随着环境问题的日益严峻,液化天然气（LNG）对缓解能源危机、优化全球能源结构具有重要意义。空温式气化器具有无能耗、结构简单、价格低廉等优点,被广泛应用于LNG气化器调峰站。但传统的空温式气化器在运行过程中,不仅会造成大量LNG冷能的浪费,还导致翅片管表面出现结霜现象,使得其传热效率下降。

本文针对传统空温式气化器（AAV）和集成冷能温差发电装置的空温式气化器进行研究,基于能量平衡方程建立了传统空温式气化器纵向翅片管与集成冷能温差发电装置的空温式气化器纵向翅片管的热动态模型,采用微元法对模型进行离散化求解,利用Fortran进行编程,分别模拟了亚临界压力与超临界压力下空温式气化器纵向翅片管的传热特性,得到了翅片管外壁温,管内流体温度,霜层厚度,管内外对流换热系数等参数沿管长的分布曲线,分析了结构参数与运行参数对翅片管传热性能的影响。

结果表明运行压力、空气温度、空气湿度对气化器纵向翅片管管外结霜,LNG出口温度,气化效率影响最为显著,运行压力、空气温度越高,霜层越薄,LNG出口温度越高,空气湿度越大,霜层热阻越小,LNG出口温度越高;质量流速变化对霜层厚度影响较小,但对LNG的出口温度影响较大,质量流速越小LNG出口温度越高;改变翅片高度、翅片个数也能显著加强气化器的换热性能。其次模拟了集成冷能温差发电装置的空温式气化器纵向翅片管的传热特性,对比分析了原翅片管与新型翅片管传热特性的不同,得到了结霜与不结霜情况下发电密度与发电效率沿管长的变化曲线,结果表明不结霜情况下新型翅片管结构与原翅片管有明显差异,而结霜情况下二者差异不大,且不结霜情况下新型翅片管的发电效率达到3%,发电密度达到50W/m,结霜情况下发电效率仅为1.48%,发电密度为12.17W/m,并且气液两相区发电量占总发电比重最大,其次为单相气区,单相液区最小。论文的研究结果为传统空温式气化器纵向翅片管的结构优化提供了理论依据,并且对LNG的冷能利用提供了新思路。