一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器，包括换热筒体，在换热筒体内具有一换热空腔，换热空腔分隔为物料进料腔、置换腔、物料出料腔，在置换腔内安装有换热芯体；所述换热芯体包括一换热芯盒，在换热芯盒内安装有两种槽道组，为水平槽道组与竖直槽道组，水平槽道组与竖直槽道组间隔分布；在两种槽道组中，其中一种槽道组中的各个槽道均为S形槽道，另一种槽道组中的各个槽道均为Z形槽道。本发明专利技术的优点在于：通过在换热芯体内设置S形槽道、Z形槽道两种不同形状的流通槽道，可以有效避免芯体空间的浪费，并保证槽道间可以紧密排列，提高热传递效率，从而将采集到的天然气快速冷却为LNG，实现天然气的快速运输和配给。

【技术实现步骤摘要】
一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器
本专利技术涉及一种FLNG换热器，具体的说是一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器。
技术介绍
天然气是一次性能源和高价值的化工原料，其主要成分是甲烷，具有燃烧热值高、污染少等特点。近年来，随着各国环境保护意识的增强，世界能源结构在逐渐发生变化，天然气正成为最受欢迎的能源之一。但是，海上天然气田开发不仅环境严峻、技术复杂、投资巨大，而且勘探开发产能建设周期长、投资收益高、风险大。并且海上边际气田的数量较多，储量可观，若采用传统的开发方式对于深水和边际气田并不适用，投资回报率低，对投资者无足够的吸引力。我国近海天然气资源丰富，总地质资源量约为5.9×1012m3，但资源分散，广泛分布于珠江口盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地、东海陆架盆地和渤海湾盆地，且其中相当一部分为深海气田、边际气田和低品位天然气资源。如我国南海海域面积约350×104km2，水深大于300m的海域占75％，蕴藏着丰富的油气资源，且以气为主，北部陆架深水区天然气地质资源量约1.6×1012m3，天然气资源占整个南海海域油气资源的83％。其中70％的天然气资源蕴藏于深水区域，此外尚有相当一部分为海上油田的伴生气资源。对于这些边际气田、深海天然气及伴生气资源，如采用传统的平台加外输管线的建设方式，很多小气田将因成本限制无法投入开采。浮式液化天然气(FLNG)装置作为一种新型的海上气田开发技术，以其投资相对较低、产能建设周期短、便于迁移和市场灵活等优点而倍受青睐。若采用FLNG技术，则可根据海上天然气田的生产状况灵活配置FLNG装置，利用换热器在船上液化天然气，再运至目的地，这对促进我国海域尤其是深海气田、小型气田开发，充分利用我国油气资源具有重要意义。例如，在专利CN207963571U中就提到了一种LNG换热器，包括壳体，第一集流管、第二集流管、换热分管、液化天然气分管、第一导流板和第二导流板，换热分管的两端分别与第一集流管和第二集流管连通，壳体上侧右端设有液化天然气进口，壳体下侧右端设有液化天然气出口，液化天然气进口与第二集流管上端连通，液化天然气出口与第二集流管下端连通换热分管内壁均布有内翅片。本换热器，换热分管内壁设有翅片，增大了接触面积，内部设有第一导流板和第二导流板，使冷媒进入后流经的顺序为第一液化天然气流程、第二液化天然气流程和第三液化天然气流程，提高换热效率。