CN106017169B - 一种采用自循环中间介质的lng汽化器及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用自循环中间介质的LNG汽化器，包括壳体，所述壳体内采用分别开设有多行多列通孔的第一隔板和第二隔板，将其依次隔分为在壳体顶部对应设置有进、出口的LNG换热腔、第一换热介质换热腔和左右侧壁对应设置有进、出口的第二换热介质换热腔；所述第一隔板的通孔中固定安装有贯穿LNG换热腔和第一换热介质换热腔的第一热管，所述第二隔板的通孔中固定安装有贯穿第一换热介质换热腔和第二换热介质换热腔的第二热管。本发明结构简单、运行可靠，有效地解决了‑163℃的低温LNG汽化时引起的换热介质结冰，引起汽化器汽化性能恶化等问题。本发明还公开了一种采用自循环中间介质的LNG汽化器的实现方法。

Description

一种采用自循环中间介质的LNG汽化器及实现方法
技术领域
本发明涉及一种汽化器，尤其是涉及一种采用自循环中间介质的LNG汽化器，属于换热器领域。
背景技术
随着世界能源结构的进一步紧张和环境污染的日益严重，人们越来越注重开发利用新能源。天然气作为一种清洁、高效的能源越来越受到青睐。天然气常温为气体，不便于贮存和远距离运输，因此一般采用先将其转变为-163℃低温液体(LNG)，然后贮存和远距离运输。但在使用LNG之前，则需要利用汽化装置将-163℃左右温度的液态LNG升温为到5℃左右的气态天然气(NG)。
目前，用于LNG汽化汽化器主要包括以下类型：
(1)开架式汽化器，即LNG在该装置的传热管内流动，管外有海水喷淋装置喷淋海水于传热管，实现海水与LNG的热量的交换；该装置结构简单，换热体积大，直接利用海水与LNG进行换热，但由于LNG在换热过程显热交换温差大，释放冷量多，容易导致海水结冰，因此该装置汽化效率稳定性并不能得到保障。
(2)带中间传热介质的汽化器，即LNG与中间传热介质进行换热，中间传热介质与海水(或其他热源)进行换热，由于中间传热介质采用低凝固点的介质，保证了系统的稳定的运行；但由于需增加用于中间流动的装置，使得装置结构复杂。
(3)管壳式汽化器，该汽化器虽结构紧凑，但由于管壳式换热效率并不高且热源流量较大，并不能保证LNG汽化的稳定的进行。
申请号为201510313021.3的专利公开了一种采用梯级汽化技术的LNG汽化器，该系统主要由壳体、隔板、若干热管构成，其中：两块多孔隔板将壳体隔分为3个腔体，上部腔体两端分别对应NG出口和LNG进口，中间腔体两端分别对应第一换热介质出口和第一换热介质进口，下部腔体两端分别对应第二换热介质进口和第二换热介质出口。热管分别垂直固定安装于两块隔板上，穿伸于三个不同的腔体内。LNG的冷量通过热管传递给第一换热介质，第一换热介质再通过热管将冷量传递给第二换热介质。该发明为保证第一换热介质在第一换热介质换热腔中循环流动，需设有对应的动力循环装置和循环管路，这不仅增加了装置的能源损耗和成本，而且使得整个装置复杂性上升，可靠性下降。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术所存在的功能局限的缺陷，提供了一种采用自循环中间介质的LNG汽化器及实现方法。
本发明的汽化器利用第一换热介质吸收第二换热介质的热量汽化后的浮升力和吸收LNG冷量冷凝成液体的重力，促使第一换热介质在第一换热介质换热腔9内产生上下的自循环流动，结构简单且无需额外动力。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用自循环中间介质的LNG汽化器，包括壳体4，所述壳体4内采用分别开设有多行多列通孔的第一隔板7和第二隔板10，将其依次隔分为在壳体4顶部对应设置有进、出口的LNG换热腔6、第一换热介质换热腔9和左右侧壁设置有进、出口的第二换热介质换热腔13；所述第一隔板7的通孔中固定安装有贯穿LNG换热腔6、第一换热介质换热腔9的第一热管2；所述第二隔板10的通孔中固定安装有贯穿第一换热介质换热腔6、第二换热介质换热腔13的第二热管12。
