)，包括：根據(jù)獲得所述E3換熱器的換熱面積，獲得對應的E3換熱器的換熱管數(shù)；將獲得 的所述對應的E3換熱器的換熱管數(shù)與E3換熱器預設的換熱管數(shù)進行比較，如果滿足條件， 則判定E3換熱器預設的換熱管為E3換熱器的所需的換熱管數(shù)；如果不滿足條件，則將獲得 的所述對應的E3換熱器的換熱管數(shù)代入E3換熱器預設的換熱管數(shù)，進行遞歸運算。
[0011] 本發(fā)明提供的帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法，通過預設的換熱管數(shù)獲得換 熱器的換熱面積，根據(jù)換熱面積通過遞歸方法獲得換熱器的所需的換熱管數(shù)，提高了氣化 器的加熱效果和效率。
[0012]

【專利附圖】

【附圖說明】 圖1為本發(fā)明實施例的帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為本發(fā)明實施例提供的帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法的流程示意圖。
[0013]

【具體實施方式】
[0014] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0015] 本發(fā)明提供了一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法，下面將以具體的實例對 本發(fā)明進行說明。
[0016]IFV氣化器可分為三個部分，參考圖1所示，即由中間介質(zhì)氣化器（El)、LNG氣 化器（E2 )和NG調(diào)溫器（E3 )三段管殼式換熱器疊加組成。在中間介質(zhì)氣化器中， 即El換熱器，用海水（管程）加熱殼層中的中間傳熱介質(zhì)，加熱氣化后的中間傳熱介質(zhì) 在LNG氣化器中，即E2換熱器，與管程中的LNG進行熱交換，LNG受熱氣化，而中間傳熱介 質(zhì)則被冷凝。在NG調(diào)溫器中，即E3換熱器，用管程中的海水加熱NG，使輸出的天然氣溫度 達到要求，而中間傳熱介質(zhì)始終進行氣一液態(tài)的閉式循環(huán)，運行過程中無需添加。
[0017] 圖2為本發(fā)明實施例提供的帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法的流程示意圖。 如圖1所示，該氣化器設計方法，包括以下步驟： 10、根據(jù)El換熱器預設的換熱管數(shù)獲得El換熱器的換熱面積，根據(jù)換熱面積通過遞歸 方法獲得El換熱器的所需的換熱管數(shù)。
[0018] 20、根據(jù)E2換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E2換熱器的換熱面積，根據(jù)換熱面積通過 遞歸方法獲得E2氣化器的所需的換熱管數(shù)。
[0019] 30、根據(jù)E3換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E3換熱器的換熱面積，根據(jù)換熱面積通過 遞歸方法獲得E3換熱器的所需的換熱管數(shù)。
[0020] 帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器通常包括El換熱器、E2換熱器和E3換熱器，因此需 要分別設計El、E2和E3換熱器的換熱管數(shù)。下面對El、E2和E3換熱器的換熱管數(shù)設計過 程進行詳細說明。
[0021] (I)El換熱器的換熱管數(shù)設計 El換熱器的換熱管數(shù)設計可以包括以下步驟： 101、根據(jù)液化天然氣LNG的總流量和物性參數(shù)，獲得LNG的總換熱量。
[0022] 具體地，首先，根據(jù)LNG進口溫度Tlngl和LNG進口壓力Plng調(diào)用LNG物性參數(shù)，艮P 分別調(diào)用甲烷、乙烷、丙烷物性，查出其對應焓值氏、H2、H3，然后利用其組分比，公式加權(quán)求 出LNG進口焓值Hlngl，如公式1。
[0023] Hhgl = ^1H1+ ^2H2+^3H3 (1) 其次，根據(jù)LNG出口溫度Tlng3和LNG進口壓力Plng，調(diào)用LNG物性參數(shù)，即分別調(diào)用甲 烷、乙烷、丙烷物性，查出其對應焓值H4、H5、H6，然后利用其組分比，公式加權(quán)求出LNG出口 焓值Hlng3，如公式2。
[0024] HltgJ = + + (2 ) 再次，根據(jù)LNG進口焓值HlngI和出口焓值Hlng3獲得LNG總的換熱量，如公式3。
[0025]Q= - (3) 其中qmlng為LNG的流量，一般由用戶的具體需求確定。
[0026] 102、根據(jù)獲得LNG的總換熱量Q，獲得海水的流量q"a,從而獲得El換熱器中海水 釋放的熱量。
[0027] 于是利用公式4可以計算出海水的流量q_

