浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG,又称LNG-FPSO）是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置,具有开采、装卸、预处理、液化和储存天然气等多种功能。冷剂流动受海浪倾斜晃荡的影响,其关键设备绕管式换热器会存在液体偏流现象,导致换热不充分,进而影响液化工艺的性能指标。本文通过实验和数值模拟相结合的方法研究FLNG混合制冷剂液化工艺及其关键设备绕管式换热器的运行可靠性问题,为绕管式换热器的设备选型和结构优化提供依据。主要研究内容及结论如下:（1）为了研究海况对绕管式换热器管侧和壳侧压降性能的影响,搭建了两套实验装置用于三台绕管式换热器的压降性能测试。一套为基于混合制冷剂液化工艺的低温实验装置,研究晃荡对管侧和壳侧两相压降性能的影响;一套为常温实验装置,研究晃荡对壳侧气相压降性能的影响。通过实验数据在Neeraas模型的基础上优化了绕管式换热器壳侧压降计算模型,优化后的模型计算误差在±15%以内;晃荡条件下优化后的平均压降计算模型也有较好的计算精度。通过实验得到了管侧天然气、气相冷剂、液相冷剂、壳侧气相冷剂和两相冷剂压降波动的最大增量分别为5.01%、52.50%、13.97%、10.17%和34.39%,为FLNG液化工艺中绕管式换热器压降的计算提供依据。（2）为了研究不同海上晃荡形式、晃荡幅度、晃荡周期和天然气处理量对绕管式换热器换热性能的影响,搭建了以绕管式换热器为主低温换热器的混合制冷剂液化工艺实验装置,同时建立了多组分多相态多股流并行换热计算模型。研究结果表明,与艏摇和平移工况相比,纵摇对绕管式换热器的换热性能影响较大,且随着晃荡幅度和天然气处理量的增大,影响不断增大。实验得到绕管式换热器受纵摇影响的临界点,当纵摇角度小于7°时（周期10秒）,天然气出口温度增量均小于1℃,纵摇工况对绕管式换热器换热性能影响较小。而在纵摇幅度为7°的海况下,天然气出口温度增加了3.22℃。（3）针对海况对以绕管式换热器为主换热器的混合制冷剂液化工艺系统的影响,基于HYSYS软件,建立了混合制冷剂天然气液化工艺的动态模型,将海况下绕管式换热器换热性能变化作为动态扰动条件,研究海况条件对液化工艺系统比功耗等参数的影响。研究表明,当纵摇周期为10秒,纵摇角度不超过6°时,混合制冷剂液化工艺的天然气处理量、比功耗和LNG节流降压后气相摩尔分数的波动幅度均在4%以内,因此将纵摇角度大于6°海况作为以绕管式换热器为主换热器的FLNG混合制冷剂液化工艺的失效边界条件。（4）为了研究不同雷诺数、管径、管间距和倾斜海况对烷烃类介质降膜流动管间流型与液膜厚度等参数的影响,搭建了降膜流动可视化实验装置,结合高速摄像进行降膜流动可视化实验研究;同时基于耦合的VOF和Level Set两相流模型和动网格技术,进行降膜流动的数值模拟研究。研究结果表明,除2mm管间距外,管外降膜流动流型随雷诺数的增大依次呈现滴状流、滴柱状流、柱状流、扇柱状流和扇状流。基于实验和数值模拟结果,得到降膜流动的流型演化规律,并拟合了液膜厚度计算关联式。在Re=340,倾斜9°工况下,管壁出现干涸现象,管外径D=8mm、管间距S=4mm结构的干涸区域所占单元体总面积的8.56%。调整圆管的管径D和管间距S不能有效地降低海况对FLNG绕管式换热器壳侧降膜流动的影响。（5）通过可视化实验和数值模拟相结合的方法,对异型管外烷烃类介质降膜流动过程进行了研究,分析了不同雷诺数、管型（螺纹波管、方波管和波纹管）和倾斜海况对降膜流动特性的影响,得到异型管外降膜流动的流型演化规律。研究结果表明,与螺纹波管和方波管相比,波纹管管外降膜流动的液膜均匀性较好。在倾斜海况下（6°和9°）,轴向直径差为2mm的波纹管间流型稳定,并且均未出现管壁表面大量干涸的现象,因此在FLNG绕管式换热器中推荐采用轴向直径差为2mm的波纹管。