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LNG成套装置换热器关键技术分析陈永东，陈学东(1.合肥通用机械研究院；2.国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽合肥 230031)摘 要： 换热器是LNG成套装置的关键部件。
汽化器和主低温换热器在LNG接收站和液化装置中扮演了重要的角色。
本文从结构、材料、传热与流动三个方面分析了开架式气化器、带有中间介质的汽化器以及缠绕管式换热器三种典型的汽化器的关键技术；结合工艺流程，分析了缠绕管式换热器、板翅式换热器作为LNG液化装置主低温换热器的特点。
最后对实现大型LNG成套装置中汽化器和主低温换热器的国产化提出了建议。
关键词：LNG；汽化器；低温换热器；技术Technology Analysis of Heat Exchanger in Large LNGPlant and TerminalCHEN Yong-dong，CHEN Xue-dong(1.Hefei General Machinery Research Institute; 2.National Engineering Research Center on Safety of Pressure Vessels and Pipes,Hefei 230031, China)Abstract: Heat exchangers are main equipments in LNG plant and terminal. Vaporizers and main cryogenic heat exchangers (MCHE) play important role in these factories. In this paper, key technologies of three typical vaporizers including open rack vaporizer(ORV)\intermediate fluid vaporizer \spiral wound vaporizer were detailed analysed in structure\ material \heat transfer and fluid flow. Combining LNG technical flow，characteristics of plate-fin heat exchanger and spiral wound heat exchanger as MCHE in LNG plant were described in this paper. Some suggestions are put forward in order to utilize homemading of vaporizers and main cryogenic heat exchangers in LNG plant and terminal.Keywords: LNG；vaporizer；MCHE；technology1引言在天然气开采到应用的诸多环节中，天然气的液化工厂和接收站是两个重要的环节。
液化天然气罐式集装箱技术优化作者：王伟朱英波贺军庄晓东来源：《集装箱化》2020年第07期在国家政策和市场需求的双重推动下，我国液化天然气（liquefied natural gas，LNG）消费量逐年增加。
罐式集装箱（以下简称“罐箱”）因具有宜运宜储的特点而成为市场青睐的LNG运载工具。
一方面，LNG罐箱是一种移动式运输装备，而运输装备的市场竞争力在很大程度上由其运输经济性决定;另一方面，LNG罐箱是一种真空绝热压力容器，其危险性远大于一般设备，必须保证产品具有高可靠性;另外，LNG罐箱作为一种多式联运装备还应具有良好的互换性和通用性。
本文分析与LNG罐箱经济性、安全性、通用性等相关的技术问题，并提出相应优化措施，以期进一步提升产品综合性能。
1 LNG罐箱轻量化技术优化罐箱自重是体现产品运输经济性的一项核心指标。
在保证安全的前提下，罐箱自重越轻，其市场竞争力越强。
在设计压力、容积和尺寸一定的前提下，减轻罐箱自重的关键之一是减小内容器壁厚，其技术措施包括采用分析设计法、应用应变强化技术以及使用新材料等。
通常情况下，与基于弹性失效准则的规则设计相比，采用基于弹塑性失效准则的分析设计可以明显减小壳体壁厚。
应变强化技术可利用奥氏体不锈钢的特有性能，通过将材料拉伸变形到一定程度来提高材料的屈服强度，从而获得较高的许用应力值，进而实现容器壁厚减薄。
新材料技术主要使用抗拉强度、屈服强度等机械性能更加优良的材料，此类材料通常指尚未被纳入规范的新牌号材料或国外牌号材料等。
1.1 内容器轻量化技术措施比较罐箱内容器常用S30408制成，而TAS30458是近来才开始使用的新材料。
