CN110194977B - 一种卧式lng再冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式LNG再冷凝装置，所述LNG再冷凝器为卧式罐体结构，卧式罐体内主要包括LNG喷射板、冷凝空间隔板、填料底板、填料顶板、两端开孔BOG折流板、中间开孔BOG折流板、LNG联通管、冷凝空间隔板、填料顶板和填料底板；采用本发明一种卧式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，同时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。

Description

一种卧式LNG再冷凝装置

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，存在如下问题：(1)双罐双壳立式结构与单罐单壳立式结构皆采用单一的填料冷凝手段，方式单一，LNG的冷能利用率较低；(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LNG再冷凝装置，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LNG再冷凝装置，所述LNG再冷凝装置为卧式罐体结构，卧式罐体内主要包括LNG喷射板、冷凝空间隔板、填料底板、填料顶板、两端开孔BOG折流板、中间开孔BOG折流板、LNG联通管、冷凝空间隔板、填料顶板和填料底板；所述LNG喷射板位于卧式罐体内部上方，与卧式罐体顶部之间形成LNG缓冲空间，LNG喷射板的两端开有喷射孔；两道冷凝空间隔板将卧式罐体分割为中间的直接冷凝空间与两侧的填料冷凝空间；填料顶板与填料底板平行布置于冷凝空间隔板与卧式罐体封头之间形成填料冷凝空间；填料底板下方的空间为LNG液相空间；中间开孔BOG折流板与两端开孔BOG折流板上下间隔布置在卧式罐体的直接冷凝空间形成BOG的折流上升通道；两端的LNG液相空间通过LNG联通管进行联通。卧式罐体顶部设置有LNG入口，卧式罐体底部中间设置有BOG入口，底部侧端设置有LNG出口。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述卧式罐体由卧式圆筒形罐体和两端的封头组成。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述冷凝空间包括直接冷凝空间与填料冷凝空间两部分，直接冷凝空间液位为处于溢流状态的恒定液位，填料冷凝空间液位为随处理量变化而波动的变动液位。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述顶部LNG入口位于卧式罐体顶部中心竖直向下；底部BOG入口位于卧式罐体底部中心竖直向上；LNG出口联通LNG液相空间，位于卧式罐体底部，中心距离一侧封头切线约300～500mm竖直向上安装。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述LNG喷射板是两端为半圆形端部的平板结构，边缘与卧式罐体的内壁相连位于卧式罐体内腔的上部，距离卧式罐体的顶部约0.1～0.2倍的卧式罐体直径。在卧式罐体内腔中，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。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述LNG喷射板之上的喷射孔为喷射圆孔，采用正三角形或矩形布置于LNG喷射板的两侧。每一侧布置的喷射圆孔的区域需完全覆盖填料空间顶板，LNG喷射板上的喷射圆孔直径约为3～5mm，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3～4m/s。LNG喷射板的主要作用为将LNG在填料空间上方进行均匀喷射带动气液混合空间的BOG均匀进入填料层；同时一小部分LNG喷射进入直接冷凝空间维持直接冷凝空间的溢流液位。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述冷凝空间隔板为卧式罐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罐体的内腔表面。冷凝空间隔板的高度为0.6～0.8倍的卧式罐体直径。所述冷凝空间隔板在卧式罐体的长度方向对称布置两个，将卧式罐体分割为中间的直接冷凝空间与两侧的填料冷凝空间和LNG液相空间。两个冷凝空间隔板之间的距离约为0.4～0.6的卧式罐体长度。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述两端开孔BOG折流板和中间开孔LNG折流板为矩形板。矩形平板的短边与冷凝空间隔板的侧面相连，矩形平板长边与卧式罐体的内壁相连。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述两端开孔BOG折流板与中间开孔BOG折流板间隔布置在直接冷凝空间形成BOG的折流上升通道，相邻各板之间的间距约为0.1～0.2倍的卧式罐体的直径。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述两端开孔BOG折流板的升气孔位于矩形板的两端，每一端的开孔面积占矩形板截面积的比值在10％～15％。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述中间开孔LNG折流板的升气孔位于矩形板的中间位置，开孔率占矩形板截面积的20％～30％。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述两端开孔BOG折流板与中间开孔LNG折流板间隔布置在直接冷凝空间形成BOG的双之字形流道以增加BOG与LNG的接触时间从而增加直接冷凝效率。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述LNG联通管为布置于直接冷凝空间底部的两支水平直管，两端的LNG液相空间通过LNG联通管进行联通。两支水平布置LNG联通管的面积之和不应小于LNG出口的面积。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述填料顶板与填料底板水平布置于卧式罐体内腔，填料顶板与填料底板为表面开孔的板式结构，板式结构的两端分别与卧式罐体的内壁和冷凝空间隔板的侧面相连。填料顶板与填料底板之间的竖向距离约为0.3～0.4倍的卧式罐体直径,填料顶板与冷凝空间隔板顶部平齐。

