CN107726730B - 一种立式液化天然气再冷凝器 - Google Patents

一种立式液化天然气再冷凝器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立式液化天然气再冷凝器，其特征在于：主要由外筒体、LNG均布器、内筒体和填料组成；LNG均布器设于外筒体上部，内筒体设于外筒体底端封头上，外筒体内壁与内筒体外壁之间形成底部封闭、上部敞开的环形空间，在环形空间的上部设有填料；LNG均布器下方、填料上方的空间形成气液混合空间，填料下方的环形空间形成液相空间；LNG均布器上设有LNG入口，外筒体底端封头中心设有底部BOG入口，气液混合空间的侧壁上设有上部BOG入口，环形空间底部外筒体侧壁上设有LNG出口。本发明采用单罐双壳型结构，BOG经内筒体冷凝空间和填料冷凝空间的两个冷凝过程极大的提高了再冷凝器的冷凝效率。

Description

一种立式液化天然气再冷凝器
技术领域
本发明属于液化天然气(LNG)处理技术领域，具体地说涉及一种立式液化天然气(LNG)再冷凝器。
背景技术
液化天然气接收站是LNG产业链中的终端环节，接收来自LNG船液化天然气并经储存、再气化后输送给下游用户，在接收站系统中由于泵的运转、环境漏热以及卸船时的置换效应、设备管道保冷等都会使得极低温(-162℃)下的液化天然气气化产生蒸发气(BOG)。
LNG接收站BOG回收处理工艺主要包括直接压缩外输与通过再冷凝器冷凝成LNG后加压、气化并外输，直接压缩外输工艺需要有下游配套的低压用户或低压外输管网，而国内LNG接收站的下游外输管网一般为高压管网且缺乏相关的配套产业，故全部采用再冷凝工艺处理BOG气体，国外亦常采用这一工艺。
LNG蒸发气采用再冷凝回收工艺时，再冷凝器是工艺系统中的主要设备，在整个接收站运行中起到承前启后的核心作用，其主要功能主要是为BOG与LNG提供足够的接触时间与空间促使BOG冷凝为LNG以及作为LNG高压泵的入口缓冲罐来保证高压泵的入口压力。再冷凝器的结构主要有双壳双罐以及单壳单罐两种结构，KOGAS公司的再冷凝器采用的是双壳双罐结构，内罐与外罐的顶部隔离、底部相通，中海油江苏滨海LNG接收站采用单罐单壳结构，两者都采用了填料工艺，在运行方面的差别主要体现在控制方式的不同，双罐双壳型再冷凝器的压力控制主要靠环形空间的BOG压力进行，单罐单壳结构压力控制各工艺参数相互影响较大。
双罐双壳结构的外环形空间仅用于再冷凝器的压力控制，浪费了罐内空间，增大了占地面积，相对降低了再冷凝效率；单罐单壳结构由于所有BOG都全部经一路管线进入同一空间参与冷凝，故给控制造成较大困难。
发明内容
为了解决现有技术存在的蒸发气再冷凝效率低、压力控制困难等技术问题，本发明提供了一种立式液化天然气再冷凝器。
本发明提供的立式液化天然气再冷凝器主要由两端带有封头的立式外筒体、LNG均布器、内筒体和填料组成；LNG均布器设于外筒体上部，内筒体设于外筒体底端封头上，外筒体内壁与内筒体外壁之间形成底部封闭、上部敞开的环形空间，在环形空间的上部低于内筒体上沿的位置设有填料；LNG均布器下方、填料上方的空间形成气液混合空间，填料下方的环形空间形成液相空间；LNG均布器上设有伸出到外筒体顶端封头外的LNG入口，外筒体底端封头中心设有与内筒体相通的底部BOG入口，气液混合空间的侧壁上设有上部BOG入口，环形空间底部外筒体侧壁上设有LNG出口。
所述的LNG均布器主要由LNG入口管、降液管、顶板、中间板和底板组成；顶板、中间板和底板自上而下分层设置，顶板、中间板和底板外缘分别与外筒体内壁相焊接；顶板、中间板和外筒体共同围成倒流空间，中间板、底板和外筒体共同围成充液空间；顶板中心设有顶板中心孔，中间板中心设有中间板中心孔；中间板上还设有中间板安装孔和升液孔，底板上设有底板安装孔；中间板安装孔与底板安装孔一一对应，结构相同，数量相等；LNG入口管固定于顶板中心孔与中间板中心孔上并与充液空间相连通，LNG入口管上端穿过外筒体顶端封头露于顶端封头外部；降液管固定于中间板安装孔和底板安装孔上，降液管入口高出中间板并与倒流空间相连通，降液管出口与底板下沿平齐并与气液混合空间相连通。
