液化天然气装备设计技术：LNG板翅式换热器卷（上）

本书基于板翅式换热器的 LNG 液化工艺及混合制冷剂换热用板翅式换热器运算法则，主要内容包括当前国际上流行的LNG 液化工艺流程用各类型LNG 板翅式换热器设计计算过程，如30 万立方米每天DMR双混合制冷剂LNG 三级板翅式换热器设计计算、30 万立方米每天三元混合制冷剂预冷LNG 四级板翅式换热器设计计算、7 万立方米每天天然气膨胀预冷LNG 两级板翅式换热器设计计算、30 万立方米每天C3/MR闭式LNG 三级板翅式换热器设计计算、60 万立方米每天级联式PFHE 型LNG 三级三组板翅式换热器设计计算、100 万立方米每天开式LNG 液化系统及板翅式换热器设计计算、30 万立方米每天天然气膨胀制冷LNG 液化四级板翅式换热器设计计算等内容。 本书可供从事天然气、液化天然气（LNG）、化工机械、制冷与低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考，还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、制冷与低温工程、能源与环境系统工程等相关专业的师生参考。

张周卫，国家“万人计划”领军人才，国家科技创新创业人才，国家科技专家库专家，博士后，动力工程及工程热物理（制冷及低温工程）博士，毕业于西安交通大学，现为兰州交通大学研究院副院长，教授，高级工程师。主要从事空间低温制冷技术、压缩机械与真空低温设备等过程控制装备、LNG过程控制装备、多股流缠绕管式换热装备、螺旋压缩膨胀制冷机等研究。 先后参与项目20多项，主持国家自然基金及国家创新基金等共6项，甘肃省重点人才项目等8项，与企业合作项目4项等；主持申报发明专利50多项，发表论文30多篇，出版学术专著10部共600多万字等。先后带领团队荣获银奖1项，省部级奖励10项，地厅级奖励9项。2013年入选江苏省“东疆英才”扶持计划。2014年入选“国家创新人才推进计划”“科技创新创业人才”，2015年入选国家科技专家库专家，2016年入选国家“万人计划”领军人才，2019年入选甘肃省领军人才层次，2020年入选“长江学者”特聘教授评委。

