CN108870071A - 一种液化气船耐低温卸货再气化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液化气船耐低温卸货再气化系统，包括位于液化气船上用于运输过程中储存LNG的储罐和设置在液化气船上连接在储罐上的气化装置；所述气化装置包括LNG加热装置、闭合的中间介质回路和海水提供装置，LNG加热装置包括增压泵、第一换热器和第二换热器，所述增压泵连接储罐，所述第一换热器连接增压泵，所述第一换热器的连接第二换热器。本发明在低温海水工况引入了微波加热，根据海域的不同，可以进行不同功率的加热，该系统在各情况海水工况的海域均可以使用，适用于中国的各个海域以及国外其他相似海域，灵活应用于各种海水工况。

Description

一种液化气船耐低温卸货再气化系统

技术领域

本发明涉及一种液化气船耐低温卸货再气化系统。

背景技术

天然气的产地与消费地往往相隔很远，输送通常通过管线进行，气态的气体在陆上从储层在管线中输送。然而，许多储层位于遥远的区域或者具有受限制的可接近性的区域，包括管线的利用或者在技术上非常复杂、或者在经济上无效益。那么，一种非常普遍的技术是，将天然气在生产现场处或附近液化，并且将LNG在通常位于海船上的特别设计的储罐中输送到市场。将天然气液化包括将气体压缩和冷却到低温温度，例如-160℃。因此，LNG运载工具可将巨大量的LNG运输至目的地，在该目的地，货物被卸载到陆上的专用罐，之后用LNG运输车辆通过公路或者铁路输送或者被再蒸发并通过例如管线输送。更好地做法是将液货卸载到陆上管线之前在海船上再蒸发LNG，LNG流经一个或多个位于船上的蒸发器。在运输船周围的海水流经用于在卸载到陆上设施之前将LNG加热和蒸发成天然气的蒸发器。应用于海上LNG接收与处理、陆上LNG接收站资源调配、海洋开采天然气处理与运输的海上浮式再气化装置变得越发重要，前景十分广阔。

现有的主要加热气化装置为海水通入换热器，与中间介质和LNG换热，这样的气化装置的气化能力受气候等因素的影响较大，随气温降低，气化能力下降，且工作时换热器管道的某些部位可能结冰，尤其是换热器后半部分，使传热效果降低，因此通常装置的进口水温应控制在5℃以上，而对于海水温度低于5℃的情况，现有液化天然气再气化系统无法使用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种液化气船耐低温卸货再气化系统，该系统可以在海水温度较低时也可使用。

为解决上述技术问题，本发明的液化气船耐低温卸货再气化系统，包括

位于液化气船上用于运输过程中储存LNG的储罐和设置在液化气船上连接在储罐上的气化装置；

所述气化装置包括：

-LNG加热装置，包括增压泵、第一换热器和第二换热器，所述增压泵连接储罐，所述第一换热器连接增压泵，所述第一换热器的连接第二换热器；

-闭合的中间介质回路，包括中间介质储罐、中间介质循环泵，所述中间介质储罐连接第一换热器，中间介质储罐连接第三换热器，第三换热器连接第一换热器；

-海水提供装置，包括海水泵，所述海水泵连接第二换热器和第三换热器；

所述第二换热器包括壳体，所述壳体中部设置换热腔，所述壳体前端设置上前腔和下前腔，所述上前腔设置海水进口，所述下前腔设置海水出口，所述壳体上设置LNG进口和LNG出口，所述换热腔内设置水平的隔板，所述隔板远离LNG进口的一端设置开口，所述换热腔内设置挡板，所述壳体的后端设置上后腔和下后腔，所述上前腔、下前腔与上后腔、下后腔通过换热管连接，所述上后腔与下后腔之间设置微波加热装置，所述换热管伸入上后腔和下后腔，所述上后腔与下后腔中的换热管通过细支管连接，所述细支管由透微波材料组成，所述微波加热装置包括谐振腔，所述谐振腔由上壁、下壁和侧壁组成，所述细支管穿过上壁和下壁。

