液化天然氣裝備設計技術：LNG板翅式換熱器卷(上)（簡體書）
商品簡介
本書基於板翅式換熱器的 LNG 液化工藝及混合製冷劑換熱用板翅式換熱器運算法則，主要內容包括當前國際上流行的LNG 液化工藝流程用各類型LNG 板翅式換熱器設計計算過程，如30 萬立方米每天DMR雙混合製冷劑LNG 三級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天三元混合製冷劑預冷LNG 四級板翅式換熱器設計計算、7 萬立方米每天天然氣膨脹預冷LNG 兩級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天C3/MR閉式LNG 三級板翅式換熱器設計計算、60 萬立方米每天級聯式PFHE 型LNG 三級三組板翅式換熱器設計計算、100 萬立方米每天開式LNG 液化系統及板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天天然氣膨脹製冷LNG 液化四級板翅式換熱器設計計算等內容。
本書可供從事天然氣、液化天然氣（LNG）、化工機械、製冷與低溫工程、石油化工、動力工程及工程熱物理領域內的研究人員、設計人員、工程技術人員參考，還可供高等學校化工機械、能源化工、石油化工、製冷與低溫工程、能源與環境系統工程等相關專業的師生參考。
作者簡介
張周衛，蘭州交通大學，教授，男，國家“萬人計畫”領軍人才，國家創新創業人才，國家科技專家庫專家，環境科學博士後，動力工程及工程熱物理博士，畢業於西安交通大學能源與動力工程學院製冷及低溫工程系，高級工程師，教授，主要從事空間低溫製冷技術、壓縮機械、真空低溫設備、LNG程序控制裝備、多股流纏繞管式換熱裝備、螺旋壓縮膨脹製冷機等研究，涉及系統耦合傳熱及傳熱數值模擬計算，低溫節流減壓裝置、低溫系統換熱裝備、低溫冷遮罩系統、高超聲速飛行器空間低溫製冷機理研究等；先後參與北京航空航太大學863系統項目子項目“天然氣渦旋壓縮機”、清華大學航太航空學院973系統子項目“空間氣流組織測試類比環境室”、總裝備部“空間低溫紅外輻射冷遮罩系統研究”、真空低溫國防重點實驗室“空間低溫流體流動特性實驗研究”、國家重點實驗室“空間低溫流體自密封加注系統研究”等，先後參與國家項目20多項，主持國家自然基金及國家創新基金等6項、甘肅省創新基金4項、甘肅省自然基金等項目4項，與企業合作4項等；主持申報發明專利46項，發表論文30多篇，出版學術專著3部等；帶領創新創業團隊獲得省級二等以上獎勵54人次，廳級以上獎勵80多人次，2013年入選江蘇省啟東市“東疆英才扶持計畫”，2014年入選“國家創新人才推進計畫”，2016年入選國家“特殊人才支持計畫”。
名人/編輯推薦
液化天然氣工藝設計與設備領域實用技術指導書，低溫與製冷工程、能源與動力工程專業實用參考書籍
序
LNG 板翅式換熱器主要用於30 萬立方米每天以上的大型LNG 液化系統，是該系統中的核心設備，一般達到60×104m3/d 以上時，可採用並聯多套的模組化辦法，實行LNG 系統的大型化。基於板翅式換熱器的LNG 液化工藝也是目前非常流行的中小型LNG 液化系統的主液化工藝。在LNG 領域，30 萬立方米每天以上大型LNG 液化工藝系統多採用以板翅式換熱器為主液化裝備的PFHE 型LNG 液化工藝技術，其具有集約化程度高、製冷效率高、占地面積小及非常便於自動化管理等優勢，已成為30 萬～60 萬立方米每天大型LNG 液化工藝裝備領域內的標準性主流選擇，在世界範圍內已廣泛應用。
