氢气液化工艺装备与技术

主要涉及4类较典型的液氢低温液化工艺流程的具体设计计算方法 可为氢气液化关键环节中所涉及主要液化工艺设计计算提供可参考样例 有利于推进液氢系列板翅式换热器的标准化进程 助力推进相应液氢液化工艺技术的国产化研发进程 ★液氢的国外发展现状 ★液氢的国内发展现状 ★液氢的低温生产过程 ★30万立方米PFHE型液氮预冷五级膨胀制冷氢液化系统工艺装备 ★30万立方米PFHE型液氮预冷一级膨胀两级节流氢液化工艺装备 ★30万立方米PFHE型LNG预冷两级氦膨胀五级氢液化工艺装备 ★30万立方米PFHE型四级氦膨胀制冷氢液化系统工艺装备等内容 这4种LH2板翅式换热器设计计算方法属LH2装备领域内目前流行的具有一定技术设计难度的LH2系统工艺主设备核心技术，同时，也可应用于LNG、LPG、煤化工、石油化工、低温制冷等领域。从工艺基础研发及设计技术等方面来讲均已成熟，已能够推进PFHE型LH2液化主设备的设计计算过程及液氢系列液化工艺的设计计算进程。

本书共分为5章，主要介绍了液氢的国内外发展现状和低温生产过程、30万立方米PFHE型液氮预冷五级膨胀制冷氢液化系统工艺装备、30万立方米PFHE型液氮预冷一级膨胀两级节流氢液化工艺装备、30万立方米PFHE型LNG预冷两级氦膨胀五级氢液化工艺装备、30万立方米PFHE型四级氦膨胀制冷氢液化系统工艺装备等内容。研究内容主要涉及4类较典型的LH2低温液化工艺流程的具体设计计算方法，可为LH2液化关键环节中所涉及主要液化工艺设计计算提供可参考样例，并有利于推进LH2系列板翅式换热器的标准化及相应LH2液化工艺技术的国产化研发进程。本书不仅可供氢气、天然气、低温与制冷工程、煤化工、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考，还可供高等学校能源化工、石油化工、低温与制冷工程、能源与系统工程等相关专业的师生参考。

