CN104428619A - 用于加热液化的流体的装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

在全部布置在外部环境中的情况下，在闭合回路中热传递流体通过下导管从第一热传递区域循环至第二热传递区域。所述第一热传递区域包括第一热传递表面，要被加热的液化的流体经过该第一热传递表面与所述热传递流体进行第一间接热交换接触。所述第二热传递区域根据重力作用方向布置成低于所述第一热传递区域。所述第二热传递区域包括第二热传递表面，所述热传递流体经过所述第二热传递表面与所述外部环境进行第二间接热交换接触。所述下导管使所述第一热传递区域与所述第二热传递区域流体连通，其中，所述下导管与所述外部环境热隔绝。

Description

用于加热液化的流体的装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于加热液化的流体的装置和方法。
背景技术
本说明书中的一种液化的流体具有的温度低于环境温度。优选地，在低于2bar的绝对压强的情况下，该液化的流体的温度处于或低于该液化的流体的沸点，以便在该压强下使其保持处于液相。在产业中需要加热的液化的流体的一种示例是液化天然气(LNG)。
天然气是一种有用的燃料来源。然而，其通常在距离市场相对远的地方生产。在这样的情况下，可能需要在位于或靠近天然气源的液化天然气厂中使天然气液化。液化天然气形式的天然气较气态形式的天然气可以更容易地储存并且进行长距离的运输，原因在于，液化天然气形式的天然气占据的体积更小，并且不需要储存在高压下。
液化天然气通常在其被用作燃料前会被再汽化。为将液化天然气再汽化，可能需要给液化天然气加热。在加热之前，所述液化天然气通常被加压以满足客户的要求。基于客户所需要的气体供应系统的规格或要求，在需要的情况下气体的组分可能也会被改变，例如通过加入一定量的氮气和/或抽出一些C2-C4成分来实现。被再汽化的天然气产品随后可以合适地通过气体供应系统卖给客户。
专利申请公开文件US2010/0000233描述了一种用于汽化液化的流体的装置和方法。在该装置和方法中，在第一热传递区域和第二热传递区域之间、在闭合回路中循环热传递流体，其中，在第一热传递区域中，热量从热传递流体传递至要汽化的液化的流体，而在第二热传递区域中，热量从环境空气传递至热传递流体。该热传递流体在第一热传递区域中冷凝，而在第二热传递区域中部分地汽化。该热传递流体利用在闭合回路中循环的热传递流体的重力进行循环。
然而，需要预先知道的是，在如专利申请公开文件US2010/0000233中描述的装置和方法的正常操作过程中，该热传递流体的流通可能会被中断。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于加热液化的流体的装置，在全部布置在外部环境中的情况下，该装置包括用于循环热传递流体的闭合回路，所述闭合回路包括第一热传递区域、第二热传递区域以及下导管，其中，第一热传递区域包括第一热传递表面，要被加热的液化的流体经过该第一热传递表面与热传递流体发生第一间接热交换接触，其中，第二热传递区域根据重力作用方向布置成低于第一热传递区域，并且其中，该第二热传递区域包括第二热传递表面，热传递流体经过该第二热传递表面与外部环境发生第二间接热交换接触，并且其中，下导管使第一热传递区域与第二热传递区域流体连通，其中，下导管与外部环境热隔绝。
在本发明的第二方面中，提供了一种加热液化的流体的方法，所述方法包括：
使要加热的液化的流体流通过第一热传递区域、与热传递流体发生间接热交换接触，由此，热量从热传递流体传递至液化的流体，由此使热传递流体的至少一部分发生冷凝以形成冷凝部分；
在全部布置在外部环境中的情况下，使所述热传递流体在闭合回路中循环，通过至少一个下导管从第一热传递区域循环至第二热传递区域并且回到第一热传递区域，其中，所述热传递流体的循环包括将处于液相并且与外部环境热隔绝的所述冷凝部分向下通过下导管送至第二热传递区域，并且使热传递流体流通过第二热传递区域流至第一热传递区域，由此，热传递流体在第二热传递区域中与外部环境发生间接热交换，由此，将热量从外部环境传递至热交换流体，并且使热交换流体部分地的汽化。
