LNG低温液化板翅式换热器主要涉及LNG低温液化混合制冷剂多股流换热和混合制冷剂节流制冷技术，因具有结构紧凑和换热效率高的优点，被广泛应用于陆地LNG和海洋FLNG(浮式液化天然气储存装置)领域，用于解决LNG一级制冷技术难题，提高天然气液化效率[1]。LNG低温液化板翅式换热器采用混合制冷剂N2、CH4、C2H4、C3H8、C4H10和异C4H10在多股流板翅式换热器中将36℃的天然气通过三级制冷逐步冷却至-164℃。其主要结构包括一级制冷五股流板翅式换热器、二级制冷四股流板翅式换热器及三级制冷三股流板翅式换热器等，因液化工艺不同，所以在设计上略有不同，但均属于相变制冷型多股流低温换热器。

1 板翅式换热器的特点

通常，LNG液化工艺流程主要包括3个阶段：第1个阶段为将压缩后的天然气进行一级预冷，将温度由36℃预冷到-53℃；第2个阶段将天然气进行冷却，将温度由-53℃冷却到-120℃，为低温液化做准备；第3个阶段将天然气由-120℃冷却到-164℃，实现液化并达到过冷状态；3个阶段可采用不同制冷工艺、不同制冷剂和不同换热设备[2]。目前，大多数混合制冷剂天然气液化系统采用的是整体换热方式，即将三段制冷过程连接为一个整体，换热器高度达60～80m，换热效率得到明显提高，但存在的问题是换热工艺流程过于复杂，换热设备体积过于庞大，给加工制造、现场安装和运输带来不便，且一旦出现管道泄漏等问题，将难于检测，容易造成整台换热器报废、成套工艺装备停产。另外，由于普通列管式换热器采用管板连接平行管束方式，结构简单，自收缩能力较差，一般为单股流换热，导致换热效率较低，体积较大，温差较小，难以将天然气在一个流程内冷却并液化。同时天然气液化系统受气源产量的限制，而中小型气田的日产量多在60万～100万m3之间，若使用大型缠绕管式换热器液化系统，将造成加工制造成本和投资过大[3]。板翅式换热器具有较高的换热效率，多采用高强度铝合金材料，因此导热系数大，单位体积换热面积大，且总体高度相当于缠绕管式换热器的三分之一，换热器总体尺寸较小，无管板，对换热器在低温工况下的自紧收缩要求较小，特别适用于60万～100万m3之间的小产量LNG液化系统。近年来，随着海洋领域FLNG浮式液化船的发展，海底开发出来的天然气可以直接在液化船上进行液化，但受到液化船晃动、空间小等问题的影响，主液化换热器不宜太高，如果使用较高的缠绕管式换热器作为主液化设备，即便分段后其高度也会影响液化船在海洋上的稳定性，而板翅式换热器在相同产量下较缠绕管式换热器具有较低的总体高度，分段制冷后更适用于FLNG浮式液化船等系统[4]。

2 LNG一级五股流板翅式换热器的开发

LNG一级五股流板翅式换热器部分结构示意图如图1～4所示，其中四股流为制冷剂，一股流为天然气，利用混合制冷剂预冷N2—CH4—C2H4和天然气至-53℃。应用C3H8、C4H10—异C4H10制冷剂和LNG二级出口0.3MPa、-63℃的N2—CH4—C2H4混合气在五股流板翅式换热器内将36℃、6.1MPa的天然气冷却至-53℃，以便进入二级预冷段。应用板翅式换热器首先过冷C3H8、C4H10—异C4H10，再节流至混合制冷剂侧与N2—CH4—C2H4混合后预冷天然气侧、N2—CH4—C2H4侧、过冷C3H8侧和C4H10—异C4H10侧，达到一级天然气预冷、混合气N2—CH4—C2H4预冷和C3H8、C4H10—异C4H10节流前过冷的目的。C4H10—异C4H10混合制冷剂在36℃、0.9MPa时被N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层的-63℃、0.3MPa混合制冷剂过冷，经过C4H10—异C4H10出口节流阀节流为0.3MPa、-52.85℃的过冷液体后进入N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱与节流后的C3H8和N2—CH4—C2H4混合制冷剂进行混合，然后进入各进口列每组夹层中的N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层，向上流动冷却N2—CH4—C2H4侧夹层、天然气侧夹层、C4H10—异C4H10侧夹层和C3H8侧夹层后，在26℃、0.3MPa时流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机。C3H8制冷剂在36℃、2.18MPa时被N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层的-63℃、0.3MPa混合制冷剂过冷至-53℃、1.88MPa，经节流阀节流为0.3MPa、-52.29℃的过冷液体后进入N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱与节流后的C4H10—异C4H10、N2—CH4—C2H4混合制冷剂进行混合，然后进入各进口列每组夹层中的N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层，向上流动冷却N2—CH4—C2H4侧夹层、天然气侧夹层、C4H10—异C4H10侧夹层和C3H8侧夹层后，在26℃、0.3MPa时流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机。N2—CH4—C2H4混合制冷剂在36℃、2.18MPa时被N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层内的-63℃、0.3MPa混合制冷剂预冷，然后C2H4被液化并形成-53℃、1.88MPa的N2—CH4—C2H4气液两相流，经气液分离器分离后进入二级制冷板翅式换热器预冷。天然气在36℃、6.1MPa时被N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层内的-63℃、0.3MPa混合制冷剂预冷，然后C2H4被液化并形成N2—CH4—C2H4气液两相流，温度降低至-53℃、压力降低至5.8MPa后流出一级制冷板翅式换热器并进入二级制冷板翅式换热器[5]。