由表1可见：采用应变强化技术减轻罐箱内容器自重的效果最为显著，其次是采用新材料;就S30408材料而言，由于采用规则设计的许用应力和采用分析设计的设计应力强度均取决于材料的屈服强度，且安全系数均为1.5，所以两者数值相等;另外，规则设计与分析设计的壳体壁厚计算公式相近，故采用分析设计减轻罐箱内容器自重的效果不明显。
罐式集装箱研究报告
罐式集装箱是一种专门用于运输液态或气态货物的一种货运集装箱。
与普通的干货集装箱不同，罐式集装箱内部是封闭且密封的，以确保在运输过程中不会泄漏液态或气态物质。
罐式集装箱的设计和制造需要考虑到载重、防爆、防腐等多方面的因素。
通常，罐式集装箱的主要部件包括罐体、固定架、支脚、管道、阀门、疏水装置等。
不同类型的罐式集装箱也有不同的设计和用途，例如化学品罐式集装箱、食品罐式集装箱、LNG罐式集装箱等。
罐式集装箱的优点在于它可以运输一大类的货物，这与普通的干货集装箱不同；并且由于它们的设计考虑到严格的密闭性，可以保证货物不会受到污染。
罐式集装箱也可以更容易地进行装卸，因为液态和气态货物可以通过管道和阀门直接从集装箱中排出。
然而，罐式集装箱也存在一些问题。
由于液态和气态物质的重量和特殊性质，罐式集装箱的设计和制造需要更高的成本。
在运输过程中，罐式集装箱需要额外的保护和检查，以保证其密封性和安全性。
另外，在罐式集装箱的运输和使用过程中，也需要遵守严格的安全和环保要求。
总之，罐式集装箱是一种适用于运输液态或气态货物的一种货运集装箱。
它有很多优点，但也需要额外的成本和关注，以确保货物的安全和遵守相关的法规。
2008年1月 石 油 规 划 设 计 第19卷 第1期 41* 朱昌伟，男，1981年生。
西南石油大学油气储运工程在读硕士研究生，研究方向：调峰型LNG 工厂的设备选型及工艺优化。
通信地址：四川省成都市新都区西南石油大学研究生院硕士05级2班，610500中小型LNG 储罐的高真空多层绝热结构及影响因素朱昌伟* 马国光林燕红张 燃西南石油大学研究生院中国石油大学研究生院中国石油西南油气田分公司输气处朱昌伟等. 中小型LNG 储罐的高真空多层绝热结构及影响因素. 石油规划设计，2008，19（1）：41～43摘要 本文简述了LNG 储罐常用的绝热结构和高真空多层绝热模型，重点分析了真空夹层热流传递的3种形式：辐射传热、残余气体导热和固体导热。
通过分析影响LNG 储罐绝热效果的4个主要因素：真空度、压缩负荷、总层数和层密度、边界温度，提出了减少高真空多层LNG 储罐漏热量的措施。
关键词 LNG 储罐 高真空多层绝热 影响因素 绝热效果1 LNG 储罐常用的绝热结构立式LNG 储罐的基本结构一般是外管路及操作系统置于罐的下部，内筒体用来盛装LNG，与其相连的各种管道通过夹层空间延伸到外管路系统，外筒体既与内筒体构成密闭的真空夹层绝热空间，同时又对内筒体起保护和支承作用。
LNG 储罐常用的绝热结构：少量储存（比如LNG 汽车燃料箱），选用高真空多层绝热；LNG 运输槽车用高真空多层绝热或真空粉末（纤维）绝热；中等容器储存（5～150m 3）用真空粉末（纤维）绝热或普通堆积聚热；大容量的储存（含地下储槽），选用普通堆积聚热或冻土绝热。
虽然高真空多层绝热性能优越、重量轻，与真空粉末绝热相比，预冷损失小、稳定性好，但由于这种绝热结构单位容积的成本高，且难于对复杂形状的容器绝热，真空度要求高，抽空工艺复杂，存在平行方向的导热问题［2］，目前只有中小型LNG 储罐使用这种绝热结构。
2 高真空多层绝热结构模型［1，2］高真空多层绝热是在高真空（真空度达10-2Pa 以上）绝热空间内安置多层具有高反射能力的辐射屏与具有低热导率的间隔物来降低辐射热的一种绝热型式。
基于断桥结构LNG罐式集装箱内接管传热分析方旭;谢禹钧;常佩琛;李云鹏【摘要】深冷液化天然气(LNG)罐式集装箱是最典型的运输液化天然气的设备,具有机动性高、灵活性强的优点,由于罐式集装箱运行工况较为复杂,罐内介质易燃、易爆且需在低温环境下储存,因此对集装箱的保冷性能要求较高.基于有限元理论结合实际工况,利用ANSYS软件针对LNG罐式集装箱顶部进液管沿轴向的漏热量问题进行计算和分析,发现其沿轴向的热流密度大,外界环境中的热量极易沿管路传入到罐内,传热速率快,特将断桥结构引入到管路的优化设计中,提出改进方案以实现热流阻断的效果.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】5页(P98-102)【关键词】LNG罐式集装箱;接管;断桥;传热分析【作者】方旭;谢禹钧;常佩琛;李云鹏【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TE972;TH4随着我国节能减排工作的有序推进，大力发展清洁能源已成为社会可持续发展的内在要求之一。
在日常生产生活中对液化天然气的消费量与日俱增，为解决液化天然气分布不均的现状，大力发展深冷液化天然气（LNG）罐式集装箱行业是提升公路运输液化天然气能力最有效的方式之一，其结构可视为将一个有高真空绝热夹套的低温液体储罐固定在集装箱框架内的装备[1⁃3]，集装箱储罐内外筒间的接管是输送液化天然气的关键结构。