附图说明
下文将通过单纯示例的方式，以及借助参考非限制性的附图来进一步说明本发明，在所述附图中：
图1显示了实施本发明的加热器的横向截面视图；
图2显示了图1中的加热器的纵向截面视图；
图3显示了实施本发明的加热器的横向截面视图；
具体实施方式
为实现该本说明书的目的，将使用单个的附图标记表示管线以及该管线中输送的流体。相同的附图标记表示相同的组件。本领域的技术人员将容易地理解的是，尽管通过参考结构和尺寸的一个或更多个特定的组合来说明本发明，但是很多这些结构和尺寸在功能上独立于其他的结构和尺寸，使得他们能够等同地或类似地独立应用于其他实施例或组合。
下文将描述进一步改进热传递流体流通通过闭合回路的方法。已经明确的是，在下导管中存在蒸汽可能会阻断热传递流体在闭合回路中的流通。
在目前提供的装置中，形成第一热传递区域和第二热传递区域之间的流体连接部分的下导管与外部环境热隔绝。在与外部环境热隔绝的情况下，所述热传递流体的冷凝部分从第一热传递区域向下行进至第二热传递区域。
由此，避免了被向下传输通过下导管的热传递流体的冷凝部分发生汽化。结果是，热传递流体通过闭合回路的循环将不会因为下导管中产生蒸汽而被阻断。由此，可以建立以下的循环：热传递流体的一部分能够在整个流通循环中保持处于液相。通过将完全液相的热传递流体保持在下导管中，而将两相式流体保持在第二热传递区域中(这在向下流动的热传递流体和向上流动的热传递流体之间产生了密度差)来形成压头(head)，该压头对于将热传递流体的一部分从第二热传递区域输送至第一热传递区域而言是必要的。
对于所需隔热件的量没有绝对的要求。建议隔热件的量要足以实现以下目标：在热传递流体通过下导管时，由于下导管内的热传递流体与下导管外部之间的温度差(这是例如受环境空气的温度和太阳辐射的吸收的影响)导致的热量泄露到热传递流体中的程度将不会导致下导管中的热传递流体发生任何汽化。所需隔热件的量由此将基于具体的设计构造(包括，例如，下导管的竖直高度、热传递流体在下导管中的停留时间、热传递流体的组分以及热传递流体的实际操作压力)，其将根据不同的设计而不同。由此，建议的是，对泄入的热量的影响要根据具体情况进行评估。然而，作为指导原则，其热阻值R为0.3m2K/W或更高的隔热件是建议的示例。
在热传递流体在第二热传递区域的所述汽化过程中，热传递流体向上升起的情况甚至更有助于热传递流体的流通，原因在于蒸汽将有助于向上驱动任何存留的液体。优选地，第二热交换区域包括与第一热传递区域流体连通的至少一个上升管。
清楚地，下导管和/或至少一个上升管可以合适地具有环形的横截面(相于它们相应的流动方向而言在横向上的)。然而，对于下导管或至少一个上升管中的一者或两者而言，在需要的情况下，可以布置非环形的横截面。
典型地，可以仅通过重力来维持上述流通，而不需要使用泵，特别是当在第一热传递区域中热传递流体发生冷凝，而在第二热传递区域中热传递流体发生汽化的情况下。
在一组实施例中，下导管和第二热传递区域通过分配集管彼此流体连通，在此，第二热传递区域包括使分配集管与第一热传递区域流体连通的多个上升管。该多个上升管可以优选地布置成排以形成排列成排的上升管。离开下导管的所述冷凝部分可以分配至该多个上升管，在该多个上升管中所述热传递流体向上升起。这是实现下述内容的一种合适的方法：在第二热传递区域暴露至外部环境、用于进行间接热交换的累计面积可以大于暴露至外部环境的下导管的面积。可以除使用多个上升管之外或不使用多个上升管的另一方法是应用热接触改进器，例如从至少一个上升管向外伸出到外部环境中的鳍片。
与下导管相比，第二热传递区域的热交换面积的差别进一步地驱动热传递流体的流通，原因在于，由于自环境传递至热传递流体的传热率更高，第二热传递区域中的汽化得到增强。
