CN114705077A - Lng绕管换热器冷剂均布系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LNG绕管换热器冷剂均布系统，包括：中心筒，为空心圆柱形结构，中心筒上设置有与冷剂管路连接的开口，沿中心筒的侧壁周向方向均匀布置有若干中心筒出液口；分配臂，为空心管状结构，数量若干，分配臂上设置有与中心筒出液口连接的开口，若干分配臂与若干中心筒出液口一一对应设置；分配环，为空心环状结构，数量若干，若干分配环以中心筒为中心向外辐射与若干分配臂流体导通连接，每个分配环的底壁上均匀布置有若干分配环出液孔；均布喷嘴，数量若干，若干均布喷嘴与若干分配环出液孔一一对应设置。该系统可用于陆地和海洋液化天然气生产工艺，可在长期晃荡环境下工作，且均匀性好，有利于高换热器运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LNG绕管换热器冷剂均布系统，属于绕管换热器技术领域。
背景技术
绕管换热器是一种结构紧凑的间壁式换热器，具有耐高压、传热效率高、启动速度快等优点，并可实现多种介质的换热和装置大型化，被广泛应用于陆地和海上天然气液化工艺中。绕管换热器的入口处常设有均布器以将制冷剂均匀分配到缠绕管上，因此绕管换热器性能的优劣对均布器的均配性能有很大的依赖性。当均布器冷剂流量分布不均时，很容易造成换热器换热效率下降。
目前LNG绕管换热器均布器多采用先均配再混合的设计思路，如环形气液均布器。冷剂经过节流阀后，以气液两相流体形式进入环形均布器，由于重力作用使气液两相发生分离，气相工质在壳侧大空间流动，液相工质在环形均布器内部空间流动，然后经侧管分配到环形空间，再经环管上的小孔喷入气相工质空间，最终以液滴的形式由气相工质夹带进入壳侧空间，与绕管芯体进行热交换。
国内外目前应用于LNG绕管换热器的均布器存在如下缺点：
(1)均匀性差：液相冷剂通过环形支路上离散的孔或支管在重力作用下流出，然后通过气相工质夹带进入壳侧空间与绕管进行换热。由于孔或支管的数量有限，出口液滴群稀疏，且液滴粒径主要为毫米级或厘米级、比表面积小，无法保证均布器下方的整个环形区域被液体覆盖，分布均匀性差，无法与绕管充分换热。
(2)抗晃性差：液相冷剂通过重力分配和气相夹带的方式进入壳侧空间，液滴群出口速度小，其流动方向受重力影响较大，当换热器在晃动环境下工作时，如浮式液化天然气生产装置，液滴群流动方向无法与绕管换热面方向保持一致，导致液滴不能均匀分布在环形换热面上，影响换热效率。
(3)加工流程复杂：传统所使用的环形均布器，其包括中心筒、支管、环管和环管上一定数量的小孔，整个制造流程长，需要针对使用场合和流量要求进行单独设计，保证环管直径、孔的数量与环形换热面匹配。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种LNG绕管换热器冷剂均布系统，该LNG绕管换热器均布系统可用于陆地和海洋液化天然气生产工艺，可在长期晃荡环境下工作，且均匀性好，有利于高换热器运行效率，解决现有LNG绕管换热器均布器仅能适用于陆地环境、无法用于浮式液化天然气生产工艺、且均布性差的问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种LNG绕管换热器冷剂均布系统，所述LNG绕管换热器冷剂均布系统装配于绕管换热器壳体内，位于绕管段的正上方，其入口与冷剂管路连接，包括如下部件：
中心筒，为空心圆柱形结构，所述中心筒上设置有与冷剂管路连接的开口，沿所述中心筒的侧壁周向方向均匀布置有若干中心筒出液口；
分配臂，为空心管状结构，数量若干，所述分配臂上设置有与所述中心筒出液口连接的开口，若干所述分配臂与若干所述中心筒出液口一一对应设置；
分配环，为空心环状结构，数量若干，若干所述分配环以所述中心筒为中心向外辐射与若干所述分配臂流体导通连接，每个所述分配环的底壁上均匀布置有若干分配环出液孔；
