沉浸式气泡换热lng气化器装置设计(附件)【字数：13038】
摘 要摘 要随着能源与环境的矛盾日益加剧，节能与环保已经成为一个新的话题。煤炭和石油为我国的经济发展提供了良好的基础，但是大量地燃烧煤炭、石油为我国带来了严重的环境问题。作为全球公认的清洁能源，液化天然气可以很好地解决我国能源与环境的冲突，液化天然气在我国具有很广阔的发展空间。LNG接收站是液化天然气跨国交易运输链上十分重要的一部分，LNG气化器是其中不可或缺的设备。沉浸式LNG气化器既能够承担基负荷，又可以用于调峰，对于我国尤其是北方需要供气的城市具有重大意义。本文通过查阅了前人对沉浸式LNG气化器的相关研究，针对气化器的换热部分的传热过程进行了理论计算。在计算过程中将换热器的传热分成了管内传热、管外传热、综合传热三部分。文中介绍了液化天然气物性参数的计算方法和管内沸腾传热以便于计算管内传热。在计算管外传热时，对管外的气液两相流的传热计算进行了计算简化。在介绍设计算法后，本文以此为依据设计计算了一个沉浸式LNG气化器，证实了这些理论计算的可行性，为以后的沉浸式LNG气化器设计提供了参考。关键词沉浸式LNG气化器；理论计算；管内沸腾；两相流与沸腾传热
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2 国外研究现状 5
1.3 本文研究内容 7
1.4 本论文结构 7
第二章 LNG气化器及浸没燃烧技术综述 9
2.1 LNG接收站 9
2.2 浸没燃烧技术 12
2.3 LNG气化器 13
第三章 沉浸式LNG气化器系统设计 16
3.1 天然气热物性计算 16
3.2 燃烧器设计 20
3.3 换热器设计 22
3.3.1 管内换热 22
3.3.2 管外换热 24
3.3.3 综合传热 26
3.4 浸没深度设计 27
3.5 溢水量计算 27
第四章 气化器设计计算及设计图 31
4.1 初始参数设定 31
4.2 管内换热计算 31
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3 管外换热计算 31
4.3.1 管外传热简化 31
4.3.2 溢水量计算 33
4.4 综合传热及管程压降计算 33
4.5 设计参数及图纸 34
结论与展望 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1 引言
从古代的火，到现代的煤炭、电力、石油、天然气以及可再生能源等，能源在人类的发展历程中占有着无法替代的重要地位。借助能源的支持，人类的生产力一次又一次跨越式提高，极大地提高人类的物质生活水平[1]。物极必反，大量的燃烧煤炭、石油引起了日益严重的环境问题，又由于石油危机等因素的影响，在人们环保意识不断增强的今天，世界对于清洁能源的需求迅速增加。
世界有三大一次能源：煤炭、石油、和天然气。我国的煤炭储量占世界煤炭总储量的11%，石油储量占世界石油总储量的2.4%，天然气储量仅占世界天然气总储量的1.2%，我国的能源储量奠定了我国“有煤、少油、缺气”的能源格局，因此我国对于天然气这种清洁能源不能够自给自足，只能在不断开采国内天然气资源的基础上从国外进口[2]。
改革开放以来，借助我国丰富的煤炭资源，我国的经济不断发展，但是我国的能源消费模式给环境带来了十分严重的污染。大量燃烧的煤炭、石油导致了我国严重的酸雨现象，更是影响到了我国的基础——农业；其次，我国的大气质量不断下降，国民呼吸道疾病患病率急速上升，近几年更是出现了“PM2.5爆表”的“雾都”现象。大量燃烧煤炭、石油所引起的环境污染不仅仅给人们的生活出行带来不便，更是威胁到了人们的身体健康，如果不能够及时地改善这一现状，环境污染将成为我国可持续发展中的一大难题。