由于进入换热器的LNG温度低，大约零下十度左右。当冬天海水温度比较低时，通过第二换热器的海水容易在换热器的某些位置结冰，堵塞换热器，导致换热效率降低，影响气化效果。将换热器的热液和冷液的通道都设置成折返式，并且海水的通道设置成多条换热管，这样海水通道可以在换热器的端部有折返的管道，从而可以上后腔和下后腔之间设置加热装置。用细支管将上下后腔的换热管相连，谐振腔的上壁和下壁留有小孔或缝隙，微波不会透过小孔或缝隙，细支管穿过谐振腔，细支管里的海水可以直接被加热。

作为一种改进，所述细支管在上壁和下壁的分布设置密集区和稀疏区，所述密集区成圆环状。

由于谐振腔内的微波存在衍射和反射现象，微波场的分布不是均匀的，由于微波在样品界面发生折射和反射，产生驻波现象，使样品内部电场分布出现“震荡”，导致温度分布差异。经试验表明微波场的能量密度都是轴向温度都沿中心水平面对称，呈现中间和最边缘能量低，谐振器中部成圆环状区域能量密度高。因此，将穿过谐振器的细支管的密度也设置成围绕中心的圆环处最高，形成密集区，谐振腔的边缘和中心为密度低的稀疏区。使得细支管中的水可以被均匀的加热。

作为一种改进，所述热器上设置流量传感器和温度传感器，所述流量传感器和温度传感器连接控制器，所述控制器连接微波加热装置。

控制器根据流量传感器和温度传感器传来的信息，可以判断加热情况，从而调整加热的功率。

作为一种改进，所述细支管分为两端的挠性段和中部的刚性段，所述刚性段穿过谐振腔，所述挠性段与换热管连接，所述上壁和下壁在与设置放射状缝隙，所述缝隙上设置金属丝。

由于需要根据海水的流量和温度调整加热的功率，不同盐度的海水的介电特性不同，对微波的吸收不同，导致微波场的分布也会随之变化，密集区的范围和能量密度也会变化，需要根据这些变化来调整细支管在谐振腔中的分布。将细支管分为两端的挠性段和中部的刚性段，在调整加热的功率时，可以通过移动装置调整细支管刚性段的位置，而挠性段与换热管连接处可以不受影响。上壁和下壁设置缝隙，缝隙之间上设置金属丝，金属丝既可以屏蔽电磁波防止电磁波外漏，又不妨碍刚性段沿放射状缝隙在径向上的移动。

所述上壁上方和下壁下方设置能够使细支管的刚性段横向移动的移动装置，所述移动装置包括环形齿轮支架和滑动齿条支架，所述滑动齿条支架呈放射状，所述环形齿轮支架上安装可沿环形齿轮支架转动的环形齿轮，所述滑动齿条支架上设置内齿轮、外齿轮和可沿滑动齿条支架滑动的滑动齿条，所述环形齿轮内圈设有内齿，所述环形齿轮的外圈都设有外齿，所述内齿轮的一端与环形齿轮的内齿啮合，所述外齿轮的一端与环形齿轮的外齿啮合，所述内齿轮和外齿轮的另一端与所述滑动齿条啮合，所述滑动齿条上连接细支管的刚性段。

作为一种改进，所述环形齿轮的上表面设置上齿，所述环形齿轮上方设置固定连接环形齿轮支架的电机，所述电机上安装驱动齿轮，所述驱动齿轮与上齿相啮合，所述驱动电机连接控制器。

作为一种改进，所述内齿轮或外齿轮中的任一个连接转动电机，所述转动电机连接控制器。

本发明液化气船耐低温卸货再气化系统，在低温海水工况引入了微波加热，根据海域的不同，可以进行不同功率的加热，该系统在各情况海水工况的海域均可以使用，适用于中国的各个海域以及国外其他相似海域，灵活应用于各种海水工况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的液化气船耐低温卸货再气化系统的结构示意图。