由于储罐内外筒间的温差较大，内部储存的液化天然气会随着外界环境热量的传入而不断汽化，导致储罐内部压力逐渐升高，当压力达到一定值后，安全阀会自动开启进行排气泄压[4]。
移动储罐漏热量的大小对装备整体的安全性和经济性有着最直接的影响，所以需要对装备漏热量进行必要的研究。
工作研讨•矣全』払呔2021年第19期基于LNG罐箱调峰集散中心试点项目的罐箱堆场平面布置设计的思考姚树君1孔建建2高娜21.山东海洋集团有限公司山东济南2501022.山东华胜能源有限公司山东济宁272100摘要：LNG罐箱作为一种新型的运输、储存和配送工具，可以取代传统的LNG槽车、大型固定 式储罐和终端用户现场的日用罐，通过公路、铁路、水运多式联运实现“一罐到底”，可以节省用 户建设LNG储罐成本，通过高效物联网技术及信息化管理LNG罐式集装箱周转，可实现“门对门”定 制式服务.结合当前国内天然气储气调峰设施建设情况和LNG罐箱特点，针对LNG罐箱堆场，提出堆 场平面布置设计方面的建议，进一步提升项目本质安全化水平，保障LNG罐箱堆场项目建成投产后运营安全。
关键词：LN G;罐箱调峰；罐箱堆场；平面布置设计2019年6月25日，国家发改委首次以文件形式明确L N G罐箱可以作为储气调峰设施：“对于尚未达到储气任务目标的地区，要提前采取增加备用L N G罐箱、租赁储气能力、签订 可中断用户等方式，来履行储气责任，补齐储气能力不足的短板”。
同年10月31日，国家发 改委能源局组织召开全国首批4个L N G罐箱调 峰集散中心试点项目评审会，会议主要对河北、山东、安徽、湖北4省的L N G罐箱试点项 目建设的必要性和可行性进行论证，为我国下一步全面推开罐箱天然气提供示范引领。
同类 项目位列最快的是山东龙口L N G罐箱调峰集散中心项目，其主要功能包含L N G罐箱接收、卸 载、储存、集散和气化外输，其中堆场区域的选址、平面布置、防火间距、工艺及设施、消防和排水、电气、仪表与自动控制、建筑和供暖通风等设计方案，在国内率先构建了以LNG 罐箱多式联运为基础，发展从境内外气源地至终端用户全程“一罐到底”的供气模式。
利用 L N G罐箱调峰储备能力，从国内、海外多渠道采购天然气，直接送达管网覆盖不了的区域供气，进一步缓解天然气保供压力。
LNG储罐外罐施工期间的温度应力及裂缝分布李腾飞发布时间：2021-10-09T02:27:35.070Z 来源：《中国科技人才》2021年第19期作者：李腾飞[导读] 大型LNG储罐由内罐和外罐组成，内罐采用9％镍钢建造，外罐采用预应力混凝土建造，中间采用膨胀珍珠岩作为隔热层。
东北石油大学黑龙江省大庆市 160000摘要：大型LNG储罐由内罐和外罐组成，内罐采用9％镍钢建造，外罐采用预应力混凝土建造，中间采用膨胀珍珠岩作为隔热层。
LNG 储罐作为储存液化天然气的压力容器，对外罐的裂缝具有严格限制，目前国内有不少的LNG储罐外罐在施工期间因过大的温度应力而导致混凝土开裂。
虽然早龄期混凝土裂缝在预应力钢绞线张拉后可能会全部或者部分闭合，但在某些工况下，闭合的裂缝有可能再次张开；由于大型LNG储罐一般建在沿海城市，裂缝会破坏钢筋的混凝土保护层，加快对钢筋的腐蚀，严重影响储罐的耐久性及使用寿命。
因此，对LNG储罐混凝土外罐的温度应力及裂缝分析意义重大。
关键词：LNG储罐外罐施工期间；温度应力；裂缝分布；一、LNG储罐外罐近年来随着我国经济的增长以及人口的增加，对能源的消费需求不断增长，同时，全球对于环境污染问题的关注度提高，特别是对温室气体排放量的限制越来越严格。
在此形势下，绿色清洁能源的开发与利用受到各国的重视，其中天然气的消费增长速度最快，据世界能源专家预测天然气在全球能源结构中的份额将超过石油，成为能源结构中的第一能源。
我国对天然气的开发与利用，在一系列相关工程的建设与投入使用后，得到了迅速的发展，这些工程包括：“西气东输”、“川气东输”、“陕气进京”、“中原气辐射”、开发海上天然气以及引进海外天然气。
LNG是天然气在混合制冷剂的作用下，除去杂质如 CO 2 、 N 2 、 H 2 O 、硫化物及固体杂质等后，得到的 162162℃的液态天然气。
LNG无毒、无味、无色、无腐蚀性，其主要成份是甲烷CH4，含有少量氮N2、乙烷C2H6、丙烷C3H8等其它成份。
第32卷第2期2019年4月Vol.32No.2Apr.2019投稿网址： 石油化工高等学校学报JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNIVERSITIES基于断桥结构LNG罐式集装箱内接管传热分析方旭，谢禹钧，常佩琛，李云鹏（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001）摘要：深冷液化天然气（LNG）罐式集装箱是最典型的运输液化天然气的设备，具有机动性高、灵活性强的优点，由于罐式集装箱运行工况较为复杂，罐内介质易燃、易爆且需在低温环境下储存，因此对集装箱的保冷性能要求较高。
