CN106931306B - 一种缠绕管式lng中间介质气化器 - Google Patents

一种缠绕管式lng中间介质气化器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种缠绕管式LNG中间介质气化器，解决了传统中间介质气化器存在的运行成本高、换热效率低、占地空间大、工作条件受限的问题，具有节省中间介质用量、换热效率高、结构紧凑、运行稳定、适用范围广的特点，其技术方案为：包括第一壳体和第二壳体，所述的第一壳体和第二壳体通过连接管连通；所述的第一壳体为LNG气化器，所述的LNG气化器采用单股流绕管式换热器结构，进行低温LNG与中间介质饱和蒸汽的换热过程；所述的第二壳体为以海水作为热源的加热器，所述的加热器采用双股流绕管式换热器结构，实现中间介质气化和LNG气体加热升温过程。

Description

一种缠绕管式LNG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，特别是涉及一种缠绕管式LNG中间介质气化器。
背景技术
在经济快速发展、环境保护及产业结构调整等因素的影响下，我国天然气消费量增长迅速，与此同时，LNG （液化天然气）产业得到迅猛发展，LNG进口量增长幅度更加明显，由2006年初进口 9×108 m3，增至2015年进口 258×108 m3年均增长45.2％，并且在未来的短时间内LNG进口量还将持续增长。进口来的LNG需要LNG接收终端的接收，将其储存气化后供应给用户，LNG接收终端的核心设备是LNG气化器，其中，中间介质型气化器（IFV）利用其传热和结构特性避免了海水结冰等问题，保证了设备的稳定、高效运行，近年来开始推广使用。
传统的中间介质气化器由蒸发器、冷凝器、和调温器三部分管壳式换热器组成，蒸发器和冷凝器安装在同一个壳体中，其中蒸发器为满液式换热器，中间介质充灌在壳体的下部，完全浸没蒸发器传热管束，各部分传热管束采用直管或者U型管形式，换热器壳体间通过异型管箱连接。高温热源流体和低温LNG通过中间介质作为载体来传递热量，实现了LNG的气化。
传统的中间介质气化器的蒸发器为满液式换热器，运行时需要向壳体中充灌大量的中间介质，传热过程中存在一定的流动死区，大量的中间介质得不到充分的利用，并不经济高效；由于自由液面的存在，在晃荡等工况下，极易影响气化器的换热效率；为了保证良好的气化效果，气化器从管排和空间结构布置上都不够紧凑，并且采用直管或者U型管管束，导致占地空间大。传统的中间介质气化器存在运行成本高、换热效率低、占地空间大、工作条件受限等弊端。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种缠绕管式LNG中间介质气化器，具有节省中间介质用量，同时换热效率高、结构紧凑、运行稳定、适用范围广的特点。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种缠绕管式LNG中间介质气化器，包括第一壳体和第二壳体，所述的第一壳体和第二壳体通过连接管连通；所述的第一壳体为LNG气化器，所述的LNG气化器采用单股流绕管式换热器结构，进行低温LNG与中间介质饱和蒸汽的换热过程；所述的第二壳体为以海水作为热源的加热器，所述的加热器采用双股流绕管式换热器结构，同时实现中间介质气化和LNG气体加热升温过程。
进一步的，所述的LNG气化器包括第一筒体、芯筒I和传热管束I，所述的芯筒I和传热管束I设于第一筒体的内部；所述的第一筒体的顶部设有管侧流体出口I，所述的第一筒体的底部设有管侧流体进口I，所述的第一筒体的一侧设有壳侧流体进口I，所述的第一筒体的另一侧设有壳侧流体出口I；所述的壳侧流体进口I设于第一筒体的侧面靠上位置，所述的壳侧流体出口I设于第一筒体的侧面靠下位置；所述的壳侧流体进口I上设有分配器，使得海水流动分布均匀，充分覆盖传热管束I进行换热。
进一步的，所述的第一筒体的内部纵向设有芯筒I，所述的传热管束I呈单股式绕在芯筒I的外侧形成单股流绕管式结构；所述的传热管束I的一端与管侧流体出口I连通，所述的传热管束I的另一端与管侧流体进口I连通。
进一步的，所述的第一筒体和芯筒I采用合金钢材质制成，所述的传热管束I采用不锈钢材质制成。
