2026-03-06

印刷电路热交换器（PCHE）在FLNG行业的应用

作者: 上海板换机械设备有限公司

阅读时间: 4 分钟

浮式液化天然气（FLNG）设施是深海天然气资源开发的核心装备。 FLNG通过将整个陆上天然气处理流程集成到海上移动平台上，实现了天然气的提取、净化、液化、储存和卸载的一体化操作。

1. FLNG 平台核心工艺流程

FLNG平台的主要工艺流程可细化为五个关键阶段:

原料气提取和运输: 通过海底采油树从深海油井中提取原天然气，并通过海底管线输送至FLNG平台。原料气通常达到 1-10 MPa 的初始压力，温度范围为 4 至 12 °C，具体取决于海底环境。
原料气预处理: 为了防止下游设备的腐蚀、冻结/堵塞和液化效率降低，气体经过严格的净化:
- 胺洗涤: 用于脱碳（去除二氧化碳）。
- 醇-胺工艺: 用于脱硫（去除 H2S）。
- 分子筛脱水: 用于去除水、痕量重碳氢化合物和汞。
- 目标规格: CO2 < 50 ppm、H2S < 6 mg/m3、H2O ≤ 1 ppm。
天然气压缩: 多级离心压缩机将纯化后的天然气压力提高到液化所需的 4-10 MPa。由于绝热压缩效应，气体温度升至 80–120°C，需要在进入下一阶段之前通过热交换器进行冷却。
天然气液化: 这是该过程的核心。使用混合制冷剂循环 (MRC)，混合制冷剂（包括甲烷、乙烷、丙烷、氮气等）经过压缩、冷却和节流以产生低温源。该制冷剂在液化器中与高压纯化天然气进行高效热交换，在大气压下将气体冷却至 -162°C。这种相变将其从气体液化天然气转变为液态液化天然气，将其体积减少到原来的约 1/600。
LNG 储存和卸载: 液化 LNG 储存在平台内置的低温绝热储罐中，维持在 -162℃ 和 0.1~0.2 MPa。然后通过装卸臂转运至液化天然气运输船，实现深海天然气资源的海上出口。

FLNG平台在恶劣的海上环境下运行，对核心换热设备提出了严格的要求:

优越的紧凑性: PCHE采用具有毫米级流道的微通道结构，传热面积密度高达2500 m²/m3。效率比传统管壳式换热器提高3-5倍，而体积和重量分别减少至1/10和1/5，有效解决空间和负载限制。
优良的结构强度、耐腐蚀、抗疲劳性能: PCHE采用不锈钢或镍基合金制成，其芯部采用整体扩散焊工艺形成，强度达到母材的95%，无焊缝泄漏风险。材料本身具有良好的耐海洋盐雾腐蚀能力，且一体式结构能有效承受交变载荷和冲击振动，因此其疲劳寿命明显优于传统散热。
工作条件适应性强: 微通道设计可灵活适应气液两相流、宽温度范围（-196℃至+850℃）、宽压力范围（0.1～100 MPa）。在低温液化、BOG回收等换热场景中，具有温度均匀、流阻低、换热稳定性突出等优点。
操作维护方便: PCHE采用模块化设计，可根据工艺要求灵活组合，安装拆卸方便，可大大降低FLNG海上平台的运行维护成本和停堆风险。

由于其技术特点，PCHE已成为FLNG平台上多个关键换热单元的最佳选择。

上海板换机械设备有限公司解决方案广泛应用于以下关键位置:

天然气冷却器（原料气预处理）
- 功能: 冷却原料气，稳定净化条件。
- 冷侧: 海水（15–35°C，0.1–0.5 MPa）。
- 热侧: 原天然气（入口: 40–60°C，出口: 20–40°C，1–5 MPa）。
压缩机后冷却器（压缩级）
- 功能: 消除压缩过程中产生的绝热。
- 冷侧: 海水（15–35°C，0.1–0.5 MPa）。
- 热侧: 压缩天然气（入口: 80–120°C，出口: 30–40°C，5–10 MPa）。
天然气液化器（核心液化阶段）
- 功能: 将高压气体转化为LNG的核心设备。
- 冷侧: 混合制冷剂（-100 至 -162°C，1–5 MPa）。
- 热侧: 纯化高压气体（入口: 20–40°C，出口: -162°C，4–10 MPa）。
BOG 热交换器（储存和回收阶段）
- 功能: 使用 LNG 冷能重新液化蒸发气体 (BOG)，以减少损失和排放。
- 冷侧: 液化天然气（-162°C，0.7–2 MPa）。
- 热侧: BOG 气体（-10 至 20°C，0.5–4 MPa）。
高压（和低压）汽化器
- 功能: 将液化天然气再气化为平台动力和仪表燃料。
- 冷侧: 液化天然气（-162°C，0.1–0.2 MPa）。
- 热侧: 海水/空气/乙二醇水（5–25°C，高压类型最高 10 MPa）。

上海板换机械设备有限公司生产的PCHE产品采用先进的扩散接合成型技术，严格控制微通道尺寸精度和制造工艺，保证结构强度和性能。

产品可稳定承受100MPa压力和极端温度（-196℃至+850℃），适应FLNG的低温高压工况。针对气液两相流传热不均匀的问题，上海板换机械设备有限公司通过数值模拟（CFD）优化流道结构设计，采用异形微通道布局，有效提高气液两相流传热均匀性，降低流动阻力和压降损失，提高传热效率。