【2019年11期】FLNG用印刷板路换热器技术特点及发展趋势

  印刷板路式换热器（PCHE）可兼顾紧凑高效和安全可靠，是一种在浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）中有良好应用前景的换热器型式。综述了PCHE的研究现状，包括PCHE结构分类、换热特性和阻力特性的研究，总结了PCHE在FLNG领域应用的现状，分析了PCHE在FLNG领域应用的难点，包括FLNG中PCHE结构选型、晃荡工况对换热器的影响机制和抑制晃荡导致传热恶化的措施，为应用于FLNG晃荡工况的PCHE设计提供理论依照与研究方向。

  海上天然气开发已变成全球能源领域重要发展趋势。海上天然气开发的基础装置是浮式液化天然气生产储卸装置(floating liquefied natural gas platform, FLNG)。FLNG因其移动性好、可重复使用等优势大范围的应用于海上天然气的开发。FLNG的出液率由液化换热器的工作性能直接决定，故换热器是FLNG的核心装备。FLNG受到海风浪影响产生晃荡，会使换热器产生相较于陆基工况不同的动态热力特性，同时使材料受到的热应力和压应力增大，损坏换热器。为了能够更好的保证FLNG在海上工况下高效稳定运行，换热器需要在晃荡工况下兼顾紧凑高效和安全可靠。

  PCHE可兼顾紧凑高效和安全可靠，被认为是保证FLNG高效稳定运行的换热器首选。PCHE的研究现状最重要的包含PCHE结构分类、换热特性和阻力特性三个方面。对于PCHE在FLNG中的应用现状，国外已多次将PCHE应用于FLNG领域，我国也正在研制采用PCHE的FLNG装置。为了使PCHE在FLNG中的换热性能得到充分的发挥，需要研发用于FLNG装置的新型紧凑高效PCHE换热技术，需攻克的关键技术如下。

  (1) 掌握在PCHE在FLNG领域的结构选型方法。PCHE的热力性能主要根据其结构型式。通过选择结构型式来强化换热器换热能力，压降一般随之增加。同时结构型式复杂化也将导致换热器耐压能力和安全性相对减弱。所以在选择FLNG装置的PCHE流道结构时，应该要依据工质的实际运行参数，换热器热力特性等具体工况综合考虑。

  (2) 掌握晃荡工况对PCHE微细流道内热质传递的影响机制，包括开展微细通道内多自由度强回流的数值模拟，建立晃荡惯性力作用下的多通道间热质传递模型，开发适用于FLNG的微细流道换热和阻力关联式。

  (3) 掌握适用于FLNG的低阻高效PCHE结构设计方法，包括研究不同微细流道结构尺寸下的多相流热质传递规律，提出恶劣海况下微细流道内传热恶化的抑制思路和结构改进措施，设计满足FLNG使用上的要求的新型低阻高效微细流道结构。