上述的换热器只有一个换热容器，而且换热翅片间距较大，换热面积较少，换热效率不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种换热效率高的具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器，其创新点在于：包括换热筒体，在换热筒体水平放置时，限定换热筒体的长轴方向为第一方向，竖直垂直于第一方向的方向为第二方向；在换热筒体内具有一换热空腔，所述换热筒体内具有一对将换热空腔分隔为水平并列分布的物料进料腔、置换腔、物料出料腔的隔板，在换热筒体水平方向的两侧还连接有分别与物料进料腔、物料出料腔相连通的进料管道、出料管道，在换热筒体竖直方向的两侧还分别连接有与置换腔相连通的换热介质进料管、换热介质出料管，在置换腔内安装有换热芯体，在置换腔中位于换热芯体上部的空腔为换热介质进料腔，位于换热芯体下部的空腔为换热介质出料腔；所述换热芯体包括一换热芯盒，在换热芯盒内安装有两种槽道组，其中一种槽道组为与物料进料腔、物料出料腔相连通的水平槽道组，另一种槽道组为与换热介质进料腔、换热介质出料腔相连通的竖直槽道组，在换热芯盒上还开有与两组槽道组相连通的通孔，在隔板上开有与其中一组槽道组相连通的通孔，所述水平槽道组与竖直槽道组均具有数组，且水平槽道组与竖直槽道组间隔分布；在两种槽道组中，其中一种槽道组中的各个槽道均为S形槽道，从而使得该种槽道组为S形槽道组，另一种槽道组中的各个槽道均为Z形槽道，从而使得该种槽道组为Z形槽道组。进一步的，所述水平槽道组有数组，沿着与第一方向相垂直的水平方向并列分布，每组水平槽道组由若干沿着第二方向并列分布的水平槽道共同组成，且水平槽道沿着第一方向延伸；所述竖直槽道组有数组，沿着与第一方向相垂直的水平方向并列分布，每组竖直槽道由若干沿着第二方向并列分布的竖直槽道共同组成，且竖直槽道沿着第二方向延伸。进一步的，所述S形槽道为气体流经槽道，即为竖直槽道，Z形槽道的截面呈半圆形状，为液体流经槽道，即为水平槽道；定义换热芯体长为L，宽为B，高为H，两种槽道截面所在圆的直径为R，沿着与第二方向相垂直的方向上分布的相邻的S形槽道间水平间距为bs，S形槽道波峰和波谷沿与第一方向和第二方向均垂直的方向变化，沿着第一方向的垂向间距为hs，Z形槽道布置形式与S形槽道布置形式相似，Z形槽道波峰和波谷沿与第一方向相垂直的方向变化，沿着与第一方向相垂直的方向上分布的相邻的Z形槽道间的水平间距为bz，沿着第一方向的垂向间距为hz；S形槽道和Z形槽道垂向间间距为所述S形槽道中，由于S形槽道波形不受Z形槽道的影响，仅受自身截面圆直径R的影响，若幅值过大，则影响排列数量；若周长较大，则影响换热面积；若幅值过小，则影响加工。因此令S形槽道的曲线函数为y＝2Rcos(πx/L/nR)，式中n＝1,2,3...；L％nR＝＝0；1≤R≤3mm，S形槽道的数量ms＝([λH/hs]+1)·([λB/bs]+1)，式中[]表示取整，λ表示有效系数在0.8-0.9之间；所述Z形槽道中，Z形槽道形状同样不受S形槽道的影响，仅与自身截面圆直径R有关，若幅值过大，则影响排列数量；若周长较大，则影响换热面积；若幅值过小，则影响加工。因此令Z形槽道的曲线函数为f(x)＝-Rx/0.5T+2R，式中T＝B/nR,n＝1,2,3...；B％nR＝＝0；1≤R≤3mm，Z形槽道数量为mz＝([λL/bz]+1)·([λH/hz]+1)；根据上述函数表达式，换热芯体的空间利用率表达式为进一步的，所述S形槽道与Z形槽道的外表面均开有若干沿着S形槽道或Z形槽道的延伸方向并列分布的半球形凹槽。进一步的，所述换热芯体有数个，自上而下依次贴合分布在置换腔内。本专利技术的优点在于：本专利技术中的换热器，通过在换热芯体内设置S形槽道、Z形槽道两种不同形状的流通槽道，可以有效避免芯体空间的浪费，并保证槽道间可以紧密排列，提高热传递效率，从而将采集到的天然气快速冷却为LNG，实现天然气的快速运输和配给。通过对S形槽道、Z形槽道的形状及数量的设计，从而得出换热芯体的空间利用率，基于换热芯体的空间利用率越高，则换热面积越大的原理，从而有效设计和布置S形槽道和直线形槽道，使工作流体在整个换热器内分布均匀，换热均匀。对于S形槽道与Z形槽道上设置的半球形凹槽，可以有效降低雷诺数，提高努赛尔数，有效增加换热面积，提高流体间的换热效率。