CN107760399B - 一种液化天然气再冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液化天然气再冷凝装置，主要由外筒体、LNG均布器、内筒体和填料组成，LNG均布器和内筒体之间的空隙形成气液混合空间；内筒体上端开口，通过其下端的环形外折边与外筒体内壁相焊接，内筒体外壁与外筒体内壁之间形成底部封闭、上部与气液混合空间相通的环形空间，环形空间内设有螺旋升气盘，螺旋升气盘套装于内筒体外壁上，螺旋升气盘使环形空间形成螺旋升气通道，螺旋升气通道下端与环形空间底部设置的BOG底部入口管相通，螺旋升气通道上端与气液混合空间相通。本发明经过两次冷凝极大地提高了再冷凝装置的冷凝效率，同时也提高了操作的稳定性和安全性。

Description

一种液化天然气再冷凝装置

技术领域

本发明属于液化天然气(LNG)处理技术领域，具体地说涉及一种液化天然气(LNG)再冷凝装置。

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，江苏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，本发明提供了一种液化天然气再冷凝装置。

本发明提供的液化天然气再冷凝装置主要由外筒体、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LNG均布器下方，LNG均布器和内筒体之间的空隙形成气液混合空间，填料设于内筒体中上部；内筒体为上端开口、下端带环形外折边的上下贯通的筒体，内筒体通过其下端的环形外折边与外筒体内壁相焊接，内筒体外壁与外筒体内壁之间形成底部封闭、上部与气液混合空间相通的环形空间，环形空间内设有螺旋升气盘，螺旋升气盘套装于内筒体外壁上，螺旋升气盘的外缘与外筒体内壁相焊接，螺旋升气盘的内缘与内筒体外壁相焊接，螺旋升气盘使环形空间形成螺旋升气通道，螺旋升气通道下端与环形空间底部设置的BOG底部入口管相通，螺旋升气通道上端与气液混合空间相通。

所述气液混合空间所对应的外筒体筒壁上设有BOG上部入口管，BOG上部入口管与气液混合空间相通，外筒体底部设有LNG出口管。

所述的LNG均布器主要由LNG入口管、降液管、铺液板、一次布液盘和二次布液盘组成；铺液板、一次布液盘和二次布液盘自上而下分层设置，铺液板和一次布液盘上设有安装孔，二次布液盘上设有布液孔，铺液板中心设有铺液板开口，铺液板直径为一次布液盘直径的1/3～1/2；LNG入口管与铺液板开口连通，降液管为两端敞口的短管，降液管的下端焊接于一次布液盘的安装孔上，靠近一次布液盘中心的降液管同时穿过铺液板上与一次布液盘相对应的安装孔并与铺液板相焊接，降液管的上端位于外筒体上部封头空间的下方，一次布液盘和二次布液盘外缘分别与外筒体内壁相焊接。

所述铺液板为圆板结构，主要用于抑制来流LNG的向上流动，对来流LNG进行铺液，迫使来流LNG在圆周径向上均匀流动充满整个一次布液盘上层空间；降液管安装于一次布液盘上方，为LNG溢流进入一次布液盘的通道，降液管的上端位于外筒体上部封头空间的下方。

为了降低来自LNG入口管的LNG液流的冲击，在LNG入口管与铺液板开口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铺液板开口连通。扩径管的作用主要为缓冲来流LNG，减弱来流LNG对一次布液盘的过度冲击，扩径程度适中为好。

为了平衡气液混合空间与LNG均布器上方的压力，在一次布液盘上还设置有气相平衡管，气相平衡管沿铺液板外缘圆周均匀设置，气相平衡管两端敞口，下端焊接于一次布液盘的安装孔上，上端穿过铺液板上与一次布液盘相对应的安装孔并与铺液板相焊接，气相平衡管上端深入到外筒体上部封头空间内，避免LNG均布器上方气相聚集压力升高影响LNG降液管的正常溢流从而破坏整个LNG均布器的布液效果，气相平衡管的高度大于降液管的高度。

所述的LNG入口管上端穿过外筒体顶部露于外筒体外部，在一次布液盘和二次布液盘之间的外筒体筒壁上设有不凝气泄放管。

所述铺液板和一次布液盘的安装孔均为圆孔，大小相同，主要用于安装固定降液管；铺液板和一次布液盘上安装孔的布置方式完全相同，可以采用正三角形布置，即每相邻的3个圆孔呈正三角形排布；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。

