CN102906485B - 液态天然气蒸发 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于蒸发低温液体的过程。所述过程可包括：在燃烧器中燃烧燃料以产生排气；混合环境空气和所述排气以产生混合气体；使得所述混合气体借助间接热交换来接触低温液体，以蒸发所述低温液体。还公开了一种用于蒸发低温液体的系统，所述系统包括：一个或多个燃烧器，所述燃烧器用于燃烧燃料以产生排气；一个或多个入口，所述入口用于混合环境空气和所述排气以产生混合气体；以及一个或多个热传递导管，所述热传递导管用于用所述混合气体来间接加热流体。

Description

液态天然气蒸发

技术领域

本文所公开的实施方式总体上涉及用于蒸发低温流体的自然通风或环境空气蒸发器，所述低温流体例如是液态天然气（LNG）。更具体地，本文所公开的实施方式涉及用于蒸发LNG的混合环境空气/燃料加热系统。

背景技术

经常期望从环境空气施加热量到相对冷的液体，以“加热”该液体。对于液化天然气，这种情况能够发生。

天然气的低温液化常规地被实践为用于将天然气转化为用于运输的更便利形式的手段。这种液化通常将体积减少到大约1/600并且得到能够被容易地存储并运输的终端产品。同样期望的是，存储过量天然气以使得当对于天然气的需求增加时该天然气能够被容易且有效地供应。用于运输天然气以及也用于存储过量天然气的一种实践手段是将天然气转化为液化状态以便存储和/或运输并接着根据需要来蒸发该液体。

天然气通常可在远离其最终被使用的区域中获得，且因此天然气的液化具有甚至更大的重要性。通常，天然气借助管线从供应源被直接运输到用户市场。然而，更为常见的是，从与用户市场相隔很长距离的供应源运输天然气，在该供应源中，管线或者不可用或者是不切实际的。在海洋运输中尤其如此，在海洋运输中，必须由航海船只来实现运输。在气态下的天然气的船舶运输通常是不切实际的，这是因为气体在气态下具有很大体积，并且因为需要合理加压以显著地降低气体的体积。因此，为了存储以及运输天然气，通常通过将气体冷却至大约-240℉至大约-260℉来减少气体的体积。在该温度下，天然气被转化为液化天然气（LNG），该LNG具有接近大气蒸汽压力。在完成LNG的运输和/或存储之后，在将天然气提供给终端用户以供消耗之前，该LNG必须返回至气态。

通常，通过使用各种热传递流体、系统和过程来实现LNG的再气化或蒸发。例如，本领域所使用的一些过程利用这样的蒸发器，该蒸发器利用热水或蒸汽来加热并蒸发LNG。这些加热过程具有缺陷，因为热水或蒸汽由于LNG的极低温度而通常冷冻，这继而导致蒸发器堵塞。为了克服该缺陷，本领域当前使用替代的蒸发器，例如，开架式蒸发器、中间流体蒸发器、水下燃烧蒸发器和环境空气蒸发器。

开架式蒸发器通常使用海水等作为用于与LNG进行逆流热交换的热源。类似于上述的蒸发器，开架式蒸发器趋于在蒸发器表面上“结冰”，从而导致热传递阻力增加。因此，开架式蒸发器必须被设计成具有带有增加的热传递面积的蒸发器，这需要蒸发器的较高设备成本以及增加的占地面积。

不是如上所述地通过利用水或蒸汽的直接加热来蒸发LNG，中间类型的蒸发器利用具有低冰点的中间流体或制冷剂，例如，丙烷、氟化碳氢化合物等。制冷剂能够利用热水或蒸汽来加热，接着受热制冷剂或制冷剂混合物穿过蒸发器并且被用于蒸发LNG。这类蒸发器克服在前述蒸发器中常见的结冰和冷冻事件，然而这些中间流体蒸发器需要用于加热制冷剂的机构，例如锅炉或加热器。这类蒸发器还具有缺点，因为这类蒸发器操作非常昂贵，这是由用于加热制冷剂的加热机构的燃料消耗引起的。