基于有限元理论结合实际工况，利用ANSYS软件针对LNG罐式集装箱顶部进液管沿轴向的漏热量问题进行计算和分析，发现其沿轴向的热流密度大，外界环境中的热量极易沿管路传入到罐内，传热速率快，特将断桥结构引入到管路的优化设计中，提出改进方案以实现热流阻断的效果。
关键词：LNG罐式集装箱；接管；断桥；传热分析中图分类号：TE972；TH4文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006⁃396X.2019.02.016Heat Transfer Analysis of LNG Tank Container Inner Pipe based on BrokenBridge StructureFang Xu，Xie Yujun，Chang Peichen，Li Yunpeng（School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun Liaoning113001，China）Abstract:Cryogenic liquefied natural gas(LNG)tank container is the most typical equipment for transporting liquefied natural gas.It has the advantages of high mobility and flexibility.Due to the complex operation conditions of tank containers,the medium inside the tank is flammable and explosive and needs to be stored in low temperature environment,and the requirement for the cold insulation performance of the container is high.Based on the finite element theory and the actual working conditions,this paper calculates and analyzes the heat leakage problem along the axial direction of the top inlet pipe of LNG tank container by using ANSYS software,and it is found that the heat flux along the axial direction is high.The heat in the external environment is easily transferred into the tank along the pipeline and the heat transfer rate is fast.The broken bridge structure is introduced into the optimization design of the pipeline and an improved scheme is put forward to achieve the effect of heat flow blocking.Keywords:LNG tank container；Nozzle；Broken bridge；Heat transfer analysis随着我国节能减排工作的有序推进，大力发展清洁能源已成为社会可持续发展的内在要求之一。
在日常生产生活中对液化天然气的消费量与日俱增，为解决液化天然气分布不均的现状，大力发展深冷液化天然气（LNG）罐式集装箱行业是提升公路运输液化天然气能力最有效的方式之一，其结构可视为将一个有高真空绝热夹套的低温液体储罐固定在集装箱框架内的装备[1⁃3]，集装箱储罐内外筒间的接管是输送液化天然气的关键结构。
由于储罐内外筒间的温差较大，内部储存的液化天然气会随着外界环境热量的传入而不断汽化，导致储罐内部压力逐渐升高，当压力达到一定值后，安全阀会自动开启进行排气泄压[4]。
移动储罐漏热量的大小对装备整体的安全性和经济性有着最直接的影响，所以需要对装备漏热量进行必要的研究。
在实际生产运输过程中，内部结构较为简单的LNG罐式集装箱储罐其绝热性能通常优于内部结构相对复杂的储罐[5]。
本文对某LNG罐式集装箱储罐及其顶部进液管结构建模并进行热力学模拟，获得温度分布和热流密度分布规律，与进行断桥结文章编号：1006⁃396X（2019）02⁃0098⁃05收稿日期：2018⁃05⁃29修回日期：2018⁃09⁃27基金项目：国家自然科学基金项目（51374098）。