本发明一种卧式LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述填料顶板与填料底板表面开孔为圆形，在填料顶板与填料底板上呈正三角形布置充满整个板截面，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。

采用上述的LNG再冷凝器进行BOG再冷凝的方法，其特征在于：首先来流LNG经卧式罐体顶部的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直接冷凝空间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；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，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)采用直接接触冷凝与填料冷凝相结合的工艺，是一种冷凝效率效率更高的工艺结构。(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LNG再冷凝结构，两个冷凝过程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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的使用范围。

附图说明

图1为本发明一种卧式LNG再冷凝装置主视结构示意图；

图2为本发明一种卧式LNG再冷凝装置罐体三维示意图；

图3为本发明一种卧式LNG再冷凝装置罐体空间结构示意图；

图4为本发明填料顶板与填料底板结构俯视图；

图5为本发明中间开孔BOG折流板结构俯视图；

图6为本发明两侧开孔BOG折流板结构俯视图；

图7为本发明LNG喷射板俯视结构示意图。

其中所示附图标记为：1-卧式罐体，2-顶部LNG入口，3-底部BOG入口，4-LNG出口，5-LNG喷射板，6.1-填料底板，6.2-填料顶板，7-中间开孔BOG折流板，8-两端开孔BOG折流板，9-中间开孔BOG折流板，10-两端开孔BOG折流板，11-LNG液相联通管，12-LNG缓冲空间，13-气液混合空间，14-填料冷凝空间，15-直接冷凝空间，16-LNG液相空间，17-冷凝空间隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一种卧式LNG再冷凝装置，卧式罐体1由卧式圆筒形罐体和位于其两端的封头组成。冷凝空间主要包括直接冷凝空间15与填料冷凝空间14两部分，直接冷凝空间15液位为处于溢流状态的恒定液位，位于冷凝空间隔板17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，距离冷凝空间隔板17上边沿约100～150mm；核心部件主要包括LNG喷射板5、中间开孔BOG折流板7/9，两端开孔BOG折流板8/10、冷凝空间隔板17、填料底板6.1、填料顶板6.2、LNG联通管11等；容器主开口主要包括底部BOG入口、顶部LNG入口2、LNG出口4等。

顶部LNG入口2联通LNG缓冲空间，位于卧式罐体1顶部中心竖直向下安装；底部BOG入口3联通直接冷凝空间15，位于卧式罐体1底部中心竖直向上安装；LNG出口4联通LNG液相空间16，位于卧式罐体1底部，中心距离一侧封头切线约300～500mm竖直向上安装。

LNG喷射板5为水平设置的两端为半圆形端部的平板结构，边缘与卧式罐体1的内壁相连位于卧式罐体1内腔中的上方空间，距离卧式罐体1的顶部约0.1～0.2倍的卧式罐体1直径，在卧式罐体1内腔中LNG喷射板5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5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5的两侧，每一侧布置的喷射圆孔的区域需完全覆盖填料空间顶板6.2，LNG喷射板5上的喷射圆孔直径约为3～5mm，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3～4m/s。LNG喷射板5的主要作用为将LNG在填料空间14上方进行均匀喷射带动气液混合空间13的BOG均匀进入填料层14；同时一小部分LNG喷射进入直接冷凝空间15维持直接冷凝空间15的溢流液位。

冷凝空间隔板17为卧式罐体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，冷凝空间隔板17的高度约为0.6～0.8倍的卧式罐体1直径。两个冷凝空间隔板17在卧式罐体1的长度方向上以卧式罐体1的竖直对称轴对称布置，将卧式罐体1分割为中间的直接冷凝空间15与两侧的填料冷凝空间14和LNG液相空间16。两个冷凝空间隔板17之间的距离约为卧式罐体1长度(不包括封头长度)的0.4～0.6倍。

填料顶板6.2与填料底板6.1为水平布置的平板，填料顶板6.2与填料底板6.1平行布置，边缘与卧式罐体1的内壁以及冷凝空间隔板17的侧面相连。填料顶板6.2与填料底板6.1之间的空间即为填料冷凝空间，填料底板6.1下方的空间为LNG液相空间16。填料顶板6.2与填料底板6.1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6.2与冷凝空间隔板17顶部平齐。圆形开孔在填料顶板6.2与填料底板6.3上呈正三角形布置充满整个板截面，填料顶板6.2与填料底板6.3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6.3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。