图2是本发明的热交换器的结构示意图。

图3是微波加热装置的结构示意图。

图4是图2中A部分的局部放大图。

图5是微波加热装置的上壁的示意图。

图6加第一种热功率微波场能量密度的分布图。

图7加第二种热功率微波场能量密度的分布图。

图8是微波加热装置的上壁设有密集区的示意图。

图9是微波加热装置与换热管的连接示意图。

图10是图9中沿B-B线的剖视图。

图11是图10中B部分的局部放大图。

图12是图9中沿A-A线的剖视图。

图13是细支管的刚性段向密集区移动的示意图。

图14是图13中C部分的局部放大图。

图15是图9中D部分的局部放大图。

图16是细支管的刚性段向密集区移动的示意图。

图17是第二种驱动方式的示意图。

具体实施方式

如图1-图17所示，本发明的LNG再气化装置的换热器用于液化气船卸货再气化系统，液化气船卸货再气化系统包括液化气船上用于运输过程中储存LNG的储罐1和设置在液化气船上连接在储罐1上的气化装置。气化装置包括LNG加热装置、闭合的中间介质回路和海水提供装置。

如图1所示，LNG加热装置包括增压泵2、第一换热器3和第二换热器4，增压泵2连接储罐1，增压泵2连接第一换热器3的一个入口，第一换热器3的出口连接第二换热器4。闭合的中间介质回路包括中间介质储罐5、中间介质循环泵6，中间介质储罐5连接第一换热器3的另一个入口，中间介质储罐5连接第三换热器7，第三换热器7连接第一换热器3。海水提供装置包括海水泵8，海水泵8连接第二换热器4和第三换热器7。

LNG从船上的储罐1中输出，并送到增大LNG压力的增压泵2中，增压的LNG从增压泵2流入到第一换热器3中。中间介质优选为丙烷。中间介质储罐5中的丙烷由中间介质循环泵6驱动到第三换热器7中，与相反方向的穿过第三换热器的海水来加热，中间介质通常比进入的海水的温度低达2℃至5℃。然后，已加热的中间介质通过管道输送到第一换热器3中，与反向通过的LNG换热，加热LNG，降温后的中间介质循环回到中间介质储罐5。被加热后的天然气被输送到第二换热器4中，与反向通过的海水进行换热。

本发明的LNG再气化装置的换热器，如图2所示，包括壳体10，壳体中部设置换热腔20，壳体10前端设置上前腔11和下前腔12，上前腔11设置海水进口13，下前腔12设置海水出口14，壳体1上设置LNG进口15和LNG出口16，换热腔20内设置水平的隔板26，隔板26远离LNG进口的一端设置开口27，换热腔20内设置挡板21，壳体10的后端设置上后腔17和下后腔18，上前腔11、下前腔12与上后腔17、下后腔18通过换热管19连接。

LNG从LNG进口15进入，在换热腔20内流过，经过挡板21的阻挡，可以与换热管19内的海水充分换热。LNG在挡板21的开口27处折返，从LNG出口16流出。海水从海水入口13内进入上前腔11，进入换热管19，换热管19在换热腔20内穿过，与流经换热腔20的LNG交换热量。然后海水进入上后腔17和下后腔18，通过在进入下换热腔20，最终从海水出口14流出。

由于进入换热器的LNG温度还是比较低，大约零下十度左右。当冬天海水温度比较低时，通过第二换热器的海水容易在换热器的某些位置结冰，堵塞换热器，导致换热效率降低，影响气化效果。

上后腔与下后腔之间设置微波加热装置22，所述换热管19伸入上后腔17和下后腔18，上后腔17与下后腔18中的换热管19通过细支管23连接，细支管23由透微波材料组成，微波加热装置包括谐振腔24和微波发生装置27，谐振腔24由上壁24a、下壁24b和侧壁24c组成。

