CN110194978B - 一种卧式罐体lng再冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式罐体LNG再冷凝装置，所述LNG再冷凝装置罐体结构为卧式筒体，其特征在于：在所述卧式筒体内设有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。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。

Description

一种卧式罐体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，现有技术存在如下问题：(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罐体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。

本发明具体的技术方案为：

一种卧式罐体LNG再冷凝装置，所述LNG再冷凝装置罐体结构为卧式筒体，其特征在于：在所述卧式筒体内设有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直接冷凝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折流板与右端开孔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；顶部LNG入口位于卧式筒体顶部中心竖直向下，底部BOG入口位于卧式筒体底部中间一侧，直接冷凝空间的下方，LNG出口位于卧式筒体底部中间一侧，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。

一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述冷凝空间主要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再冷凝装置，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，半圆形端部和卧式筒体的封头相互配合形成良好密封，LNG喷射板边缘与卧式罐体的内壁相连位于卧式罐体内腔中的上方空间，距离卧式罐体的顶部约0.1～0.2倍的卧式罐体直径。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。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述LNG喷射板上开有喷射圆孔，喷射圆孔采用正三角形或者矩形均匀布满整个喷射板表面，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在气液混合空间上方进行均匀喷射，与气液混合空间的BOG进行充分混合，为填料冷凝段提供良好的入口条件。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述中间隔板为在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内腔表面，中间隔板的高度约为0.6～0.8倍的卧式罐体直径。中间隔板沿卧式罐体的长度方向将卧式筒体分为一侧的直接冷凝空间与另一侧的填料冷凝空间和LNG液相空间。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板是两端为弧形端部的平板结构。平板的弧形端部与卧式罐体内腔的封头内表面相连，一个侧边与卧式罐体的内壁相连，另一个侧边与中间隔板的侧面相连。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述左端开孔BOG折流板上BOG升气孔位于BOG折流板的左端，所述右端开孔BOG折流板上BOG升气孔位于BOG折流板的右端，开孔面积占BOG折流板截面积的比值在10％～15％，BOG在直接冷凝空间15应满足2～3分钟停留时间要求。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板间隔布置两次在直接冷凝空间，形成BOG的折流上升通道以增加BOG与LNG的接触时间从而增加直接冷凝效率。相邻各折流板之间的间距约为0.05～0.1倍的卧式罐体的直径。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述最上方右端开孔BOG折流板与中间隔板的顶端平齐，最下方左端开孔BOG折流板距离卧式罐体的底部约0.05～1倍的卧式罐体直径距离。

本发明一种卧式罐体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是水平平行布置的两端为弧形端部的平板结构，几何形状和BOG折流板相同，边缘与卧式罐体的内壁以及中间隔板的侧面相连，弧形端部的形状贴合卧式空间封头处的形状。填料顶板与填料底板之间的距离约为0.3～0.4倍的卧式罐体的直径，填料顶板与中间隔板顶部平齐。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述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。在填料顶板与填料底板上有圆形开孔，圆形开孔呈正三角形布置于填料顶板与填料底板。填料顶板与填料底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。

本发明一种卧式罐体LNG再冷凝装置，其进一步特征在于：所述直接冷凝空间与填料冷凝空间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再冷凝装置，其进一步特征在于：所述顶部LNG入口联通LNG缓冲空间，位于卧式罐体顶部中心竖直向下安装。底部BOG入口联通直接冷凝空间，位于卧式罐体底部竖直向下安装，底部BOG入口中心距离卧式罐体一侧封头切线约300～500mm；LNG出口联通LNG液相空间，位于卧式罐体底部竖直向下安装，LNG出口中心距离卧式罐体一侧封头切线约300～500mm。底部BOG入口与LNG出口以中间隔板为对称面对称安装，底部BOG入口与LNG出口之间的间距约为0.3～0.4倍的卧式罐体直径。

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

采用上述的LNG再冷凝装置进行BOG再冷凝的方法，其特征在于：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罐体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。

附图说明

图1是本发明卧式罐体LNG再冷凝装置主视图；

图2是本发明卧式罐体LNG再冷凝装置罐体结构三维示意图；

图3是本发明LNG喷射板结构示意图；

图4是本发明左端开孔BOG折流板结构示意图；

图5是本发明右端开孔BOG折流板结构示意图；

图6是本发明填料顶板与填料底板结构示意图。

图中所示附图标记为：1-卧式罐体，2-顶部LNG入口，3-底部BOG入口，4-LNG出口，5-中间隔板，6–左端开孔BOG折流板，7-右端开孔BOG折流板，8-左端开孔BOG折流板，9-右端开孔BOG折流板，10-填料顶板，11-填料底板，12-LNG喷射板、13-LNG缓冲空间，14-气液混合空间，15-直接冷凝空间，16-填料冷凝空间，17-LNG液相空间。

