CN106870938B - 一种管翅式中间介质气化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管翅式中间介质气化器，它解决了现有技术中存在的占地面积大、换热效率不高的问题，具有结构紧凑、占地面积小、换热效率高、使用寿命长、维修投资小并且适应性强的效果，其技术方案为：包括中间介质蒸发器、LNG气化器和调温器，所述的中间介质蒸发器与LNG气化器连通，所述的LNG气化器与调温器连通；所述的中间介质蒸发器为热源流体与中间介质的传热段，所述的LNG气化器为LNG与中间介质的对流传热段，所述的调温器为气化后的LNG与热源流体的传热段；所述的中间介质蒸发器、LNG气化器和调温器均采用管翅式换热器结构。

Description

一种管翅式中间介质气化器

技术领域

本发明涉及LNG中间介质型气化器技术领域，特别是涉及一种管翅式中间介质气化器。

背景技术

LNG(液化天然气)接收终端的建设和发展已经有相当长的时间，主要集中分布在陆地以及沿海地区。近年来随着人们环保意识以及安全意识的增强，LNG接收终端逐渐向着环保、经济、安全灵活的方向发展，由传统的陆地相近海方向发展。LNG气化器是接收终端的核心传热设备。目前，世界上最广泛使用的以海水作为热源的LNG气化器有三类：开架式气化器(ORV)，浸没燃烧式气化器(SCV)和中间介质气化器(IFV)。中间介质气化器(IFV)利用低沸点的中间介质，间接的加热气化LNG，避免了海水结冰问题，同时IFV的传热和结构特性使得设备运行稳定，对水质要求低，特别适用于海上浮动储存于气化系统，因此被广泛使用。

传统的中间介质气化器由三部分管壳式换热器组成，分别为蒸发器E1，冷凝器E2，调温器E3；其中蒸发器E1和调温器E3采用单管程的固定管板式换热器，冷凝器E2采用U型管式换热器，E1和E2安装在同一个壳体中，中间介质充灌在壳体的下部，浸没蒸发器E1的换热管，换热器之间通过管箱连接。

传统的中间介质气化器形式，由于蒸发器E1和调温器E2换热管采用串连形式且均采用直管段，占地面积大；蒸发器E1和冷凝器E2在同一个壳体内，安装在海工况等晃荡条件下，可能出现蒸发器换热管“干烧”和冷凝器换热管被润湿的情况，影响两部分换热器的换热率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种管翅式中间介质气化器，其具有结构紧凑、占地面积小、换热效率高、使用寿命长、维修投资小并且适应性强的效果。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种管翅式中间介质气化器，由三部分组成，包括中间介质蒸发器、LNG气化器和调温器，所述的中间介质蒸发器与LNG气化器连通，所述的LNG气化器与调温器连通；所述的中间介质蒸发器为热源流体与中间介质的传热段，所述的LNG气化器为低温LNG与中间介质的对流传热段，所述的调温器为气化后的LNG与热源流体的传热段；热源流体在中间介质蒸发器和调温器的内部流动，LNG在LNG气化器内部流动，经升温气化后进入调温器中流动；中间介质在中间介质蒸发器和LNG气化器之间循环工作；所述的中间介质蒸发器、LNG气化器和调温器均采用管翅式换热器结构。

进一步的，所述的中间介质蒸发器的一端设有海水出口I，所述的中间介质蒸发器的另一端设有海水进口I，所述的中间介质蒸发器的上侧设有气相出口，所述的中间介质蒸发器的下侧设有液相进口；所述的LNG气化器的一端设有LNG进口I，所述的LNG气化器的另一端设有LNG出口I，所述的LNG气化器的上侧设有气相进口，所述的LNG气化器的下侧设有冷凝液相出口；所述的调温器的一端设有海水出口II，所述的调温器的另一端设有海水进口II，所述的调温器的上侧设有LNG进口II和LNG出口II。

进一步的，所述的液相进口通过连接管I与冷凝液相出口连通，所述的气相出口通过连接管II与气相进口连通，所述的LNG出口I通过连接管III与LNG进口II连通；所述的连接管I上设有泵。

进一步的，所述的中间介质蒸发器包括蒸发器壳体、换热管I和翅片I；所述的中间介质蒸发器的内部横向设有均匀分布的换热管I，所述的中间介质蒸发器的内部纵向设有均匀分布的翅片I，所述的换热管I穿过翅片I，所述的翅片I为圆弧翅片，所述的翅片I可以充当防晃荡隔板。

进一步的，所述的气相出口中设有气液分离装置，使中间介质气液有效分离，减少液体夹带，提高换热效率。

进一步的，所述的LNG气化器包括气化器壳体、换热管II和翅片II，所述的LNG气化器的内部横向设有均匀分布的换热管II，所述的LNG气化器的内部纵向设有均匀分布的翅片II，所述的换热管II穿过翅片II，所述的翅片II为圆形翅片。