均布喷嘴，数量若干，若干所述均布喷嘴与若干所述分配环出液孔一一对应设置。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述分配环内均匀布置有若干挡液板，所述挡液板的下方与所述分配环的分配环流动槽道密封连接，其上方与所述分配环的内壁面之间留有一定间隙。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述挡液板对称布置在所述分配臂的两侧。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述均布喷嘴包括喷嘴中部以及设置于所述喷嘴中部两端的喷嘴顶盖和喷口。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述喷嘴中部设置有筒状旋流室和喉部，所述旋流室与所述喷嘴顶盖连接，所述喉部与所述喷口连接。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述旋流室和所述喉部为等直径筒状结构，且所述喉部的直径小于所述旋流室的直径。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述喷嘴顶盖上开设有两个对称布置的切向进液口，用于产生切向流动。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述喷口为直径从所述喉部向外逐渐变大的扩张型喷口。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，所述喷口的张角为45°～120°，且延伸有一定长度。
所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，优选地，位于最外侧的所述分配环上设置有支撑梁，用于与绕管换热器壳体的内壁连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明采用分配环结构，冷剂均匀分配给喷嘴，再进行空间布液，喷嘴之间喷淋区域叠加干扰，产生均匀液体环覆盖环形绕管，有利于提高系统换热效率。
2、本发明采用旋流结构喷嘴，冷剂流动通道宽，流动压降小，不易堵塞，且雾化液滴小，有利于换热。
3、本发明分配环内置挡液板，有效抑制晃荡引起的冷剂分配不均，且采用旋流喷嘴布液，冷剂喷淋出口速度大，有效防止偏流，系统抗晃性能好。
4、本发明无需气液分离器，喷嘴直接安装在分配环下方，系统占用垂直空间较小，有利于绕管换热器紧凑设计。
5、本发明的冷剂均布系统直接与当级冷剂来流管路连接进行独立均布，不受上级来流冷剂影响，均布性更优，且换热系统易调节。
6、本发明采用均布环和喷嘴组合式结构，可根据不同均布空间和流量需求，自由搭配均布环和喷嘴数量，且可进行两相冷剂均布，应用范围广。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的LNG绕管换热器冷剂均布系统的总体结构示意图；
图2为图1水平方向的剖面图；
图3为图1的仰视图；
图4为图1中均布喷嘴结构示意图；
图5为图1中均布喷嘴沿中心轴线的剖面图；
图6为均布喷嘴中喷嘴顶盖结构图；
图中各标记如下：
1-中心筒；2-分配环；3-分配臂；4-支撑梁；5-均布喷嘴；6-分配环流动槽道；7-挡液板；8-分配环出液孔；9-分配臂流动槽道；10-中心筒出液口；11-喷嘴连接口；12-喷嘴顶盖；13-喷嘴中部；14-喷口；15-进液口；16-旋流室；17-喉部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如图1、2所示，本发明所提供的LNG绕管换热器冷剂均布系统，LNG绕管换热器冷剂均布系统装配于绕管换热器壳体内，位于绕管段的正上方，其入口与冷剂管路连接，包括如下部件：中心筒1，为空心圆柱形结构，中心筒1上设置有与冷剂管路连接的开口，沿中心筒1的侧壁周向方向均匀布置有若干中心筒出液口10；分配臂3，为空心管状结构，数量若干，分配臂3上设置有与中心筒出液口10连接的开口，若干分配臂3与若干中心筒出液口10一一对应设置；分配环2，为空心环状结构，数量若干，若干分配环2以中心筒1为中心向外辐射与若干分配臂3流体导通连接，每个分配环2的底壁上均匀布置有若干分配环出液孔8；均布喷嘴5，数量若干，若干均布喷嘴5与若干分配环出液孔8一一对应设置。