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由卧式圆筒形筒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16两部分，直接冷凝空间15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16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；核心部件主要包括LNG喷射板12、左端开孔BOG折流板6/8、右端开孔BOG折流板7/9、中间隔板5、填料底板11、填料顶板10；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，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底部竖直向下安装，底部BOG入口3中心距离卧式罐体1一侧封头切线约300～500mm；LNG出口4联通LNG液相空间17，位于卧式罐体1底部竖直向下安装，LNG出口4中心距离卧式罐体1一侧封头切线约300～500mm。底部BOG入口3与LNG出口4以中间隔板5为对称面对称安装，底部BOG入口3与LNG出口之间的间距约为0.3～0.4倍的卧式罐体1直径。

LNG喷射板12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12以上空间为LNG缓冲空间13，下方空间为气液混合空间14。LNG喷射板12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12的整个表面，LNG喷射板12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在直接冷凝空间15与填料冷凝空间16上方进行均匀喷射带动气液混合空间14的BOG均匀进入填料层14，同时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。在LNG喷射板12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，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沿卧式罐体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。

左端开孔BOG折流板6/8与右端开孔BOG折流板7/9是两端为弧形端部的平板结构，平板的弧形端部与卧式罐体1内腔的封头内表面相连，一个侧边与卧式罐体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倍的卧式罐体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距离卧式罐体1的底部约0.05～1倍的卧式罐体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在直接冷凝空间15应满足2～3分钟停留时间要求。

填料顶板10与填料底板11为水平布置的平板，填料顶板10与填料底板11平行布置，边缘与卧式罐体1的内壁以及中间隔板5的侧面相连。填料顶板10与填料底板11之间的空间即为填料冷凝空间，填料底板11下方的空间为LNG液相空间17。填料顶板10与填料底板11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10与中间隔板5顶部平齐。圆形开孔在填料顶板10与填料底板11上呈正三角形布置充满整个板截面，填料顶板10与填料底板11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11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15与填料冷凝空间16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13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16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经卧式筒体1顶部的LNG入口2进入LNG缓冲空间13，经LNG喷射板12射流进入气液混合空间14；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14；气液混合空间14的BOG与经LNG喷射板12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16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4流向下游的LNG高压外输泵。

Claims (11)

1.一种卧式罐体LNG再冷凝装置，所述LNG再冷凝装置罐体结构为卧式筒体，其特征在于：在所述卧式筒体内设有LNG喷射板、左端开孔BOG折流板、右端开孔BOG折流板、中间隔板、填料底板和填料顶板；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直接冷凝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折流板与右端开孔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；顶部LNG入口位于卧式筒体顶部中心竖直向下，底部BOG入口位于卧式筒体底部中间一侧，直接冷凝空间的下方，LNG出口位于卧式筒体底部中间一侧，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；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，半圆形端部和卧式筒体的封头相互配合形成良好密封，LNG喷射板边缘与卧式罐体的内壁相连位于卧式罐体内腔中的上方空间，距离卧式罐体的顶部0.1～0.2倍的卧式罐体直径。

2.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，其特征在于：所述LNG喷射板上开有喷射圆孔，喷射圆孔采用正三角形或者矩形均匀布满整个喷射板表面，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。

3.根据权利要求2所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，其特征在于：所述喷射圆孔直径为1～5mm，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再冷凝装置，其特征在于：所述中间隔板为在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内腔表面，中间隔板的高度为0.6～0.8倍的卧式罐体直径。

5.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，其特征在于：所述左端开孔BOG折流板与右端开孔BOG折流板是两端为弧形端部的平板结构，所述平板的弧形端部与卧式罐体内腔的封头内表面相连，平板的一个侧边与卧式罐体的内壁相连，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再冷凝装置，其特征在于：所述左端开孔BOG折流板上BOG升气孔位于BOG折流板的左端，所述右端开孔BOG折流板上BOG升气孔位于BOG折流板的右端，开孔面积占BOG折流板截面积的比值在10％～15％。

7.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，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倍的卧式罐体的直径。

8.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，其特征在于：最上方右端开孔BOG折流板与中间隔板的顶端平齐，最下方左端开孔BOG折流板距离卧式罐体的底部0.05～1倍的卧式罐体直径距离。

9.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，其特征在于：所述填料顶板与填料底板是水平平行布置的两端为弧形端部的平板结构，边缘与卧式罐体的内壁以及中间隔板的侧面相连，弧形端部的形状贴合卧式空间封头处的形状。

10.根据权利要求1所述的卧式罐体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距离为0.3～0.4倍的卧式罐体的直径，填料顶板与中间隔板顶部平齐。

11.根据权利要求1所述的卧式罐体LNG再冷凝装置，其特征在于：在所述填料顶板与填料底板上有圆形开孔，圆形开孔呈正三角形布置于填料顶板与填料底板。

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