所述二次布液盘的布液孔可以为圆孔、方孔、条形孔或者其他形状，主要用于LNG的均匀分布。布液孔的排列分布方式，可以根据实际需要确定，可以采取均匀分布方式，也可以采取从中心向四周的辐射分布方式。

二次布液盘的布液孔为圆孔时，二次布液盘上的布液孔与一次布液盘上的安装孔呈交错布置，以避免二者开孔在垂直方向上的重叠从而影响布液效果。

二次布液盘的布液孔为条形孔时，如条形孔为弧形，条形孔围绕二次布液盘的中心呈环状分布；如条形孔为矩形，条形孔可以围绕二次布液盘的中心呈环状分布，也可以采取从中心向四周的辐射分布方式。

所述的内筒体中部设有填料底板，内筒体上端开口处设有填料顶板，填料填充于填料顶板、填料底板和内筒体围成的空间内。填料顶板与填料底板采用相同的设计，均采用圆孔通道，圆孔呈正三角形布置在整个板截面上，圆孔间隔为凸台设计，填料顶板开孔大小与二次布液盘相同即可；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，填料采用鲍尔环、拉西环或者规整填料皆可。

所述的螺旋升气盘由螺旋环绕的条带状薄片构成，螺旋升气盘的数量可以为单个，也可以为两个。螺旋升气盘的数量为两个时，两个螺旋升气盘呈轴对称布置，充满整个环形空间，组成双螺旋升气通道，每个螺旋升气通道下端对应一个BOG底部入口管，即两个螺旋升气通道对应两个BOG底部入口管，两个BOG底部入口管也呈轴对称分布。

BOG底部入口管来流BOG在浮力作用下经螺旋升气通道螺旋上升至气液混合空间；螺旋升气盘的的主要控制参数为螺旋升角，螺旋升角过大则BOG上升速度过快且导致在一定的安装高度上螺旋圈数过少使得一次冷凝时间过少从而冷凝效果不佳，螺旋升角过小则使得螺旋升气盘间距过小即BOG的螺旋通道过窄，流通面积不够以及与BOG接触的LNG量不足同样影响一次冷凝效果。

为了使螺旋升气通道起到更好的冷凝换热效果，在螺旋升气通道中设置有BOG均布板，BOG均布板设于螺旋升气通道上方，与螺旋升气盘条带状薄片的下表面相焊接，BOG均布板上设有均布孔，均布孔呈正三角形布置充满整个均布板截面，BOG均布板的宽度为螺旋升气通道的宽度，即为螺旋升气盘条带状薄片的宽度，BOG均布板的高度可以为螺旋升气通道的高度，最好为螺旋升气通道高度的1/3～1/2。BOG均布板主要用于对螺旋升气通道中的BOG进行均布，当BOG在螺旋升气通道中流动一段时间之后会形成气团聚集于螺旋升气通道的顶部，影响冷凝换热效果，因此在螺旋通道中每隔一段距离加设BOG均布板可以对BOG进行更好的均布。

在外筒体底部、LNG出口的正上方设有防涡挡板，防涡挡板为圆板，其下表面设有支撑立柱，防涡挡板通过支撑立柱固定于外筒体底部内壁上。

本发明具有如下优点：本发明通过采用带环形外折边内筒体和螺旋升气盘，使LNG再冷凝器形成了一种单罐双壳型结构，外壳内形成环形空间螺旋升气冷凝段，内壳内形成填料冷凝段，经过两段冷凝在很大程度上提高了再冷凝装置的冷凝效率；BOG气相入口分为BOG底部入口与BOG上部入口，通过采用上下布置BOG入口使得再冷凝装置内压力更容易控制，提高了操作的稳定性和安全性。底部BOG首先上行进入环形空间螺旋升气冷凝段进行第一次冷凝回收，残余BOG进入气液混合空间与经LNG均布器来的LNG进行充分接触混合后下行进入填料冷凝段进行第二次冷凝回收，上部BOG主要用于压力控制。

附图说明

图1是本发明液化天然气再冷凝装置的一种结构示意图。

图2为图1中LNG均布器的结构示意图；

图3为图2中铺液板的结构示意图；

图4为图2中一次布液盘的结构示意图；

图5为图2中二次布液盘的结构示意图；

图6为图2的三维结构示意图；

图7为单螺旋升气盘的结构示意图；

图8为双螺旋升气盘的组合结构示意图；

图9为图7中BOG均布板的结构示意图。

图中：1-外筒体，2-LNG均布器，3-不凝气泄放管，4-BOG上部入口管，5-气液混合空间，6-填料顶板，7-填料，8-内筒体，9-填料底板，10-螺旋升气盘，11-BOG均布板，12-环形空间，13-BOG底部入口管，14-LNG液相空间，15-防涡挡板，16-LNG出口管，17-LNG入口管，18-扩径管，19-气相平衡管，20-降液管，21-一次布液盘，22-二次布液板，23-布液孔，24-铺液板，25-安装孔，26-安装孔，27-均布孔，28-铺液板开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