本领域当前用于克服操作锅炉或加热器的高成本的一个实践是使用水塔本身或者使用水塔结合加热器或锅炉，以加热用于蒸发LNG的制冷剂。在这些系统中，水被传送到水塔中，在该水塔中，水的温度升高。升高温度的水然后被用于借助第一蒸发器来加热制冷剂（例如，乙二醇），该制冷剂继而被用于借助第二蒸发器来蒸发LNG。这些系统在塔进入流和塔流出流之间的浮力差方面也具有缺陷。加热塔排出大量的与环境空气相比十分重的冷水分空气或流出物。一旦冷流出物从塔被排出，该冷流出物趋于想要沉降或行进到地面，这是因为该冷流出物与环境空气相比要重得多。该冷流出物然后被抽吸到水塔中，从而妨碍塔的热交换特性并且导致塔低效。前述浮力问题导致冷空气再循环通过水塔，从而妨碍水塔加热水的能力并且很大程度上限制塔的效率。

作为又一替代方式，LNG能够通过利用环境空气来加热而被蒸发。强制或自然通风型环境空气蒸发器利用环境空气作为热源，使得环境空气经过热传递元件以蒸发LNG。然而，当天气变化或蒸发器负载变化时，在蒸发器出口处的天然气温度可能变化。此外，由于低LNG供应温度（大约-260℉），由于环境空气流的湿度而可能在加热表面上形成相当量的冰。

发明内容

已经发现，通过使用本文所公开的混合环境空气/燃料加热系统，可极大地改善环境空气蒸发器的操作。混合环境空气/燃料加热系统基本上用作为热源的环境空气装载，该环境空气能够通过自然或诱导对流被提供。在本文所公开的混合加热系统中，环境空气根据需要与来自燃烧室的烟道气体混合，在该燃烧室中，从烟道气体输入的热量可被用于减小、最小化或消除在操作蒸发器时环境状况变化的影响。混合加热系统能够提供针对白天/晚上和夏季/冬季天气状况变化而言稳定的蒸发器操作、与常规环境空气蒸发器相比能够改善调节比（turndownratio）、并且与常规环境空气蒸发器相比可使得不结冰或减少结冰。

在一个方面，本文所公开的实施方式涉及一种用于蒸发低温液体的过程，所述过程包括：在燃烧器中燃烧燃料以产生排气；混合环境空气和所述排气以产生混合气体；使得所述混合气体借助间接热交换与低温液体接触，以蒸发所述低温液体。

在另一方面，本文所公开的实施方式涉及一种用于蒸发低温液体的系统，所述系统包括：一个或多个燃烧器，所述燃烧器用于燃烧燃料以产生排气；一个或多个入口，所述入口用于使环境空气与所述排气混合以产生混合气体；以及一个或多个热传递导管，所述热传递导管用于用所述混合气体来间接加热流体。

其他方面和优势通过下述说明和所附权利要求书将是显而易见的。

附图说明

图1是根据本文所公开的实施方式的混合环境空气/燃料加热系统的简化示意图。

图2是根据本文所公开的实施方式的混合环境空气/燃料加热系统的简化示意图。

具体实施方式

在一个方面，本文的实施方式总体上涉及用于蒸发低温流体的自然通风或环境空气蒸发器，所述低温流体例如是液态天然气（LNG）。更具体地，本文所公开的实施方式涉及用于蒸发LNG的混合环境空气/燃料加热系统。

现参考图1，描述了根据本文所公开实施方式的混合环境空气/燃料加热系统10。该加热系统10能够包括：外壳或壳体12；环境空气入口13；一个或多个燃烧室14，所述燃烧室借助入口（多个）15供应有燃料；加热盘管20；以及排气端口22。在一些实施方式中，加热系统10能够包括一个或多个风门16、蒸汽分配器18、热偶24以及控制系统26。

在操作中，环境空气借助自然（诱导）对流或强制对流被供应到端口13，所述自然对流由源自穿过加热盘管20的低温液体蒸发产生的温度和密度梯度引起，而所述强制对流例如源自风扇、鼓风机、泵或用于提供强制蒸汽流的其他机构（未示出）。通过入口13的环境空气的流率能够通过例如改变鼓风机的速度而被控制，或者能够利用风门16来控制。