如图3和图5所示，上壁24a、下壁24b设有小孔25，细支管23可以通过小孔25穿过谐振腔的上壁24a、下壁24b，如图4所示。

小孔25在上壁24a和下壁24b的分布可以设置密集区28和稀疏区37，密集区28成圆环状，如图8所示。

换热器的流体管路上上设置流量传感器和温度传感器，流量传感器和温度传感器连接控制器，所述控制器连接微波加热装置22。控制器根据流量传感器和温度传感器传来的信息，可以判断加热情况，从而调整加热的功率。

在另一种实施方式中，将细支管设置为可根据情况调整在谐振腔内的分布。

具体做法为：部分或者全部的细支管23分为两端的挠性段23a和中部的刚性段23b，如图9所示，刚性段23b穿过谐振腔24，挠性段23a与换热管19连接，上壁24a和下壁24b设置多条以上壁24a和下壁24b的中心为圆心的放射状的缝隙29，如图10所示.图10中未画出小孔25。缝隙29上设置金属丝31，金属丝31形成网状，如图11所示。图11中画出了小孔25。

需要根据海水的流量和温度调整加热的功率，由于设置了细支管，细支管对微波会产生散射、反射效应，会导致微波场的分布变化。不同盐度的海水的介电特性不同，对微波的吸收不同，导致微波场的分布也会随之变化，密集区的范围和能量密度也会变化，如图6和图7所示。图6和图7是不同加热功率时微波场能量密度的分布图，横轴为沿谐振腔中心的断面的距离，纵坐标为能量密度。需要根据这些变化来调整细支管在谐振腔中的分布。将细支管23分为两端的挠性段和中部的刚性段，在调整加热的功率时，可以通过移动装置30调整缝隙29附近的部分细支管刚性段的位置，而挠性段与换热管连接处可以不受影响。在上壁24a和下壁24b上开设放射状的缝隙29，这些缝隙29可以使得部分在密集区28附近的细支管23的刚性段23b沿径向向密集区28内移动，或者向密集区28外移动，使得密集区28内的细支管23的密度增大或减小，适应微波场的分布的变化。设置在缝隙29上的金属丝31可以遮蔽缝隙29，既可以屏蔽电磁波防止电磁波外漏，又不妨碍刚性段沿放射状缝隙29在径向上的移动。

调整细支管23的刚性段23b沿径向向密集区28内或外移动，可以通过手动，也可以在上壁24a上方和下壁24b下方设置一套移动装置实现自动移动，如图9所示。

具体的，如图13-17所示，移动装置30包括环形齿轮支架31和滑动齿条支架32，滑动齿条支架32呈放射状，其位置与上壁24a和下壁24b上的放射状的缝隙29位置相匹配，环形齿轮支架31上安装可沿环形齿轮支架31转动的环形齿轮33，滑动齿条支架32上设置内齿轮34、外齿轮35和可沿滑动齿条支架32滑动的滑动齿条36，环形齿轮33内圈设有内齿33a，环形齿轮33的外圈都设有外齿33b，内齿轮34的一端与环形齿轮的内齿33a啮合，外齿轮35的一端与环形齿轮的外齿33b啮合，内齿轮34和外齿轮35的另一端与滑动齿条36啮合，滑动齿条36上连接细支管23的刚性段23b。

当需要将部分细支管23聚集到密集区28时，如图13、图14、图16所示，转动环形齿轮33，例如可以如图中逆时针转动，环形齿轮33的内齿33a带动内齿轮34逆时针转动，内齿轮34的下端也有齿轮，可带动内滑动齿条36a，向密集区28运动，从而带动密集区28环内的稀疏区37a中的细支管23向密集区28移动。环形齿轮33的外齿33b带动外齿轮35顺时针转动，外齿轮35的下端也有齿轮，可带动外滑动齿条36b，向密集区28运动，从而带动密集区28环外的稀疏区37b中的细支管23向密集区28移动。