进一步的，所述的加热器包括第二筒体、芯筒II、传热管束II和传热管束III，所述的芯筒II、传热管束II和传热管束III设于第二筒体的内部；所述的第二筒体的顶部设有壳侧流体进口II，所述的第二筒体的底部设有壳侧流体出口II，所述的第二筒体的一侧设有管侧流体进口III和管侧流体出口II，所述的第二筒体的另一侧设有管侧流体进口II和管侧流体出口III。
进一步的，所述的管侧流体进口III设于管侧流体出口II的下侧，所述的管侧流体出口III设于管侧流体进口II的上侧。
进一步的，所述的第二筒体的内部纵向设有芯筒II，所述的传热管束II和传热管束III呈双股式绕在芯筒II的外侧形成双股流绕管式结构；所述的传热管束II的一端与管侧流体出口II连通，所述的传热管束II的另一端与管侧流体进口II连通；所述的传热管束III的一端与管侧流体出口III连通，所述的传热管束III的另一端与管侧流体进口III连通；所述的传热管束II和传热管束III的长度不同。
进一步的，所述的第二筒体、芯筒II、传热管束II和传热管束III采用纯钛或钛合金材质制成。
进一步的，所述的管侧流体出口I通过连接管I与管侧流体进口II连通，所述的壳侧流体出口I通过连接管III与管侧流体进口III连通，所述的壳侧流体进口I通过连接管II与管侧流体出口III连通。
进一步的，所述的连接管I上设有三通管路，所述的连接管I的一条支路上设有阀门I，所述的连接管I的另一条支路上设有阀门II。
进一步的，所述的连接管III上设有泵。
进一步的，运行时，热源海水走壳程（在壳体内部流动），LNG走管程（在传热管束和连接管内流动），中间介质在第一壳体内走壳程，在第二壳体内走管程，实现热量传递的循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用双股流缠绕管式加热器结构，中间介质走管程吸热气化，相比于传统的满液式中间介质蒸发器，明显节省了中间介质的用量，并且使流场充分发展，不存在传热死区，既强化了传热，又避免了中间介质的大量浪费，保证了运行的经济高效；同时也避免了晃荡等隐患，适用于多种工况；
2、本发明包括两部分缠绕管式换热器，即LNG气化器和加热器，其中加热器为双股流缠绕管式换热器，能够同时进行中间介质吸热气化和LNG气体加热升温的换热过程，用一台换热器就能实现蒸发器和调温器的功能，并且单位容积具有较大的传热面积，设备结构紧凑，相比于传统的管壳式中间介质气化器明显减少了占地空间；
3、本发明的缠绕管式LNG中间介质气化器适用范围广，可以在较小的温差下运行，系统阻力小，对于换热管的热应力可自身消除，同时适用于管侧高压流动传热，具有运行稳定的特点。
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为本发明的结构示意图；
其中，1-第一筒体，2-传热管束I，3- 壳侧流体出口I，4-管侧流体进口I，5-管侧流体出口I，6-分配器，7-壳侧流体进口I， 8-阀门I，9-阀门II，10-连接管I，11-连接管II，12-第二筒体，13-管侧流体出口III，14-管侧流体进口II，15-壳侧流体出口II，16-壳侧流体进口II，17-管侧流体出口II，18-传热管束II，19-传热管束III，20-管侧流体进口III，21-连接管III，22-泵，23-芯筒I，24-芯筒II，S1-LNG气化器，S2-加热器。
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，现有技术中存在运行成本高、换热效率低、占地空间大、工作条件受限等问题，为了解决如上的技术问题，本发明提供了一种缠绕管式LNG中间介质气化器。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，包括相互独立的第一壳体和第二壳体，所述的第一壳体和第二壳体通过连接管连通；所述的第一壳体为LNG气化器S1，所述的LNG气化器S1采用单股流绕管式换热器结构，进行低温LNG与中间介质饱和蒸汽的换热过程；所述的第二壳体为以海水作为热源的加热器S2，所述的加热器S2采用双股流绕管式换热器结构，同时实现中间介质气化和LNG气体加热升温过程。
