空浴式汽化器基础传热问题及研究现状评述

    1 引言

    随着我国GDP的快速增长,自20世纪90年代以来,国民生产生活的各个领域对各种工业气体(氮、氧、氩、LNG等)的需求量迅速增加。面对国内市场需求 的迅速增长,我国的气体储运和输配系统正朝着/专业化、社会化、集约化、综合化、液态化和管道化0的方向快速发展。在气体储运和输配系统中,汽化器是必不 可少的关键设备之一,其作用是将低温液化气体转化为气态并加热至适当的温度,使其能够进入管网输送至用户终端。汽化器根据加热方式的不同可划分为空浴式汽 化器(或称/空温式汽化器0)、水浴式热汽化器、蒸汽加热式汽化器和电热式汽化器等几种形式。与其它形式的汽化器相比,空浴式汽化器最为经济,其基本原理 是利用空气自然对流加热汽化器导管内流动的低温液体并使其完全蒸发成气体,因此无需额外的动力或能量消耗,可以大幅降低供气系统的能源和动力消耗;除此之 外,空浴式汽化器还具有无污染、结构简单、制造和使用方便等优点。正因为如此,空浴式汽化器日益受到用户的青睐,成为目前最为常用的汽化器形式,国内生产 该类型汽化器的企业的数量和规模都在快速增长,单台汽化器的汽化能力也由最初的每小时几十立方米增长到现在的每小时一万立方米以上。

    笔者走访和调研了国内多家生产空浴式汽化器的企业以及多台运行中的空浴式汽化器后发现,尽管我国目前已具有很大的空浴式汽化器生产规模和装备量,但大多停 留在比较初级的水平。首先,我国目前对空浴式汽化器既无国家标准也无行业标准,使得空浴式汽化器的设计、制造和使用处于无依据和无约束的状态。其次,在设 计和制造上,国内厂家目前大多仅仅是模仿性生产,设计上仅采用经验方法计算,很少考虑汽化器在使用过程中的传热传质问题。由于缺乏自主创新和优化设计,国 产空浴式汽化器与国外产品相比主要存在以下不足:体积庞大、造价过高、流道布置不合理、流动阻力过大、汽化量不足等。最后,空浴式汽化器在使用过程中也存 在各种各样的问题,其中最为突出的是翅片管表面结霜,导致汽化能力下降,若运行时间过长,霜层厚度和面积过大,导致汽化器运行噪声过大、换热效率降低,出 口气体温度过低或气化量达不到设计值。很多用户为了解决这一问题,不得不同时配备两台或多台汽化器,当其中一台结霜严重,达不到设计汽化量时切换使用另一 台,等到霜层完全融化后再切换使用;或者在空浴式汽化器的下游再配备一台需要额外热源及动力的水浴式汽化器或蒸汽加热汽化器,作为空浴式汽化器汽化能力不 足时的补救措施。以上方案事实上增大了投资负担并造成了严重的资源和能源浪费。除此之外,空浴式汽化器汽化能力下降还可能导致气体输配系统中其它设备的性 能下降甚至损坏。就在2008年初,上海某钢厂发生事故,由于空浴式汽化器表面结霜严重,出口气体温度过低,导致了汽化器下游的高压气体缓冲罐由于材料冷 脆而发生爆炸,造成了严重的财产损失。惨痛的教训告诉我们,我国的空浴式汽化器无论在设计、制造,还是使用上,都急需大量的理论和实践工作。