CN106287212B - 一种回热式气化器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回热式气化器，包括壳体，冷媒进口，冷媒出口，LNG进口，NG出口，壳体内设有回热腔和围设在回热腔外面的换热腔，还包含设置在回热腔和换热腔之间的隔冷腔，所述的回热腔和换热腔之间有相通的通道，所述的换热腔与隔冷腔之间有相通的通道，所述的隔冷腔与回热腔之间有相通的通道；通过设置隔冷腔，可防止回热腔内低温LNG直接接触到换热腔而导致换热腔内冷媒介质冻结，回热腔体用隔板形成多流程全逆流换热，很好的杜绝了LNG与冷媒间的直接换热，提高了换热效率，增加了空间利用率；安装预加热装置，可以有效防止开机时LNG尚未回热而导致冷媒介质冻结。

Description

一种回热式气化器

技术领域

本发明属于液化天然气的换热气化领域，具体涉及一种回热式气化器。

背景技术

天然气与煤炭、石油为目前世界一次能源的三大支柱，其具有热值高，燃尽性好并对环境污染少，被认为是洁净环保的能源。随着世界经济的快速发展，液化天然气(LiquidNatural Gas，LNG)越来越多地被人们开放和利用，充分利用LNG携带的冷能，不仅可以节省能源、创造经济效益，而且可以避免 LNG气化过程对周边环境造成的冷污染。

LNG是-162℃的低温流体，在实际应用之中都需要将LNG气化并恢复到常温以后才能使用。LNG气化器是一种专门用于将液化天然气气化的热交换器，是LNG终端项目的关键设备之一。

目前LNG气化设备主要有：

1)开架式气化器(ORV)：以海水为热源流体的气化器，是用于基本负荷型的大型LNG汽化设备，气化器的基本单元是传热管，由若干传热管组成板状排列，两端由集气管或集液管焊接形成一个板型管束，再由若干个板型管束组成的气化器，气化器顶部有海水喷淋装置，海水喷淋在板型管束外表面上，依靠重力的作用自上而下流动，LNG在管内向上流动，海水将热量传递给LNG，使其加热并气化。缺点是气化过程中产生的冷量没有回收利用，而且海水容易结冰，影响汽化效率，可参见中国专利公告号CN 202152913 U。

2)浸没燃烧式气化器(SCV)：是以消耗自身产生的天然气为热源，通过部分燃烧方式为LNG的气化提供热能，其运行成本高，需要直接燃烧燃料加热，浪费能源，需要处理废水，不环保，维护和操作均复杂，只作为应急备用，一般情况下不采用此种气化器，可参见中国专利公告号CN 203132135 U。

3)管壳式气化器(STV)/中间流体式气化器(IFV)：STV/IFV同属管壳式气化器，STV类同于一般形式的管壳式换热器，结构简单通常可以利用海水、空气和工业废弃等热源；IFV是在传统形式管壳式换热器增加一层中间换热层，可利用中间传热介质如丙烷、丁烷或氟利昂等介质，对结冰带来的影响有一定改善；但是两者的维护和周期检查工作相对复杂，安装空气热回收系统占地面积较大，且管壳式气化器(STV)仍存在结冰带来的影响，而IFV结构复杂并需引入第三种介质，且对结冰带来的影响效果不是很明显。

中国专利申请号201310120847.9公开了一种带有回热形式气化器，该气化器属于管壳式换热器，其结构是壳体内增加了一套回热装置，使换热后的气态天然气NG重新引入中间壳体，其目的为预热LNG，防止出现结冰现象，但该气化器在初始阶段或使用温度不是很高的热源时仍会出现结冰现象。而在连续运行过程中，如果热源温度较低或流量较小的情况下，回热的NG在与超低温LNG换热过程中，回热NG的温度过低会导致翅片周边形成结冰现象，从而大大降低换热效果，且有堵塞热源介质通道的风险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种带有隔冷腔的回热式气化器，其能有效利用较低温度热源，并能极好的避免液态冷源与热源之间的接触，防止热源冷冻。

为实现发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种回热式气化器，包括壳体，热源进口，热源出口，液态冷源进口，气态冷源出口，壳体内设有回热腔和围设在回热腔外面的换热腔，还包含设置在回热腔和换热腔之间的隔冷腔，所述的回热腔和换热腔之间有相通的通道，所述的换热腔与隔冷腔之间有相通的通道，所述的隔冷腔与回热腔之间有相通的通道。

