大型纏繞管式換熱器關鍵技術發展分析

秦留軍 于旺 孫校輝 梁成坡

（開封空分集團有限公司，河南開封 475000）

大型纏繞管式換熱器關鍵技術發展分析

秦留軍 于旺 孫校輝 梁成坡

（開封空分集團有限公司，河南開封 475000）

介紹纏繞管式換熱器的特點、發展及技術難點，對國內外廠家的設計和制造水平進行對比，并介紹目前國內大型LNG和LNG-FPSO纏繞管式換熱器設計和制造關鍵技術的研制情況，為大型LNG和LNG-FPSO纏繞管式換熱器的國產化研究提供參考。

纏繞管式換熱器；LNG；LNG-FPSO；關鍵技術

纏繞管式換熱器作為一種高效緊湊的換熱設備，主要由殼體、換熱管、中心筒、墊條和管板等構成［1，2］，被廣泛應用于空氣分離、低溫甲醇洗、LNG等低溫液化、凈化工藝中。與其他類型的換熱設備相比，纏繞管式換熱器具有如下優點：①結構緊湊，單位容積具有較大的換熱面積；②換熱器管側允許較高操作壓力，由于管側換熱管直徑可以達到φ8mm，允許高壓介質通過；④允許大溫差傳熱和大溫變速率；⑤可以實現多種介質同時換熱，纏繞管式換熱器的管程允許2股以上流體同時存在于一個殼體內，較容易實現多種介質同時換熱。

1 纏繞管式換熱器的發展過程

1898 年，林德公司開發出世界上第一臺纏繞管式換熱器，該類纏繞管式換熱器由2個同心圓管組成，內管通入高壓空氣，管間通入低壓冷空氣。經過對結構的不斷改進，制成了蛇管式纏繞管式換熱器，將換熱管由內向外纏繞在中心筒上，繞制成纏繞管式換熱器。

20世紀70年代，我國開始纏繞管式換熱器的國產化研究；20世紀80年代開封空分集團開發出國內第1臺纏繞管式換熱器，實現了纏繞管式換熱器的國產化研究。并于1996年完成了寧夏化肥廠低溫甲醇洗工段配套的高壓纏繞管式換熱器4115E7的研制，成功實現了單股流纏繞管式換熱器的工業化應用。20世紀90年代，開封空分集團開發出國內第1臺多股流高壓纏繞管式換熱器，完成了國家“九五”重點科技攻關計劃項目，實現了多股流高壓纏繞管式換熱器的國產化研究。

目前，國內具有纏繞管式換熱器設計能力的廠家主要是開封空分集團有限公司和合肥通用機械研究院，具有制造能力的廠家是開封空分集團有限公司、鎮海石化建安工程有限公司和大連的林德工藝裝置有限公司。合肥通用機械研究院［3］與鎮海石化建安工程有限公司分別負責結構設計和加工制造纏繞管式換熱器，開封空分集

團有限公司是唯一具有成熟的設計和制造纏繞管式換熱器能力的廠家。

2 纏繞管式換熱器的發展趨勢及技術難點

目前，國內廠家在銅制、不銹鋼和碳鋼纏繞管式換熱器的設計和制造方面技術比較成熟，而應用于大型LNG和LNG-FPSO中的鋁制纏繞管式換熱器和不銹鋼-鋁制纏繞管式換熱器設計和制造關鍵技術尚不成熟，尤其是應用于大型LNG-FPSO天然氣液化纏繞管式換熱器技術國內鮮有研究。

在國際上，美國空氣產品化學工程公司（APCI）和林德公司（LINDE）是LNG領域纏繞管式換熱器的2家主要供貨商。APCI具有全面設計制造大型LNG裝置主低溫換熱器的能力，目前其制造廠內可以制造直徑5m、長度55m、450t重以下的纏繞管式換熱器，但其設計制造能力可以擴展，以滿足更大規模LNG工廠的需求。目前，AP?CI對于大型LNG-FPSO工藝進行研究，主低溫換熱器仍然采用纏繞管式換熱器，并對纏繞管式換熱器的結構進行改進，以滿足海上生產的特殊要求。

林德公司（LINDE）在1993年開始為市場提供大型LNG繞管式換熱器，其在大型LNG裝置中選擇多股流纏繞管式換熱器作為液化段和過冷段的主低溫換熱器。目前，該公司在其制造廠內能夠完成直徑7.5m、260t重纏繞管式換熱器的制造，對于更大尺寸和重量的纏繞管式換熱器通過改進制造工藝就能實現［4］。目前，林德公司與挪威石油公司（STATOIL）對纏繞管式換熱器在晃動時殼側內流體均布技術進行研究，以便使纏繞管式換熱器能夠更好地應用于LNG-FPSO工藝［5］。

國內企業以中海石油氣電集團有限責任公司和開封空分集團有限公司為代表，承擔了國家工信部“大型LNG繞管式換熱器研制”的課題，已對該類設備進行了立項研究。開封空分集團已對相關技術進行了試驗論證，并完成了大型LNG-FPSO樣機的制造，即將進行并網試驗。通過該類研究，能夠掌握大型LNG和LNG-FPSO纏繞管式換熱器設計和制造關鍵技術，最終實現大型LNG纏繞管式換熱器的國產化。

［1］尾花英朗.熱交換器設計手冊［M］.徐忠權，譯.北京：石油工業出版社，1982．

［2］張周衛，汪雅紅.纏繞管式換熱器［M］.蘭州：蘭州大學出版社，2014．

［3］陳永東.我國換熱器的技術進展［A］//第二屆全國換熱器學術會議論文集，2002.

［4］Linde Engineering.Coil-wound heat exchangers［EB/OL］.（2014-01-17）[2016-09-16].http∶//www.docin.com/p-755931504. html.

［5］Thomas L，Klaus O，Arne OF，et al.Ready for floating LNG-qualification of spiral wound heat exchangers［A］//The LNG 16 conference，2010：0-27.

Development Analysis of the Key Technology of the Large-Scale Spiral-Wound Heat Exchanger

Qin LiujunYu WangSun XiaohuiLiang Chengpo
（Air Separation Group Co.Ltd.，Kaifeng Henan 475000）

The characteristic,development and technical difficulty of spiral-wound heat exchanger were introduced, the design and manufacturing level of domestic and foreign manufacturers were compared,and the current develop?ment condition at home of the key technology of the design and manufacture of the spiral-wound heat exchanger used in the large-scale LNG and LNG-FPSO was introduced,in order to provide the reference for the research on the lo?calization of the spiral-wound heat exchanger.

spiral-wound heat exchanger；LNG；LNG-FPSO；key technology

TQ051.5

A

1003-5168（2016）10-0071-02

2016-09-08

秦留軍（1986-），男，碩士，助理工程師，研究方向：換熱器傳熱技術。