上述的LNG气化器S1包括第一筒体1、芯筒I23和传热管束I2，所述的传热管束I2设于第一筒体1的内部；所述的第一筒体1的顶部设有管侧流体出口I5，所述的第一筒体1的底部设有管侧流体进口I4，所述的第一筒体1的一侧设有壳侧流体进口I7，所述的第一筒体1的另一侧设有壳侧流体出口I3；所述的壳侧流体进口I7设于第一筒体1的侧面靠上位置，所述的壳侧流体出口I3设于第一筒体1的侧面靠下位置；所述的壳侧流体进口I7上设有分配器6，使得流体进入后向下均匀流动，减小流动死区，充分覆盖传热管束I2换热。
上述的第一筒体1的内部纵向设有芯筒I23，所述的传热管束I2呈单股式绕在芯筒I23的外侧形成单股流绕管式结构；所述的传热管束I2的一端与管侧流体出口I5连通，所述的传热管束I2的另一端与管侧流体进口I4连通。所述的第一筒体1芯筒I23和采用合金钢材质制成，所述的传热管束I2采用不锈钢材质制成。
上述的LNG气化器S1使用时，饱和的中间介质蒸气从壳侧流体进口I7处进入壳侧，在壳侧自上至下与传热管束I2内部的LNG交换热量，冷凝后的中间介质从壳侧流体出口I3流出；低温LNG从筒体底部的管侧流体进口I4流入管侧换热，自下至上与壳侧流体反向流动，吸热气化，气化后的LNG气体从筒体顶部的管侧流体出口I5流出，直接储存外输或者进入加热器S2进一步加热。
上述的加热器S2包括第二筒体12、芯筒II24、传热管束II18和传热管束III19，所述的芯筒II24、传热管束II18和传热管束III19设于第二筒体12的内部；所述的第二筒体12的顶部设有壳侧流体进口II16，所述的第二筒体12的底部设有管侧壳侧流体出口II15，所述的第二筒体12的一侧设有管侧流体进口III20和管侧流体出口II17，所述的第二筒体12的另一侧设有管侧流体进口II14和管侧流体出口III13；所述的管侧流体进口III20设于管侧流体出口II17的下侧，所述的管侧流体出口III13设于管侧流体进口II14的上侧。可以在壳侧流体进口II16的管线上设置水处理装置，防止传热过程中壳侧出现结垢、堵塞来影响换热。
上述的第二筒体12的内部纵向设有芯筒II24，所述的传热管束II18和传热管束III19呈双股式绕在芯筒II24的外侧形成双股流绕管式结构；所述的传热管束II18的一端与管侧流体出口II17连通，所述的传热管束II18的另一端与管侧流体进口II14连通；所述的传热管束III19的一端与管侧流体出口III13连通，所述的传热管束III19的另一端与管侧流体进口III20连通；所述的第二筒体12、芯筒II24、传热管束II18和传热管束III19采用纯钛或钛合金材质制成。
上述的传热管束II18和传热管束III19采用不同长度，由于传热管束II18内为温度较高的过热LNG气体，设置在壳侧流体的高温段换热，传热管束III19为中间介质管束，与壳侧流体全壳程换热，其中传热管束II18长度较短，具体长度比例根据运行实例设置。
上述的加热器S2在使用时，高温海水热源经水处理后，从第二筒体12顶部的壳侧流体进口II16流入，自上至下在壳体内流动，均匀覆盖传热管束II18和传热管束III19换热，换热温降后的海水从底部的壳侧流体出口II15流出；液态中间介质从第二筒体12的管侧流体进口III20流入，在传热管束III19内自下至上流动，与热源海水反方向对流换热升温饱和蒸发，最后饱和蒸汽经管侧流体出口III13流出；需要进一步升温的LNG气体，从管侧流体进口II14进入，在传热管束II18内进一步与海水换热升温至设定温度，在管侧流体出口处II17流出，用于储存和外输。
上述的管侧流体出口I5通过连接管I10与管侧流体进口II14连通，所述的壳侧流体出口I3通过连接管III21与管侧流体进口III20连通，所述的壳侧流体进口I7通过连接管II11与壳侧流体出口III13连通；中间介质流体通过连接管II11和连接管III21构成回路，实现LNG气化器S1与加热器S2之间的自循环工作。上述的连接管I10上设有三通管路，所述的连接管I10的一条支路上设有阀门I8，气化后的LNG气体从筒体顶部的管侧流体出口I5流出，可以沿此支路直接储存外输；所述的连接管I10的另一条支路上设有阀门II9，气化后的LNG气体从筒体顶部的管侧流体出口I5流出可以进入加热器S2进一步加热。
上述的连接管I10上设有阀门I8和阀门II9来进行控制，其中经过LNG气化器S1升温气化后的LNG气体可以直接用于储存或者外输，此时关闭阀门II9，打开阀门I8，若对LNG气体出口温度有更高的要求应进入加热器S2的传热管束II18对LNG继续加热升温至设定温度，此时关闭阀门I8，打开阀门II9，保持连接管I10的流通。