进一步地，如图1、2所示，中心筒1位于绕管换热器壳体中心线上，中心筒1的直径小于分配环2，中心筒1的下端口封闭，下端侧壁上开设有侧向均匀分布的中心筒出液口10。中心筒出液口10一一对应连接有分配臂3，分配臂流动槽道9的截面可以为圆形，也可以为矩形，只要能实现上述功能即可。
进一步地，如图1、2所示，分配环2具有封闭的环形流动通道(分配环流动槽道6)，其直径大于中心筒1，小于换热器内壳，分配环流动槽道6的横截面结构呈矩形或圆形。中心筒1可以为多个不同直径圆筒组成的一体式结构。
进一步地，如图2所示，分配环2内部设置有挡液板7，挡液板7下方与分配环流动槽道6直接密封连接，其上方与分配环2得内壁面留有一定间隙。任意两个挡液板7之间的槽道对称设置于分配臂3的两侧，槽道底部设置有均匀分布的分配环出液孔8。图1和图2的示例中，分配环2的数量为2个、分配臂3的数量为8个。当然，本实施例对分配臂3和分配环2的具体数量不作限制。
进一步地，如图2所示，分配环出液孔8设置于分配环2与分配臂3的十字交汇处。分配环2可以为多层结构，即直径不等的多个分配环2水平叠加在一起，从而实现更大范围的冷剂均布。
进一步地，如图2所示，均布喷嘴5与分配环2下方的分配环出液孔8连接，均布喷嘴5沿分配环2下方均匀分布。图1示例中，均布喷嘴5的数量为12个。当然，实际使用中，可根据流量和空间需求，设置喷嘴数量。
进一步地，如图1和图2所示，位于最外侧的分配环2上还设置有支撑梁4，支撑梁4用于与绕管换热器壳体的内壁连接。
进一步地，如图4和图5所示，均布喷嘴5主要由喷嘴顶盖12、旋流室16、喉部17和喷口14组成。旋流室16和所述喉部17为等直径筒状结构，且所述喉部17的直径小于所述旋流室16的直径。
进一步地，如图5所示，喷嘴顶盖12下方依次为旋流室16、喉部17和喷口14。
进一步地，如图6所示，喷嘴顶盖12上具有两个对称布置的切向流体进液口15，用于产生切向流动；均布喷嘴5内部具有筒状旋流室16，旋流室16下方与喉部17通道连接，喉部17通道直径小于旋流室16直径，喉部17下方与扩张型喷口14连接，喷口14的张角在45°-120°之间，且喷口14延伸有一定的长度。
本发明所提供的LNG绕管换热器冷剂均布系统，安装于绕管换热器壳内，位于绕管区间上方。节流后的冷剂经冷剂管路进入均布系统的中心筒1内，然后经中心筒1侧壁的中心筒出液口10进入分配臂3，后进入分配环2，再经分配环2槽道底部的分配环出液孔8进入均布喷嘴5，经喷嘴顶盖12的旋流结构(进液口15)产生强切向流动，再经过旋流室16和收缩喉部17流出喷口14，离散成雾化液体，由于喷口14呈扩张型，雾化液滴流向具有确定的角度，这样多个喷嘴喷淋叠加，将会在绕管上方形成一个均匀分布的液体环，从而使冷剂均匀喷淋在绕管区域。由于均布喷嘴5内部的旋流结构，冷剂出口的液滴尺寸较小，比表面积大，形成的雾状液滴与绕管能够高效的换热，从而有效提高换热效率。另一方面，均布喷嘴5的出口液滴具有较大的初始速度，有效防止偏流，因而系统具有较好的抗晃性，从而减少海洋晃荡环境对冷剂均布的影响。
如图1、2所示，中心筒1用于将冷剂均匀分配给分配环2的各个分隔单元，分配环2用于将冷剂分布于环形空间，均布喷嘴5用于雾化冷剂，且通过喷淋叠加在换热器壳内绕管正上方形成均匀分布的液体环。上述设计方式，一方面，借助分配环2和分配臂3较均匀的分配冷剂给各个均布喷嘴5，再将来流冷剂转变为雾化液滴，并通过喷嘴喷淋叠加的方式在绕管区域上方形成均匀分布的液体环，有利提高换热效率；另一方面，通过均布喷嘴5喷淋，冷剂出口流速大，能够有效防止偏流，从而降低海洋晃荡环境对冷剂均布的影响，因而可以用于浮式LNG生产平台上。另外，相比于传统气液均布器，该均布系统占用垂直空间较少，有利于换热器紧凑设计。
