CN110194975B - 一种卧式罐体lng再冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式罐体LNG再冷凝器，所述罐体结构为卧式筒体，主要包括LNG喷射板、左端开孔BOG折流板、右端开孔BOG折流板、中间隔板、填料底板、填料顶板；本发明采用直接接触冷凝与填料冷凝相结合的工艺，是一种冷凝效率更高的工艺结构；卧式罐结构截面面积较大，高度较底，结构稳定性较好，相关配套管道的爬升高度较低，利于流动稳定。

Description

一种卧式罐体LNG再冷凝器

技术领域

本发明属于液化天然气(LNG)再冷凝器技术领域，具体涉及一种液化天然气蒸发气(BOG)处理技术。

背景技术

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。

现在工程在用的LNG再冷凝器皆为立式罐的形式，现有技术存在如下问题：(1)进入LNG再冷凝器的BOG温度较高，填料冷凝过程中需要更多的冷量，填料冷凝速率较低；(2)立式罐结构截面面积较小，因此在相同的流量波动下液位变动剧烈，不易于液位控制。(3)立式罐结构高度较高，结构稳定性较差，且会造成相关配套管道较大的爬升高度，不利于流动稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卧式罐体LNG再冷凝器，采用直接接触与填料冷凝相结合的二次回收工艺整体提高LNG再冷凝器冷凝效率的同时，提供一种易于控制的工艺结构。以解决现有技术中冷凝手段单一、立式罐体液位波动强烈、立式结构稳定性较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种卧式罐体LNG再冷凝器，所述罐体结构为卧式筒体，主要包括LNG喷射板、左端开孔BOG折流板、右端开孔BOG折流板、中间隔板、填料底板、填料顶板；所述LNG喷射板位于卧式筒体内部上方，与卧式筒体顶部之间形成LNG缓冲空间；中间隔板将卧式筒体分割为一侧的BOG预冷空间与另一侧的填料冷凝空间和LNG液相空间；填料顶板与填料底板平行布置于中间隔板与卧式筒体之间的填料冷凝空间，中间为填料层；LNG液相空间即为填料底板下方的空间；左端开孔BOG折流板和右端开孔折流板间隔布置在BOG预冷空间形成BOG的折流上升通道；顶部LNG入口位于卧式筒体顶部中心竖直向下，底部BOG入口位于卧式筒体一侧的底部，BOG预冷空间的下方，LNG出口位于卧式筒体底部一侧，LNG液相空间的下方，和底部BOG入口安装位置以中间隔板呈轴对称结构。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：冷凝空间主要包括BOG预冷空间与填料冷凝空间两部分，BOG预冷空间液位为恒定液位(处于溢流状态)，填料冷凝空间液位为变动液位(随处理量变化而波动)；

