本書共分為5章，主要介紹了液氫的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和低溫生產(chǎn)過程、30萬立方米PFHE型液氮預(yù)冷五級膨脹制冷氫液化系統(tǒng)工藝裝備、30萬立方米PFHE型液氮預(yù)冷一級膨脹兩級節(jié)流氫液化工藝裝備、30萬立方米PFHE型LNG預(yù)冷兩級氦膨脹五級氫液化工藝裝備、30萬立方米PFHE型四級氦膨脹制冷氫液化系統(tǒng)工藝裝備等內(nèi)容。研究內(nèi)容主要涉及4類較典型的LH2低溫液化工藝流程的具體設(shè)計計算方法，可為LH2液化關(guān)鍵環(huán)節(jié)中所涉及主要液化工藝設(shè)計計算提供可參考樣例，并有利于推進LH2系列板翅式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化及相應(yīng)LH2液化工藝技術(shù)的國產(chǎn)化研發(fā)進程。
本書不僅可供氫氣、天然氣、低溫與制冷工程、煤化工、石油化工、動力工程及工程熱物理領(lǐng)域內(nèi)的研究人員、設(shè)計人員、工程技術(shù)人員參考，還可供高等學(xué)校能源化工、石油化工、低溫與制冷工程、能源與系統(tǒng)工程等相關(guān)專業(yè)的師生參考。
張周衛(wèi)，蘭州交通大學(xué)，教授，男，國家“萬人計劃”領(lǐng)軍人才，國家 級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，國家科技專家?guī)鞂＜�，環(huán)境科學(xué)博士后，動力工程及工程熱物理博士，畢業(yè)于西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院制冷及低溫工程系，高 級工程師，教授，主要從事空間低溫制冷技術(shù)、壓縮機械、真空低溫設(shè)備、LNG過程控制裝備、多股流纏繞管式換熱裝備、螺旋壓縮膨脹制冷機等研究，涉及系統(tǒng)耦合傳熱及傳熱數(shù)值模擬計算，低溫節(jié)流減壓裝置、低溫系統(tǒng)換熱裝備、低溫冷屏蔽系統(tǒng)、高超聲速飛行器空間低溫制冷機理研究等；先后參與北京航空航天大學(xué)863系統(tǒng)項目子項目“天然氣渦旋壓縮機”、清華大學(xué)航天航空學(xué)院973系統(tǒng)子項目“空間氣流組織測試模擬環(huán)境室”、總裝備部“空間低溫紅外輻射冷屏蔽系統(tǒng)研究”、真空低溫國防重點實驗室“空間低溫流體流動特性實驗研究”、國家重點實驗室“空間低溫流體自密封加注系統(tǒng)研究”等，先后參與國家 級項目20多項，主持國家自然基金及國家創(chuàng)新基金等6項、甘肅省創(chuàng)新基金4項、甘肅省自然基金等項目4項，與企業(yè)合作4項等；主持申報發(fā)明專利46項，發(fā)表論文30多篇，出版學(xué)術(shù)專著3部等；帶領(lǐng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊獲得省級二等以上獎勵54人次，廳級以上獎勵80多人次，2013年入選江蘇省啟東市“東疆英才扶持計劃”，2014年入選“國家創(chuàng)新人才推進計劃”，2016年入選國家“特殊人才支持計劃”。
第1章緒論
1.1氫氣（H2）與液氫（LH2）物理特性 1
1.2液氫（LH2）國外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3液氫（LH2）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.4液氫（LH2）低溫生產(chǎn)過程 6
1.4.1原料氫氣主要來源 8
1.4.2氫氣主要凈化方法 9
1.4.3氫氣制冷液化循環(huán) 10
1.4.4典型的氫液化系統(tǒng) 13
1.4.5氫氣液化系統(tǒng)設(shè)備 16
1.4.6液氫（LH2）板翅式主換熱裝備 17
本章小結(jié) 19
參考文獻 19
第2章30萬立方米PFHE型液氮預(yù)冷五級膨脹制冷氫液化系統(tǒng)工藝裝備
2.1板翅式換熱器的發(fā)展 22
2.1.1總體發(fā)展概況 22
2.1.2國外發(fā)展概況 22
2.1.3國內(nèi)發(fā)展概況 24
2.2LH2板翅式換熱器設(shè)計目的 24
2.3板翅式換熱器構(gòu)造及工作原理 24
2.3.1板翅式換熱器基本單元 24
2.3.2板翅式換熱器翅片作用 24
2.3.3板翅式換熱器主要附件 24
2.4板翅式換熱器中氫氣的液化 25
2.5板翅式換熱器制冷系統(tǒng) 25
2.6板翅式換熱器工藝流程設(shè)計 25
2.7氫氣液化工藝流程設(shè)計 25
2.8制冷劑主要參數(shù)的確定 26
2.9各狀態(tài)點參數(shù)設(shè)計計算 27
2.10氫液化流程工藝計算過程 28
2.10.1氫氣膨脹制冷循環(huán) 28
2.10.2氮氣膨脹制冷循環(huán) 33
2.11溫熵圖、壓焓圖繪制 37
2.12氫液化COP計算過程 38