进一步的，所述的翅片II与气化器壳体底部留有间隔作为液相积存空间，防止冷凝后的液体不能顺利排出而影响换热效果。

进一步的，所述的调温器包括调温器壳体、换热管III和翅片III，所述的调温器的内部横向设有均匀分布的换热管III，所述的调温器的内部纵向设有均匀分布的翅片III，所述的换热管III穿过翅片III，所述的翅片III为圆形翅片。

进一步的，所述的翅片III上设有涡发生器装置，实现强化换热。

进一步的，所述的蒸发器壳体、翅片I、气化器壳体和翅片II采用合金钢制成，所述的换热管I和换热管III采用纯钛或者钛合金制成；所述的换热管II、调温器壳体和翅片III采用不锈钢或者碳钢制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用管翅式换热器结构，相比于传统的管壳式中间介质气化器高效节能，热效率提高3～5倍，换热效率明显提高；翅片紧密排列，结构紧凑，减小了占地面积；

2、本发明的气化器采用分体式结构，各换热器工作环境独立，能够减小在晃荡工况下各换热器之间的相互影响，并且管翅式换热器的自身翅片结构可以起到隔板的作用，能够有效的避免晃荡工况对换热效果的影响，适应性强；

3、本发明的气化器采用不锈钢或者钛合金制成，具有耐腐蚀性强，维修投资小，使用寿命长的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统管壳式中间介质气化器结构示意图；

图2为本发明的管翅式中间介质气化器结构示意图；

图3为本发明的中间介质蒸发器侧视图；

图4为本发明的调温器侧视图；

图5为本发明的调温器管内部结构图；

其中，1-气化器壳体，2-换热管II，3-LNG进口I，4-气相进口，5-翅片II，6-LNG出口I，7-冷凝液相出口，8-换热管I，9-海水出口I，10-液相进口，11-气相出口，12-海水进口I，13-翅片I，14-蒸发器壳体，15-连接管I，16-泵，17-连接管II，18-连接管III，19-海水出口II，20-LNG进口II，21-LNG出口II，22-换热管III，23-海水进口II，24-翅片III，25-调温器壳体，26-气液分离装置，27-涡发生器装置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在占地面积大、蒸发器E1和冷凝器E2在同一个壳体内换热效率不高等不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种管翅式中间介质气化器。

本发明的一种典型的实施方式中，如图2所示，提供了一种管翅式中间介质气化器，由三部分组成，包括中间介质蒸发器E1、LNG气化器E2和调温器E3，所述的中间介质蒸发器E1、LNG气化器E2和调温器E3均为圆柱形结构，横向放置，圆柱形结构的周向为翅片侧，轴向为管侧。

所述的中间介质蒸发器E1与LNG气化器E2连通，所述的LNG气化器E2与调温器E3连通；所述的中间介质蒸发器E1为热源流体与中间介质的传热段，使中间介质蒸发；所述的LNG气化器E2为低温LNG与中间介质的对流传热段，通过中间介质冷凝释放的热量使LNG升温气化；所述的调温器E3为气化后的LNG与热源流体的传热段，使LNG气体进一步升温至设定温度，最后输出。其中，中间介质不断的气化吸收热量和液化释放热量，如此的往复循环实现高温热源流体和低温LNG之间的传热过程。

上述的热源流体在中间介质蒸发器E1和调温器E3的内部流动，LNG在LNG气化器E2内部流动，经升温气化后进入调温器E3中流动，在调温器E3中加热至要求温度后流出；中间介质在中间介质蒸发器E1和LNG气化器E2之间循环工作；所述的中间介质蒸发器E1、LNG气化器E2和调温器E3均采用管翅式换热器结构。

如图2和3所示，上述的中间介质蒸发器E1包括蒸发器壳体14、换热管I8和翅片I13；所述的中间介质蒸发器E1的内部横向设有均匀分布的换热管I8，所述的中间介质蒸发器E1的内部纵向设有均匀分布的翅片I13，所述的换热管I8穿过翅片I13，所述的翅片I13为圆弧翅片，所述的换热管I8和翅片I13浸没在蒸发器壳体14内的液相中，翅片I13起到隔板的作用，减小晃荡对换热效果的影响，能够在海上等晃荡工况下保证稳定的换热效率。在蒸发器壳体14的内部注入的液体量约为有效容积的55％～65％，液面上部为气液分离空间，并且在气相出口11中设有气液分离装置26，减少气液夹带量，保证良好的气液分离效果。蒸发器壳体14和翅片I13均采用耐低温的合金钢制成，换热管I8采用纯钛或者钛合金材料制成，耐腐蚀性能强。