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述LNG喷射板为水平设置的两端为半圆形端部的平板结构，所述LNG喷射板边缘与卧式筒体的内壁相连位于卧式筒体内腔中的上方空间，距离卧式筒体的顶部约0.1～0.2倍的卧式筒体直径，在卧式筒体内腔中LNG喷射板以上空间为LNG缓冲空间，下方空间为气液混合空间。LNG喷射板的半圆形端部和卧式筒体的封头相互配合形成良好密封。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述LNG喷射板上设置有喷射圆孔，所述喷射圆孔之间采用正三角形或者矩形布置均匀分布喷射板表面，其中正对顶部LNG入口的中心位置由于接受来流LNG的冲击，不设置喷射圆孔。LNG喷射板上的喷射圆孔直径约为1～5mm，且相邻喷射圆孔之间的间距应控制在2～5倍喷射圆孔直径，应控制LNG射流速度在5～6m/s。LNG喷射板的主要作用为将LNG在BOG预冷空间与填料冷凝空间上方进行均匀喷射带动气液混合空间的BOG均匀进入填料冷凝空间，同时LNG喷射进入BOG预冷空间维持BOG预冷空间的溢流液位。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述中间隔板为卧式筒体的内腔中竖直设置的平板，上边沿为水平直边，下边的圆弧贴合卧式筒体内腔表面。中间隔板的高度约为0.6～0.8倍的卧式筒体直径。中间隔板在卧式筒体的长度方向上将卧式筒体分割为一侧的BOG预冷空间与另一侧的填料冷凝空间和LNG液相空间。中间隔板距离约BOG预冷空间一侧封头切线的距离约为卧式筒体长度的0.2～0.3倍。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板是一端为弧形端部的平板结构，平板的弧形端部与卧式筒体内腔的封头内表面相连，平板的一个侧边与卧式筒体的内壁相连，另一个侧边与中间隔板的侧面相连。左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板间隔布置两次在直接冷凝空间形成BOG的折流上升通道。相邻各折流板之间的间距约为0.05～0.1倍的卧式筒体的直径。最上面左端开孔BOG折流板与中间隔板的顶端平齐，最下面右端开孔BOG折流板距离卧式筒体的底部约0.05～1倍的卧式筒体直径。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述左端开孔BOG折流板的BOG升气孔开在折流板左端，所述右端开孔BOG折流板的BOG升气孔开在折流板右端；开孔面积占BOG折流板截面积的比值在10％～15％。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述填料顶板与填料底板一端为半圆形端部的平板结构，填料顶板与填料底板平行布置，几何形状和BOG折流板相同，半圆形端部的形状贴合卧式筒体封头处的形状。填料顶板与填料底板边缘与卧式筒体的内壁以及中间隔板的侧面相连。填料顶板与填料底板之间的空间即为填料冷凝空间，填料底板下方的空间为LNG液相空间。填料顶板与填料底板之间的竖向距离约为0.3～0.4倍的卧式筒体的直径。填料顶板与中间隔板顶部平齐。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述填料顶板与填料底板上设置有圆形开孔，所述圆形开孔在填料顶板与填料底板上呈正三角形布置，填料顶板与填料底板的开孔率应尽可能大，一般位于60％～70％之间，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。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述顶部LNG入口连通LNG缓冲空间，位于卧式筒体顶部中心竖直向下安装。底部BOG入口连通BOG预冷空间，位于卧式筒体底部竖直向上安装，底部BOG入口中心距离卧式筒体一侧封头切线约200～300mm。LNG出口连通LNG液相空间，位于卧式筒体底部竖直向下安装，LNG出口中心距离卧式筒体一侧封头切线约200～300mm。底部BOG入口与LNG出口在卧式筒体的长度方向上位于卧式筒体相对的两侧。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，其进一步特征在于：所述直接冷凝空间的主要作用为降低来流BOG的气流温度，为填料冷凝提供良好的入口条件，其前后温差应在30℃～50℃之间；填料冷凝空间的冷凝能力应为来流BOG的完全液化提供足够冷量。

LNG在LNG缓冲空间12中的停留时间应满足2～3分钟，在LNG液相空间的停留时间应满足2～3分钟，气液混合物在填料冷凝空间14的停留时间应满足5～10分钟。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器，所述各部件的材料一般为不锈钢，各部件之间的连接一般采用焊接。

采用上述的LNG再冷凝器进行BOG再冷凝的方法，首先来流LNG经卧式筒体顶部的LNG入口进入LNG缓冲空间，经LNG喷射板射流进入气液混合空间；经压缩机来流BOG经底部BOG入口进入再冷凝器的BOG预冷空间做之字形折流流动进行BOG的预冷，预冷之后温度降低的BOG进入气液混合空间；气液混合空间的BOG与经LNG喷射板均匀喷淋下的LNG进行充分接触混合后下行进入填料冷凝空间进行冷凝回收；经过冷凝之后冷凝完成的LNG进入LNG液相空间，经LNG出口管流向下游的LNG高压外输泵。

采用本发明具有以下有益效果：(1)采用BOG预冷与填料冷凝相结合的工艺，是一种冷凝效率更高、工艺更优的结构。(2)卧式罐结构截面面积较大，因此在相同的流量波动下液位变动缓和，易于进行液位控制。(3)卧式罐结构高度较底，结构稳定性较好，相关配套管道的爬升高度较低，利于流动稳定。

本发明的优点是提出了一种卧式罐体LNG再冷凝结构，BOG预冷与填料冷凝相结合在很大程度上提高了再冷凝器的冷凝效率，是一种易于控制、便于操作的工艺结构。

附图说明

图1是本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器主视结构示意图；

图2是本发明一种卧式罐体LNG再冷凝器三维示意图；

图3是本发明LNG喷射板俯视图；

图4是本发明左端开孔BOG折流板俯视图；

图5是本发明右端开孔BOG折流板俯视图；

图6是本发明填料顶板与填料底板俯视图。

图中所示附图标记为：1-卧式筒体，2-顶部LNG入口，3-底部BOG入口，4-LNG出口，5-中间隔板，6–右端开孔BOG折流板，7-左端开孔BOG折流板，8-右端开孔BOG折流板，9-左端开孔BOG折流板，10-LNG喷射板，11-BOG预冷空间，12-LNG缓冲空间，13-气液混合空间，14-填料冷凝空间，15-LNG液相空间。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的结构布局、运行流程及创新之处做进一步说明。