所述倒流空间的入口为升液孔，出口为降液管入口；充液空间的入口为中间板中心孔，出口为升液孔。
所述中间板安装孔与升液孔均为圆孔，大小相同，圆孔整体采用正三角形布置，即每相邻的3个圆孔呈正三角形排布；中间板安装孔与升液孔数量相等，间隔布置；当然，圆孔的布置也可以采用其他布置方式，如采用正方形布置、正六边形布置等。
充液空间主要用于储存来流LNG，与LNG入口管造成一定的静水压力，这一压力差以及LNG自身动能为充液空间中的LNG进入倒流空间提供动力，充液空间要有一定程度的容积，太小则造成较大波动，过大则受罐内部安装空间的限制。经过充液空间进入倒流空间内的LNG流动平稳，在压力差的推动下经降液管、底板进入气液混合空间。倒流空间对LNG进行进一步的缓冲，并作为LNG流向降液管的转换空间，倒流空间容积和充液空间保持一致。
降液管是倒流空间与气液混合空间之间的连接通道，其入口位于倒流空间，出口位于底板上。中间板上的圆孔呈正三角形布满整个板截面(除中心LNG入口管占用空间外)，布置密度宜适度，过高则加工困难，过低则降低布液效果。这些圆孔一半作为降液管的安装孔，一半作为充液空间LNG进入倒流空间的升液孔，安装孔和升液圆孔间隔布置。
为了降低来自LNG入口管的LNG液流的冲击，在LNG入口管与中间板中心孔之间还可设置扩径管，LNG入口管下端连接扩径管管径小的一端，扩径管管径大的一端与中间板中心孔连通。扩径管的作用主要为缓冲来流LNG，减弱来流LNG对充液空间LNG的过度冲击，扩径程度适中为好，过大的扩径程度势必增大中间板中心不参与布液的板截面积，从而影响中心区域的布液效果。
为了更好的使BOG冷凝为LNG，在所述的内筒体内设有BOG升气板，BOG升气板沿内筒体轴向自下而上呈之字形倾斜分层设置，上一层BOG升气板的倾斜低端位于相邻的下一层BOG升气板的倾斜高端上方，每层BOG升气板在其倾斜高端一侧设有升气孔，升气孔呈正三角形布置，升气孔的开孔面积占BOG升气板板截面积的20％～30％。BOG升气板以其外缘与内筒体内壁相焊接。每层BOG升气板倾斜的角度一般为2°～3°，倾斜的角度过小阻碍BOG的正常升举，过大则BOG升举过快，影响BOG的冷凝效果。相邻的BOG升气板之间的升气孔圆周角度相差180度从而在内筒体冷凝空间内形成之字形流道。
所述的填料由填料底板与填料顶板支撑和固定，填料底板与填料顶板结构相同，均为圆环形板，环状板面上均匀设有圆形开孔，圆形开孔呈正三角形布置，充满整个环状板面。填料底板与填料顶板套装于内筒体外壁上，填料填充于填料底板与填料顶板之间的环形空间内。填料底板与填料顶板的开孔率应尽可能大，防止造成汽液混合物的通行受阻；填料底板用来支撑填料，开孔大小要小于所采用的填料尺寸，不能造成填料泄露，填料根据设计要求采用鲍尔环、拉西环或者规整填料皆可。
本发明的基本原理是首先来流LNG经LNG顶部的LNG入口进入LNG均布器，经LNG均布器进行均匀布液；BOG经压缩机来流自底部BOG入口与上部BOG入口进入再冷凝器，上部BOG入口来流BOG直接进入气液混合空间，底部BOG入口进入的BOG经内筒体内的之字形流道上行在内筒体冷凝空间进行第一次的冷凝回收之后残余BOG进入气液混合空间，内筒体内液位恒定，内筒体内液位处于溢流状态；气液混合空间的BOG与经LNG均布器均匀喷淋下的LNG进行充分接触混合后下行进入填料冷凝空间进行第二次的冷凝回收；经过二次冷凝之后冷凝完成的LNG进入环形液相空间，经LNG出口流向下游的LNG高压外输泵。