燃料借助入口15被提供，该燃料在燃烧室14内燃烧以得到被加热烟道气体。到燃烧室14的空气可借助单独导管（未示出）被提供，或者能够借助入口28从流经入口13的环境空气被抽吸到燃烧室14中。热烟道气体在出口30处离开燃烧室14并且与环境空气混合。

环境空气和热烟道气体的混合物然后能够传送通过加热盘管20，以使得被传送通过所述盘管的低温液体（例如，LNG）蒸发。在进行热交换之后，环境空气/烟道气体混合物然后能够借助排气端口22离开混合加热系统10。

虽然图1的加热系统以水平构造被描述，但是还能够采用竖直构造或其他构造。竖直构造能够是向上流或向下流。任何数量的加热盘管20可被使用，并且可被布置成与环境空气/烟道气体混合物为交叉流、同向流、逆向流、或其组合。

烟道气体和环境空气在与加热盘管20接触之前应当被充分地混合。例如，源自通过入口13的强制对流的紊流、将烟道气体流引导通过出口30的堰32、和/或蒸汽分配器18能够被用于提供期望程度的混合，使得加热盘管20能够与蒸汽混合物接触，该蒸汽混合物整体上具有相对均匀的温度曲线。

如上所述，环境空气与烟道气体混合，以提供用于蒸发低温液体（例如，LNG）的混合气体。蒸发器负载（例如，由来自蒸发器的天然气（NG）需求引起的热量输入需求）由混合气体供应。在一些情况下，足够的热量输入可仅从环境空气就能取得，并且至燃烧室14的燃料速率可被切断或降低。在条件保证的情况下，至燃烧室14的燃料速率可增加，以满足所需的蒸发器负载。引燃火焰或点燃剂（未示出）能够被设置，用于当需要保证增加的燃料消耗时启动燃烧室或用于该燃烧室的间歇操作。

混合气体的温度能够被监测或控制，例如由热偶24和控制系统26来监测和控制。监测并控制混合气体的温度能够被用于下述中的一个或多个：确定结冰或其他因素是否影响加热盘管20上的热传递；蒸发LNG或实现空气/烟道气体与LNG/NG之间的期望温度差；最小化在加热盘管表面上的冰形成；以及重要地，在壳体12内发生任何泄漏的情况下将混合气体的温度保持低于低温液体（例如，LNG）的自动点火温度。

通过借助改变至燃烧室或燃烧器14的燃料的流率来调节混合气体的温度、通过借助改变通过一个或多个入口13的环境空气的流率来调节混合气体的温度、通过调节到一个或多个热传递导管20的低温液体的流率、或通过上述组合，能够控制被蒸发低温液体的温度。能够利用控制系统26来实现流量的这种控制、监测和调节。

在其他实施方式中，取决于蒸发负载需求和环境状况，混合气体的一部分可绕过一个或多个蒸发盘管，例如如图2所示借助出口40从壳体12被抽走，在图2中，相同的附图标记指代相同的部件。被抽走的混合气体能够借助分配器42被再引入（绕过），或者能够例如借助分配器42来引入附加环境空气或烟道气体，以影响NG温度和加热系统10的总体性能以及实施在线除冰。壳体12还能够包括一个或多个出口44，其用于抽走可能积聚在该系统内的冷凝水。

加热盘管20的布局和设计可能影响加热表面上的冰形成，并且由于涡流而可能影响热传递效率。因此，所使用的盘管的类型（金属、直径、厚度等）、设计、布局和数量可取决于环境空气对流类型（自然或强制）、所需热传递表面面积、季节性温度限制、可用燃料类型、可获得的烟道气体温度、以及本领域技术人员已知的其他因素。优选地，所选择的盘管布局应当确保空气/烟道气体与LNG/NG之间的温度差被最优化，以实现高热传递效率，并且与此同时最小化加热盘管表面上的冰形成。

如上所述的混合加热系统能够用作独立单元或者能够以模块化设计构造，其中如上所述的多个混合加热系统定位成彼此邻近，以满足总体期望热传递负载。

如上所述，根据本文所公开实施方式的混合加热系统利用环境空气和烟道气体两者来提供用于低温流体（例如，液化天然气）蒸发的热量。这种系统还能够用于加热比大气温度低的其他流体。