上述的圆弧翅片的截面为大于半圆形的圆弧形截面，具体截面大小根据中间介质蒸发器E1内部安装的换热管I8层数决定，所述的圆弧翅片的上表面要高出最上层换热管I8。

上述的中间介质蒸发器E1的一端设有海水出口I9，所述的中间介质蒸发器E1的另一端设有海水进口I12，所述的中间介质蒸发器E1的上侧设有气相出口11，所述的中间介质蒸发器E1的下侧设有液相进口10；所述的气相出口11设于中间介质蒸发器E1的上侧的一端，所述的液相进口10设于中间介质蒸发器E1的下侧的另一端。使用时，翅片侧液体从液相进口10进入蒸发器壳体14以浸没换热管I8，管侧液体从海水进口I12流入换热管I8，换热后，沸腾蒸发后的蒸气从气相出口11经气液分离处理后流出，管侧液体换热降温后从海水出口I9流出。

上述的LNG气化器E2的一端设有LNG进口I3，所述的LNG气化器E2的另一端设有LNG出口I6，所述的LNG气化器E2的上侧设有气相进口4，所述的LNG气化器E2的下侧设有冷凝液相出口7，所述的气相进口4与冷凝液相出口7的位置对应；所述的LNG气化器E2包括气化器壳体1、换热管II2和翅片II5，所述的LNG气化器E2的内部横向设有均匀分布的换热管II2，所述的LNG气化器E2的内部纵向设有均匀分布的翅片II5，所述的换热管II2穿过翅片II5，所述的翅片II5为圆形翅片。为了防止冷凝后的液体因无法及时排出形成局部积液，润湿下部的换热管II2，影响翅片侧气相换热，在气化器壳体1底部留有一定的液相积存空间。

上述的气化器壳体1和翅片II5均采用合金钢材料制成，换热管II2采用不锈钢或者碳钢制成。使用时，蒸气从气相进口4进入翅片侧，管侧LNG从LNG进口I3流入换热管II2，换热后，蒸气冷凝液化后从冷凝液相出口7流出，LNG吸热气化后从LNG出口I6流出。

如图1和图4所示，上述的调温器E3的一端设有海水出口II19，所述的调温器E3的另一端设有海水进口II23，所述的调温器E3的上侧设有LNG进口II20和LNG出口II21。所述的调温器E3包括调温器壳体25、换热管III22和翅片III24，所述的调温器E3的内部横向设有均匀分布的换热管III22，所述的调温器E3的内部纵向设有均匀分布的翅片III24，所述的换热管III22穿过翅片III24，所述的翅片III24为圆形翅片。

为保证LNG经进一步换热在LNG出口II21达到设定温度，其翅片III24上包含涡发生器装置27，实现强化传热，如图4所示。

上述的翅片III24与换热管III22的连接处设置涡发生器装置27，涡发生器装置27为间隔设置，例如：从调热器E3的截面方向看，第一排换热管III22与翅片III24的连接处设置涡发生器装置27，第三排换热管III22与翅片III24的连接处设置涡发生器装置27，依次类推；或者，第一列换热管III22与翅片III24的连接处设置涡发生器装置27，第三列换热管III22与翅片III24的连接处设置涡发生器装置27，依次类推。

上述的调温器壳体25和翅片III24采用不锈钢或者碳钢材料制成，换热管22采用纯钛或者钛合金制成。使用时，过热LNG气体从LNG进口II20进入翅片侧，管侧液体从海水进口II23流入换热管III22，换热后，LNG气体加热至设定温度从LNG出口II21流出，管侧液体换热降温后从海水出口II19流出。

上述的液相进口10通过连接管I15与冷凝液相出口7连通，所述的气相出口11通过连接管II17与气相进口4连通，所述的LNG出口I6通过连接管III18与LNG进口II20连通；所述的连接管I15上设有泵16。热源流体在蒸发器壳体14和调温器壳体25内部管程流动；LNG在气化器壳体1内部管程流动，通过连接管III18进入调温器E3内部在翅片侧流动，最后加热至设定温度的气体流出；中间介质通过连接管I15和连接管II7实现在E1和E2翅片侧循环工作。

上述的中间介质蒸发器E1、LNG气化器E2和调温器E3均采用翅片结构，即在换热管的表面增加翅片的结构，不仅可以提高换热效率，还可以增强换热管的稳定性，防止换热管发生晃动。为了进一步增加翅片与换热管的结构稳定性，翅片与换热管可以通过焊接的方式固定。

上述的管翅式中间介质气化器的工作原理为：

如图2所示，高温热源海水首先进入到调温器E3的换热管III22内流动换热，温度降低，再进入到中间介质蒸发器E1的换热管I8内继续流动换热，温度进一步降低，最后流出中间介质气化器系统。