由图1可知，本发明提供的液化天然气再冷凝装置为立式结构，从上至下，依次为外筒体1、LNG均布器2、不凝气泄放管3、BOG上部入口管4、气液混合空间5、填料顶板6、填料7、内筒体8、填料底板9、螺旋升气盘10、BOG均布板11、环形空间12、BOG底部入口管13、LNG液相空间14、防涡挡板15、LNG出口管16。

LNG均布器2设于外筒体1上部，其LNG入口管17上端穿过外筒体1顶部露于外筒体1外部，不凝气泄放管3设于一次布液盘21和二次布液盘22之间的外筒体1筒壁上(见图2所示结构)。BOG上部入口管4设于气液混合空间5所对应的外筒体1筒壁上，与气液混合空间5相通。

气液混合空间5与环形空间12相通，环形空间12内从下至上依次设有BOG底部入口管13和螺旋升气盘10，套装于内筒体8外壁上，BOG底部入口管13和螺旋升气盘10均为两个，呈轴对称分布，每个BOG底部入口管13与相对应螺旋升气盘10相连通，两个螺旋升气盘10组成双螺旋升气通道，在双螺旋升气通道内设有BOG均布板11。内筒体8上端开口处设有填料顶板6、中部设有填料底板9，在填料顶板6和填料底板9之间填充有填料7，填料顶板6和填料底板9上均采用圆孔通道，圆孔间隔为凸台设计，填料顶板6开孔大小与二次布液盘的布液孔23大小相同即可(见图5)；填料底板9用来支撑填料7，开孔大小要小于所采用的填料尺寸。

填料底板9下方、由内筒体8内壁和外筒体1内壁围成的空间为LNG液相空间14，在LNG液相空间14底部设有防涡挡板15，LNG出口管16设于外筒体1底部。

BOG底部入口管13、螺旋升气盘10、气液混合空间5、填料顶板6、填料7、填料底板9和LNG液相空间14依次连通构成BOG冷凝通道。

由图2～6可知，所述的LNG均布器2整体呈圆盘状，主要由LNG入口管17、扩径管18、降液管20、气相平衡管19、铺液板24、一次布液盘21和二次布液盘22组成；铺液板24、一次布液盘21和二次布液盘22自上而下分层设置，铺液板24和一次布液盘21上设有安装孔25和安装孔26，二次布液盘22上设有布液孔23，铺液板24中心设有铺液板开口28，铺液板24直径为一次布液盘21直径的1/3～1/2；

LNG入口管17下端连接扩径管18管径小的一端，扩径管18管径大的一端与铺液板开口28连通，降液管20为两端敞口的短管，降液管20的下端焊接于一次布液盘21的安装孔26上，靠近一次布液盘21中心的降液管20同时穿过铺液板24上与一次布液盘21相对应的安装孔25并与铺液板25相焊接；气相平衡管19沿铺液板24外缘圆周均匀设置，气相平衡管19两端敞口，下端焊接于一次布液盘21的安装孔上，上端穿过铺液板24上与一次布液盘21相对应的安装孔25并与铺液板24相焊接，气相平衡管19上端深入到外筒体1上部封头空间内，气相平衡管19的高度大于降液管20的高度。一次布液盘21和二次布液盘22外缘分别与外筒体1内壁相焊接。

图3和图4分别示出了铺液板24和一次布液盘21上安装孔25和安装孔26的排列分布方式，安装孔25和安装孔26均呈正三角形布置。

图5给出了二次布液盘上布液孔23的排列分布方式，布液孔23为圆孔，呈正三角形布置。

图6给出了LNG均布器的三维结构示意图，可以直观的反映出LNG均布器的整体结构和降液管20的排列分布方式。

图7～图9给出了单螺旋升气盘、双螺旋升气盘及BOG均布板的结构示意图，BOG均布板11与螺旋升气盘条带状薄片的下表面相焊接，BOG均布板11上设有均布孔27，均布孔27呈正三角形布置，BOG均布板11的宽度为螺旋升气盘条带状薄片的宽度，BOG均布板11的高度为螺旋升气通道高度的1/3～1/2。