目前，國內的大型LNG 工藝系統一般隨著成套工藝技術整體進口，包括工藝技術包及主設備專利技術等，系統整體造價昂貴，後期維護及更換設備的費用同樣巨大。由於大型LNG系統工藝及主設備大多仍未國產化，即還沒有成型的設計標準，因此給LNG 液化工藝系統及裝備的國產化設計計算帶來了難題。自2013 年以來，由蘭州交通大學張周衛等開始系統研究開發大型LNG 混合製冷劑用多股流板翅式換熱器，並前後開發了LNG 混合製冷劑板翅式換熱器、LNG 一級三股流板翅式換熱器、LNG 二級四股流板翅式換熱器、LNG 三級五股流板翅式換熱器等系列LNG 板翅式換熱器，可應用於20 多種國際上流行的LNG 液化工藝流程並作為主液化設備。
《液化天然氣裝備設計技術——LNG 板翅式換熱器卷》分為上卷和下卷兩部分，兩卷主要圍繞十幾類PFHE 型LNG 液化工藝研究開發LNG 板翅式換熱器，主要包括當前國際上流行的LNG液化工藝流程用各類型LNG板翅式換熱器設計計算過程，如30 萬立方米每天DMR雙混合製冷劑LNG 三級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天三元混合製冷劑預冷LNG四級板翅式換熱器設計計算、7 萬立方米每天天然氣膨脹預冷LNG 兩級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天C3/MR 閉式LNG 三級板翅式換熱器設計計算、60 萬立方米每天級聯式PFHE 型LNG 三級三組板翅式換熱器設計計算、100 萬立方米每天開式LNG 液化系統及板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天天然氣膨脹製冷LNG 液化四級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天兩級氮膨脹LNG 低溫液化三級板翅式換熱器設計計算、60 萬立方米每天MR 閉式LNG 液化四級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天混合製冷劑LNG 液化兩級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天LNG 一級氮預冷膨脹液化兩級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天天然氣膨脹LNG 液化兩級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天C1-C2-C3 級聯式三級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天FLNG 六元混合製冷劑單級板翅式換熱器設計計算、30 萬立方米每天C3/MR+APX 三級LNG 板翅式換熱器設計計算等內容。其內容也涉及14 類較典型的LNG 低溫液化工藝流程等設計計算技術，可為LNG液化等關鍵環節中所涉及的主要液化工藝技術及相應LNG 板翅式換熱器設計計算提供可參考樣例，並有利於推進LNG 系列板翅式換熱器的標準化及相應LNG 液化工藝技術的國產化研發進程。
《液化天然氣裝備設計技術——LNG 板翅式換熱器卷（上）》主要針對目前國際上流行的7 類LNG 液化工藝系統及主液化裝備的設計計算技術進行系統的研究與開發，並通過《液化天然氣裝備設計技術——LNG 板翅式換熱器卷（下）》兩本書一併呈送相關領域供同行借鑒參考。主要研究30 萬立方米每天以上LNG 液化領域內具有代表性的LNG 板翅式換熱器的設計計算方法，內容涵蓋不同類型LNG 板翅式換熱器計算過程及製冷劑運算法則，也是當前國際上的主流PFHE 型LNG 液化工藝主設備。書中所述7 種LNG 板翅式換熱器設計計算方法屬LNG 裝備領域內目前流行的具有一定設計技術難度的LNG 系統工藝主設備核心技術，主要應用於LNG、LPG、煤化工、石油化工、低溫製冷等領域，從工藝基礎研發及設計技術等方面來講均已成熟，已能夠推進PFHE 型LNG 液化主設備的設計計算過程及LNG 系列液化工藝的設計計算進程。