当在下导管中甚至仅产生了少量的蒸汽时，热传递流体通闭合回路的流通会被限制，可能被限制到根本无法流通的程度。由此，优选地是，在下导管中根本不产生和/或不允许有任何蒸汽。
优选地，不仅下导管，分配集管也与外部环境热隔绝。这进一步保证了在热传递流体进入第二热传递区域(例如，在上升管中)之前，热传递流体不会发生汽化。
此外，分配集管优选地根据重力作用方向布置成低于第二热传递区域。由此实现了在至少一个上升管中产生的蒸汽无法进入下导管，原因在于，在至少一个上升管中产生的任何蒸汽都预期地向上流动。
可以在第一热传递区域和下导管之间优选地布置防涡器。该防涡器可以有助于在冷凝的热传递流体的液体进入下导管的同时，减少和/或避免携带任何蒸汽。
在图1和2中显示了用于加热液化的流体的装置的一个非限制性的示例，该装置是液化天然气的加热器的形式。该加热器还用作液化天然气的蒸发器。图1显示了该装置的横向截面的视图，而图2显示了该装置的纵向截面的视图。
所述装置包括全部布置在外部环境100中的第一热传递区域10、第二热传递区域20、下导管30以及用于循环热传递流体9的闭合回路5(用箭头5a、5b、5c表示)。典型地，外部环境100包括空气。第一热传递区域10、第二热传递区域20以及下导管30全部形成为闭合回路5的部分。第二热传递区域20可以包括至少一个上升管22，在该情况中，可以在该至少一个上升管22中传输热传递流体9的同时使外部环境与所述至少一个上升管22的外部接触。可选地，闭合回路5可以包括分配集管40以将下导管30与第二热传递区域20彼此流体连通。在第二热传递区域20包括多个上升管22的情况下，这样的分配集管40可以是有用的。所述至少一个上升管22，或多个上升管与第一热传递区域10流体连通。
可选的分配集管40优选地根据重力作用方向布置成低于第二热传递区域20.
第一热传递区域10可以包括容纳有热传递流体9的第一盒体13(例如，壳体的形式)。第一热传递区域10包括可以布置在第一盒体13内的第一热传递表面11。第一盒体13的壳体可以是细长型主体(例如，大体为圆筒形鼓的形式)，其在前端和后端设置有合适的遮盖。向外弯曲的壳体遮盖可以是合适的选择。所述壳体可以合适地沿主轴线A纵向地伸展。
第一热传递表面11用于使要被加热的液化的流体与热传递流体9发生第一间接热交换接触，由此，该热传递流体9位于第一热传递表面11的相反的一侧上，该相反的一侧是第一热传递表面的背离要被加热的液化的流体的那一侧。可选地，第一热传递表面11可以由可选地布置成管束14的一个或更多个管体12形成。在该情况中，要被加热的液化的流体可以在一个或更多个管体12中传输，同时热传递流体与所述一个或更多个管体12的外部接触。
类似于壳形或管形热交换器，管体12可以布置成单线程或多线程的，在必要的情况下，同时在所述前端和/或后端可以设置任何合适的固定头。
第二热传递区域20根据重力作用方向布置成低于第一热传递区域10。第二热传递区域20包括第二热传递表面21，热传递流体9经过该第二热传递表面与外部环境100发生第二间接热交换接触。在第二热交换表面21包括一个或更多个上升管22的情况下，热传递流体9可以在所述一个或更多个上升管22中传输，同时外部环境与所述一个或更多个上升管22的外部接触。所述一个或更多个上升管22的外表面可以便利地设置有热交换增强件，例如面积增大装置。这些热交换增强件可以是鳍片29、凹槽(未显示)或其他合适的装置的形式。需要注意的是，鳍片29可以布置在所有的上升管22上，但为清楚起见，在图2中仅在上升管22中的一个上升管上画有鳍片。
下导管30使第一热传递区域10与第二热传递区域20流体连通。更详细地，下导管30具有上游端和下游端，所述上游端用于允许热传递流体从第一热传递区域10流通至下导管30，而所述下游端用于允许热传递流体9从下导管30向着第二热传递区域20流通。下导管30与外部环境100热隔绝。在图1中通过设置在下导管30的外表面的隔热层35示意性地显示了这一点。隔热层35可以包括任何合适的管道或导管隔热材料和/或由任何合适的管道或导管隔热材料形成，并且该隔热层可以可选地提供有防止隔热层下腐蚀的保护措施。合适地，该隔热层包括泡沫材料，优选地包括闭孔式泡沫材料，以避免渗透凝结。一个示例是可选地设置有Armachek-R(TM)覆层的Armaflex(TM)管式隔热件，上述管式隔热件与覆层两者可以从阿乐斯(Armacell)英国有限责任公司获得。Armachek-R(TM)是高密度的橡胶基包覆衬里。
