CN113446872A - 一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置 - Google Patents

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张建军
冯自平
涂小琳
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Abstract

本发明公开了一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，包括载冷剂循环系统和高压低温液体气化系统；载冷剂循环系统包括载冷剂箱体，载冷剂箱体的一侧连接载冷剂进管，另一侧连接载冷剂出管；高压低温液体气化系统包括外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管，外翅片螺旋换热管沿载冷剂箱体内壁安装在载冷剂箱体内，外翅片直管式换热管安装在外翅片螺旋换热管的中心部，外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管的一侧连接高压低温液体进管，另一侧连接高压低温液体出管，构成串并联结构。本发明的冷能回收装置，结构紧凑，安装灵活，维护简单，可以满足不同工况对于低温液体气化过程中对于换热的需求。

Description

一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置
技术领域
本发明涉及高效紧凑型换热器技术领域，具体涉及一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置。
背景技术
对于高压低温液体气化的冷能回收，如液态空气储能、LNG气化过程中，需要有载冷剂工质将低温冷量携带出来后释放并回收。在大压差超低温换热工况下，如果载冷剂流速过低，会造成载冷剂工质凝固，从而使气化过程恶化。如果采用壳管式换热器，由于空气侧换热系数低，需要体积庞大的换热器。由于板式换热器无法承受两边较大的压差，因此，也无法应用。因此需要针对高压低温液体气化升温过程冷能回收开发专用高效紧凑型换热器，
发明内容
本发明的目的是提供一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，可实现高压低温液体的可靠稳定气化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，包括载冷剂循环系统和高压低温液体气化系统；载冷剂循环系统包括载冷剂箱体，载冷剂箱体的一侧连接载冷剂进管，另一侧连接载冷剂出管；高压低温液体气化系统包括外翅片螺旋换热管和直管式换热管，外翅片螺旋换热管沿载冷剂箱体内壁安装在载冷剂箱体内，外翅片直管式换热管安装在外翅片螺旋换热管的中心部，外翅片螺旋换热管和直管式换热管的一侧连接高压低温液体进管，另一侧连接高压低温液体出管，构成串并联结构。
作为优选，所述的载冷剂箱体有两个，并联设置在载冷剂进管与载冷剂出管之间，两个载冷剂箱体中均设置有外翅片螺旋换热管和直管式换热管，构成既能够并联工作、也能够串联工作的两个气化子系统。
作为优选，所述的外翅片螺旋换热管和直管式换热管均设置有扰流装置，以提高液体气化后气体侧的换热系数。
作为优选，所述的载冷剂进管与载冷剂出管的温差在10℃以内，防止载冷剂循环系统中部分点载冷剂的凝结。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的冷能回收装置，结构紧凑，换热器面积大，低温工质走管程，气化效果好，具有体积小、投资成本低、运输方便、运行可靠等优点，具有较好的市场前景。
2、本发明的冷能回收装置，不但可以用于高压低温液体气化工序，还可以用于中压、低压和负压的各工况下中低温液体气化过程，如既可以用于高压液态空气储能释能过程中，通过低温泵将液态空气加压后的气化过程，也可以用于LNG气化后对于管网压力的要求。
附图说明
图1为高压低温液体气化升温过程冷能回收装置的总体结构示意图；
图2为载冷剂循环系统的结构示意图；
图3为高压低温液体气化系统的结构示意图；
附图标记说明：1-载冷剂进管；2-上载冷剂箱体；3-下载冷剂箱体；4-上外翅片螺旋换热管；5-下外翅片螺旋换热管；6-上外翅片直管式换热管；7-下外翅片直管式换热管；8-高压低温液体进管；9-高压低温液体出管；10-载冷剂出管；V1～V18-阀门。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1所示，一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，包括载冷剂循环系统和高压低温液体气化系统，该装置既可用于高压低温液体气化过程冷能的回收与利用，也可以用于中压、低压或负压工况下气体余热的回收与利用。其中，高压低温液体气化过程的冷能包括液体空气储能系统在释能过程中液态空气气化过程中的冷能以及LNG或液氧、液氮或液氩等低温度工质气化过程中的冷能。
如图2所示，载冷剂循环系统包括载冷剂进管1、载冷剂出管10以及并联在二者之间的上载冷剂箱体2和下载冷剂箱体3，载冷剂进管1与上载冷剂箱体2之间设置阀门V1，载冷剂进管1与下载冷剂箱体3之间设置阀门V2。
载冷剂走壳程，通过载冷剂进管1、阀门V1、阀门V2、上载冷剂箱体2、下载冷剂箱体3、载冷剂出管10形成循环，持续将冷量带出系统，保证气化过程的正常进行。在正常气化过程中，通过调节阀门V1、V2，使得载冷剂箱内保持载冷剂一定的流速，如果通过阀门V1、V2的调节无法避免载冷剂的凝结，则需要减少相应系统中低温待气化液体的流量。载冷剂在载冷剂箱内流动过程中，与管侧的高压低温液体换热，温度变低。在载冷剂出管10内温度最低，与载冷剂进管1内载冷剂温度相比，一般控制在10℃以内。如果温差过大，则系统可能存在过低温度点，从而导致部分点载冷剂的凝结。
为此，可通过监测上载冷剂箱体2、下载冷剂箱体3内的温度和载冷剂出管10内的流量变化，判定箱体内载冷剂是否凝结导致换热恶化，当换热状态恶化时，需要调节阀门V1、V2增加载冷剂的流速。