本書第1 章為緒論部分，主要講述LNG 板翅式換熱器的特點、國內外發展現狀等。
第2 章主要講述30 萬立方米每天DMR 雙混合製冷劑LNG 三級板翅式換熱器設計計算過程及涉及DMR 液化工藝的設計計算過程，內容全面，不但包括液化工藝中涉及的板翅式主換熱器的設計計算過程，而且包括混合製冷劑的選用及計算方法、製冷工藝的設計計算過程。
第3 章及後續章節主要講述混合製冷劑LNG 四級板翅式換熱器、天然氣膨脹預冷LNG兩級板翅式換熱器、C3/MR 閉式LNG 三級板翅式換熱器、級聯式PFHE 型LNG 三級三組板翅式換熱器、開式LNG 液化系統及板翅式換熱器、天然氣膨脹製冷LNG 液化四級板翅式換熱器，以便為從事LNG 液化裝備領域內的工程技術人員及研發人員提供必要的參考。
本書共分8 章。其中，第1～6 章由張周衛負責撰寫並編輯整理，第7 章由蘇斯君負責撰寫，第8 章由殷麗、王軍強負責撰寫並編輯整理，全書由張周衛統稿。鄭濤、王松濤、黃煊、貟孝東、唐鵬參與各章節的編排工作，李文振、耿宇陽參與了全書的校正工作。
本書受國家自然科學基金（編號：51666008）、甘肅省財政廳基本科研業務費（編號：214137）、甘肅省重點人才項目（編號：26600101）等支持。
本書按照目前所列24 種LNG 液化工藝流程的設計計算進度，重點列出7 種典型的且具有代表性的LNG 板翅式換熱器進行研究開發，總結設計計算方法，並與相關行業內的研究開發人員共同分享。由於水準與時間有限及其他原因，書中難免存在疏漏及不足之處，希望同行及廣大讀者批評指正。
蘭州交通大學
張周衛 王軍強 蘇斯君 殷麗
目次
第1 章 緒論
1．1 板翅式換熱器的發展概況 002
1．1．1 國外發展概況 002
1．1．2 國內發展概況 002
1．2 板翅式換熱器的主要構造及特點 003
1．3 液化天然氣（LNG）用板翅式換熱器特點 004
1．3．1 PFHE 型LNG 液化工藝流程操控 005
1．3．2 LNG 板翅式換熱器工藝設計 005
1．3．3 LNG 板翅式換熱器結構設計 007
1．3．4 LNG 板翅式換熱器板束排列 008
參考文獻 008
第2 章 30 萬立方米每天DMR 雙混合製冷劑LNG 三級板翅式換熱器設計計算
2．1 板翅式換熱器簡介 010
2．2 板翅式換熱器的工藝計算 011
2．2．1 混合製冷劑參數確定 011
2．2．2 板翅式換熱器的LNG 液化流程 011
2．2．3 製冷劑溫熵圖 011
2．2．4 工藝計算過程 011
2．3 板翅式換熱器翅片 018
2．3．1 翅片特點 018
2．3．2 翅片結構 018
2．3．3 初始參數的確定與計算 018
2．3．4 一級換熱器流體參數計算 019
2．3．5 二級換熱器流體參數計算 024
2．3．6 三級換熱器流體參數計算 027
2．4 板翅式換熱器傳熱面積及壓損計算 030
2．4．1 一級板翅式換熱器傳熱面積及壓損計算 030
2．4．2 二級板翅式換熱器傳熱面積及壓損計算 035
2．4．3 三級板翅式換熱器傳熱面積及壓損計算 039
2．5 板翅式換熱器結構設計 042
2．5．1 封頭設計 042
2．5．2 液壓試驗 047
2．5．3 接管確定 049
2．5．4 接管補強 052
2．5．5 法蘭與墊片選擇 065
2．5．6 隔板、封條及導流片的選擇 067
2．5．7 換熱器的成型安裝 069
本章小結 071
參考文獻 072
第3 章 30 萬立方米每天三元混合製冷劑預冷LNG 四級板翅式換熱器設計計算
3．1 板翅式換熱器的工藝計算 073
3．1．1 混合製冷劑參數確定 073
3．1．2 LNG 液化流程 074
3．1．3 各過程質量流量的計算 074