风机50(一个或更多个)可以相对于第二热传递区域20布置，以加强环境空气沿第二热传递区域20的流通，如图1中箭头52表示的。由此，可以增强第二间接热交换接触中的传热率。优选地，该风机容纳在空气导管55中，该空气导管布置成用于将环境空气从风机50引导至第二热传递区域20，或反之亦然。在优选的实施例中，环境空气总体上从第二热传递区域20向下流通进空气导管55，抵达风机50。
下导管30可以有多种形式。例如，作为非限制性的示例，下导管可以包括公共段31，该公共段使第一热传递区域10与T形接头23流体连通，在该T形接头处热传递流体9分到两个支流管32中。两个支流管32可以各连接至一个分配集管40，在此，这些分配集管中的每个分配集管分隔成使得，除非通过T形接头23，或者通过第一热传递区域10，这些分配集管中的一个分配集管内的热传递流体9无法流到另一个分配集管中。T型接头23可以根据重力作用方向布置成低于第一盒体13。
阀33(例如蝴蝶阀的形式)能够可选地设置在下导管30中，和/或设置在下导管30的支流管32中的每个支流管中。所述阀可以是手动操作的阀。在具有该阀的情况下，热传递流体通过闭合回路的流通能够被调节；在下导管中存在巨大的竖直落差的情况下，液体的静压水头会对泡点(沸点)产生相当大的影响，这可以通过所述阀形成摩擦压降来抵消。
在第一盒体13设置成沿主轴线A延伸的细长壳体的形式的情况下，支流管32可以合适地相对主轴线A的方向横向延伸。多个上升管中的上升管22可以布置成沿平行于主轴线A的主方向分布在分配集管40的上方。在该情况下，各分配集管40也合适地具有基本上沿与主轴线A相同的方向延伸的细长形状，在该情况中，上升管22能够合适地构造在平行于主轴线A的平面中。在一特别有利的实施例中，上升管以二维模式布置，即：其沿主方向以及相对于主方向横向延伸的横向方向两个方向延伸。
使特选的分配集管40与第一热传递区域10流体连通的上升管22的数量大于将第一热传递区域10与所述特选的分配集管40流体连通的下导管的数量(和/或单个下导管的支流管的数量)。例如，在一个实例中，有84个上升管22布置在第一热传递区域10和单个分配集管40之间，该单个分配集管仅通过单个下导管30的单个支流管32供给热传递流体9。所述多个上升管22能够合适地布置成分为两组，第一组上升管布置在连接所述分配集管40和第一热传递区域10的下导管30(或支流管32)的一侧，同时第二组上升管布置在下导管30(或支流管32)的另一侧。空气密封件57可以布置在下导管30(或支流管32)和多组上升管22中的每组上升管之间且位于下导管30的两侧上，以避免空气绕过第二热传递区域而穿过下导管30和多组上升管22中的每组上升管之间的间隙。
在正常的操作过程中，所述加热器包括在第一热传递区域10中积累的处于液相的热传递流体9的液体层6。优选地，只有来自液体层6的液体以液相通过下导管30抵达第二热传递区域20。
在第一热传递区域10内，在液相的热传递流体9的液体层6的上方是蒸汽区域8。标称液面7限定为在加热器的正常操作中液体层6与蒸汽区域8之间的界面的高度面。第一热传递表面11优选地布置在第一热传递区域10内的蒸汽区域8中、位于标称液面7上方。由此，在要被加热的液化的流体和热传递流体9之间发生的第一热交换接触中的热交换能够从在蒸汽区域8中可获得的热传递流体9的凝结热来最有效地获益。
第一热传递区域10和下导管30之间的界面可以由第一盒体13的壳体中的贯通开口形成。该界面优选地根据重力作用方向布置成低于第一盒体13中的热传递流体9的标称液面7.