低温冷源LNG首先进入到LNG气化器E2的换热管II2内流动吸热升温，达到临界点后变为超临界气态NG气体，从LNG气化器E2管侧流出进入调温器E3，在翅片侧外经换热管III22继续吸热升温至设定温度，最后流出中间介质气化器系统。

中间介质在中间介质蒸发器E1的翅片侧被高温海水加热气化，气化后的中间介质蒸气从中间介质蒸发器E1的气相出口11流出进入E2翅片侧释放热量给低温LNG，冷凝液化后从冷凝液相出口7回到中间介质蒸发器E1的翅片侧，继续被高温海水加热气化，如此的往复循环过程，实现整个中间介质气化器系统热源海水与冷源LNG间的热量传递。

本发明的另一种实施方式中，上述的翅片I13的圆弧形边缘设置为锯齿形，上述的翅片II5和翅片III24的外缘为锯齿形，具有高效传热的效果。

本发明的又一种实施方式中，上述的中间介质蒸发器E1、LNG气化器E2和调温器E3的壳体为长方体结构，翅片I13、翅片II5和翅片III24的截面呈矩形，所述的LNG气化器E2的外壳底部留有一定的液相积存空间，在中间介质蒸发器E1的壳体内部注入的液体量超过容积的一半但不填满整个容器，液面上部为气液分离空间。

进一步的，所述的中间介质蒸发器E1、LNG气化器E2和调温器E3的外壳可以为其他形状的轴对称结构。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种管翅式中间介质气化器，其特征在于：包括中间介质蒸发器、LNG气化器和调温器，所述的中间介质蒸发器与LNG气化器连通，所述的LNG气化器与调温器连通；所述的中间介质蒸发器为热源流体与中间介质的传热段，所述的LNG气化器为LNG与中间介质的对流传热段，所述的调温器为气化后的LNG与热源流体的传热段；所述的中间介质蒸发器、LNG气化器和调温器均采用管翅式换热器结构；气化器采用分体式结构，各换热器工作环境独立；所述的中间介质蒸发器包括蒸发器壳体、换热管I和翅片I，所述的中间介质蒸发器的内部横向设有均匀分布的换热管I，所述的中间介质蒸发器的内部纵向设有均匀分布的翅片I，所述的换热管I穿过翅片I，所述的翅片I为圆弧翅片；中间介质蒸发器为圆柱形结构，横向放置；中间介质蒸发器的壳体内部注入的液体量超过容积的一半但不填满整个容器，液面上部为气液分离空间；圆弧翅片I的截面为大于半圆形的圆弧形截面，具体截面大小根据中间介质蒸发器内部安装的换热管I层数决定，圆弧翅片I的上表面要高出最上层换热管I；所述的LNG气化器包括气化器壳体、换热管II和翅片II，所述的LNG气化器的内部横向设有均匀分布的换热管II，所述的LNG气化器的内部纵向设有均匀分布的翅片II，所述的换热管II穿过翅片II，所述的翅片II为圆形翅片，所述的翅片II与所述的气化器壳体底部留有间隔；LNG气化器壳体底部留有一定的液相积存空间；所述的调温器包括调温器壳体、换热管III和翅片III，所述的调温器的内部横向设有均匀分布的换热管III，所述的调温器的内部纵向设有均匀分布的翅片III，所述的换热管III穿过翅片III，所述的翅片III为圆形翅片，所述的翅片III上设有涡发生装置；翅片与换热管连接处设置涡发生器装置、涡发生器装置间隔设置；翅片和换热管通过焊接的方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种管翅式中间介质气化器，其特征在于：所述的中间介质蒸发器的一端设有海水出口I，所述的中间介质蒸发器的另一端设有海水进口I，所述的中间介质蒸发器的上侧设有气相出口，所述的中间介质蒸发器的下侧设有液相进口；所述的LNG气化器的一端设有LNG进口I，所述的LNG气化器的另一端设有LNG出口I，所述的LNG气化器的上侧设有气相进口，所述的LNG气化器的下侧设有冷凝液相出口；所述的调温器的一端设有海水出口II，所述的调温器的另一端设有海水进口II，所述的调温器的上侧设有LNG进口II和LNG出口II。

3.根据权利要求2所述的一种管翅式中间介质气化器，其特征在于：所述的液相进口通过连接管I与冷凝液相出口连通，所述的气相出口通过连接管II与气相进口连通，所述的LNG出口I通过连接管III与LNG进口II连通。

4.根据权利要求3所述的一种管翅式中间介质气化器，其特征在于：所述的气相出口中设有气液分离装置。

5.根据权利要求1所述的一种管翅式中间介质气化器，其特征在于：所述的蒸发器壳体、翅片I、气化器壳体和翅片II采用合金钢制成，所述的换热管I和换热管III采用纯钛或者钛合金制成；所述的换热管II、调温器壳体和翅片III采用不锈钢或者碳钢制成。