两端开孔BOG折流板7/9为两端开孔的矩形平板，中间开孔BOG折流板间8/10为中间开孔的矩形平板。矩形平板的两端与冷凝空间隔板17的侧面相连，侧边边缘与卧式罐体1的内壁相连。相邻各板之间的间距约为0.1～0.2倍的卧式罐体1的直径。两端开孔BOG折流板7/9与中间开孔BOG折流板间8/10间隔布置在直接冷凝空间15形成BOG的折流上升通道。两端开孔BOG折流板7与冷凝空间隔板17的顶端平齐，中间开孔BOG折流板间10距离卧式罐体1的底部约0.05～1倍的卧式罐体1直径。两端开孔BOG折流板8/10的升气孔位于矩形板的两端，每一端的开孔面积占矩形板截面积的比值在10％～15％；中间开孔LNG折流板7/9的升气孔位于矩形板的中间位置，开孔率占矩形板截面积的20％～30％；两端开孔BOG折流板8/10与中间开孔LNG折流板7/9间隔布置在直接冷凝空间15形成BOG的双之字形流道以增加BOG与LNG的接触时间从而增加直接冷凝效率，BOG在直接冷凝空间的停留时间应满足5～10分钟。

LNG联通管11为布置于直接冷凝空间15底部的两支水平直管，两端的LNG液相空间16通过LNG联通管11进行联通。两支水平布置LNG联通管11的面积之和不应小于LNG出口的面积。

直接冷凝空间12与填料冷凝空间14的综合冷凝能力之和为本发明卧式LNG再冷凝器的冷凝能力，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，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。

采用上述的卧式LNG再冷凝器的工作过程如下：首先来流LNG经卧式罐体1顶部的LNG入口2进入LNG缓冲空间12，经LNG喷射板5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进入再冷凝器的直接冷凝空间15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5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16，经LNG出口4流向下游的LNG高压外输泵。

Claims (14)

1.一种卧式LNG再冷凝装置，所述LNG再冷凝器为卧式罐体结构，卧式罐体内主要包括LNG喷射板、冷凝空间隔板、填料底板、填料顶板、两端开孔BOG折流板、中间开孔BOG折流板、LNG联通管、冷凝空间隔板、填料顶板和填料底板；所述LNG喷射板位于卧式罐体内部上方，与卧式罐体顶部之间形成LNG缓冲空间，LNG喷射板的两端开有喷射孔；两道冷凝空间隔板将卧式罐体分割为中间的直接冷凝空间与两侧的填料冷凝空间；填料顶板与填料底板平行布置于冷凝空间隔板与卧式罐体封头之间形成填料冷凝空间；填料底板下方的空间为LNG液相空间；中间开孔BOG折流板与两端开孔BOG折流板上下间隔布置在卧式罐体的直接冷凝空间形成BOG的折流上升通道；两端的LNG液相空间通过LNG联通管进行联通；卧式罐体顶部设置有LNG入口，卧式罐体底部中间设置有BOG入口，底部侧端设置有LNG出口。

2.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述LNG喷射板是两端为半圆形端部的平板结构，边缘与卧式罐体的内壁相连位于卧式罐体内腔的上部，距离卧式罐体的顶部0.1～0.2倍的卧式罐体直径。

3.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述LNG喷射板之上的喷射孔为喷射圆孔，采用正三角形或矩形布置于LNG喷射板的两侧。

4.根据权利要求3所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述喷射圆孔直径为3～5mm，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。

5.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述冷凝空间隔板为卧式罐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罐体的内腔表面。

6.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述冷凝空间隔板的高度为0.6～0.8倍的卧式罐体直径，冷凝空间隔板在卧式罐体的长度方向对称布置两个，将卧式罐体分割为中间的直接冷凝空间与两侧的填料冷凝空间和LNG液相空间，两个冷凝空间隔板之间的距离为0.4～0.6的卧式罐体长度。

7.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述两端开孔BOG折流板和中间开孔LNG折流板为矩形平板，矩形平板的短边与冷凝空间隔板的侧面相连，矩形平板长边与卧式罐体的内壁相连。

8.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述两端开孔BOG折流板与中间开孔BOG折流板间隔布置在直接冷凝空间形成BOG的折流上升通道，相邻各板之间的间距为0.1～0.2倍的卧式罐体的直径。

9.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述两端开孔BOG折流板的升气孔位于矩形板的两端，每一端的开孔面积占矩形板截面积的比值在10％～15％。

10.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述中间开孔LNG折流板的升气孔位于矩形板的中间位置，开孔率占矩形板截面积的20％～30％。

11.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述LNG联通管为布置于直接冷凝空间底部的两支水平直管，两端的LNG液相空间通过LNG联通管进行联通。

12.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述填料顶板与填料底板水平布置于卧式罐体内腔，填料顶板与填料底板为表面开孔的板式结构，板式结构的两端分别与卧式罐体的内壁和冷凝空间隔板的侧面相连。

13.根据权利要求12所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述填料顶板与填料底板之间的竖向距离为0.3～0.4倍的卧式罐体直径,填料顶板与冷凝空间隔板顶部平齐。

14.根据权利要求1所述的卧式LNG再冷凝装置，其特征在于：所述填料顶板与填料底板表面开孔为圆形，在填料顶板与填料底板上呈正三角形布置充满整个板截面。

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