第1 章 绪论

1.1 板翅式换热器的发展概况  002

1.1.1 国外发展概况  002

1.1.2 国内发展概况  002

1.2 板翅式换热器的主要构造及特点  003

1.3 液化天然气（LNG）用板翅式换热器特点  004

1.3.1 PFHE 型LNG 液化工艺流程操控  005

1.3.2 LNG 板翅式换热器工艺设计  005

1.3.3 LNG 板翅式换热器结构设计  007

1.3.4 LNG 板翅式换热器板束排列  008

参考文献  008

第2 章 30 万立方米每天DMR 双混合制冷剂LNG 三级板翅式换热器设计计算

2.1 板翅式换热器简介  010

2.2 板翅式换热器的工艺计算  011

2.2.1 混合制冷剂参数确定  011

2.2.2 板翅式换热器的LNG 液化流程  011

2.2.3 制冷剂温熵图  011

2.2.4 工艺计算过程  011

2.3 板翅式换热器翅片  018

2.3.1 翅片特点  018

2.3.2 翅片结构  018

2.3.3 初始参数的确定与计算  018

2.3.4 一级换热器流体参数计算  019

2.3.5 二级换热器流体参数计算  024

2.3.6 三级换热器流体参数计算  027

2.4 板翅式换热器传热面积及压损计算  030

2.4.1 一级板翅式换热器传热面积及压损计算  030

2.4.2 二级板翅式换热器传热面积及压损计算  035

2.4.3 三级板翅式换热器传热面积及压损计算  039

2.5 板翅式换热器结构设计  042

2.5.1 封头设计  042

2.5.2 液压试验  047

2.5.3 接管确定  049

2.5.4 接管补强  052

2.5.5 法兰与垫片选择  065

2.5.6 隔板、封条及导流片的选择  067

2.5.7 换热器的成型安装  069

本章小结  071

参考文献  072

第3 章 30 万立方米每天三元混合制冷剂预冷LNG 四级板翅式换热器设计计算

3.1 板翅式换热器的工艺计算  073

3.1.1 混合制冷剂参数确定  073

3.1.2 LNG 液化流程  074

3.1.3 各过程质量流量的计算  074

3.2 板翅式换热器各参数及传热面积计算  081

3.2.1 天然气侧流体参数计算  081

3.2.2 氮气-甲烷-乙烯侧参数计算  085

3.2.3 乙烯-丙烷-异丁烷侧参数计算  089

3.2.4 一级板翅式换热器传热面积计算  095

3.2.5 二级板翅式换热器传热面积计算  099

3.2.6 三级板翅式换热器传热面积计算  102

3.2.7 深冷板翅式换热器传热面积计算  104

3.3 压力损失计算  105

3.3.1 一级压力损失计算  105

3.3.2 二级压力损失计算  108

3.3.3 深冷压力损失计算  110

3.4 板翅式换热器结构设计  111

3.4.1 封头结构设计  111

3.4.2 液压试验  118

3.4.3 接管确定  123

3.4.4 接管补强  126

本章小结  145

参考文献  145

第4 章 7 万立方米每天天然气膨胀预冷LNG 两级板翅式换热器设计计算

4.1 板翅式换热器的工艺计算  147

4.1.1 混合制冷剂参数确定  147

4.1.2 LNG 液化天然气工艺流程  147

4.1.3 一级设备预冷制冷过程  148

4.1.4 二级设备预冷制冷过程  150

4.1.5 一级换热器流体参数计算  152

4.1.6 二级换热器流体参数计算  158

4.1.7 一级板翅式换热器传热面积计算  161

4.1.8 二级板翅式换热器传热面积计算  166

4.1.9 换热器压力损失的计算  169

4.2 板翅式换热器结构设计  173

4.2.1 封头选择  174

4.2.2 EX1 各个板侧封头壁厚计算  174

4.2.3 EX2 各个板侧封头壁厚计算  176

4.3 液压试验  177

4.3.1 内压通道  177

4.3.2 接管  179

4.4 接管补强  182

4.4.1 换热器接管计算  182

4.4.2 一级换热器补强面积计算  183

4.4.3 二级换热器补强面积计算  187

本章小结  190

参考文献  191

第5 章 30 万立方米每天C3/MR 闭式LNG 三级板翅式换热器设计计算

5.1 板翅式换热器的工艺计算  192

5.1.1 混合制冷剂参数确定  193

5.1.2 LNG 液化流程  193

5.1.3 天然气的预冷过程  193

5.1.4 一级设备预冷制冷过程  194

5.1.5 二级设备预冷制冷过程  195

5.1.6 三级设备预冷制冷过程  196

5.1.7 一级换热器流体参数计算（单层通道）  199

5.1.8 二级换热器流体参数计算（单层通道）  211

5.1.9 三级换热器流体参数计算（单层通道）  223

5.2 板翅式换热器结构设计  231

5.2.1 封头选择  231

5.2.2 一级换热器各个板侧封头壁厚计算  232