3．2 板翅式換熱器各參數及傳熱面積計算 081
3．2．1 天然氣側流體參數計算 081
3．2．2 氮氣-甲烷-乙烯側參數計算 085
3．2．3 乙烯-丙烷-異丁烷側參數計算 089
3．2．4 一級板翅式換熱器傳熱面積計算 095
3．2．5 二級板翅式換熱器傳熱面積計算 099
3．2．6 三級板翅式換熱器傳熱面積計算 102
3．2．7 深冷板翅式換熱器傳熱面積計算 104
3．3 壓力損失計算 105
3．3．1 一級壓力損失計算 105
3．3．2 二級壓力損失計算 108
3．3．3 深冷壓力損失計算 110
3．4 板翅式換熱器結構設計 111
3．4．1 封頭結構設計 111
3．4．2 液壓試驗 118
3．4．3 接管確定 123
3．4．4 接管補強 126
本章小結 145
參考文獻 145
第4 章 7 萬立方米每天天然氣膨脹預冷LNG 兩級板翅式換熱器設計計算
4．1 板翅式換熱器的工藝計算 147
4．1．1 混合製冷劑參數確定 147
4．1．2 LNG 液化天然氣工藝流程 147
4．1．3 一級設備預冷製冷過程 148
4．1．4 二級設備預冷製冷過程 150
4．1．5 一級換熱器流體參數計算 152
4．1．6 二級換熱器流體參數計算 158
4．1．7 一級板翅式換熱器傳熱面積計算 161
4．1．8 二級板翅式換熱器傳熱面積計算 166
4．1．9 換熱器壓力損失的計算 169
4．2 板翅式換熱器結構設計 173
4．2．1 封頭選擇 174
4．2．2 EX1 各個板側封頭壁厚計算 174
4．2．3 EX2 各個板側封頭壁厚計算 176
4．3 液壓試驗 177
4．3．1 內壓通道 177
4．3．2 接管 179
4．4 接管補強 182
4．4．1 換熱器接管計算 182
4．4．2 一級換熱器補強面積計算 183
4．4．3 二級換熱器補強面積計算 187
本章小結 190
參考文獻 191
第5 章 30 萬立方米每天C3/MR 閉式LNG 三級板翅式換熱器設計計算
5．1 板翅式換熱器的工藝計算 192
5．1．1 混合製冷劑參數確定 193
5．1．2 LNG 液化流程 193
5．1．3 天然氣的預冷過程 193
5．1．4 一級設備預冷製冷過程 194
5．1．5 二級設備預冷製冷過程 195
5．1．6 三級設備預冷製冷過程 196
5．1．7 一級換熱器流體參數計算（單層通道） 199
5．1．8 二級換熱器流體參數計算（單層通道） 211
5．1．9 三級換熱器流體參數計算（單層通道） 223
5．2 板翅式換熱器結構設計 231
5．2．1 封頭選擇 231
5．2．2 一級換熱器各個板側封頭壁厚計算 232
5．2．3 二級換熱器各個板側封頭壁厚計算 233
5．2．4 三級換熱器各個板側封頭壁厚計算 234
5．3 液壓試驗 236
5．3．1 液壓試驗目的 236
5．3．2 內壓通道 236
5．4 接管 238
5．4．1 接管確定 238
5．4．2 一級換熱器接管壁厚 239
5．4．3 二級換熱器接管壁厚 239
5．4．4 三級換熱器接管壁厚 239
5．4．5 接管尺寸 240
5．4．6 接管補強 240
本章小結 249
參考文獻 250
第6 章 60 萬立方米每天級聯式PFHE 型LNG 三級三組板翅式換熱器設計計算
6．1 板翅式換熱器的工藝計算及過程 251
6．1．1 一級設備預冷製冷過程 251
6．1．2 二級設備預冷製冷過程 254
6．1．3 三級設備預冷製冷過程 256
6．2 板翅式換熱器翅片的計算 257
6．2．1 一級換熱器流體參數計算（單層通道） 258
6．2．2 二級換熱器流體參數計算（單層通道） 265
6．2．3 三級換熱器流體參數計算（單層通道） 271
