Базовые заводы СПГ являются объектами, у которых суммарная занимаемая площадь теплообменного оборудования превышает аналогичный показатель любых других установок. Считается, что тенденция увеличения мощности единичного блока сжижения будет сдерживаться сложностью изготовления требуемого низкотемпературного теплообменника. Так, крупнейшие в мире теплообменники спроектированы и изготовлены фирмой Air Products.
Представление об основных характеристиках криогенного теплообменного оборудования можно получить из нижеследующей таблицы, в которой представлены расчетные данные для базового завода СПГ производительностью 5 млрд.м3 в год.
Наименьшую массу при максимальной площади поверхности имеет теплообменное оборудование завода по сжижению природного газа с однопоточным каскадным циклом. Это парадоксальное положение объясняется тем, что количество единиц теплообменного оборудования в этом случае минимально, а их размеры максимальны, что приводит к относительному уменьшению массы кожухов теплообменных аппаратов и соединительных трубопроводов и, как следствие, снижению общей массы.
Проектирование любых низкотемпературных теплообменников связано с противоречивыми требованиями. С одной стороны, необходимо обеспечить минимум разности температур потоков на теплом конце теплообменника и минимум потерь давления в теплообменнике, так как эти величины в значительной степени определяют энергетические затраты. С другой стороны, требуется создать конструкцию с минимальной массой. Однако как уменьшение разности температур, так и снижение потерь давления (снижение скоростей потоков и, как следствие, уменьшение коэффициентов теплоотдачи) приводят к росту площади теплообменной поверхности и массы аппаратов.
Требование минимизации массы имеет особое значение для крупных установок. Поэтому в блоках сжижения заводов СПГ нашли применение наиболее эффективные теплообменники: витые ипластинчатые (или пластинчато-ребристые).
Широкое распространение витых теплообменников в криогенной технике, обусловленное их относительной компактностью и эффективностью (коэффициенты теплоотдачи в витых теплообменниках в среднем в 1,5-2 раза выше, чем в кожухотрубных) послужило предпосылкой для их применения на заводах СПГ. В частности, они использованы на заводах СПГ Skikda-1,2,3 в Брунее и Ливии, использующих однопоточный каскадный цикл (ОКЦ) и ОКЦ с предварительным пропановым охлаждением.
Принципиальных отличий от общеизвестных конструкций эти теплообменники не имеют. Как и все подобные теплообменники, они изготовляются путем намотки труб на сердечник. Между слоями труб и между отдельными трубами с помощью прокладок оставляются небольшие зазоры. Трубы и прокладки между слоями выполняются из алюминия, трубные доски и корпуса – из алюминия или нержавеющей стали