第二热传递区域20优选地从根据重力作用方向而高于标称液面7的位置释放到第一热传递区域10中。以这样的方式，热传递流体9能够从第二热传递区域20循环回第一热传递区域10，同时绕过已经积累在第一盒体13中的热传递流体9的液相层。这可以通过如图1至3中显示的上升端部件24实现，该上升端部件与上升管流体连通，并且在上升管22和第一热传递区域10内位于标称液面7之上的蒸汽区域8之间延伸，该上升端部件24越过液体层6。
上升端部件24的开口端可以根据重力作用方向布置成高于第一热传递表面11，或者根据重力作用方向布置成低于第一热传递表面11。可选地，特别是在布置得低于第一热传递表面的情况中，可以设置一个或更多个液体转向装置，以在操作过程中阻止凝结的热传递流体9从第一热传递表面11滴落到上升端部件24上。这样的液体转向装置可以以多种方式实现，在图1和2中以堰板25的形式显示了该多种方式中的一种方式，该堰板布置在第一热传递表面11(例如，布置在管体12上的表面)和上升端部件24的开口端之间。所显示的堰板25平行于主轴线A布置，并且自水平面倾斜了大致30°以引导凝结的热传递流体9流向盒体13的纵向中心。其他的布置是可行的，例如，竖直地布置堰板，在此，第一热传递表面位于布置堰板的竖直平面的一侧，而上升端部件位于该竖直平面的另一侧，并且/或者，例如在上升端部件上设置类似于那些在蒸馏塔板中使用的泡罩。这些和/或其他方式的组合也是可行的。
防涡器60可以布置在下导管30的上游端处，例如，位于或靠近第一热传递区域10和下导管30之间的界面处。在图1和图2显示的实施例中，防涡器60合适地靠近第一热传递区域10和下导管30的公共段31之间的界面处。防涡器是已知的装置，用于避免在液体层6中产生涡流漩，原因在于，该涡流漩可能会将蒸汽带入流入下导管30的液体中。
尽管没有在图1和2中如此显示，但分配集管40可以与外部环境热隔绝(例如，以与下导管30相同的方式)。分配集管40的热隔绝件可以包括布置在分配集管40上的隔热材料层，优选地是与用于下导管30的隔热材料相同的隔热材料。
如一个示例所示，现在主要参考图2，该图中显示有U形管束形式的双程管束14。然而，本发明不局限于这种类型的管束。封盖在该特定的壳体的前端15上的壳体盖设置有封盖喷嘴16，该封盖喷嘴包括头部凸缘17，对于该头部凸缘而言任何形式都是合适的，在头部凸缘上可安装适当的(优选地为固定的)安装头部或管板。针对多程管束，可以在上述头部中设置一个或更多个线程的隔离件。典型地，单程隔离件足以用于双程管束。本发明不局限于该特别类型的封盖喷嘴16；例如，替代的，可以选择具有固定管板的封盖喷嘴。一种合适的头部是一体化的阀帽式头部，或者一种具有可拆卸的封盖的头部。管束中的管体可以通过一个或更多个横向隔板或支撑板彼此固定在相关位置上。可以在第一盒体13内设置机械结构以支撑所述管束，例如，所述机械结构为布置在管束下方的结构的形式。所述管体的端部可以固定在管板中。
可选地，所述特定的壳体的后端也可以设置有封盖喷嘴，使得也可以在该后端设置管板，从而不采用U形管。
尽管本发明没有要求，但是在上述的实施例中，下导管30的各个支流管32具有横向部分34，以及向下部分36，所述向下部分和横向部分通过弯肘连接部分38彼此流体连通。热传递流体9的第一标称流动方向较热传递流体9的第二标称流动方向导向更偏向于水平，热传递流体的第一标称流动方向为：热传递流体在横向部分34中从第一热传递区域10流至第二热传递区域20(用箭头5a表示)；而热传递流体的第二标称流动方向为：热传递流体在向下部分36中从第一热传递区域10流至第二热传递区域20(该后一种标称流动方向用箭头5b表示)。优选地，第一标称流动方向(5a)从竖直方向偏离的量在60°至90°的范围内，更优选地，处于偏离竖直方向80°至90°的范围内。优选地，第二标称流动方向(5b)从竖直方向偏离的量在0°至30°的范围内，更优选地，处于偏离竖直方向0°至10°的范围内。所发现的令人惊讶地是，热传递流体9通过闭合回路的流通对下导管中存在蒸汽的敏感性在30°和60°之间的范围内的倾斜角度处十分灵敏。在不局限于理论的情况下，通常被理解的是，在上述的倾斜角度范围内，下导管中的压力梯度对存在的蒸汽特别敏感，由此，该两相的流动状态是层状起伏式的。