这里所述的热源可以是制冷剂、水、乙二醇等为冷源提供汽化热量的介质，所述的冷源为深冷汽化气体，如LNG、液氮等。

该气化器液体冷源从液态冷源进口进入回热腔经换热腔后到隔冷腔，再从隔冷腔回到回热腔后从气态冷源出口流出，冷媒介质从冷媒进口进入换热腔后从冷媒出口中流出。隔冷腔的作用是防止回热腔内的低温液体冷源直接接触到换热腔而导致换热腔内热源冻结，而且隔冷腔内低温液体冷源可以两次和热源换热，提高换热效率。

作为优选，所述的回热腔含有与液态冷源进口相连的内管内部的低温区和所述内管外部的高温区。

作为优选，所述的回热腔由隔板将腔体分割成若干份腔体，每份腔体内都包含所述低温区及所述高温区，且相互连通形成多个流道，增长了回热腔内换热流动的流程，从而进一步降低液态冷源和热源介质的温差。

作为优选，所述的换热腔包括缠绕在隔冷腔外的换热管及换热管与壳体形成的空腔，液体冷源走换热管，热源走换热管与壳体形成的空腔。

作为优选，所述的换热管为翅片管或麻花管，可提高换热效率。

作为优选，所述的换热腔包括含液态冷源槽道和热源槽道的波纹桶。

作为优选，所述的波纹桶的液态冷源槽道和热源槽道由旋转波纹管分割成，旋转波纹管能增加液态冷源的换热面积，还能减少换热腔占用的空间，缩小气化器的体积。

作为优选，所述波纹桶的换热腔从外往里依次设有热源进口、集气槽和进气孔；所述波纹桶的换热腔从外往里还依次设有热源出口、集液槽和排液孔。

作为优选，所述的回热腔和换热腔之间有相通的通道为回热腔中的内管和换热腔的换热管或液态冷源槽道互相连通；所述的换热腔与隔冷腔之间有相通的通道为隔冷腔内设有的隔冷腔气态冷源进口与换热腔的换热管或液态冷源槽道互相连通；所述的隔冷腔与回热腔之间有相通的通道是隔冷腔内设有的隔冷腔气态冷源出口与回热腔的内管互相连通。

作为优选，所述的回热腔中的内管和换热腔的换热管或液态冷源槽道的连接处安装有预加热装置，防止开机时液态冷源尚未回热而导致热源冻结。

作为优选，所述的气化器包括上封口，通过第一隔板将回热腔和上封口分开为两个腔体，所述的第一隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔；所述的气化器还包括下封口，通过第二隔板将回热腔和下封口分开为两个腔体，所述的第二隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔；所述的下封口设有液态冷源进口、气态冷源出口及连接换热腔和回热腔的接口端。

本发明的回热式气化器具有以下有益效果：

1、气化器壳体内的回热腔和换热腔之间设置隔冷腔，系统运行时隔冷腔内注满换热后高温度气态冷源气体，可防止回热腔内低温液态冷源直接接触到换热腔而导致换热腔内热源冻结，而且隔冷腔内低温液态冷源可以两次和热源换热，提高换热效率，因此该系统可利用较低温度的热源，大大拓展了该气化器的使用范围；

2、回热腔体用隔板形成多流程全逆流换热，很好的杜绝了液态冷源与热源间的直接换热，提高了换热效率，增加了空间利用率；

3、在回热腔中的内管和换热腔的换热管或液态冷源槽道的连接处安装有预加热装置，可以有效防止开机时液态冷源尚未回热而导致热源冻结；

4、使用包括液态冷源槽道和热源槽道的波纹桶进行热源与液态冷源换热时，不但减少了换热腔的容积，同时还增大换热面积，从而进一步缩小了换热器总体积，提高了空间利用率。

附图说明

图1是中国专利申请号201310120847.9公开的带有回热形式气化器的结构示意图；

图2是本发明的回热式气化器的实施例1的立体结构图；

图3是图2回热式气化器中A-A方向的剖视图；

图4是图2回热式气化器中B-B方向的剖视图；

其中，1.壳体；2.冷媒进口；3.冷媒出口；4.LNG进口；5.回热腔；6.换热腔；7.隔冷腔；8.内管；9.换热管；10.隔冷腔NG进口；11.隔冷腔NG出口； 12.翅片；13隔板；14.预加热装置；15.上封口；16第一隔板；17.下封口；18.第二隔板；20.NG出口；