一种卧式罐体LNG再冷凝器，卧式筒体1由卧式圆筒形筒体和位于其两端的封头组成。冷凝空间主要包括BOG预冷空间11与填料冷凝空间14两部分，BOG预冷空间11为处于溢流状态的恒定液位，液位位于中间隔板5上边沿，填料冷凝空间14液位为随处理量变化而波动的变动液位，距离中间隔板5上边沿约100～150mm；卧式筒体1内主要包括LNG喷射板10、右端开孔BOG折流板6/8，左端开孔BOG折流板7/9、中间隔板5、填料底板17、填料顶板16；容器主开口主要包括底部BOG入口3、顶部LNG入口2、LNG出口4等。

顶部LNG入口2联通LNG缓冲空间12，位于卧式筒体1顶部中心竖直向下安装。底部BOG入口3联通BOG预冷空间15，位于卧式筒体1底部竖直向上安装，底部BOG入口3中心距离卧式筒体1一侧封头切线约200～300mm。LNG出口4联通LNG液相空间15，位于卧式筒体1底部竖直向下安装，LNG出口4中心距离卧式筒体1一侧封头切线约200～300mm。底部BOG入口3与LNG出口4在卧式筒体1的长度方向上位于卧式筒体相对的两侧。

LNG喷射板10为水平设置的两端为半圆形端部的平板结构，边缘与卧式筒体1的内壁相连位于卧式筒体1内腔中的上方空间，距离卧式筒体1的顶部约0.1～0.2倍的卧式筒体1直径，在卧式筒体1内腔中LNG喷射板10以上空间为LNG缓冲空间12，下方空间为气液混合空间13。LNG喷射板10之上的喷射圆孔采用正三角形或者矩形方式布置于LNG喷射板10的整个表面，LNG喷射板10上的喷射圆孔直径约为1～5mm，且相邻喷射圆孔之间的间距应控制在2～5倍喷射圆孔直径，应控制LNG射流速度在5～6m/s。LNG喷射板12的主要作用为将LNG在BOG预冷空间11与填料冷凝空间14上方进行均匀喷射带动气液混合空间13的BOG均匀进入填料冷凝空间14，同时LNG喷射进入BOG预冷空间11维持BOG预冷空间11的溢流液位。在LNG喷射板10的中心处接受来流LNG的冲击因此约3～4倍的LNG入口截面积的矩形区域不设置喷射圆孔。

中间隔板5为卧式筒体1的内腔中竖直设置的平板，上边沿为水平直边，下边的圆弧贴合卧式罐体1内腔表面，中间隔板5的高度约为0.6～0.8倍的卧式罐体1直径。中间隔板5沿卧式筒体1的长度方向将卧式筒体1等分为一侧的直接冷凝空间15与另一侧的填料冷凝空间15和LNG液相空间17。

中间隔板5为卧式筒体1的内腔中竖直设置的平板，上边沿为水平直边，下边的圆弧贴合卧式筒体1内腔表面，中间隔板5的高度约为0.6～0.8倍的卧式筒体1直径。中间隔板5在卧式筒体1的长度方向上将卧式筒体1分割为一侧的BOG预冷空间11与另一侧的填料冷凝空间14和LNG液相空间15。中间隔板5距离约BOG预冷空间11一侧封头切线的距离约为卧式筒体1长度(不包括封头)的0.2～0.3倍。

左端开孔BOG折流板6/8与右端开孔BOG折流板7/9是一端为弧形端部的平板结构，平板的弧形端部与卧式筒体1内腔的封头内表面相连，侧边与卧式筒体1的内壁相连，另一个侧边与中间隔板5的侧面相连。左端开孔BOG折流板6/8与右端开孔BOG折流板7/9间隔布置两次在直接冷凝空间15形成BOG的折流上升通道。相邻各板之间的间距约为0.05～0.1倍的卧式筒体1的直径。右端开孔BOG折流板9与中间隔板5的顶端平齐，左端开孔BOG折流板6距离卧式筒体1的底部约0.05～1倍的卧式筒体1直径。升气孔位于左端开孔BOG折流板6/8的左端以及右端开孔BOG折流板7/9的右端，开孔面积占折流板截面积的比值在10％～15％。BOG在BOG预冷空间15应满足0.5～1分钟停留时间要求。

填料顶板10与填料底板11为一端为弧形端部的平板结构，填料顶板10与填料底板11平行布置，边缘与卧式筒体1的内壁以及中间隔板5的侧面相连。填料顶板16与填料底板17之间的空间即为填料冷凝空间14，填料底板17下方的空间为LNG液相空间15。填料顶板16与填料底板17之间的竖向距离约为0.3～0.4倍的卧式罐体1的直径。填料顶板16与中间隔板5顶部平齐。圆形开孔在填料顶板16与填料底板17上呈正三角形布置充满整个板截面，填料顶板16与填料底板17的开孔率应尽可能大，一般位于60％～70％之间，防止造成汽液混合物的通行受阻；填料底板17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。