通过布置横向部分34使得第一标称流动方向(5a)从竖直方向偏离的量在60°至90°的范围内，更优选地，从竖直方向偏离的量在80°至90°的范围内，而布置向下部分36使得第二标称流动方向(5b)从竖直方向偏离的量在0°至30°的范围内，更优选地，从竖直方向偏离的量在0°至10°的范围内，由此则可实现了下述效果：通过下导管30的倾斜角度落在30°和60°之间的倾斜范围内的所有部分的平均流动方向可以在不需要热传递流体9以位于所述倾斜范围内的角度流动通过下导管30(除了在弯肘连接部分38中持续了相对少的时间)的情况下实现。在该实施例中，弯肘连接部分38限定为横向部分34和向下部分36之间的下导管的部分，在该处，流动方向的倾斜角度在30°和60°之间的倾斜范围内。
上升管22的第二热传递表面21可以布置在上升管22的总体伸直部分中。上升管22的该总体伸直部分可以处于任何所需要的角度，包括处于30°和60°之间的倾斜范围内的角度。热传递流体9沿箭头5c的方向在上升管22的总体伸直部分中循环，该总体伸直部分从竖直方向偏离的角度为大约30°。沿着各支流管32的向下部分36，下导管30的各支流管32沿大致平行于上升管22的方向延伸。
然而，在一组可选的实施例中，下导管30的各支流管32的至少向下部分36以更加竖直的流动方向布置，例如，相对于竖直方向偏离的角度小于30°。现在参考图3，该图示意性地显示了该可替代的实施例的示例的类似于图1的截面部分。该可替代的实施例具有与上述特征相同的多个特征。需要说明的不同之处在于，在各支流管32的向下部分36中的热传递流体9沿箭头5b的流动方向从竖直方向偏离的量少于在上升管22的总体伸直部分中的热传递流体9沿箭头5c的流动方向从竖直方向偏离的量。优选地，各支流管32的向下部分36中沿箭头5b的流动方向以相对于竖直方向偏离的量在大致10°以内的角度延伸。已发现的是，在下导管的支流管32中以这样的方式(即，竖直地向下流动或接近竖直地向下流动)定向的压力梯度对产生蒸汽的敏感度要低于当该压力梯度以相对于竖直方向倾斜的量在10°和60°之间的角度定向时对产生蒸汽的敏感度。
显然，这些考虑因素能够可选地用作额外的安全保障措施，原因在于，在下导管中产生蒸汽或蒸汽进入下导管的情况下，这些安全保障措施将100％地发挥效用，从而在下导管中典型地将不存在任何两相流体。
当从水平面上的竖直投影视角观察时，弯肘连接部分38优选地处于第一盒体13的外部，同时在该竖直投影中主轴线A可以处于第一盒体13内。在具有该构造的情况下，下导管30的向下部分36能够从第一盒体13水平地偏移(当从所述的竖直投影中观察时)。从而，环境空气(52)沿竖直方向的流通必然会更少地被容纳有第一热传递区域10的第一盒体13阻碍，原因在于，所述外部空气能够在弯肘连接部分38和第一盒体13之间沿竖直方向流通。在该实施例中，当从水平面上的投影观察时，第二热传递表面21(至少对第二热传递表面21的一部分而言)优选地布置在弯肘连接部分38和第一盒体13之间的空间内。
如图1所示，下导管的向下部分36平行于所述至少一个上升管22布置。本发明还包括以下的实施例：其中，下导管30的各支流管的向下部分36与上升管22布置在同一平面中。取代具有接头23和横向部分34的情况，各下导管可以通过喷嘴而在与上升管处于同一平面的位置处从第一盒体的直接连接，使得下导管和上升管处于同一平面，而不需要横向部分。这也将允许具有两个独立的流通回路(左腿回路和右腿回路，各回路具有单独的下导管)。
在操作中，根据上述的实施例中的一个或多个实施例的装置适于在加热液化的流体的方法中使用。要被加热的液化的流体的优选示例是液化天然气流。最终获得的已加热的流体可以是再汽化的天然气流体(通过加热并且汽化液化天然气生产)，且所述再汽化的天然气流体可以通过天然气供应系统的管线网络分配。
液化天然气通常是甲烷为主、并混合有具有相对低(例如，低于25mol％)含量的乙烷、丙烷和丁烷(C2-C4)的混合物，该混合具有包括戊烷的微量的较重的烃类(C5+)，以及可能具有包括例如氮气、水、二氧化碳和/或氢硫化物的一些非烃类组分(典型地低于2mol％)。液化天然气的温度低到足以在低于2bar的绝对压强下使其保持液相的状态。该混合物可以从天然气中获取。
用于实现加热液化天然气的合适的热传递流体是CO2。热传递流体9在闭合回路5中循环。在所述循环的过程中，热传递流体9在第一热传递区域10中实现从气相至液相的第一相转变过程，而在第二热传递区域20中实现从液相至气相的第二相转变过程。然而，仅一部分的液体发生汽化，使得在整个第二热传递区域20中和上升端部件24中存在向上流动的液相，直到该液相流动通过上升端部件24的开口端进入液体层6。由此，热传递流体9以纯粹的液相状态进入第二热传递区域20，并且当热传递流体行进通过第二热传递区域20时变为两相流体(液-气混合物)。由此，热传递流体的流通量高于第二热传递区域20中的蒸发量(与第一热传递流体10中的冷凝量相等)。
