铝制板翅式换热器是深冷领域的标志性换热设备,真空钎焊式铝制板翅式换热器是众多类型热交换器中换热效率最高的一种。在LNG领域,从液化到再液化全流程覆盖:预冷段五股流换热器将天然气冷却至-53℃,液化段冷却至-130℃,过冷段过冷至-162℃。2023年5月,国内首台LNG运输船货物深冷铝制板翅式热交换器获中国船级社型式认可,设计温度-196℃、换热面积7200m²、设计压力2.4MPa,所有部件原材料国产化,打破了长期依赖进口的局面。在氢能领域,氢液化温度低至-253℃,铝制板翅式换热器可在翅片通道中填充正仲氢转化催化剂,实现流动换热与催化转化一体化。国内氢液化系统用换热器主要为铝合金板翅式换热器,可同时处理多种不同压力的流体,耐受极低温度与高压工况。杭氧集团已研制出设计压力达13.5MPa的超高压板翅式换热器,达到世界最高设计压力等级。江苏航烨能源科技有限公司严格按照NB/T 47006-2019标准设计制造,设计压力可达10.0MPa,设计温度覆盖-269℃至200℃,为LNG液化、氢能装备、空分深冷等领域提供定制化换热解决方案。
一、LNG领域:从液化到再液化全流程覆盖
液化天然气生产离不开铝制板翅式换热器的高效换热支撑。从液化、储存到运输,全流程均依赖其稳定运行。天然气液化:天然气通过铝制板翅式换热器实现热量交换,配合JT节流或液体膨胀机完成液化。在液化环节,板翅式换热器承担着将天然气从常温冷却至-162℃的艰巨任务。预冷段:通过五股流板翅式换热器将天然气冷却至-53℃。液化段:通过多股流板翅式换热器将天然气从-53℃冷却至-130℃。过冷段:通过多股流板翅式换热器将LNG过冷至-162℃储存温度。
工艺阶段 | 温度范围 | 换热器类型 | 关键功能 |
预冷段 | 36℃→-53℃ | 五股流板翅式 | 初步冷却 |
液化段 | -53℃→-130℃ | 多股流板翅式 | 天然气液化 |
过冷段 | -130℃→-162℃ | 多股流板翅式 | LNG过冷 |
2023年5月,国内首台LNG运输船货物深冷铝制板翅式热交换器获中国船级社型式认可。该设备设计温度可达-196℃,正常工作温度为-176℃,换热面积7200平方米,设计压力2.4兆帕,所有部件原材料均实现国产化。这一成果打破了我国LNG运输船货物深冷再液化装置及其组件长期依赖进口的局面。首台国产LNG船用板翅式换热器关键参数
参数 | 数值 | 说明 |
设计温度 | -196℃ | 满足深冷工况要求 |
正常工作温度 | -176℃ | LNG运输船典型工况 |
换热面积 | 7200m² | 大型换热能力 |
设计压力 | 2.4MPa | 高压工况适应 |
国产化率 | 100% | 所有部件原材料国产 |
二、氢能领域:适配多元制冷流程
氢液化离不开铝制板翅式换热器的核心换热支撑。液氢预冷、液氮预冷、五级液氮预冷、氦制冷、四级氦膨胀制冷、氢膨胀制冷等环节,均通过铝制板翅式换热器实现冷量传递。氢液化工艺中的换热需求:氢气液化需要将温度降至-253℃。在这个温度下,很多材料已经脆得像玻璃了,但铝制板翅式换热器仍然能够正常工作。氢液化典型流程中的板翅式换热器应用:
制冷流程 | 典型温度 | 换热器作用 |
液氮预冷 | -196℃ | 将氢气预冷至液氮温度 |
液氢预冷 | -253℃ | 将氢气进一步冷却至液化温度 |
氦制冷循环 | -269℃ | 提供更低温度的冷量 |
氢膨胀制冷 | -253℃ | 通过氢膨胀提供冷量 |
国内氢液化系统用换热器主要为铝合金板翅式换热器。铝合金板翅式换热器可同时处理多种不同压力的流体,耐受极低温度与高压工况。正仲氢催化转化一体化:在氢液化系统中,铝制板翅式换热器有一个独特的优势:可以在翅片通道中填充正仲氢转化催化剂,实现流动换热与催化转化一体化。这意味着换热器不仅能换热,还能同时完成正仲氢转化,一器两用。
工艺设备上,国内深冷低温领域,氢液化用换热器一般采用蛇管式、列管式或铝合金板翅式。铝合金板翅式换热器因漏率要求高,故板片选择厚、体积大、重量重。
三、深冷装置与配套系统
在双塔提取LNG等流程中,铝制板翅式换热器同样发挥着核心作用。深冷装置可实现气体深度冷却。在深冷高压工况下,铝制板翅式换热器需要与天然气紧急切断阀、卡套高压球阀、锁闭式焊接球阀、卡套式液压管接头等配套元件协同工作,保障介质控制与密封安全。深冷装置配套关键元件:
配套元件 | 功能 | 关键要求 |
紧急切断阀 | 事故状态下快速切断 | 低温密封性、快速响应 |
高压球阀 | 介质通断控制 | 耐高压、低温密封 |
焊接球阀 | 管路永久连接 | 焊接质量、低温韧性 |
液压管接头 | 管路可拆卸连接 | 防松、耐低温 |
四、行业发展趋势
大型化与高压化:目前市面上已研制出设计压力达13.5MPa的超高压板翅式换热器,达到了目前世界上该类产品最高设计压力等级。目前国外板翅式换热器最高设计压力可达10MPa以上,最大芯体尺寸(L×W×H)6000~7000×1200×1200mm,重达10吨以上。
国产化替代加速:铝制板翅式换热器在煤化工领域(公司市占率第一)、天然气、石化、氢能源等领域广泛应用。首台国产LNG运输船货物深冷铝制板翅式热交换器获中国船级社型式认可,标志着我国在深冷换热设备领域的自主设计制造能力已达到国际先进水平。应用领域拓展:随着液氦低温技术的发展,铝制板翅式换热器在氦低温过冷系统中的核心作用日益凸显,对推动超导技术发展具有关键作用。