有利地，根据本文所公开实施方式的混合加热系统使用大气环境来供应所需热量的至少一部分，因此与仅利用烟道气体的蒸发器或利用烟道气体来加热中间流体以提供必要热量的蒸发器相比，最小化污染物排放。与水下燃烧加热器、开架式蒸发器、具有中间流体的点火加热器以及环境空气蒸发器相比，根据本文所公开实施方式的加热系统还可实现下述中的一个或多个：更稳定的系统操作（受天气变化的影响更小）、较低的操作和维护成本、降低的的资本投入成本、减少结冰的发生、高热效率、较低的环境影响、以及改善的调节比。

虽然本公开内容包括有限数量的实施方式，但是获知本公开内容益处的本领域技术人员将理解，能够构想到不偏离本公开内容的范围的其他实施方式。因此，该范围应当仅由所附权利要求书限制。

Claims (12)

1.一种用于蒸发包括液态天然气的低温液体的过程，所述过程包括：

在燃烧器中燃烧燃料以产生排气；

通过一个或多个入口将环境空气和所述排气在壳体内混合以产生混合气体，所述混合气体从所述壳体的上游端向所述壳体的下游端流动；

用在所述壳体内的、含有液态天然气的多个热传递导管与所述混合气体接触，以及在所述壳体内在所述混合气体和所述液态天然气之间提供热交换；

经布置在上游热传递导管和第一下游热传递导管中间的出口从所述壳体移除部分混合气体，所述部分混合气体限定混合气体的绕流；以及

在所述第一下游热传递导管下游分配混合气体流。

2.根据权利要求1所述的过程，其中，借助强制对流和诱导对流中的至少一种来引入所述环境空气。

3.根据权利要求1所述的过程，还包括下述中的至少一个：

借助改变至所述燃烧器的燃料的流率来调节所述混合气体的温度；和

借助改变参与混合的环境空气的流率来调节所述混合气体的温度。

4.根据权利要求2所述的过程，还包括下述中的至少一个：

借助改变至所述燃烧器的燃料的流率来调节所述混合气体的温度；和

借助改变参与混合的环境空气的流率来调节所述混合气体的温度。

5.根据权利要求1所述的过程，还包括通过下述中的至少一个来控制被蒸发低温液体的温度：

借助改变至所述燃烧器的燃料的流率来调节所述混合气体的温度；

借助改变参与混合的环境空气的流率来调节所述混合气体的温度；和

调节参与接触的所述低温液体的流率。

6.根据权利要求2所述的过程，还包括通过下述中的至少一个来控制被蒸发低温液体的温度：

借助改变至所述燃烧器的燃料的流率来调节所述混合气体的温度；

借助改变参与混合的环境空气的流率来调节所述混合气体的温度；和

调节参与接触的所述低温液体的流率。

7.一种用于蒸发包括液态天然气的低温液体的系统，所述系统包括：

一个或多个燃烧器，所述燃烧器用于燃烧燃料以产生排气；

一个或多个入口，所述入口用于将环境空气和所述排气在壳体内混合以产生混合气体，所述混合气体从所述壳体的上游端向所述壳体的下游端流动；

在所述壳体内的多个热传递导管，所述多个热传递导管含有液态天然气且在所述壳体内在所述混合气体和所述液态天然气之间提供热交换；

出口，所述出口布置在上游热传递导管和第一下游热传递导管中间以从所述壳体移除部分混合气体，所述部分混合气体限定混合气体的绕流，以及

蒸汽分配器，以在所述第一下游热传递导管分配混合气体流。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括一个或多个风门，所述风门用于调节通过所述入口的环境空气的流率。

9.根据权利要求7所述的系统，还包括热偶，所述热偶用于测量所述混合气体的温度。

10.根据权利要求8所述的系统，还包括热偶，所述热偶用于测量所述混合气体的温度。

11.根据权利要求7所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统用于通过下述中的至少一种来控制被加热流体的温度：

借助改变至所述燃烧器的燃料的流率来调节所述混合气体的温度；

借助改变通过所述一个或多个入口的环境空气的流率来调节所述混合气体的温度；和

调节至所述多个热传递导管中的一个或多个热传递导管的流体的流率。

12.根据权利要求7所述的系统，还包括将所述环境空气以强制对流的方式引入到所述一个或多个入口的装置。