在原油期货的主要交易者中，保险、养老金、对冲基金等大类资产配置资金的总量和市场份额不断上升，国内以原油期货为标的的结构性存款产品也快速增长。原油作为影响通胀的最重要商品受到大类资产配置资金的追捧，后者通常是用固定收益的全部或部分利息来购买原油期货或期权，在保本的同时获得接近油价变动的收益，以对冲通胀的影响。这类资金是原油期货的长期多头，在一定程度上推动油价上涨。

  

图1 LNG一级五股流板翅式换热器左视图1——天然气进口法兰；2——天然气进口接管；3——天然气进口管箱；4——N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口法兰；5——N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口接管；6——N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱；11——C3H8出口法兰；12——C3H8出口接管；13——C3H8出口管箱； 14——C4H10—异C4H10出口法兰；15——C4H10—异C4H10出口接管；16——C4H10—异C4H10出口管箱；17——N2—CH4—C2H4出口法兰；18——N2—CH4—C2H4出口接管；19——N2—CH4—C2H4出口管箱；20——天然气出口法兰；21——天然气出口接管；22——天然气出口管箱；23——N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口法兰；24——N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口接管；25——N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱；29——C3H8进口法兰；30——C3H8进口接管；31——C3H8进口管箱；32——C4H10—异C4H10进口法兰；33——C4H10—异C4H10进口接管；34——C4H10—异C4H10进口管箱；35——N2—CH4—C2H4进口法兰；36——N2—CH4—C2H4进口接管；37——N2—CH4—C2H4进口管箱；46——节流后C4H10—异C4H10进口法兰；47——节流后C4H10—异C4H10进口接管；48——节流后C3H8进口法兰；49——节流后C3H8进口接管

  

图2 LNG一级五股流板翅式 换热器天然气侧板翅流形8——折板； 9——左封条；10——下封条； 27——右封条；28——上封条； 38——天然气进口导流板；39——天然气出口导流板

  

图3 LNG一级五股流板翅式换热器 顶部封条及进出口列下视图 50——隔板； 51——前面板； 52——后面板

  

图4 LNG一级五股流板翅式换热器 板翅与隔板相间排板示意图

低温液化板翅式换热器内天然气温度变化分为36℃→-53℃、-53℃→-120℃、-120℃→-164℃共3个过程，这3个换热过程采用3个独立的换热器完成。笔者以LNG低温液化一级制冷为基础，重点研究开发了第1级36℃→-53℃低温换热流程以及第1级换热器总体结构和进出口数，并采用C4H10—异C4H10和C3H8混合制冷剂制冷工艺解决第1段制冷换热设备存在的问题[6～8]，完成高压低温工况下LNG低温液化一级制冷五股流换热过程。

3 结束语

混合制冷剂多股流多相流交叉换热是采用N2、CH4、C2H4、C3H8、C4H10和异C4H10共6种混合制冷剂及以上的多股流多相流低温换热过程，在此笔者只论述了LNG多股流板翅式换热器的研究开发现状和将36℃天然气冷却至-53℃的一级五股流板翅式换热器，而传热膜数的计算、表面传热系数的变化规律等石油化工领域的关键问题尚未解决，同时天然气液化并过冷至-164℃的工艺流程还有待进一步研究。

二是关于列宁生平的介绍。《文阵》中专设《列宁逝世纪念特辑》专栏，包括左琴科的《列宁的故事》、罗曼·罗兰、萧伯纳、高尔基、巴比赛等人的《关于列宁》（靖华译），这两篇纪念文章分别介绍列宁童年中玻璃水瓶的故事、学习情况、在监狱吃墨水壶、戒烟、巧计胜宪兵、给小孩买玩具、遇刺、在理发室、与炉匠、打猎等故事，还认为“列宁是一个行动的大师，深入社会法则的本质，和以生命的创造力浸淫着自己”。[3]显然是通过苏联社会主义导师列宁的伟大事迹，动员民众尽快行动起来，积极加入中国革命的队伍，早日取得民族解放的胜利。

参 考 文 献

[1] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG混合制冷剂多股流板翅式换热器[P].中国:201510051091.6,2016-10-05.

[2] 张周卫,汪雅红.缠绕管式换热器[M].兰州:兰州大学出版社,2014.

[3] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器[P].中国:201510040244.7,2016-10-05.

[4] 张周卫,薛佳幸,汪雅红,等.LNG系列缠绕管式换热器的研究与开发[J].机械设计与制造,2015,43(9):118～123.

[5] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备[P].中国:201110381579.7, 2012-07-11.

[6] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG低温液化一级制冷四股流螺旋缠绕管式换热装备[P].中国:201110379518.7,2012-05-16.

[7] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG低温液化二级制冷三股流螺旋缠绕管式换热装备[P].中国:201110376419.3,2012-07-04.

[8] 张周卫,汪雅红,张小卫,等.LNG低温液化三级制冷螺旋缠绕管式换热装备[P].中国:201110373110.9,2012-07-04.