如图3所示，高压低温液体气化系统分为上下两个气化子系统，分别存放在上载冷剂箱体2、下载冷剂箱体3内。上载冷剂箱体2内沿内壁设置有上外翅片螺旋换热管4，上外翅片螺旋换热管4中心部设置有上外翅片直管式换热管6。下载冷剂箱体3内沿内壁设置有下外翅片螺旋换热管5，下外翅片螺旋换热管4中心部设置有下外翅片直管式换热管7。上外翅片螺旋换热管4、下外翅片螺旋换热管5、上外翅片直管式换热管6、下外翅片直管式换热管7的两侧通过配套的管道和阀门连接在高压低温液体进管8与高压低温液体出管9之间，使得上下两个气化子系统既可以并联工作，也可以串联工作，同时，对于任一气化子系统，其内部的外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管既可以并联使用，也可以串联使用。
高压低温液体走管程，通过高压低温液体进管8、上外翅片螺旋换热管4、下外翅片螺旋换热管5、上外翅片直管式换热管6、下外翅片直管式换热管7、高压低温液体出管9形成气化流路，产生冷量。由于外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管要承受很大的压力，管径需设置的较小，一般管外径为10mm。同时，在管道内设置扰流装置，可以提高液体气化后气体侧的换热系数，在管外设置翅片，通过增加换热面积的方式弥补气体侧换热系数低的不足，保证换热过程的紧凑、高效、稳定、可靠。
下面对几种典型的工作方式进行说明：
上气化子系统，上外翅片螺旋换热管4与上外翅片直管式换热管6并联工作：高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V4、V6后进入上外翅片直管式换热管6，经过阀门V10、V12、V16后进入高压低温液体出管9，完成气化。同时，高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V5、V8后进入上外翅片螺旋换热管4，经过阀门V15、V11、V16后进入高压低温液体出管9，完成气化。
下气化子系统，下外翅片螺旋换热管5与下外翅片直管式换热管7并联工作：高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V4、V7后进入下外翅片直管式换热管7，经过阀门V13、V12、V16后进入高压低温液体出管9，完成气化。同时，高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V5、V9后进入下外翅片螺旋换热管5，经过阀门V14、V11、V16后进入高压低温液体出管9，完成气化。
通过上下两个气化子系统中外翅片螺旋换热管与外翅片直管式换热管的气化换热，低温液态工质可以很好的被气化。
上气化子系统，上外翅片螺旋换热管4与上外翅片直管式换热管6串联工作：阀门V16关闭，高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V4、V6后进入上外翅片直管式换热管6，经过阀门V10、V12、V11、V15后进入上外翅片螺旋换热管4，最后经阀门V17进入高压低温液体出管9，完成气化。
下气化子系统，下外翅片螺旋换热管5与下外翅片直管式换热管7串联工作：阀门V16关闭，高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V4、V7后进入下外翅片直管式换热管7，经过阀门V13、V12、V11、V14后进入下外翅片螺旋换热管5，最后经阀门V9、V8、V17进入高压低温液体出管9，完成气化。
上外翅片直管式换热管6与下外翅片直管式换热管7串联工作：阀门V16关闭，高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V4、V6后进入上外翅片直管式换热管6，经过阀门V10、V13进入下外翅片直管式换热管7，最后经阀门V18、V8、V17进入高压低温液体出管9，完成气化。
下外翅片螺旋换热管5与上外翅片螺旋换热管4串联工作：阀门V16关闭，高压低温待气体液体自阀门V3进入，经过阀门V5、V9后进入下外翅片螺旋换热管5，经过阀门V14、V15进入上外翅片螺旋换热管4，最后经阀门V17进入高压低温液体出管9，完成气化。
至于其他的工作方式，可以通过调节V1～V18-阀门的开闭实现，在此不再赘述。
综上，本发明的冷能回收装置，低温工质在管内，气化效果好，而且在完成气化的过程中，可以将气化过程中的冷能进行有效收集。对于液态空气储能系统，可以为下一阶段的储能准备冷能，对于LNG气化过程，则可以在完成气化过程的同时，回收LNG冷能，用于生产冰砖等，提高系统的经济效益。由于提高了气体侧换热面积，使得整个设备系统结构紧凑，运行可靠，具有较好的市场前景。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，其特征在于：包括载冷剂循环系统和高压低温液体气化系统；载冷剂循环系统包括载冷剂箱体，载冷剂箱体的一侧连接载冷剂进管，另一侧连接载冷剂出管；高压低温液体气化系统包括外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管，外翅片螺旋换热管沿载冷剂箱体内壁安装在载冷剂箱体内，外翅片直管式换热管安装在外翅片螺旋换热管的中心部，外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管的一侧连接高压低温液体进管，另一侧连接高压低温液体出管，构成串并联结构。
2.根据权利要求1所述的一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，其特征在于：所述的载冷剂箱体有两个，并联设置在载冷剂进管与载冷剂出管之间，两个载冷剂箱体中均设置有外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管，构成既能够并联工作，也能够串联工作的两个气化子系统。
3.根据权利要求1所述的一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，其特征在于：所述的外翅片螺旋换热管和外翅片直管式换热管内部均设置有扰流装置，以提高液体气化后气体侧的换热系数。
4.根据权利要求1所述的一种高压低温液体气化升温过程冷能回收装置，其特征在于：所述的载冷剂进管与载冷剂出管的温差在10℃以内。
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