本实施方式中的缠绕管式LNG中间介质气化器的工作原理为：
高温海水热源经壳侧流体进口II16进入加热器S2，在加热器S2中的壳侧流动放热，经温降后由壳侧流体出口II15流出。
中间介质首先进入加热器S2的传热管束III19中流动，被高温海水加热蒸发后，中间介质饱和蒸汽进入LNG气化器S1，在LNG气化器S1的壳侧与传热管束I2内的LNG传递热量，放热冷凝后流出LNG气化器S1，经由泵22重新输送回加热器S2加热气化，如此不断的往复循环工作，实现高温海水和低温LNG之间热量的传递。
低温LNG在LNG气化器S1中管侧与中间介质流动换热，不断吸热升温至临界点，变为超临界LNG气体，过热的LNG气体可以直接进行储存输送，或者继续进入加热器S2中，在管侧进一步被海水加热升温至满足更高的LNG出口温度要求。
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)

1.一种缠绕管式LNG中间介质气化器，其特征在于：包括第一壳体和第二壳体，所述的第一壳体和第二壳体通过连接管连通；
所述的第一壳体为LNG气化器，所述的LNG气化器采用单股流绕管式换热器结构，进行低温LNG与中间介质饱和蒸汽的换热过程；
所述的第二壳体为以海水作为热源的加热器，所述的加热器采用双股流绕管式换热器结构，实现中间介质气化和LNG气体加热升温过程；
所述的第一壳体和第二壳体运行时，热源海水走壳程，LNG走管程，中间介质在第一壳体内走壳程，在第二壳体内走管程；
所述的LNG气化器包括第一筒体、芯筒I和传热管束I，所述的芯筒I和传热管束I设于第一筒体的内部；所述的第一筒体的顶部设有管侧流体出口I，所述的第一筒体的底部设有管侧流体进口I，所述的第一筒体的一侧设有壳侧流体进口I，饱和的中间介质蒸气从壳侧流体进口I处进入壳侧，在壳侧自上至下与传热管束内部的LNG交换热量；所述的第一筒体的另一侧设有壳侧流体出口I；所述的壳侧流体进口I上设有分配器；
所述的加热器包括第二筒体、芯筒II、传热管束II和传热管束III，所述的芯筒II、传热管束II和传热管束III设于第二筒体的内部；所述的第二筒体的顶部设有壳侧流体进口II，所述的第二筒体的底部设有壳侧流体出口II，所述的第二筒体的一侧设有管侧流体进口III和管侧流体出口II，所述的第二筒体的另一侧设有管侧流体进口II和管侧流体出口III；
所述的管侧流体进口III设于管侧流体出口II的下侧，所述的管侧流体出口III设于管侧流体进口II的上侧；
所述的管侧流体出口I通过连接管I与管侧流体进口II连通，所述的壳侧流体出口I通过连接管III与管侧流体进口III连通，所述的壳侧流体进口I通过连接管II与管侧流体出口III连通；
所述的连接管I上设有三通管路，所述的连接管I的一条支路上设有阀门I，所述的连接管I的另一条支路上设有阀门II；所述的连接管III上设有泵。
2.根据权利要求1所述的一种缠绕管式LNG中间介质气化器，其特征在于：所述的第一筒体的内部纵向设有芯筒I，所述的传热管束I呈单股式绕在芯筒I的外侧形成单股流绕管式结构；所述的传热管束I的一端与管侧流体出口I连通，所述的传热管束I的另一端与管侧流体进口I连通。
3.根据权利要求2所述的一种缠绕管式LNG中间介质气化器，其特征在于：所述的第一筒体和芯筒I采用合金钢材质制成，所述的传热管束I采用不锈钢材质制成。
4.根据权利要求1所述的一种缠绕管式LNG中间介质气化器，其特征在于：所述的第二筒体的内部纵向设有芯筒II，所述的传热管束II和传热管束III呈双股式绕在芯筒II的外侧形成双股流绕管式结构；所述的传热管束II的一端与管侧流体出口II连通，所述的传热管束II的另一端与管侧流体进口II连通；所述的传热管束III的一端与管侧流体出口III连通，所述的传热管束III的另一端与管侧流体进口III连通；所述的传热管束II和传热管束III的长度不同。
5.根据权利要求1所述的一种缠绕管式LNG中间介质气化器，其特征在于：所述的第二筒体、芯筒II、传热管束II和传热管束III采用纯钛或钛合金材质制成。
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