直接冷凝空间11的主要作用为降低来流BOG的气流温度，为填料冷凝提供良好的入口条件，其前后温差应在30℃～50℃之间；填料冷凝空间16的冷凝能力为本发明卧式LNG再冷凝器的设计冷凝能力，应为来流BOG的完全液化提供足够冷量。

LNG在LNG缓冲空间12中的停留时间应满足2～3分钟，在LNG液相空间的停留时间应满足2～3分钟，气液混合物在填料冷凝空间14的停留时间应满足5～10分钟。

本发明各部件的材料一般为不锈钢(例如304不锈钢)，部件之间的连接一般采用焊接。

本发明的工作过程为：首先来流LNG经卧式筒体1顶部的LNG入口2进入LNG缓冲空间12，经LNG喷射板10射流进入气液混合空间13；经压缩机来流BOG经底部BOG入口3进入再冷凝器的BOG预冷空间11做之字形折流流动进行BOG的直接冷凝吸收，直接接触冷凝之后残余BOG进入气液混合空间13；气液混合空间13的BOG与经LNG喷射板10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14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LNG液相空间15，经LNG出口管4流向下游的LNG高压外输泵。

Claims (10)

1.一种卧式罐体LNG再冷凝器，罐体结构为卧式筒体，主要包括LNG喷射板、左端开孔BOG折流板、右端开孔BOG折流板、中间隔板、填料底板、填料顶板；所述LNG喷射板位于卧式筒体内部上方，与卧式筒体顶部之间形成LNG缓冲空间；中间隔板将卧式筒体分割为一侧的BOG预冷空间与另一侧的填料冷凝空间和LNG液相空间；填料顶板与填料底板平行布置于中间隔板与卧式筒体之间的填料冷凝空间，中间为填料层；LNG液相空间即为填料底板下方的空间；左端开孔BOG折流板和右端开孔折流板间隔布置在BOG预冷空间形成BOG的折流上升通道；顶部LNG入口位于卧式筒体顶部中心竖直向下，底部BOG入口位于卧式筒体一侧的底部，BOG预冷空间的下方，LNG出口位于卧式筒体底部一侧，LNG液相空间的下方，和底部BOG入口安装位置以中间隔板呈轴对称结构。

2.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述LNG喷射板为水平设置的两端为半圆形端部的平板结构，所述LNG喷射板边缘与卧式筒体的内壁相连位于卧式筒体内腔中的上方空间，距离卧式筒体的顶部0.1～0.2倍的卧式筒体直径。

3.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述LNG喷射板上设置有喷射圆孔，所述喷射圆孔之间采用正三角形或者矩形布置均匀分布喷射板表面，LNG喷射板上的喷射圆孔直径为1～5mm，且相邻喷射圆孔之间的间距应控制在2～5倍喷射圆孔直径。

4.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述中间隔板为卧式筒体的内腔中竖直设置的平板，上边沿为水平直边，下边的圆弧贴合卧式筒体内腔表面，所述中间隔板的高度为0.6～0.8倍的卧式筒体直径。

5.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板是一端为弧形端部的平板结构，平板的弧形端部与卧式筒体内腔的封头内表面相连，平板的一个侧边与卧式筒体的内壁相连，另一个侧边与中间隔板的侧面相连。

6.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板间隔布置两次在直接冷凝空间形成BOG的折流上升通道；相邻各折流板之间的间距为0.05～0.1倍的卧式筒体的直径。

7.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：最上面左端开孔BOG折流板与中间隔板的顶端平齐，最下面右端开孔BOG折流板距离卧式筒体的底部0.05～1倍的卧式筒体直径。

8.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述左端开孔BOG折流板的BOG升气孔开在折流板左端，所述右端开孔BOG折流板的BOG升气孔开在折流板右端；开孔面积占BOG折流板截面积的比值在10％～15％。

9.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述填料顶板与填料底板一端为半圆形端部的平板结构，填料顶板与填料底板平行布置，所述填料顶板与填料底板之间的竖向距离为0.3～0.4倍的卧式筒体的直径，填料顶板与中间隔板顶部平齐。

10.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝器，其特征在于：所述填料顶板与填料底板上设置有圆形开孔，所述圆形开孔在填料顶板与填料底板上呈正三角形布置，填料顶板与填料底板的开孔率应尽为60％～70％。

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