[发明专利]一种抑制结霜强化自然对流的多级翅片管

说明书

技术领域

本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种液化天然气、液氧、液氮等低温流体气化的空温式气化器。

背景技术

天然气作为最清洁的化石能源，其在世界能源结构中的比例逐渐增大。天然气以液化天然气(LNG)形式储运，具有成本低、使用方便、安全可靠等优点。LNG产业将成为中国未来能源发展的重点产业。近年来，我国LNG产业快速发展，国内LNG接收站和气化站的数目迅速增长。

在实际应用中，需要将液化天然气气化并达到常温后才能使用。气化器是气化系统的核心设备。目前常用的LNG气化器主要有(1)浸没燃烧型气化器，(2)电加热气化器，(3)开架式气化器，(4)空温式气化器。其中浸没燃烧型气化器与电加热气化器需要消耗额外的能量，运行费用高。开架式气化器采用海水作为热源，对海水品质有一定要求，且需要消耗电能驱动海水流动，对环境具有一定影响。空温式气化器采用自然界的常温空气加热LNG，具有能耗低、污染物排放量低等优点，在能源日益短缺背景下，空温式气化器在节能环保方面具有显著的优势。

目前常用的空温式气化器由若干星型翅片管按照一定的间距并联而成。气化过程可由单流程或串联的多流程来完成。星型翅片管内表面光滑或带有内表面微结构或包含内翅片。翅片管外侧通常呈星型布置若干纵向翅片。最常用的翅片管外侧有4、8、12翅片结构。翅片数越多，空气侧换热面积越大，空气侧换热越强。然而，由于纵向翅片呈放射状连接于圆管壁面，过多的翅片会使得翅片间距小，翅片间形成霜桥，导致换热恶化。因此，在结霜严重的部位(气化器的液相升温段与部分气化段)一般使用较少的翅片，如4片翅片。

目前国内LNG空温式气化器的应用率较低。这是因为：(1)现有LNG空温式气化器整体换热性能较差，设备的占地面积大、重量大、初投资大，使得该类气化器一般用于气化量较小的气化站，在LNG接收终端使用较少。(2)空温式气化器受外界环境的影响较大。在中国北方冬季，空温式气化器结霜严重，导致气化器出口温度过低，不能满足使用需求。(3)空温式气化器运行一段时间后需启用备用气化器以停机除霜，使设备运行成本增加。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种抑制结霜强化自然对流的多级翅片管，具有自然对流换热性能好、霜层薄、除霜快的特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

包括中心管、从中心管表面引出的多片呈星型布置的一级纵向翅片以及连接于相邻一级纵向翅片之间的二级纵向翅片，所述一级纵向翅片与二级纵向翅片共同将所述翅片管形成一种封闭的气流通道。

所有二级纵向翅片与中心管保持一定距离。

所述二级纵向翅片表面平行于中心管轴线，二级纵向翅片将中心管外部分空间划分为多个纵向平行通道。

所述纵向平行通道横截面为多边形或圆形。

所述一级纵向翅片为平翅。

所述二级纵向翅片为平翅、弧形翅片、波纹翅片、格栅状翅片或蜂窝状翅片。

所述一级纵向翅片及二级纵向翅片采用耐低温、导热性能好的金属材料。

与现有技术相比较，本发明具备如下优点：

(1)受大气环境影响小、结霜量少、融霜快。星型翅片在翅根及中心管外表面结霜最为严重。与传统星型翅片管相比，本发明翅片管中二级翅片阻止了大气环境中水蒸气从翅片管外侧空间向一级翅片翅根部位的传递，水蒸气只能从翅片管顶部空间进入，抑制了翅片内表面的结霜量。由于翅片管外侧空间的水蒸汽只能与二级翅片外表面接触，而二级翅片外表面温度较一级翅片翅根部位的温度高，因此二级翅片外表面结霜量也较少。此外，二级翅片提供的大比表面积增大了霜的分布面积，改善了霜的分布均匀性，抑制了霜在中心管与一级翅片根部的大量堆积，使每片翅片表面的霜层厚度变薄，使得传热热阻减小，融霜速度变快。

(2)空气侧自然对流换热量大。根据传热学分析，尽管现有空温式气化器星型翅片管采用翅片增大了空气侧换热面积，但是其热阻仍然远大于翅片导热热阻以及管内气化过程热阻。本发明提出的在一级翅片表面连接二级翅片的方案可以进一步减小空气侧自然对流换热热阻，进而强化翅片管的整体换热性能。此外，本发明提出的二级翅片将单根翅片管形成了一种封闭的流动通道，通道内的空气来源于翅片管顶部区域。翅片管顶部区域的空气温度高于翅片管外侧区域，因此可以进一步强化翅片管换热性能。