作者简介：方旭（1992⁃），女，硕士研究生，从事化工设备安全研究；E⁃mail：707525541@。
通信联系人：谢禹钧（1960⁃），男，博士，教授，从事断裂力学、结构完整性及失效风险等研究；E⁃mail：yjxiefs@。
第2期方旭等.基于断桥结构LNG罐式集装箱内接管传热分析构改进的装备模型进行热工分析结果对比，检验管路优化改进的效果。
1LNG罐式集装箱储罐接管模型1.1储罐接管物理模型我国公路运输普遍使用的LNG罐式集装箱需符合GB150-2011《压力容器》或ASME规范、JB4732-2005《钢制压力容器-分析设计标准》、中国船级社《集装箱检验规范-2016》、JB/T4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》等国家标准要求。
LNG罐式集装箱内部储罐一般采用双层筒体结构，将内外筒之间的夹层抽高真空实现绝热[6]，外筒外表面无需保温层，内外筒间由固定端支撑、移动端支撑，保持装备稳定，移动储罐外部由框架、角件等结构固定。
以IMO7型12.192m（40英尺）罐式集装箱为例，分析的主要对象是移动储罐内外筒以及两筒体夹层间的顶部进液管结构，装备采用的金属材料是304不锈钢（0Cr18Ni9）。
LNG集装箱储罐外筒直径为2522mm，内筒直径为2356mm，两筒体的壁厚均为6mm。
LNG罐式集装箱移动储罐及顶部进液管结构如图1所示。
1.2模型材料性能LNG罐式集装箱移动储罐模型所涉及的材料热物理性能参数如表1所示[7]。
装备所用金属材料导热系数随温度变化的具体数据如表2所示[8]。
2顶部进液管稳态温度场计算ANSYS软件是目前工程中普遍使用的大型有限元分析软件，该软件在热分析方面具有丰富的功能，可以对实体模型或单元模型进行热传导、对流传热、辐射传热及接触热阻等方面的分析、计算、求解[9]。
在分析温度场分布方面以及应力强度方面具有广泛的应用[10]。
2.1三维有限元模型的建立在实际运输中，LNG罐式集装箱的储罐尺寸较大且内外筒夹层内的顶部进液管空间走向复杂。
为方便软件模拟运算，现将顶部进液管管路结构简化，将其近似为关于移动储罐筒体中垂面对称的结构，三维实体模型以1/2顶部进液管和1/4移动储罐罐体为研究对象，利用ANSYS中Material Model 定义三维模型的材料属性，所得到的实体模型如图2所示。
表1材料的热物理性能Table1Thermo physical properties of materials材料0Cr18Ni9聚四氟乙烯导热系数/(W·m-1·K-1)—0.27密度/(kg·m-3)7750220比热容/(J·kg-1·K-1)500.01046.7×103图1LNG移动储罐接管结构Fig.1Structure diagram of LNG mobile storage tank表20Cr18Ni9导热系数Table2Thermal conductivity of0Cr18Ni9温度/K导热系数/(W·m-1·K-1)1109.3514010.6218011.822012.8729514.87图2LNG移动储罐实体模型Fig.2LNG mobile storage tank entity model99石油化工高等学校学报第32卷2.2三维热分析单元及网格划分常用的三维热分析单元有SOLID70、SOLID87和SOLID90，这三种单元均可应用在三维稳态和三维瞬态的热分析问题中[11]。
模拟选用SOLID70单元，该单元为三维8节点热实体单元，每个节点有一个温度自由度[12]，并且该单元既能够满足LNG 罐式集装箱储罐实体模型匀速热流传递的要求，又可以与目标模型的网格划分有较好的匹配度。
根据所选单元，对模型进行网格划分，因管路尺寸较小将该部分单元密度设置为0.01，又因移动储罐筒体尺寸较大将其单元密度设置为0.1，故得到网格数为68713个，模型网格如图3所示。
2.3初始状态边界条件在公路运输环境下，LNG 罐式集装箱储罐的整个热响应大致可分为以下三个部分：（1）外界环境与罐体外壁之间的对流传热和辐射传热；（2）接管暴露在外部环境中的部分与环境间的对流传热；（3）内外筒体与接管接触部分的热传导。
对LNG 罐式集装箱模型进行分析计算主要基于以下假设：①储罐内外筒真空夹层间的压力为-0.1MPa ，夹层内部介质传热率近似为零；②储罐内液化天然气充装率为90%，顶部进液管内的液化天然气在弯管处存在液封结构；③管路材料具有各向同性的特点，储罐内外筒材料层与层之间接触良好，不考虑接触热阻[9]；④忽略外界环境与LNG 罐式集装箱暴露在外部环境中各部分间的辐射传热。
将LNG 罐式集装箱实体模型的分析类型定义为稳态分析，当罐式集装箱在运输中所处位置不相同时，空气的强制对流也不尽相同，本文选取移动槽车处于静止的状态，空气对流系数暂取为5W/(m 2·K)；由于内外筒金属材料导热系数高，热传导速度快，所以假定内筒筒壁温度为其内部存储的液化天然气温度111K （-162℃）；外界环境温度取293K （20℃）。