本发明的优点是提出了一种再冷凝器的单罐双壳型结构，内筒体内为内筒体冷凝空间，内筒体与外筒体之间的环形空间上部为填料冷凝空间，两个冷凝过程在很大程度上提高了再冷凝器的冷凝效率；气相入口分为底部BOG入口与上部BOG入口，是一种较之双罐单双型效率更高，较之单罐单壳型更加易于控制的工艺结构。
附图说明
图1为本发明的立式液化天然气再冷凝器的结构示意图；
图2为图1中BOG升气板的结构示意图；
图3为图1中LNG均布器的结构示意图；
图4为图1中LNG均布器的三维结构示意图；
图5为图1中LNG均布器不含顶板的三维结构示意图；
图6为图3中顶板的结构示意图；
图7为图3中中间板的结构示意图；
图8为图3中底板的结构示意图；
图9为图1填料底板的结构示意图。
图中：1-外筒体，2-LNG入口，3-底部BOG入口，4-LNG出口，5-上部BOG入口，6-LNG均布器，7-填料顶板，8-填料底板，9-内筒体，10-BOG升气板，11-内筒体冷凝空间，12-气液混合空间，13-填料，14-液相空间，15-LNG入口管，16-顶板，17-扩径管，18-中间板，19-底板，20-降液管，21-升液孔，22-中间板安装孔，23-底板安装孔，24-顶板中心孔，25-中间板中心孔，26-升气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1～9，本发明提供的立式液化天然气再冷凝器主要由两端带有封头的立式外筒体1、LNG均布器6、内筒体9和填料13组成；LNG均布器6设于外筒体1上部，内筒体9设于外筒体底端封头上，外筒体1内壁与内筒体9外壁之间形成底部封闭、上部敞开的环形空间，在环形空间的上部低于内筒体9上沿的位置设有填料13；LNG均布器6下方、填料13上方的空间形成气液混合空间12，填料13下方的环形空间形成液相空间14；LNG均布器6上设有伸出到外筒体顶端封头外的LNG入口2，外筒体1底端封头中心设有与内筒体9相通的底部BOG入口3，气液混合空间12的侧壁上设有上部BOG入口5，环形空间底部外筒体1侧壁上设有LNG出口4。
所述的LNG均布器6主要由LNG入口管15、降液管20、顶板16、中间板18和底板19组成；顶板16、中间板18和底板19自上而下分层设置，顶板16、中间板18和底板19外缘分别与外筒体1内壁相焊接；顶板16、中间板18和外筒体1共同围成倒流空间，中间板18、底板19和外筒体1共同围成充液空间；顶板16中心设有顶板中心孔24，中间板18中心设有中间板中心孔25；中间板18上还设有中间板安装孔22和升液孔21，底板19上设有底板安装孔23；中间板安装孔22与底板安装孔23一一对应，结构相同，数量相等；LNG入口管15固定于顶板中心孔24与中间板中心孔25上并与充液空间相连通，LNG入口管15上端穿过外筒体1顶端封头露于顶端封头外部；降液管20固定于中间板安装孔22和底板安装孔23上，降液管20入口高出中间板18并与倒流空间相连通，降液管20出口与底板19下沿平齐并与气液混合空间12相连通。
所述倒流空间的入口为升液孔21，出口为降液管入口；充液空间的入口为中间板中心孔25，出口为升液孔21。
在LNG入口管15与中间板中心孔25之间还设置有扩径管17，LNG入口管15下端连接扩径管17管径小的一端，扩径管17管径大的一端与中间板中心孔25连通。
在内筒体9内设有BOG升气板10，BOG升气板10沿内筒体9轴向自下而上呈之字形倾斜分层设置，上一层BOG升气板的倾斜低端位于相邻的下一层BOG升气板的倾斜高端上方，每层BOG升气板在其倾斜高端一侧设有升气孔26，升气孔26呈正三角形布置，升气孔26的开孔面积占BOG升气板板截面积的20％～30％。BOG升气板10以其外缘与内筒体9内壁相焊接。每层BOG升气板倾斜的角度一般为2°～3°，相邻的BOG升气板之间的升气孔26圆周角度相差180度从而在内筒体冷凝空间11内形成之字形流道。