图5是图3和图4中回热腔中隔板设计视图；

其中，8.内管；13隔板；16第一隔板；18.第二隔板；19.小孔；

图6是本发明的回热式气化器的实施例2的结构示意图；

图7是图6回热式气化器中A-A方向的剖视图；

图8是图6回热式气化器中B-B方向的剖视图；

其中，1.壳体；2.冷媒进口；3.冷媒出口；4.LNG进口；5.回热腔；6.换热腔；7.隔冷腔；8.内管；9.翅片；10.隔板；11.波纹桶；12.集气槽；13. 进气孔；14.集液槽；15.排液孔；16.LNG槽道；17.冷媒介质槽道；18.隔冷腔NG进口；19.隔冷腔NG出口；20.NG出口；21.预加热装置；22.上封口； 23第一隔板；24.下封口；25.第二隔板；26.小孔；

图9是图6回热式气化器中C-C方向的剖视图；

1.壳体；5.回热腔；7.隔冷腔；10.隔板；11.波纹桶；16.LNG槽道；17. 冷媒介质槽道；

图10是图7和图8中的波纹桶的结构示意图；

其中，16.LNG槽道；17.冷媒介质槽道；

图11是图7和图8中回热腔中隔板设计视图；

其中，8.内管；10隔板；23第一隔板；26.第二隔板；24.小孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图2至图5所述的一种回热式气化器，包括壳体1，冷媒进口2，冷媒出口3，LNG进口4，NG出口20，壳体1内设有回热腔5和围设在回热腔外面的换热腔6，还包含设置在回热腔5和换热腔6之间的隔冷腔7，所述的回热腔5中的内管8和换热腔6的换热管9互相连通；所述的隔冷腔7内设有的隔冷腔NG进口10与换热腔6的换热管9互相连通；所述的隔冷腔7内设有的隔冷腔NG出口11与回热腔5的内管8互相连通；所述的回热腔5含有与LNG 进口4相连的设有翅片管12的内管8，所述的回热腔5由隔板13将腔体分割成4份腔体，每份腔体内各含一根内管形成多个流道，所述的换热腔包括缠绕在隔冷腔外的换热管和换热管与壳体形成的空腔，所述的换热管为翅片管或麻花管，所述的回热腔5中的内管8和换热腔的换热管的连接处安装有预加热装置14，所述的气化器还包括上封口15，通过第一隔板16将回热腔和上封口分开为两个腔体，所述的第一隔板16套在回热腔的内管8上且带有数个小孔，该小孔是NG流道的进/排气孔；所述的气化器还包括下封口17，通过第二隔板18将回热腔和下封口分开为两个腔体，所述的第二隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔，该小孔是NG流道的进/排气孔；所述的下封口设有LNG 进口4、NG出口20及连接换热腔和回热腔的接口端。

下面结合上述主要结构对本实施例的气化器的设计思路及工作原理做如下说明：

如图2至图5所述的一种回热式气化器，其流向方向为低温LNG通过LNG 进口4进入到设置有翅片的内管8，经过四个流程后通过初始预热管14进入换热管9中，并与换热管与壳体形成的空腔中的冷媒进行换热，其中冷媒由冷媒进口2进入到空腔中，换完热后再由冷媒出口3排出，换热后的高温NG气体通过隔冷腔NG进口10进入到隔冷腔7中，待隔冷腔7中充满高温NG气体后再由隔冷腔NG出口11进入到四流程完成与翅片内管8内的低温LNG的换热，最终NG气体经过四流程流道后由NG出口5进行入续设备中使用。

实施例2

如图6至图11所述的一种回热式气化器，包括壳体1，冷媒进口2，冷媒出口3，LNG进口4，NG出口20，壳体1内设有回热腔5和围设在回热腔5外面的换热腔6，还包含设置在回热腔5和换热腔6之间的隔冷腔7，所述的回热腔5含有与LNG进口4相连的设有翅片9的内管8；所述的回热腔5由隔板10将腔体分割成四份腔体，每份腔体内各含一根内管形成多个流道，所述的换热腔6包括含LNG槽道16和冷媒介质槽道17的波纹桶11；所述的波纹桶 11的LNG槽道16和冷媒介质槽道17由旋转波纹管分割成，所述波纹桶11的换热腔从外往里依次设有冷媒进口2、集气槽12和进气孔13；所述波纹桶11 的换热腔从外往里还依次设有冷媒出口3、集液槽14和排液孔15；所述的回热腔5中的内管8和换热腔6的LNG槽道16互相连通；所述的隔冷腔内设有的隔冷腔NG进口18与换热腔的LNG槽道16互相连通；所述的隔冷腔内设有的隔冷腔NG出口19与回热腔的内管8互相连通；所述的回热腔5中的内管和波纹桶11的LNG槽道16的连接处安装有预加热装置21；所述的气化器还包括上封口22，通过第一隔板23将回热腔和上封口分开为两个腔体，所述的第一隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔24，该小孔是NG流道的进/排气孔；所述的气化器还包括下封口25，通过第二隔板26将回热腔和下封口分开为两个腔体，所述的第二隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔，该小孔是NG流道的进/排气孔；所述的下封口设有LNG进口5、NG出口20及连接换热腔和回热腔的接口端。