对于设置数个换热芯体，则是为了达到增加换热面积的目的；而设置两个换热筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器，其特征在于：包括换热筒体，在换热筒体水平放置时，限定换热筒体的长轴方向为第一方向，竖直垂直于第一方向的方向为第二方向；/n在换热筒体内具有一换热空腔，所述换热筒体内具有一对将换热空腔分隔为水平并列分布的物料进料腔、置换腔、物料出料腔的隔板，在换热筒体水平方向的两侧还连接有分别与物料进料腔、物料出料腔相连通的进料管道、出料管道，在换热筒体竖直方向的两侧还分别连接有与置换腔相连通的换热介质进料管、换热介质出料管，在置换腔内安装有换热芯体，在置换腔中位于换热芯体上部的空腔为换热介质进料腔，位于换热芯体下部的空腔为换热介质出料腔；/n所述换热芯体包括一换热芯盒，在换热芯盒内安装有两种槽道组，其中一种槽道组为与物料进料腔、物料出料腔相连通的水平槽道组，另一种槽道组为与换热介质进料腔、换热介质出料腔相连通的竖直槽道组，在换热芯盒上还开有与两组槽道组相连通的通孔，在隔板上开有与其中一组槽道组相连通的通孔，所述水平槽道组与竖直槽道组均具有数组，且水平槽道组与竖直槽道组间隔分布；/n在两种槽道组中，其中一种槽道组中的各个槽道均为S形槽道，从而使得该种槽道组为S形槽道组，另一种槽道组中的各个槽道均为Z形槽道，从而使得该种槽道组为Z形槽道组。/n...

【技术特征摘要】
20190830 CN 201910811662X1.一种具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器，其特征在于：包括换热筒体，在换热筒体水平放置时，限定换热筒体的长轴方向为第一方向，竖直垂直于第一方向的方向为第二方向；
在换热筒体内具有一换热空腔，所述换热筒体内具有一对将换热空腔分隔为水平并列分布的物料进料腔、置换腔、物料出料腔的隔板，在换热筒体水平方向的两侧还连接有分别与物料进料腔、物料出料腔相连通的进料管道、出料管道，在换热筒体竖直方向的两侧还分别连接有与置换腔相连通的换热介质进料管、换热介质出料管，在置换腔内安装有换热芯体，在置换腔中位于换热芯体上部的空腔为换热介质进料腔，位于换热芯体下部的空腔为换热介质出料腔；
所述换热芯体包括一换热芯盒，在换热芯盒内安装有两种槽道组，其中一种槽道组为与物料进料腔、物料出料腔相连通的水平槽道组，另一种槽道组为与换热介质进料腔、换热介质出料腔相连通的竖直槽道组，在换热芯盒上还开有与两组槽道组相连通的通孔，在隔板上开有与其中一组槽道组相连通的通孔，所述水平槽道组与竖直槽道组均具有数组，且水平槽道组与竖直槽道组间隔分布；
在两种槽道组中，其中一种槽道组中的各个槽道均为S形槽道，从而使得该种槽道组为S形槽道组，另一种槽道组中的各个槽道均为Z形槽道，从而使得该种槽道组为Z形槽道组。


2.根据权利要求1所述的具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器，其特征在于：所述水平槽道组有数组，沿着与第一方向相垂直的水平方向并列分布，每组水平槽道组由若干沿着第二方向并列分布的水平槽道共同组成，且水平槽道沿着第一方向延伸；
所述竖直槽道组有数组，沿着与第一方向相垂直的水平方向并列分布，每组竖直槽道由若干沿着第二方向并列分布的竖直槽道共同组成，且竖直槽道沿着第二方向延伸。


3.根据权利要求2所述的具有S形和Z形复合槽道的新型FLNG换热器，其特征在于：所述S形槽道为气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈育平，周根明，柯力，刘昆，景宝金，王加夏，李遥，俞同强，谷家扬，俞孟蕻，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32