近年来,由于传统化石能源的过量开采和不合理使用导致的环境恶化问题逐渐加剧,清洁高效的能源替代品成为全球社会的重要关注点。天然气以CH4为主,混有少量乙烷、丙烷、丁烷等有机物的混合气体,能够经过低温或压缩处理后进行大体积的储存和运输,具有良好的燃烧特性,是一种优良高效的低碳清洁能源。目前,天然气已成为我国主要的能源形式之一而广泛应用于各行各业,各个城市的工商业及居民等各类用户对天然气的需求量逐年大幅增加。其中,液化天然气具有大量储存能力和灵活运输能力而收到众多行业的广泛青睐。空温式气化器的气化过程是液化天然气使用过程中必不可少的工艺流程之一,因此对于空温式气化器合理利用的研究具有相当的意义。空温式气化器本身具有很好的经济性,然而目前,LNG空温式气化器设备在气化过程中存在一定问题,导致气化器的换热效率低下,阻碍了这种经济优质设备的广泛应用。主要原因是由于目前并没有关于该设备设计制造和设备选型的相关行业规定和相关准则,场站并不能够针对空温式气化器的换热特性来科学合理的配置,造成了能源和经济的浪费。本研究从空温式气化器设备本身的换热原理机制入手,以空温式气化器的基本组成结构翅片管为研究对象,分别研究结霜情况下,翅片管空气侧换热过程、翅片管内沸腾相变过程和翅片管结霜过程,建立空温式气化器结霜传热整体模型,通过编程计算了翅片管内与管外的传热传质的耦合过程,得到环境参数对于空温式气化器出口天然气温度随运行时间的影响关系。根据环境参数对空温式气化器出口温度的影响关系,选用LNG空温式气化器在气候分区研究中的应用指标,采用Q型聚类系统分析方法,分析近九年的全国气象数据,利用SPSS计算软件,对全国城市指标数据进行聚类分析,得到四个气候分区,并将分区结果绘制成气候分区图。针对LNG场站气化工艺中的空温式气化器及其复热器的流量型号、配置台数和运行时间进行优化,以年气化费用作为优化目标,以两种设备间的流量传递关系和两种设备选型中的实际情况为约束条件,建立不同气候分区LNG空温式气化器配置优化模型,选择枚举法进行优化求解。通过案例计算,得出一定设计流量下空温式气化器的配置最优方案和空温式气化器及其复热器在不同气候分区的配置设计规律。