可以设置一套装置驱动转动环形齿轮33转动。

第一种方式中，如图14-16所示，环形齿轮33的上表面设置上齿33c，环形齿轮33上方设置固定连接环形齿轮支架31的电机39，电机39上安装驱动齿轮40，驱动齿轮40与上齿33c相啮合，电机39连接控制器。传感器和微波加热器向控制器传送信号，当微波场的分布发生变化时，控制器控制电机39转动，驱动环形齿轮33转动，从而带动细支管23进入或移出密集区28。

第二种方法中，如17所示，内齿轮34或外齿轮35中的任一个连接第二电机41，第二电机41连接控制器。当微波场的分布发生变化时，控制器控制第二电机41转动，第二电机41驱动任意一个内齿轮34或外齿轮35，此内齿轮34或外齿轮35带动环形齿轮33转动，带动其他内齿轮34或外齿轮35转动，从而带动细支管23进入或移出密集区28。

Claims (7)

1.一种液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：包括

位于液化气船上用于运输过程中储存LNG的储罐和设置在液化气船上连接在储罐上的气化装置；

所述气化装置包括：

-LNG加热装置，包括增压泵、第一换热器和第二换热器，所述增压泵连接储罐，所述第一换热器连接增压泵，所述第一换热器的连接第二换热器；

-闭合的中间介质回路，包括中间介质储罐、中间介质循环泵，所述中间介质储罐连接第一换热器，中间介质储罐连接第三换热器，第三换热器连接第一换热器；

-海水提供装置，包括海水泵，所述海水泵连接第二换热器和第三换热器；

所述第二换热器包括壳体，所述壳体中部设置换热腔，所述壳体前端设置上前腔和下前腔，所述上前腔设置海水进口，所述下前腔设置海水出口，所述壳体上设置LNG进口和LNG出口，所述换热腔内设置水平的隔板，所述隔板远离LNG进口的一端设置开口，所述换热腔内设置挡板，所述壳体的后端设置上后腔和下后腔，所述上前腔、下前腔与上后腔、下后腔通过换热管连接，所述上后腔与下后腔之间设置微波加热装置，所述换热管伸入上后腔和下后腔，所述上后腔与下后腔中的换热管通过细支管连接，所述细支管由透微波材料组成，所述微波加热装置包括谐振腔，所述谐振腔由上壁、下壁和侧壁组成，所述细支管穿过上壁和下壁。

2.按照权利要求1所述的液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：所述细支管在上壁和下壁的分布设置密集区和稀疏区，所述密集区成圆环状。

3.按照权利要求2所述的液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：所述换热器上设置流量传感器和温度传感器，所述流量传感器和温度传感器连接控制器，所述控制器连接微波加热装置，所述流量传感器和温度传感器连接控制器。

4.按照权利要求3所述的液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：所述细支管分为两端的挠性段和中部的刚性段，所述刚性段穿过谐振腔，所述挠性段与换热管连接，所述上壁和下壁在与设置放射状缝隙，所述缝隙上设置金属丝。

5.按照权利要求4所述的液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：所述上壁上方和下壁下方设置能够使细支管的刚性段横向移动的移动装置，所述移动装置包括环形齿轮支架和滑动齿条支架，所述滑动齿条支架呈放射状，所述环形齿轮支架上安装可沿环形齿轮支架转动的环形齿轮，所述滑动齿条支架上设置内齿轮、外齿轮和可沿滑动齿条支架滑动的滑动齿条，所述环形齿轮内圈设有内齿，所述环形齿轮的外圈都设有外齿，所述内齿轮的一端与环形齿轮的内齿啮合，所述外齿轮的一端与环形齿轮的外齿啮合，所述内齿轮和外齿轮的另一端与所述滑动齿条啮合，所述滑动齿条上连接细支管的刚性段。

6.按照权利要求5所述的液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：所述环形齿轮的上表面设置上齿，所述环形齿轮上方设置固定连接环形齿轮支架的电机，所述电机上安装驱动齿轮，所述齿轮与上齿相啮合，所述电机连接控制器。

7.按照权利要求5所述的液化气船耐低温卸货再气化系统，其特征在于：所述内齿轮或外齿轮中的任一个连接电机，所述电机连接控制器。