2.12.1氫氣膨脹制冷循環(huán) 38
2.12.2氮氣膨脹制冷循環(huán) 40
2.13板翅式換熱器工藝計算過程 42
2.13.1氫1換熱器 42
2.13.2氫2換熱器 55
2.13.3氫3換熱器 62
2.13.4氫4換熱器 70
2.13.5氫5換熱器 74
2.13.6氮1換熱器 78
2.13.7氮2換熱器 81
2.13.8氮3換熱器 85
2.14板翅式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計過程 89
2.14.1封頭設(shè)計 89
2.14.2液壓試驗 98
2.14.3接管設(shè)計 103
2.14.4接管補強 108
2.14.5法蘭和墊片 133
2.14.6隔板和封條設(shè)計造型 134
2.14.7換熱器的成型安裝 136
2.14.8換熱器的絕熱保冷 138
本章小結(jié) 138
參考文獻 139
第3章30萬立方米PFHE型液氮預(yù)冷一級膨脹兩級節(jié)流氫液化工藝裝備
3.1一級膨脹兩級節(jié)流LH2板翅式主換熱器 142
3.2板翅式換熱器工藝設(shè)計計算概述 143
3.2.1板翅式換熱器設(shè)計步驟 143
3.2.2制冷劑設(shè)計參數(shù)的確定 143
3.2.3氫氣液化工藝流程設(shè)計 143
3.3板翅式換熱器工藝計算過程 143
3.3.1一級設(shè)備預(yù)冷制冷過程 143
3.3.2二級設(shè)備預(yù)冷制冷過程 145
3.3.3三級設(shè)備預(yù)冷制冷過程 146
3.3.4四級設(shè)備預(yù)冷制冷過程 147
3.3.5一級換熱器流體參數(shù)計算 148
3.3.6二級換熱器流體參數(shù)計算 154
3.3.7三級換熱器流體參數(shù)計算 159
3.3.8四級換熱器流體參數(shù)計算 163
3.3.9一級板翅式換熱器傳熱面積計算 168
3.3.10二級板翅式換熱器傳熱面積計算 174
3.3.11三級板翅式換熱器傳熱面積計算 178
3.3.12四級板翅式換熱器傳熱面積計算 182
3.3.13換熱器壓力損失計算 185
3.4板翅式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 193
3.4.1封頭設(shè)計 193
3.4.2封頭計算 194
3.4.3EX1換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 194
3.4.4EX2換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 196
3.4.5EX3換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 197
3.4.6EX4換熱器各個側(cè)封頭壁厚計算 198
3.5液壓試驗 200
3.5.1液壓試驗?zāi)康? 200
3.5.2內(nèi)壓通道 200
3.5.3接管計算 204
3.6接管補強 207
3.6.1補強計算 207
3.6.2接管計算 207
3.6.3EX1換熱器補強面積計算 208
3.6.4EX2換熱器補強面積計算 213
3.6.5EX3換熱器補強面積計算 216
3.6.6EX4換熱器補強面積計算 220
3.7法蘭和墊片 224
3.8隔板、導(dǎo)流板及封條 224
3.8.1隔板厚度計算 224
3.8.2封條設(shè)計選擇 227
3.8.3導(dǎo)流板的選擇 227
3.9換熱器的成型安裝 227
3.9.1板束安裝規(guī)則 227
3.9.2焊接工藝和形式 228
3.9.3絕熱保冷設(shè)計 228
本章小結(jié) 229
參考文獻 229
第4章30萬立方米PFHE型LNG預(yù)冷兩級氦膨脹五級氫液化工藝裝備
4.1LH2板翅式換熱器制冷工藝 230
4.2LH2板翅式換熱器的工藝計算 232
4.2.1板翅式換熱器工藝設(shè)計 232
4.2.2制冷劑設(shè)計參數(shù)的確定 232
4.2.3氫氣液化工藝計算過程 232
4.3換熱器長度計算 237
4.3.1一級換熱器流體參數(shù)計算 237
4.3.2一級板翅式換熱器傳熱面積計算 243
4.3.3二級換熱器流體參數(shù)計算 248
4.3.4二級板翅式換熱器傳熱面積計算 253
4.3.5三級換熱器流體參數(shù)計算 257
4.3.6三級板翅式換熱器傳熱面積計算 262
4.3.7四級換熱器流體參數(shù)計算 266
4.3.8四級板翅式換熱器傳熱面積計算 270
4.3.9五級換熱器流體參數(shù)計算 272
4.3.10五級板翅式換熱器傳熱面積計算 277
4.3.11換熱器壓力損失的計算 279
4.4板翅式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 288
4.4.1封頭設(shè)計選型 288
4.4.2EX1換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 289