两相流体中的气相的相对量应当足够低以避免仅通过气相形成任何自第二热传递区域20通过上升端部件24进入蒸汽区域8的逾渗通路。
根据特别优选的实施例，热传递流体包括至少90mol％CO2，更优选地，热传递流体包括100mol％或大致100mol％的CO2。当用于加热液化天然气时，CO2的重要优点在于，在用于热传递流体9的闭合回路5发生泄漏的情况下，CO2将在泄露点固化，由此缩减或甚至封住泄露点。此外，在CO2从闭合回路泄漏的情况下，其不会产生可燃的混合物。在30至35bar的压强范围内，CO2的沸点在-5.8℃至-0.1℃的范围内。
在加热液化的流体的方法中，要被加热的液化的流体通过第一热传递区域10与热传递流体9发生间接热交换接触，由此，热量从热传递流体9传递至经过第一热传递区域10的所述液化的流体。由此，热传递流体9的至少一部分凝结以形成冷凝部分。优选地，要被加热的液化的流体和热传递流体9的蒸汽之间的间接热交换发生在蒸汽区域8内。
合适地，要被加热的液化的流体充注进可选的管束14的一个或更多个管体12中。在液化的流体处于高压的情况下，所述液化的流体可以处于超临界状态，其中，在加热时无相转发生。在临界压力以下，液化的流体可以保持在其沸点以下的状态，或者当液化的流体经过第一热传递区域10时，所述液化的流体在一个或更多个管体12中部分或完全地汽化。第一热传递表面11优选地布置在第一热传递区域10中的蒸汽区域8内、位于标称液面7上方。
优选地，热传递流体9的冷凝部分以及从上升端部件24排入第一热传递区域10的未汽化的液相部分允许在第一热传递区域10中累积以形成液相的热传递流体9的液体层6。所述冷凝部分可以从第一热传递表面11(优选地，位于标称液面7上方)上滴落，然后可能地通过液体转向装置(例如堰板25中的一个堰板)进入液体层6。
同时，液体层6中的液体的热传递流体9的一部分流入下导管30。这形成了热传递流体9在闭合回路5中的循环部分。液相的热传递流体向下流动通过下导管30，并且与外部环境热隔绝，所述液相的热传递流体通过下导管30从第一热传递区域10流至第二热传递区域20，然后回到第一热传递区域10。热传递流体通过下导管30的流量，或者优选地，热传递流体通过下导管30的各支流管32的相对流量通过阀33来调节。
在第二热传递区域20中，热传递流体9与外部环境进行间接地热交换，由此，热量从外部环境传递至热传递流体9，从而热传递流体9发生汽化。可选的风机50可以用于增强环境空气沿第二热传递区域20的流通。如图1中用箭头52表示的，环境空气可以沿向下的方向穿过第二热传递区域20。
在热传递流体9在第二热传递区域20中的所述气化过程中，热传递流体9优选地向上升起。该向上升起的过程可以在至少一个上升管22中进行，优选地，在多个上升管22中进行。在该向上升起的过程在多个上升管中进行的情况中，离开下导管30的所述冷凝部分优选地在多个上升管22之上进行分配。
优选地，在下导管30中不产生并且/或者不存在任何蒸汽，原因在于，下导管30中的任何蒸汽可能会不利地影响闭合回路5内热传递流体9的流动行为。特别是当热传递流体9通过闭合回路5的循环仅由重力驱动时，避免在下导管30有任何蒸汽是有利的。在热传递流体9在闭合回路5中的所述循环的各单个行程过程中，液相的冷凝部分优选地通过防涡器60从第一热传递区域10行进至下导管30，这进一步有助于避免蒸汽进入下导管30。
本领域的技术人员将理解的是，本发明能够在不脱离附属的权利要求的范围的情况下，以多种不同的方式实现。

Claims (16)

1.一种用于加热液化的流体的装置，所述装置包括用于循环热传递流体的闭合回路，所述闭合回路包括第一热传递区域、第二热传递区域以及下导管，所述第一热传递区域、第二热传递区域以及下导管全部布置在外部环境中，其中，所述第一热传递区域包括第一热传递表面，要被加热的液化的流体经过所述第一热传递表面与所述热传递流体进行第一间接热交换接触，其中，所述第二热传递区域根据重力作用方向布置成低于所述第一热传递区域，并且其中，所述第二热传递区域包括第二热传递表面，所述热传递流体经过所述第二热传递表面与所述外部环境进行第二间接热交换接触，并且其中，所述下导管使所述第一热传递区域与所述第二热传递区域流体连通，其中，所述下导管与所述外部环境热隔绝。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二热传递区域包括与所述第一热传递区域流体连通的至少一个上升管。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述下导管和所述第二热传递区域通过分配集管彼此流体连通，由此，所述第二热传递区域包括将所述分配集管与所述第一热传递区域流体连通的多个上升管。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，将所述分配集管和所述第一热传递区域流体连通的上升管的数量大于使所述第一热传递区域和所述分配集管流体连通的下导管的数量。
