大型缠绕管式换热器关键技术发展分析

秦留军 于旺 孙校辉 梁成坡

（开封空分集团有限公司，河南开封 475000）

大型缠绕管式换热器关键技术发展分析

秦留军 于旺 孙校辉 梁成坡

（开封空分集团有限公司，河南开封 475000）

介绍缠绕管式换热器的特点、发展及技术难点，对国内外厂家的设计和制造水平进行对比，并介绍目前国内大型LNG和LNG-FPSO缠绕管式换热器设计和制造关键技术的研制情况，为大型LNG和LNG-FPSO缠绕管式换热器的国产化研究提供参考。

缠绕管式换热器；LNG；LNG-FPSO；关键技术

缠绕管式换热器作为一种高效紧凑的换热设备，主要由壳体、换热管、中心筒、垫条和管板等构成［1，2］，被广泛应用于空气分离、低温甲醇洗、LNG等低温液化、净化工艺中。与其他类型的换热设备相比，缠绕管式换热器具有如下优点：①结构紧凑，单位容积具有较大的换热面积；②换热器管侧允许较高操作压力，由于管侧换热管直径可以达到φ8mm，允许高压介质通过；④允许大温差传热和大温变速率；⑤可以实现多种介质同时换热，缠绕管式换热器的管程允许2股以上流体同时存在于一个壳体内，较容易实现多种介质同时换热。

1 缠绕管式换热器的发展过程

1898 年，林德公司开发出世界上第一台缠绕管式换热器，该类缠绕管式换热器由2个同心圆管组成，内管通入高压空气，管间通入低压冷空气。经过对结构的不断改进，制成了蛇管式缠绕管式换热器，将换热管由内向外缠绕在中心筒上，绕制成缠绕管式换热器。

20世纪70年代，我国开始缠绕管式换热器的国产化研究；20世纪80年代开封空分集团开发出国内第1台缠绕管式换热器，实现了缠绕管式换热器的国产化研究。并于1996年完成了宁夏化肥厂低温甲醇洗工段配套的高压缠绕管式换热器4115E7的研制，成功实现了单股流缠绕管式换热器的工业化应用。20世纪90年代，开封空分集团开发出国内第1台多股流高压缠绕管式换热器，完成了国家“九五”重点科技攻关计划项目，实现了多股流高压缠绕管式换热器的国产化研究。

目前，国内具有缠绕管式换热器设计能力的厂家主要是开封空分集团有限公司和合肥通用机械研究院，具有制造能力的厂家是开封空分集团有限公司、镇海石化建安工程有限公司和大连的林德工艺装置有限公司。合肥通用机械研究院［3］与镇海石化建安工程有限公司分别负责结构设计和加工制造缠绕管式换热器，开封空分集

团有限公司是唯一具有成熟的设计和制造缠绕管式换热器能力的厂家。

2 缠绕管式换热器的发展趋势及技术难点

目前，国内厂家在铜制、不锈钢和碳钢缠绕管式换热器的设计和制造方面技术比较成熟，而应用于大型LNG和LNG-FPSO中的铝制缠绕管式换热器和不锈钢-铝制缠绕管式换热器设计和制造关键技术尚不成熟，尤其是应用于大型LNG-FPSO天然气液化缠绕管式换热器技术国内鲜有研究。

在国际上，美国空气产品化学工程公司（APCI）和林德公司（LINDE）是LNG领域缠绕管式换热器的2家主要供货商。APCI具有全面设计制造大型LNG装置主低温换热器的能力，目前其制造厂内可以制造直径5m、长度55m、450t重以下的缠绕管式换热器，但其设计制造能力可以扩展，以满足更大规模LNG工厂的需求。目前，AP⁃CI对于大型LNG-FPSO工艺进行研究，主低温换热器仍然采用缠绕管式换热器，并对缠绕管式换热器的结构进行改进，以满足海上生产的特殊要求。

林德公司（LINDE）在1993年开始为市场提供大型LNG绕管式换热器，其在大型LNG装置中选择多股流缠绕管式换热器作为液化段和过冷段的主低温换热器。目前，该公司在其制造厂内能够完成直径7.5m、260t重缠绕管式换热器的制造，对于更大尺寸和重量的缠绕管式换热器通过改进制造工艺就能实现［4］。目前，林德公司与挪威石油公司（STATOIL）对缠绕管式换热器在晃动时壳侧内流体均布技术进行研究，以便使缠绕管式换热器能够更好地应用于LNG-FPSO工艺［5］。

国内企业以中海石油气电集团有限责任公司和开封空分集团有限公司为代表，承担了国家工信部“大型LNG绕管式换热器研制”的课题，已对该类设备进行了立项研究。开封空分集团已对相关技术进行了试验论证，并完成了大型LNG-FPSO样机的制造，即将进行并网试验。通过该类研究，能够掌握大型LNG和LNG-FPSO缠绕管式换热器设计和制造关键技术，最终实现大型LNG缠绕管式换热器的国产化。

［1］尾花英朗.热交换器设计手册［M］.徐忠权，译.北京：石油工业出版社，1982．

［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］陈永东.我国换热器的技术进展［A］//第二届全国换热器学术会议论文集，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

秦留军（1986-），男，硕士，助理工程师，研究方向：换热器传热技术。