4.4.3EX2換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 291
4.4.4EX3換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 292
4.4.5EX4換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 293
4.4.6EX5換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 294
4.5液壓試驗 295
4.5.1液壓試驗?zāi)康? 295
4.5.2內(nèi)壓通道 296
4.5.3接管計算 300
4.6接管補強 304
4.6.1開孔補強方式 304
4.6.2換熱器接管計算 304
4.6.3EX1換熱器補強面積計算 305
4.6.4EX2換熱器補強面積計算 310
4.6.5EX3換熱器補強面積計算 313
4.6.6EX4換熱器補強面積計算 317
4.6.7EX5換熱器補強面積計算 320
4.7法蘭與墊片選擇 323
4.8隔板、封條與導(dǎo)流板選擇 324
4.8.1隔板厚度計算 324
4.8.2封條設(shè)計選擇 327
4.8.3導(dǎo)流板形式選擇 327
4.9換熱器的成型安裝 327
4.9.1板束安裝規(guī)則 327
4.9.2焊接工藝形式 328
4.9.3試驗、檢驗 328
4.9.4絕熱保冷設(shè)計 328
本章小結(jié) 329
參考文獻 329
第5章30萬立方米PFHE型四級氦膨脹制冷氫液化系統(tǒng)工藝裝備
5.1基于級聯(lián)式LH2液化工藝的板翅式主液化裝備 331
5.2LH2板翅式主液化裝備工藝設(shè)計計算 333
5.2.1一級換熱器 333
5.2.2二級換熱器 333
5.2.3三級換熱器 333
5.2.4四級換熱器 334
5.2.5換熱器A 334
5.2.6換熱器B 335
5.2.7換熱器C 335
5.3板翅式換熱器流體參數(shù)及換熱器板束長度計算 337
5.3.1一級換熱器流體參數(shù)計算(單層通道) 337
5.3.2二級換熱器流體參數(shù)計算(單層通道) 344
5.3.3三級換熱器流體參數(shù)計算(單層通道) 349
5.3.4四級換熱器流體參數(shù)計算(單層通道) 354
5.3.5換熱器A流體參數(shù)計算(單層通道) 359
5.3.6換熱器B流體參數(shù)計算(單層通道) 365
5.3.7換熱器C流體參數(shù)計算(單層通道) 370
5.4板翅式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 375
5.4.1封頭設(shè)計選型 375
5.4.2一級換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 376
5.4.3二級換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 376
5.4.4三級換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 377
5.4.5四級換熱器各個板側(cè)封頭壁厚計算 378
5.4.6換熱器A各個板側(cè)封頭壁厚計算 378
5.4.7換熱器B各個板側(cè)封頭壁厚計算 379
5.4.8換熱器C各個板側(cè)封頭壁厚計算 379
5.5液壓試驗 381
5.5.1液壓試驗?zāi)康? 381
5.5.2內(nèi)壓通道計算 383
5.5.3尺寸校核計算 384
5.6接管確定 386
5.6.1接管尺寸確定 386
5.6.2一級換熱器接管壁厚 386
5.6.3二級換熱器接管壁厚 387
5.6.4三級換熱器接管壁厚 387
5.6.5四級換熱器接管壁厚 387
5.6.6換熱器A接管壁厚 387
5.6.7換熱器B接管壁厚 387
5.6.8換熱器C接管壁厚 388
5.6.9接管尺寸匯總 388
5.7接管補強 389
5.7.1補強方式 389
5.7.2接管補強計算 389
5.7.3一級換熱器補強面積計算 390
5.7.4二級換熱器補強面積計算 392
5.7.5三級換熱器補強面積計算 394
5.7.6四級換熱器補強面積計算 396
5.7.7換熱器A補強面積計算 398
5.7.8換熱器B補強面積計算 400
5.7.9換熱器C補強面積計算 402
5.8法蘭與墊片選擇 404
5.8.1法蘭與墊片 404
5.8.2法蘭與墊片型號選擇 404
5.9隔板、封條與導(dǎo)流板選擇 404
5.9.1隔板厚度計算 404
5.9.2封條選擇 407
5.9.3導(dǎo)流板選擇 407
5.10換熱器的成型安裝 407
5.10.1換熱器組裝要求 407
5.10.2板束要求 408
5.10.3焊接要求 408
5.10.4封頭選擇 408
5.10.5試驗、檢驗 408
5.10.6換熱器安裝 409
5.10.7絕熱及保冷 409
本章小結(jié) 409
參考文獻 409
附錄
致謝
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