6．2．4 四級換熱器流體參數計算（單層通道） 277
6．2．5 五級換熱器流體參數計算（單層通道） 284
6．2．6 六級換熱器流體參數計算（單層通道） 290
6．2．7 七級換熱器流體參數計算（單層通道） 296
6．2．8 八級換熱器流體參數計算（單層通道） 304
6．2．9 九級換熱器流體參數計算（單層通道） 310
6．3 板翅式換熱器結構設計 316
6．3．1 封頭設計 316
6．3．2 一級換熱器各個板側封頭壁厚計算 317
6．3．3 二級換熱器各個板側封頭壁厚計算 318
6．3．4 三級換熱器各個板側封頭壁厚計算 319
6．4 液壓試驗 320
6．4．1 液壓試驗壓力 320
6．4．2 封頭的應力校核 321
6．4．3 尺寸校核計算 321
6．5 接管確定 323
6．5．1 接管尺寸確定 323
6．5．2 接管尺寸匯總 324
6．5．3 接管補強 324
本章小結 334
參考文獻 334
第7 章 100 萬立方米每天開式LNG 液化系統及板翅式換熱器設計計算
7．1 板翅式換熱器的工藝計算 336
7．1．1 混合製冷劑參數確定 336
7．1．2 設備預冷製冷過程 336
7．1．3 製冷劑各組分的質量流量 338
7．2 板翅式換熱器翅片的計算 339
7．2．1 一級換熱器流體參數計算（單層通道) 339
7．2．2 一級板翅式換熱器傳熱面積計算 345
7．2．3 一級換熱器壓力損失計算 349
7．2．4 二級換熱器流體參數計算（單層通道) 352
7．2．5 二級板翅式換熱器傳熱面積計算 358
7．2．6 二級換熱器壓力損失計算 362
7．2．7 三級換熱器流體參數計算（單層通道) 363
7．2．8 三級板翅式換熱器傳熱面積計算 368
7．2．9 三級換熱器壓力損失計算 370
7．3 封頭設計 371
7．3．1 封頭選擇 371
7．3．2 一級換熱器各個板側封頭壁厚計算 372
7．3．3 二級換熱器各個板側封頭壁厚計算 373
7．3．4 三級換熱器各個板側封頭壁厚計算 374
7．4 液壓試驗 375
7．4．1 液壓試驗目的 375
7．4．2 內壓通道 376
7．5 接管確定 378
7．5．1 接管尺寸確定 378
7．5．2 一級換熱器接管壁厚 378
7．5．3 二級換熱器接管壁厚 378
7．5．4 三級換熱器接管壁厚 379
7．5．5 接管尺寸總結 379
7．6 接管補強 380
7．6．1 補強方式 380
7．6．2 補強計算 380
本章小結 388
參考文獻 388
第8 章 30 萬立方米每天天然氣膨脹製冷LNG 液化四級板翅式換熱器設計計算
8．1 板翅式換熱器簡介 389
8．1．1 液化工藝流程及原理 389
8．1．2 透平膨脹機工作原理 391
8．1．3 天然氣膨脹液化 392
8．1．4 天然氣膨脹低溫液化比選優勢 396
8．2 換熱器換熱工藝設計計算 396
8．2．1 板翅式換熱器的工藝流程圖 396
8．2．2 板翅式換熱器的工藝設計計算步驟 396
8．2．3 已知參數 397
8．2．4 熱負荷及質量流量計算 397
8．2．5 翅片選擇與翅片參數 401
8．2．6 翅片的排列設計 402
8．2．7 流體參數計算 403
8．2．8 板翅式換熱器傳熱面積計算 416
8．2．9 壓力降計算 422
8．3 板翅式換熱器的結構設計 430
8．3．1 隔板厚度計算 430
8．3．2 翅片強度計算 432
8．3．3 封頭設計計算 432
8．3．4 封頭壁厚校核 438
8．3．5 接管壁厚設計計算 441
8．3．6 接管補強計算 444
本章小結 449
參考文獻 449
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