进一步，上述所述第一热管2贯穿在LNG换热腔6中的一段的外壁上和所述第二热管12贯穿在第二换热介质换热腔13中的一段的外壁上沿轴向各自套装有若干水平翅片3；所述第一热管2和第二热管12贯穿在第一换热介质换热腔9中的一段的外壁上沿圆周套装有若干垂直翅片8。
进一步，上述所述第一隔板7和第二隔板10与所述壳体4的连接为焊接连接。所述第一隔板7和第二隔板10上的通孔的排列为交错或顺排排列。
进一步，上述所述第一热管2和第二热管12贯穿在第一换热介质换热腔9中的一段的长度均小于所述第一换热介质换热腔9容积高度的1/2。所述第一换热介质换热腔9为内部压力等于100Pa-200Pa的密闭腔体，腔体内设贮有浸没第二热管12的冷凝端且不超过第一换热介质换热腔9容积高度的1/2的低沸点工质。
本发明所述的第一换热介质通过热管与LNG直接进行换热，由于LNG汽化时释放冷量大，为保证第一换热介质在换热过程中不会结冰，则需采用低沸点相变换热介质如丙烷；而所述第二换热介质无需考虑上述问题，即采用一般换热介质即可如海水。为保证三种介质能够进行换热且实现LNG温度的逐步提升，LNG与第二换热介质为逆向流动。
本发明根据LNG汽化过程的汽化特征，通过合理组合和布置不同换热腔中热管的蒸发端及冷凝端来保证LNG汽化的稳定进行；总体来说，置于LNG换热腔6中的第一热管2和置于第一换热介质换热腔9中的第二热管12为热管的冷凝端；置于第一换热介质换热腔9中的第一热管2和置于第二换热介质换热腔13中的第二热管12为热管的蒸发端。
本发明所述的第二换热介质在第二换热介质换热腔13中流动，与第二热管12的蒸发端进行换热，第二热管12的蒸发端吸收来自第二换热介质的热量并通过其冷凝端将热量传递给第一换热介质；第一换热介质吸收热量后由液态汽化为气态，气态的第一换热介质与第一热管2的蒸发端进行换热并通过其冷凝端将热量传递给LNG。
附图说明
图1为本发明专利的结构示意图；
图中：1、NG出口；2、第一热管；3、水平翅片；4、壳体；5、LNG进口6、LNG换热腔；7、第一隔板；8、垂直翅片；9、第一换热介质换热腔；10、第二隔板；11、第二换热介质出口；12、第二热管；13、第二换热介质换热腔；14、第二换热介质出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不限于下述实施例，凡采用等同替换或等效变换形式获得的技术方案，均在本发明保护范围之内。
如附图1所示，为本发明的一种采用自循环中间介质的LNG汽化器，包括壳体4，所述壳体4内采用分别开设有多行多列通孔的第一隔板7和第二隔板10，将其依次隔分为在壳体4顶部对应设置有进、出口的LNG换热腔6、第一换热介质换热腔9和左右侧壁设置有进、出口的第二换热介质换热腔13；所述第一隔板7的通孔中固定安装有贯穿LNG换热腔6、第一换热介质换热腔9的第一热管2；所述第二隔板10的通孔中固定安装有贯穿第一换热介质换热腔6、第二换热介质换热腔13的第二热管12。其中，所述第一热管2贯穿在LNG换热腔6中的一段的外壁上和所述第二热管12贯穿在第二换热介质换热腔13中的一段的外壁上沿轴向各自套装有若干水平翅片3；所述第一热管2和第二热管12贯穿在第一换热介质换热腔9中的一段的外壁上沿圆周套装有若干垂直翅片8。所述第一隔板7和第二隔板10与所述壳体4的连接为焊接连接。所述第一隔板7和第二隔板10上的通孔的排列为交错或顺排排列。所述第一热管2和第二热管12贯穿在第一换热介质换热腔9中的一段的长度均小于所述第一换热介质换热腔9容积高度的1/2。所述第一换热介质换热腔9为内部压力等于100Pa-200Pa的密闭腔体，腔体内设贮有浸没第二热管12的冷凝端且不超过第一换热介质换热腔9容积高度的1/2的低沸点工质。
本发明的一种采用自循环中间介质的LNG汽化器的实现方法，流程如下：
1、LNG换热流程：LNG从LNG进口5流入LNG换热腔6与第一热管2的冷凝端进行换热，吸收热管中低沸点工质从第一换热介质吸收得到的热量从而温度升高，将-163℃的LNG升温为常温NG，随后从NG出口1排出，完成LNG的汽化过程。