如图1和图2所示，本发明的工作过程为：从BOG底部入口管13进入的BOG经螺旋升气盘10形成的双螺旋升气通道的第一次冷凝进入气液混合空间5；从BOG上部入口管4进入的BOG直接进入气液混合空间5；从LNG入口管17进入LNG均布器2的LNG经LNG扩径管18、铺液板24进入一次布液盘21上方、外筒体1上部封头空间下方的充液空间，然后经降液管20溢流进入一次布液盘21进行一次布液，之后经LNG二次布液盘22进行二次布液，二次布液后的LNG同样进入气液混合空间5；在气液混合空间5混合均匀的气液两相经填料顶板6进入填料7进行第二次冷凝回收，经第二次冷凝回收后的LNG经LNG液相空间14、防涡挡板15由LNG出口管16引出再冷凝装置。冷凝过程存在中的不凝气经不凝气泄放管3进行泄放。

由于本发明的再冷器为单罐双壳型结构，内筒体8底部与外筒体1隔离、内筒体8顶部与外筒体1连通，因此操作过程中，环形空间内12的液位处于溢流状态故为恒定液位，内筒体8内液位随操作工况的变化波动。

Claims (9)

1.一种液化天然气再冷凝装置，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LNG均布器下方，LNG均布器和内筒体之间的空隙形成气液混合空间，填料设于内筒体中上部；内筒体为上端开口、下端带环形外折边的上下贯通的筒体，内筒体通过其下端的环形外折边与外筒体内壁相焊接，内筒体外壁与外筒体内壁之间形成底部封闭、上部与气液混合空间相通的环形空间；其特征在于：所述环形空间内设有螺旋升气盘，螺旋升气盘套装于内筒体外壁上，螺旋升气盘的外缘与外筒体内壁相焊接，螺旋升气盘的内缘与内筒体外壁相焊接，螺旋升气盘使环形空间形成螺旋升气通道，螺旋升气通道下端与环形空间底部设置的BOG底部入口管相通，螺旋升气通道上端与气液混合空间相通；所述气液混合空间所对应的外筒体筒壁上设有BOG上部入口管，BOG上部入口管与气液混合空间相通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述螺旋升气盘由螺旋环绕的条带状薄片构成，螺旋升气盘的数量为单个或两个。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述螺旋升气盘的数量为两个，两个螺旋升气盘呈轴对称布置，充满整个环形空间，组成双螺旋升气通道，每个螺旋升气通道下端对应一个BOG底部入口管。

4.根据权利要求1～3所述的任一装置，其特征在于：所述的螺旋升气通道中设置有BOG均布板，BOG均布板设于螺旋升气通道上方，BOG均布板上设有均布孔，BOG均布板的宽度为螺旋升气通道的宽度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的LNG均布器主要由LNG入口管、降液管、铺液板、一次布液盘和二次布液盘组成；铺液板、一次布液盘和二次布液盘自上而下分层设置，铺液板和一次布液盘上设有安装孔，二次布液盘上设有布液孔，铺液板中心设有铺液板开口，铺液板直径为一次布液盘直径的1/3～1/2；LNG入口管与铺液板开口连通，降液管为两端敞口的短管，降液管的下端焊接于一次布液盘的安装孔上，靠近一次布液盘中心的降液管同时穿过铺液板上与一次布液盘相对应的安装孔并与铺液板相焊接，降液管的上端位于外筒体上部封头空间的下方，一次布液盘和二次布液盘外缘分别与外筒体内壁相焊接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的LNG入口管与铺液板开口之间设置扩径管，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铺液板开口连通。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的一次布液盘上设置有气相平衡管，气相平衡管沿铺液板外缘圆周均匀设置，气相平衡管两端敞口，下端焊接于一次布液盘的安装孔上，上端穿过铺液板上与一次布液盘相对应的安装孔并与铺液板相焊接，气相平衡管上端深入到外筒体上部封头空间内，气相平衡管的高度大于降液管的高度。

8.根据权利要求5～7所述的任一装置，其特征在于：所述的铺液板和一次布液盘的安装孔均为圆孔，大小相同，布置方式完全相同。

9.根据权利要求5～7所述的任一装置，其特征在于：所述的二次布液盘的布液孔为圆孔、方孔或条形孔，布液孔的排列分布方式为均匀分布方式或从中心向四周的辐射分布方式。

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