5.根据权利要求3和4中的任意一项权利要求所述的装置，其中，所述分配集管与所述外部环境热隔绝，并且/或者其中，所述分配集管根据重力作用方向布置成低于所述第二热传递区域。
6.根据权利要求3至5中的任意一项权利要求所述的装置，其中，所述第一热传递区域包括沿主轴线纵向延伸的第一盒体，其中，所述多个上升管中的上升管布置成沿平行于所述主轴线的主方向分布在所述分配集管上。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述上升管沿所述主方向以及相对于所述主方向横向延伸的横向方向这两个方向来布置成二维模式。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，沿所述主方向观察，第一组上升管包括所述多个上升管中的至少一个上升管，所述第一组上升管布置在连接所述分配集管和所述第一热传递区域的所述下导管的一侧，并且其中，第二组上升管包括所述多个上升管中的至少一个上升管，所述第二组上升管布置在所述下导管的另一侧。
9.根据前述的权利要求中的任意一项权利要求所述的装置，其中，所述下导管具有上游端和下游端，所述上游端用于允许所述热传递流体从所述第一热传递区域流通进入所述下导管，而所述下游端用于允许所述热传递流体从所述下导管流通向所述第二热传递区域，其中，在所述下导管的所述上游端处设置有防涡器。
10.一种加热液化的流体的方法，所述方法包括：
使要被加热的所述液化的流体行进通过第一热传递区域、与热传递流体进行间接热交换接触，由此，热量从所述热传递流体传递至所述液化的流体，由此，所述热传递流体的至少一部分发生冷凝以形成冷凝部分；
使所述热传递流体在闭合回路中循环，通过至少一个下导管从所述第一热传递区域循环至第二热传递区域，然后回到所述第一热传递区域，所述第一热传递区域、第二热传递区域以及下导管全部布置在外部环境中，其中，所述热传递流体的循环包括，使呈液相的所述冷凝部分与所述外部环境热隔绝地向下行进通过所述下导管至所述第二热传递区域，并且使所述热传递流体行进通过所述第二热传递区域而流至所述第一热传递区域，在此，在所述第二热传递区域中，所述热传递流体与所述外部环境发生间接热交换接触，由此，热量从所述外部环境传递至所述热传递流体，并且使所述热传递流体部分地汽化。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述热传递流体在所述第二热传递区域中的上述汽化过程中，所述热传递流体向上升起。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，离开所述下导管的冷凝部分分配至多个上升管，所述向上升起的过程在所述多个上升管中进行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一热传递区域包括沿主轴线纵向延伸的第一盒体，其中，所述多个上升管中的上升管布置成沿平行于所述主轴线的主方向分布在所述分配集管上，由此，沿所述主方向观察，第一组上升管包括所述多个上升管中的至少一个上升管，所述第一组上升管布置在连接所述分配集管和所述第一热传递区域的所述下导管的一侧，并且其中，第二组上升管包括所述多个上升管中的至少一个上升管，所述第二组上升管布置在所述下导管的另一侧。
14.根据权利要求10至13中的任意一项权利要求所述的方法，其中，在所述下导管中不存在蒸汽。
15.根据权利要求10至14中的任意一项权利要求所述的方法，其中，所述热传递流体在所述闭合回路中的所述循环的各单个行程包括，使呈液相的所述冷凝部分通过防涡器从所述第一热传递区域行进至所述下导管。
16.根据权利要求10至15中的任意一项权利要求所述的方法，其中，要被加热的所述液化的流体包括液化天然气，并且其中，通过加热并且由此汽化所述液化天然气来生产再汽化的天然气流。
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