下面结合上述主要结构对本实施例的气化器的设计思路及工作原理做如下说明：

如图6至图10所述的一种回热式气化器，其流向方向为低温LNG通过LNG 进口4进入到设有翅片9的内管8，经过四个流程后通过初始预热管21进入波纹桶11的波纹层的LNG槽道16中，并与冷媒介质槽道17中的冷媒进行换热，其中冷媒由冷媒进口2进入集气槽12中再由进气孔13均布进入槽道内，换热后的冷媒由冷媒排液孔15进入集液槽14中再由冷媒出口3排出，换热后的高温NG气体通过隔冷腔NG进口18(均匀按照槽道排布的孔)进入到隔冷腔7中，待隔冷腔7中充满高温NG气体后再由隔冷腔NG出口19进入到四流程内中完成与翅片内管8内的低温LNG的换热，最终NG气体经过四流程流道后由NG出口20进入后续设备中使用。

实施例3

参照实施例1所述的一种回热式气化器，其与实施例1的区别在于，实施例中用到了两块隔板13将回热腔分割成4份腔体，而本实施例用了一块隔热板将回热腔分割成2份腔体。

实施例4

参照实施例2所述的一种回热式气化器，其与实施例2的区别在于，实施例中用到了两块隔板10将回热腔分割成4份腔体，而本实施例用了三块隔热板将回热腔分割成6份腔体。

实施例5

参照实施例1所述的一种回热式气化器，其与实施例1的区别在于，实施例1中采用单一带翅片的内管，而本实施例采用多根内管，也可在多根内管中的管外设置翅片或肋片。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内，例如实施例中冷媒可以替换成水、乙二醇等为冷源提供汽化热量的介质，冷源LNG可以替换成为液氮等深冷汽化气体。

Claims (7)

1.一种回热式气化器，包括壳体，热源进口，热源出口，液态冷源进口，气态冷源出口，壳体内设有回热腔和围设在回热腔外面的换热腔，其特征在于，还包含设置在回热腔和换热腔之间的隔冷腔，所述的回热腔和换热腔之间有相通的通道，所述的换热腔与隔冷腔之间有相通的通道，所述的隔冷腔与回热腔之间有相通的通道；

所述的换热腔包括含液态冷源槽道和热源槽道的波纹桶；

所述的波纹桶的液态冷源槽道和热源槽道由旋转波纹管分割成；

所述的回热腔和换热腔之间有相通的通道为回热腔中的内管和换热腔的换热管或液态冷源槽道互相连通；所述的换热腔与隔冷腔之间有相通的通道为隔冷腔内设有的隔冷腔气态冷源进口与换热腔的换热管或液态冷源槽道互相连通；所述的隔冷腔与回热腔之间有相通的通道是隔冷腔内设有的隔冷腔气态冷源出口与回热腔的内管互相连通。

2.根据权利要求1所述的回热式气化器，其特征在于，所述的回热腔含有与液态冷源进口相连的内管内部的低温区和所述内管外部的高温区。

3.根据权利要求2所述的回热式气化器，其特征在于，所述的回热腔由隔板将腔体分割成若干份腔体，每份腔体内都包含所述低温区及所述高温区。

4.根据权利要求1所述的回热式气化器，其特征在于，所述的换热腔包括缠绕在隔冷腔外的换热管及换热管与壳体形成的空腔。

5.根据权利要求4所述的回热式气化器，其特征在于，所述的换热管为翅片管或麻花管。

6.根据权利要求1所述的回热式气化器，其特征在于，所述的回热腔中的内管和换热腔的换热管或液态冷源槽道的连接处安装有预加热装置。

7.根据权利要求1所述的回热式气化器，其特征在于，所述的气化器包括上封口，通过第一隔板将回热腔和上封口分开为两个腔体，所述的第一隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔；所述的气化器还包括下封口，通过第二隔板将回热腔和下封口分开为两个腔体，所述的第二隔板套在回热腔的内管上且带有数个小孔；所述的下封口设有液态冷源进口、气态冷源出口及连接换热腔和回热腔的接口端。

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