【權(quán)利要求】
1. 一種帶有中間傳熱介質(zhì)的氣化器設計方法，其特征在于，包括： 根據(jù)E1換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E1換熱器的換熱面積，根據(jù)所述E1換熱器的換熱 面積通過遞歸方法獲得所述E1換熱器的所需的換熱管數(shù)； 根據(jù)E2換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E2換熱器的換熱面積，根據(jù)所述E2換熱器的換熱 面積通過遞歸方法獲得所述E2換熱器的所需的換熱管數(shù)； 根據(jù)E3換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E3換熱器的換熱面積，根據(jù)所述E3換熱器的換熱 面積通過遞歸方法獲得所述E3換熱器的所需的換熱管數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)E1換熱器預設的換熱管數(shù)獲得 E1換熱器的換熱面積，包括： 根據(jù)液化天然氣LNG的總流量和物性參數(shù)，獲得所述LNG的總換熱量； 根據(jù)獲得所述LNG的總換熱量，獲得海水的流量，從而獲得E1換熱器中海水釋放的熱 量； 根據(jù)E1換熱器預設的換熱管數(shù)和所述E1換熱器中海水釋放的熱量獲得換熱管的熱流 密度，根據(jù)所述熱流密度獲得管外換熱系數(shù)； 根據(jù)海水的物性參數(shù)和進出口條件，獲得管內(nèi)換熱系數(shù)； 根據(jù)所述管內(nèi)換熱系數(shù)和所述管外換熱系數(shù)獲得傳熱系數(shù)； 根據(jù)E1換熱器換熱量和所述傳熱系數(shù)，獲得E1換熱器的換熱面積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述E1換熱器的換熱面積 通過遞歸方法獲得所述E1換熱器的所需的換熱管數(shù)，包括： 根據(jù)獲得所述E1換熱器的換熱面積，獲得對應的E1換熱器的換熱管數(shù)； 將獲得的所述對應的E1換熱器的換熱管數(shù)與所述E1換熱器預設的換熱管數(shù)進行比 較，如果滿足條件，則判定所述E1換熱器預設的換熱管數(shù)為所述E1換熱器的所需的換熱管 數(shù)；如果不滿足條件，則將獲得的所述對應的E1換熱器的換熱管數(shù)代入E1換熱器預設的換 熱管數(shù)進行遞歸運算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)E2換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E2換 熱器的換熱面積，包括： 獲得液化天然氣LNG從E1換熱器的出口溫度； 根據(jù)所述液化天然氣的出口溫度，將每個換熱管分為多個分段，根據(jù)LNG入口流量和 E2換熱器預設的換熱管數(shù)數(shù)獲得每個分段的管內(nèi)LNG流速，根據(jù)所述每個分段的管內(nèi)LNG 流速獲得每個分段的雷諾數(shù)，根據(jù)所述每個分段的雷諾數(shù)獲得每個分段的管內(nèi)LNG換熱系 數(shù)； 根據(jù)中間傳熱介質(zhì)的物性庫獲得每個分段的管外中間傳熱介質(zhì)換熱系數(shù)； 根據(jù)所述每個分段的管內(nèi)LNG換熱系數(shù)和所述每個分段的管外中間傳熱介質(zhì)換熱系 數(shù)獲得每個分段的傳熱系數(shù)； 根據(jù)每個分段的換熱量、每個分段的換熱溫差、每個分段的傳熱系數(shù)獲得換熱面積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述E2換熱器的換熱面積通過 遞歸方法獲得所述E2換熱器的所需的換熱管數(shù)，包括： 根據(jù)獲得所述E2換熱器的換熱面積，獲得對應的E2換熱器的換熱管數(shù)； 將獲得的所述對應的E2換熱器的換熱管數(shù)與E2換熱器預設的換熱管數(shù)進行比較，如 果滿足條件，則判定E2換熱器預設的換熱管為E2換熱器的所需的換熱管數(shù)；如果不滿足條 件，則將獲得的所述對應的E2換熱器的換熱管數(shù)代入E2換熱器預設的換熱管數(shù)，進行遞歸 運算。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)E3換熱器預設的換熱管數(shù)獲得E3換 熱器的換熱面積，包括： 根據(jù)E3換熱器的進口溫度和出口溫度，將每個換熱管分為多個分段，根據(jù)天然氣物性 參數(shù)獲得E3換熱器進口流速，根據(jù)所述E3換熱器進口流速獲得每個分段的換熱管外NG流 速，根據(jù)所述每個分段的換熱管外NG流速獲得每個分段的雷諾數(shù)，根據(jù)所述每個分段的雷 諾數(shù)獲得每個分段管外NG換熱系數(shù)； 根據(jù)海水雷諾數(shù)獲得每個分段的管內(nèi)換熱系數(shù)； 根據(jù)所述每個分段管外NG換熱系數(shù)和所述每個分段的管內(nèi)換熱系數(shù)獲得每個分段的 傳熱系數(shù)； 根據(jù)每個分段的換熱量、每個分段的平均溫差、每個分段的傳熱系數(shù)獲得每個分段的 換熱面積，根據(jù)每個分段的換熱面積之和獲得E3換熱器的換熱面積。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，所述根據(jù)所述E3換熱器的換熱面積通過遞歸方法 獲得所述E3換熱器的所需的換熱管數(shù)，包括： 根據(jù)獲得所述E3換熱器的換熱面積，獲得對應的E3換熱器的換熱管數(shù)； 將獲得的所述對應的E3換熱器的換熱管數(shù)與E3換熱器預設的換熱管數(shù)進行比較，如 果滿足條件，則判定E3換熱器預設的換熱管為E3換熱器的所需的換熱管數(shù)；如果不滿足條 件，則將獲得的所述對應的E3換熱器的換熱管數(shù)代入E3換熱器預設的換熱管數(shù)，進行遞歸 運算。
【文檔編號】F28D7/00GK104406426SQ201410540345
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】周天赤, 巨永林, 傅允準, 劉家琛 申請人:西安倍更能源技術(shù)有限公司, 巨永林, 傅允準, 劉家琛