天然气，主要成份为甲烷，含有少量的乙烷、丙烷等烷烃。与煤炭、石油相比，天然气燃烧时不会产生粉尘，燃烧产生的二氧化碳也仅仅只有煤炭的40%，而且天然气中硫化物的含量非常低。天然气的成份组成决定了它就是世界为了替代煤炭、石油所寻找的清洁能源。然而，天然气的能源分布很不均衡，世界上的许国天然气消费大国都如我国一样，并没有足够的天然气能源储备，所以这些国家只好建立液化天然气接收站用以进口来自天然气出口国用液化天然气船运输过来的液化天然气。
截止至2015年底，我国已经有11座液化天然气接收站投入生产，液化天然气接收规模达到3660万吨/年；此外，还有18个液化天然气工程项目已经通过国家审核，正在建设之中，预计液化天然气接收可达到2810万吨/年。鉴于我国液化天然气项目的发展和建设，预计至2020年，我国液化天然气项目的接收能力可以达到每年5510万吨。有需求则有发展，有需求则有商机，国家目前正在大力发展液化天然气项目，对于液化天然气接收站核心装置之一的气化器进行探索研究，有利于解决我国能源与环境的冲突，更可以提高我国液化天然气工程项目的技术含量，推动我国液化天然气工程项目的规模化、产业化。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
1959年，杨有麒、富培、徐墩顾等人介绍了浸没式燃烧器的基本工作原理，利用了大连化工厂氯化铵车间的实验设备进行了对燃烧器过剩空气系数、热效率及蒸发效率的实验，并对实验结果进行了分析讨论[3]。
1963年，在发表于化学世界期刊的《浸没燃烧蒸发器的设计》一文中，刘燕龄介绍了浸没燃烧蒸发器的特点，并说明了燃烧管尺寸及空气孔数、尺寸的设计方法、燃烧室尺寸的确定及燃烧室材料的选择，为后人对沉浸式LNG气化器的设计提供了很好的设计参考[4]。
1980年，在《浸没燃烧蒸发装置的研制和运行经验总结》一文中，殷开泰总结了浸没燃烧蒸发装置的设计和运行经验。文中研究了保证浸没燃烧蒸发装置的燃烧器中的燃气可以稳定燃烧的条件。根据所探究的条件，提出了保证燃烧室内气体稳定燃烧的计算方程式和燃烧室内气体压力波动方程式，给出了保证燃烧器拥有稳定动力的唯一条件[5]。
1987年，在《气液两相流和沸腾传热》一书中，林宗虎系统地论述了气液两相流和沸腾传热的内容。液化天然气的气化过程可根据其介绍的管内强制对流沸腾换热计算。根据不同的流型与形成机理将气液两相区分为5个部分，每个部分均有自己的计算公式[6]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2 国外研究现状 5
1.3 本文研究内容 7
1.4 本论文结构 7
第二章 LNG气化器及浸没燃烧技术综述 9
2.1 LNG接收站 9
2.2 浸没燃烧技术 12
2.3 LNG气化器 13
第三章 沉浸式LNG气化器系统设计 16
3.1 天然气热物性计算 16
3.2 燃烧器设计 20
3.3 换热器设计 22
3.3.1 管内换热 22
3.3.2 管外换热 24
3.3.3 综合传热 26
3.4 浸没深度设计 27
3.5 溢水量计算 27
第四章 气化器设计计算及设计图 31
4.1 初始参数设定 31
4.2 管内换热计算 31
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3 管外换热计算 31
4.3.1 管外传热简化 31
4.3.2 溢水量计算 33
4.4 综合传热及管程压降计算 33
4.5 设计参数及图纸 34
结论与展望 38
致谢 39
参考文献 40
第一章 绪论
1.1 引言