5.2.3 二级换热器各个板侧封头壁厚计算  233

5.2.4 三级换热器各个板侧封头壁厚计算  234

5.3 液压试验  236

5.3.1 液压试验目的  236

5.3.2 内压通道  236

5.4 接管  238

5.4.1 接管确定  238

5.4.2 一级换热器接管壁厚  239

5.4.3 二级换热器接管壁厚  239

5.4.4 三级换热器接管壁厚  239

5.4.5 接管尺寸  240

5.4.6 接管补强  240

本章小结  249

参考文献  250

第6 章 60 万立方米每天级联式PFHE 型LNG 三级三组板翅式换热器设计计算

6.1 板翅式换热器的工艺计算及过程  251

6.1.1 一级设备预冷制冷过程  251

6.1.2 二级设备预冷制冷过程  254

6.1.3 三级设备预冷制冷过程  256

6.2 板翅式换热器翅片的计算  257

6.2.1 一级换热器流体参数计算（单层通道）  258

6.2.2 二级换热器流体参数计算（单层通道）  265

6.2.3 三级换热器流体参数计算（单层通道）  271

6.2.4 四级换热器流体参数计算（单层通道）  277

6.2.5 五级换热器流体参数计算（单层通道）  284

6.2.6 六级换热器流体参数计算（单层通道）  290

6.2.7 七级换热器流体参数计算（单层通道）  296

6.2.8 八级换热器流体参数计算（单层通道）  304

6.2.9 九级换热器流体参数计算（单层通道）  310

6.3 板翅式换热器结构设计  316

6.3.1 封头设计  316

6.3.2 一级换热器各个板侧封头壁厚计算  317

6.3.3 二级换热器各个板侧封头壁厚计算  318

6.3.4 三级换热器各个板侧封头壁厚计算  319

6.4 液压试验  320

6.4.1 液压试验压力  320

6.4.2 封头的应力校核  321

6.4.3 尺寸校核计算  321

6.5 接管确定  323

6.5.1 接管尺寸确定  323

6.5.2 接管尺寸汇总  324

6.5.3 接管补强  324

本章小结  334

参考文献  334

第7 章 100 万立方米每天开式LNG 液化系统及板翅式换热器设计计算

7.1 板翅式换热器的工艺计算  336

7.1.1 混合制冷剂参数确定  336

7.1.2 设备预冷制冷过程  336

7.1.3 制冷剂各组分的质量流量  338

7.2 板翅式换热器翅片的计算  339

7.2.1 一级换热器流体参数计算（单层通道)  339

7.2.2 一级板翅式换热器传热面积计算  345

7.2.3 一级换热器压力损失计算  349

7.2.4 二级换热器流体参数计算（单层通道)  352

7.2.5 二级板翅式换热器传热面积计算  358

7.2.6 二级换热器压力损失计算  362

7.2.7 三级换热器流体参数计算（单层通道)  363

7.2.8 三级板翅式换热器传热面积计算  368

7.2.9 三级换热器压力损失计算  370

7.3 封头设计  371

7.3.1 封头选择  371

7.3.2 一级换热器各个板侧封头壁厚计算  372

7.3.3 二级换热器各个板侧封头壁厚计算  373

7.3.4 三级换热器各个板侧封头壁厚计算  374

7.4 液压试验  375

7.4.1 液压试验目的  375

7.4.2 内压通道  376

7.5 接管确定  378

7.5.1 接管尺寸确定  378

7.5.2 一级换热器接管壁厚  378

7.5.3 二级换热器接管壁厚  378

7.5.4 三级换热器接管壁厚  379

7.5.5 接管尺寸总结  379

7.6 接管补强  380

7.6.1 补强方式  380

7.6.2 补强计算  380

本章小结  388

参考文献  388

第8 章 30 万立方米每天天然气膨胀制冷LNG 液化四级板翅式换热器设计计算

8.1 板翅式换热器简介  389

8.1.1 液化工艺流程及原理  389

8.1.2 透平膨胀机工作原理  391

8.1.3 天然气膨胀液化  392

8.1.4 天然气膨胀低温液化比选优势  396

8.2 换热器换热工艺设计计算  396

8.2.1 板翅式换热器的工艺流程图  396

8.2.2 板翅式换热器的工艺设计计算步骤  396

8.2.3 已知参数  397

8.2.4 热负荷及质量流量计算  397

8.2.5 翅片选择与翅片参数  401

8.2.6 翅片的排列设计  402

8.2.7 流体参数计算  403

8.2.8 板翅式换热器传热面积计算  416

8.2.9 压力降计算  422

8.3 板翅式换热器的结构设计  430

8.3.1 隔板厚度计算  430

8.3.2 翅片强度计算  432

8.3.3 封头设计计算  432

8.3.4 封头壁厚校核  438

8.3.5 接管壁厚设计计算  441

8.3.6 接管补强计算  444

本章小结  449

参考文献  449

附录

致谢