填料13由填料底板8与填料顶板7支撑和固定，填料底板8与填料顶板7结构相同，均为圆环形板，环状板面上均匀设有圆形开孔，圆形开孔呈正三角形布置，充满整个环状板面。填料底板8与填料顶板7套装于内筒体9外壁上，填料13填充于填料底板8与填料顶板7之间的环形空间内。
本发明的工作过程为：首先来流LNG经LNG入口2进入LNG均布器6，经LNG均布器6进行均匀布液；BOG经压缩机来流自底部BOG入口3与上部BOG入口5进入再冷凝器，上部BOG入口5来流BOG直接进入气液混合空间12，底部BOG入口3进入的BOG经内筒体冷凝空间11内的之字形流道上行在内筒冷凝空间11进行第一次的冷凝回收之后残余BOG进入气液混合空间12；气液混合空间12的BOG与经LNG均布器6均匀喷淋下的LNG进行充分接触混合后下行进入填料13进行第二次的冷凝回收；经过二次冷凝之后冷凝完成的LNG进入环形的液相空间14，经LNG出口4流向下游的LNG高压外输泵。

Claims (10)

1.一种立式液化天然气再冷凝器，其特征在于：主要由两端带有封头的立式外筒体、LNG均布器、内筒体和填料组成；LNG均布器设于外筒体上部，内筒体设于外筒体底端封头上，外筒体内壁与内筒体外壁之间形成底部封闭、上部敞开的环形空间，在环形空间的上部低于内筒体上沿的位置设有填料；LNG均布器下方、填料上方的空间形成气液混合空间，填料下方的环形空间形成液相空间；LNG均布器上设有伸出到外筒体顶端封头外的LNG入口，外筒体底端封头中心设有与内筒体相通的底部BOG入口，气液混合空间的侧壁上设有上部BOG入口，环形空间底部外筒体侧壁上设有LNG出口。
2.根据权利要求1所述的再冷凝器，其特征在于：所述的LNG均布器主要由LNG入口管、降液管、顶板、中间板和底板组成；顶板、中间板和底板自上而下分层设置，顶板、中间板和底板外缘分别与外筒体内壁相焊接；顶板、中间板和外筒体共同围成倒流空间，中间板、底板和外筒体共同围成充液空间；顶板中心设有顶板中心孔，中间板中心设有中间板中心孔；中间板上还设有中间板安装孔和升液孔，底板上设有底板安装孔；中间板安装孔与底板安装孔一一对应，结构相同，数量相等；LNG入口管固定于顶板中心孔与中间板中心孔上并与充液空间相连通，LNG入口管上端穿过外筒体顶端封头露于顶端封头外部；降液管固定于中间板安装孔和底板安装孔上，降液管入口高出中间板并与倒流空间相连通，降液管出口与底板下沿平齐并与气液混合空间相连通。
3.根据权利要求2所述的再冷凝器，其特征在于：所述中间板安装孔与升液孔均为圆孔，大小相同，圆孔整体采用正三角形布置。
4.根据权利要求3所述的再冷凝器，其特征在于：所述中间板安装孔与升液孔数量相等，间隔布置。
5.根据权利要求2所述的再冷凝器，其特征在于：所述的LNG入口管与中间板中心孔之间设置有扩径管，LNG入口管下端连接扩径管管径小的一端，扩径管管径大的一端与中间板中心孔连通。
6.根据权利要求1所述的再冷凝器，其特征在于：所述的内筒体内设有BOG升气板。
7.根据权利要求6所述的再冷凝器，其特征在于：所述的BOG升气板沿内筒体轴向自下而上呈之字形倾斜分层设置，上一层BOG升气板的倾斜低端位于相邻的下一层BOG升气板的倾斜高端上方，每层BOG升气板在其倾斜高端一侧设有升气孔。
8.根据权利要求7所述的再冷凝器，其特征在于：所述的升气孔呈正三角形布置，升气孔的开孔面积占BOG升气板板截面积的20％～30％。
9.根据权利要求7所述的再冷凝器，其特征在于：所述的每层BOG升气板倾斜的角度为2°～3°。
10.根据权利要求1所述的再冷凝器，其特征在于：所述的填料由填料底板与填料顶板支撑和固定，填料底板与填料顶板结构相同，均为圆环形板，环状板面上均匀设有圆形开孔，圆形开孔呈正三角形布置，充满整个环状板面，填料底板与填料顶板套装于内筒体外壁上，填料填充于填料底板与填料顶板之间的环形空间内。
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