本发明通过合理优化设计，解决现有LNG绕管换热器均布系统均匀性差、抗晃性差且难以适用海洋工作环境的问题。具体而言，解决现有LNG绕管换热器均布器仅能适用于陆地环境、无法用于浮式液化天然气生产工艺、且均布性差的问题。本发明的目的在于提供一种易加工、均匀性好且可以用于海洋工况环境的LNG绕管换热器均布系统，该系统包括四个独立安装模块，即中心筒1、分配环2、分配臂3和均布喷嘴5，四个模块可根据布置空间需求进行尺寸或数量搭配，安装方便。该LNG绕管换热器均布系统可用于陆地和海洋液化天然气生产工艺，可在长期晃荡环境下工作，且均匀性好，有利于高换热器运行效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种LNG绕管换热器冷剂均布系统，所述LNG绕管换热器冷剂均布系统装配于绕管换热器壳体内，位于绕管段的正上方，其入口与冷剂管路连接，其特征在于，包括如下部件：
中心筒(1)，为空心圆柱形结构，所述中心筒(1)上设置有与冷剂管路连接的开口，沿所述中心筒(1)的侧壁周向方向均匀布置有若干中心筒出液口(10)；
分配臂(3)，为空心管状结构，数量若干，所述分配臂(3)上设置有与所述中心筒出液口(10)连接的开口，若干所述分配臂(3)与若干所述中心筒出液口(10)一一对应设置；
分配环(2)，为空心环状结构，数量若干，若干所述分配环(2)以所述中心筒(1)为中心向外辐射与若干所述分配臂(3)流体导通连接，每个所述分配环(2)的底壁上均匀布置有若干分配环出液孔(8)；
均布喷嘴(5)，数量若干，若干所述均布喷嘴(5)与若干所述分配环出液孔(8)一一对应设置。
2.根据权利要求1所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述分配环(2)内均匀布置有若干挡液板(7)，所述挡液板(7)的下方与所述分配环(2)的分配环流动槽道(6)密封连接，其上方与所述分配环(2)的内壁面之间留有一定间隙。
3.根据权利要求2所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述挡液板(7)对称布置在所述分配臂(3)的两侧。
4.根据权利要求1所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述均布喷嘴(5)包括喷嘴中部(13)以及设置于所述喷嘴中部(13)两端的喷嘴顶盖(12)和喷口(14)。
5.根据权利要求4所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述喷嘴中部(13)设置有筒状旋流室(16)和喉部(17)，所述旋流室(16)与所述喷嘴顶盖(12)连接，所述喉部(17)与所述喷口(14)连接。
6.根据权利要求5所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述旋流室(16)和所述喉部(17)为等直径筒状结构，且所述喉部(17)的直径小于所述旋流室(16)的直径。
7.根据权利要求4所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述喷嘴顶盖(12)上开设有两个对称布置的切向进液口(15)，用于产生切向流动。
8.根据权利要求4所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述喷口(14)为直径从所述喉部(17)向外逐渐变大的扩张型喷口。
9.根据权利要求8所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，所述喷口(14)的张角为45°～120°，且延伸有一定长度。
10.根据权利要求1所述的LNG绕管换热器冷剂均布系统，其特征在于，位于最外侧的所述分配环(2)上设置有支撑梁(4)，用于与绕管换热器壳体的内壁连接。
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