从古代的火，到现代的煤炭、电力、石油、天然气以及可再生能源等，能源在人类的发展历程中占有着无法替代的重要地位。借助能源的支持，人类的生产力一次又一次跨越式提高，极大地提高人类的物质生活水平[1]。物极必反，大量的燃烧煤炭、石油引起了日益严重的环境问题，又由于石油危机等因素的影响，在人们环保意识不断增强的今天，世界对于清洁能源的需求迅速增加。
世界有三大一次能源：煤炭、石油、和天然气。我国的煤炭储量占世界煤炭总储量的11%，石油储量占世界石油总储量的2.4%，天然气储量仅占世界天然气总储量的1.2%，我国的能源储量奠定了我国“有煤、少油、缺气”的能源格局，因此我国对于天然气这种清洁能源不能够自给自足，只能在不断开采国内天然气资源的基础上从国外进口[2]。
改革开放以来，借助我国丰富的煤炭资源，我国的经济不断发展，但是我国的能源消费模式给环境带来了十分严重的污染。大量燃烧的煤炭、石油导致了我国严重的酸雨现象，更是影响到了我国的基础——农业；其次，我国的大气质量不断下降，国民呼吸道疾病患病率急速上升，近几年更是出现了“PM2.5爆表”的“雾都”现象。大量燃烧煤炭、石油所引起的环境污染不仅仅给人们的生活出行带来不便，更是威胁到了人们的身体健康，如果不能够及时地改善这一现状，环境污染将成为我国可持续发展中的一大难题。
天然气，主要成份为甲烷，含有少量的乙烷、丙烷等烷烃。与煤炭、石油相比，天然气燃烧时不会产生粉尘，燃烧产生的二氧化碳也仅仅只有煤炭的40%，而且天然气中硫化物的含量非常低。天然气的成份组成决定了它就是世界为了替代煤炭、石油所寻找的清洁能源。然而，天然气的能源分布很不均衡，世界上的许国天然气消费大国都如我国一样，并没有足够的天然气能源储备，所以这些国家只好建立液化天然气接收站用以进口来自天然气出口国用液化天然气船运输过来的液化天然气。
截止至2015年底，我国已经有11座液化天然气接收站投入生产，液化天然气接收规模达到3660万吨/年；此外，还有18个液化天然气工程项目已经通过国家审核，正在建设之中，预计液化天然气接收可达到2810万吨/年。鉴于我国液化天然气项目的发展和建设，预计至2020年，我国液化天然气项目的接收能力可以达到每年5510万吨。有需求则有发展，有需求则有商机，国家目前正在大力发展液化天然气项目，对于液化天然气接收站核心装置之一的气化器进行探索研究，有利于解决我国能源与环境的冲突，更可以提高我国液化天然气工程项目的技术含量，推动我国液化天然气工程项目的规模化、产业化。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
1959年，杨有麒、富培、徐墩顾等人介绍了浸没式燃烧器的基本工作原理，利用了大连化工厂氯化铵车间的实验设备进行了对燃烧器过剩空气系数、热效率及蒸发效率的实验，并对实验结果进行了分析讨论[3]。
1963年，在发表于化学世界期刊的《浸没燃烧蒸发器的设计》一文中，刘燕龄介绍了浸没燃烧蒸发器的特点，并说明了燃烧管尺寸及空气孔数、尺寸的设计方法、燃烧室尺寸的确定及燃烧室材料的选择，为后人对沉浸式LNG气化器的设计提供了很好的设计参考[4]。
1980年，在《浸没燃烧蒸发装置的研制和运行经验总结》一文中，殷开泰总结了浸没燃烧蒸发装置的设计和运行经验。文中研究了保证浸没燃烧蒸发装置的燃烧器中的燃气可以稳定燃烧的条件。根据所探究的条件，提出了保证燃烧室内气体稳定燃烧的计算方程式和燃烧室内气体压力波动方程式，给出了保证燃烧器拥有稳定动力的唯一条件[5]。
1987年，在《气液两相流和沸腾传热》一书中，林宗虎系统地论述了气液两相流和沸腾传热的内容。液化天然气的气化过程可根据其介绍的管内强制对流沸腾换热计算。根据不同的流型与形成机理将气液两相区分为5个部分，每个部分均有自己的计算公式[6]。
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