第1章绪论
1.1氢气（H2）与液氢（LH2）物理特性1
1.2液氢（LH2）国外发展现状3
1.3液氢（LH2）国内发展现状5
1.4液氢（LH2）低温生产过程6
1.4.1原料氢气主要来源8
1.4.2氢气主要净化方法9
1.4.3氢气制冷液化循环10
1.4.4典型的氢液化系统13
1.4.5氢气液化系统设备16
1.4.6液氢（LH2）板翅式主换热装备17
本章小结19
参考文献19
第2章30万立方米PFHE型液氮预冷五级膨胀制冷氢液化系统工艺装备
2.1板翅式换热器的发展22
2.1.1总体发展概况22
2.1.2国外发展概况22
2.1.3国内发展概况24
2.2LH2板翅式换热器设计目的24
2.3板翅式换热器构造及工作原理24
2.3.1板翅式换热器基本单元24
2.3.2板翅式换热器翅片作用24
2.3.3板翅式换热器主要附件24
2.4板翅式换热器中氢气的液化25
2.5板翅式换热器制冷系统25
2.6板翅式换热器工艺流程设计25
2.7氢气液化工艺流程设计25
2.8制冷剂主要参数的确定26
2.9各状态点参数设计计算27
2.10氢液化流程工艺计算过程28
2.10.1氢气膨胀制冷循环28
2.10.2氮气膨胀制冷循环33
2.11温熵图、压焓图绘制37
2.12氢液化COP计算过程38
2.12.1氢气膨胀制冷循环38
2.12.2氮气膨胀制冷循环40
2.13板翅式换热器工艺计算过程42
2.13.1氢1换热器42
2.13.2氢2换热器55
2.13.3氢3换热器62
2.13.4氢4换热器70
2.13.5氢5换热器74
2.13.6氮1换热器78
2.13.7氮2换热器81
2.13.8氮3换热器85
2.14板翅式换热器结构设计过程89
2.14.1封头设计89
2.14.2液压试验98
2.14.3接管设计103
2.14.4接管补强108
2.14.5法兰和垫片133
2.14.6隔板和封条设计造型134
2.14.7换热器的成型安6
2.14.8换热器的绝热保冷138
本章小结138
参考文献139
第3章30万立方米PFHE型液氮预冷一级膨胀两级节流氢液化工艺装备
3.1一级膨胀两级节流LH2板翅式主换热器142
3.2板翅式换热器工艺设计计算概述143
3.2.1板翅式换热器设计步骤143
3.2.2制冷剂设计参数的确定143
3.2.3氢气液化工艺流程设计143
3.3板翅式换热器工艺计算过程143
3.3.1一级设备预冷制冷过程143
3.3.2二级设备预冷制冷过程145
3.3.3三级设备预冷制冷过程146
3.3.4四级设备预冷制冷过程147
3.3.5一级换热器流体参数计算148
3.3.6二级换热器流体参数计算154
3.3.7三级换热器流体参数计算159
3.3.8四级换热器流体参数计算163
3.3.9一级板翅式换热器传热面积计算168
3.3.10二级板翅式换热器传热面积计算174
3.3.11三级板翅式换热器传热面积计算178
3.3.12四级板翅式换热器传热面积计算182
3.3.13换热器压力损失计算185
3.4板翅式换热器结构设计193
3.4.1封头设计193
3.4.2封头计算194
3.4.3EX1换热器各个板侧封头壁厚计算194
3.4.4EX2换热器各个板侧封头壁厚计算196
3.4.5EX3换热器各个板侧封头壁厚计算197
3.4.6EX4换热器各个侧封头壁厚计算198
3.5液压试验200
3.5.1液压试验目的200
3.5.2内压通道200
3.5.3接管计算204
3.6接管补强207
3.6.1补强计算207
3.6.2接管计算207
3.6.3EX1换热器补强面积计算208
3.6.4EX2换热器补强面积计算213
3.6.5EX3换热器补强面积计算216
3.6.6EX4换热器补强面积计算220
3.7法兰和垫片224
3.8隔板、导流板及封条224
3.8.1隔板厚度计算224
3.8.2封条设计选择227
3.8.3导流板的选择227
3.9换热器的成型安装227
3.9.1板束安装规则227
3.9.2焊接工艺和形式228
3.9.3绝热保冷设计228
本章小结229
参考文献229
第4章30万立方米PFHE型LNG预冷两级氦膨胀五级氢液化工艺装备
4.1LH2板翅式换热器制冷工艺230
4.2LH2板翅式换热器的工艺计算232
4.2.1板翅式换热器工艺设计232
4.2.2制冷剂设计参数的确定232
4.2.3氢气液化工艺计算过程232
4.3换热器长度计算237
4.3.1一级换热器流体参数计算237
4.3.2一级板翅式换热器传热面积计算243
4.3.3二级换热器流体参数计算248
4.3.4二级板翅式换热器传热面积计算253
4.3.5三级换热器流体参数计算257
4.3.6三级板翅式换热器传热面积计算262
4.3.7四级换热器流体参数计算266
4.3.8四级板翅式换热器传热面积计算270
4.3.9五级换热器流体参数计算272
4.3.10五级板翅式换热器传热面积计算277
4.3.11换热器压力损失的计算279
4.4板翅式换热器结构设计288
4.4.1封头设计选型288
4.4.2EX1换热器各个板侧封头壁厚计算289
4.4.3EX2换热器各个板侧封头壁厚计算291
4.4.4EX3换热器各个板侧封头壁厚计算292
4.4.5EX4换热器各个板侧封头壁厚计算293
4.4.6EX5换热器各个板侧封头壁厚计算294
4.5液压试验295
4.5.1液压试验目的295
4.5.2内压通道296
4.5.3接管计算300
4.6接管补强304
4.6.1开孔补强方式304
4.6.2换热器接管计算304
4.6.3EX1换热器补强面积计算305
4.6.4EX2换热器补强面积计算310
4.6.5EX3换热器补强面积计算313
4.6.6EX4换热器补强面积计算317
4.6.7EX5换热器补强面积计算320
4.7法兰与垫片选择323
4.8隔板、封条与导流板选择324
4.8.1隔板厚度计算324
4.8.2封条设计选择327
4.8.3导流板形式选择327
4.9换热器的成型安装327
4.9.1板束安装规则327
4.9.2焊接工艺形式328
4.9.3试验、检验328
4.9.4绝热保冷设计328
本章小结329
参考文献329
第5章30万立方米PFHE型四级氦膨胀制冷氢液化系统工艺装备
5.1基于级联式LH2液化工艺的板翅式主液化装备331
5.2LH2板翅式主液化装备工艺设计计算333
5.2.1一级换热器333
5.2.2二级换热器333
5.2.3三级换热器333
5.2.4四级换热器334
5.2.5换热器A334
5.2.6换热器B335
5.2.7换热器C335
5.3板翅式换热器流体参数及换热器板束长度计算337
5.3.1一级换热器流体参数计算(单层通道)337
5.3.2二级换热器流体参数计算(单层通道)344
5.3.3三级换热器流体参数计算(单层通道)349
5.3.4四级换热器流体参数计算(单层通道)354
5.3.5换热器A流体参数计算(单层通道)359
5.3.6换热器B流体参数计算(单层通道)365
5.3.7换热器C流体参数计算(单层通道)370
5.4板翅式换热器结构设计375
5.4.1封头设计选型375
5.4.2一级换热器各个板侧封头壁厚计算376
5.4.3二级换热器各个板侧封头壁厚计算376
5.4.4三级换热器各个板侧封头壁厚计算377
5.4.5四级换热器各个板侧封头壁厚计算378
5.4.6换热器A各个板侧封头壁厚计算378
5.4.7换热器B各个板侧封头壁厚计算379
5.4.8换热器C各个板侧封头壁厚计算379
5.5液压试验381
5.5.1液压试验目的381
5.5.2内压通道计算383
5.5.3尺寸校核计算384
5.6接管确定386
5.6.1接管尺寸确定386
5.6.2一级换热器接管壁厚386
5.6.3二级换热器接管壁厚387
5.6.4三级换热器接管壁厚387
5.6.5四级换热器接管壁厚387
5.6.6换热器A接管壁厚387
5.6.7换热器B接管壁厚387
5.6.8换热器C接管壁厚388
5.6.9接管尺寸汇总388
5.7接管补强389
5.7.1补强方式389
5.7.2接管补强计算389
5.7.3一级换热器补强面积计算390
5.7.4二级换热器补强面积计算392
5.7.5三级换热器补强面积计算394
5.7.6四级换热器补强面积计算396
5.7.7换热器A补强面积计算398
5.7.8换热器B补强面积计算400
5.7.9换热器C补强面积计算402
5.8法兰与垫片选择404
5.8.1法兰与垫片404
5.8.2法兰与垫片型号选择404
5.9隔板、封条与导流板选择404
5.9.1隔板厚度计算404
5.9.2封条选择407
5.9.3导流板选择407
5.10换热器的成型安装407
5.10.1换热器组装要求407
5.10.2板束要求408
5.10.3焊接要求408
5.10.4封头选择408
5.10.5试验、检验408
5.10.6换热器安装409
5.10.7绝热及保冷409
本章小结409
参考文献409
附录
致谢