2、第一换热介质换热流程：液态的第一换热介质换热腔9中的第一换热介质与第二热管12的冷凝端进行换热，吸收热管中低沸点工质从第二换热介质吸收得到的热量汽化产生浮升力。气态的第一换热介质不断上升，与第一换热介质换热腔体9中的第一热管2的蒸发端进行换热，吸收来自LNG的冷量，温度降低冷凝为液体。液态的第一换热介质在重力的作用下沿着第一热管2的垂直翅片8外壁向下回流，最终回流到第一换热介质换热腔9的底部，液态的第一换热介质继续吸收热量汽化为气态，所述过程周而复始。
3、第二换热介质换热流程：第二换热介质从第二换热介质进口14流入第二换热介质换热腔13与作为第二热管12的蒸发端进行换热，将热量提供给第一换热介质，使得第一换热介质温度升高而汽化；通过调节进入第二换热介质换热腔13中第二换热介质的流量，从而匹配LNG汽化量，实现实时工况的调节。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种采用自循环中间介质的LNG汽化器，包括壳体(4)，其特征在于：所述壳体(4)内采用分别开设有多行多列通孔的第一隔板(7)和第二隔板(10)，将其依次隔分为在壳体(4)顶部对应设置有进、出口的LNG换热腔(6)、第一换热介质换热腔(9)和左右侧壁对应设置有进、出口的第二换热介质换热腔(13)；所述第一隔板(7)的通孔中固定安装有贯穿LNG换热腔(6)和第一换热介质换热腔(9)的第一热管(2)，所述第二隔板(10)的通孔中固定安装有贯穿第一换热介质换热腔(9)和第二换热介质换热腔(13)的第二热管(12)；所述第一热管(2)贯穿在LNG换热腔(6)中的一段的外壁上和所述第二热管(12)贯穿在第二换热介质换热腔(13)中的一段的外壁上沿轴向各自套装有若干水平翅片(3)；所述第一热管(2)和第二热管(12)贯穿在第一换热介质换热腔(9)中的一段的外壁上沿圆周套装有若干垂直翅片(8)；所述第一热管(2)和第二热管(12)贯穿在第一换热介质换热腔(9)中的一段的长度均小于所述第一换热介质换热腔(9)容积高度的1/2；所述第一换热介质换热腔(9)为内部压力等于100Pa-200Pa的密闭腔体，腔体内设贮有浸没第二热管(12)的冷凝端且不超过第一换热介质换热腔(9)容积高度的1/2的低沸点工质。
2.根据权利要求1所述的采用自循环中间介质的LNG汽化器，其特征在于：所述第一隔板(7)和第二隔板(10)与所述壳体(4)的连接为焊接连接。
3.根据权利要求1所述的采用自循环中间介质的LNG汽化器，其特征在于：所述第一隔板(7)和第二隔板(10)上的通孔的排列为交错或顺排排列。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的采用自循环中间介质的LNG汽化器的实现方法，其特征在于包括如下流程：
(1)LNG换热流程：LNG从LNG进口(5)流入LNG换热腔(6)与第一热管(2)的冷凝端进行换热，吸收热管中低沸点工质从第一换热介质吸收得到的热量从而温度升高，将-163℃的LNG升温为常温NG，随后从NG出口(1)排出，完成LNG的汽化过程；
(2)第一换热介质换热流程：液态的第一换热介质换热腔(9)中的第一换热介质与第二热管(12)的冷凝端进行换热，吸收热管中低沸点工质从第二换热介质吸收得到的热量汽化产生浮升力；气态的第一换热介质不断上升，与第一换热介质换热腔(9)中的第一热管(2)的蒸发端进行换热，吸收来自LNG的冷量，温度降低冷凝为液体；液态的第一换热介质在重力的作用下沿着第一热管(2)的垂直翅片(8)外壁向下回流，最终回流到第一换热介质换热腔(9)的底部，液态的第一换热介质继续吸收热量汽化为气态，过程周而复始；
(3)第二换热介质换热流程：第二换热介质从第二换热介质进口(14)流入第二换热介质换热腔(13)与作为第二热管(12)的蒸发端进行换热，将热量提供给第一换热介质，使得第一换热介质温度升高而汽化；通过调节进入第二换热介质换热腔(13)中第二换热介质的流量，从而匹配LNG汽化量，实现实时工况的调节。
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