CN113924438A

CN113924438A - 用于汽化液化气体的气化器和汽化液化气体的方法

Info

Publication number: CN113924438A
Application number: CN202080041641.5A
Authority: CN
Inventors: 尼尔·威尔逊; D·德纳尔迪斯
Original assignee: Cryostar SAS
Current assignee: Cryostar SAS
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-01-11
Also published as: EP4051947A1; KR20220087405A; WO2021083547A1; WO2021083547A9; WO2021081985A1

Abstract

本发明公开了一种用于汽化液化气体的气化器单元，该气化器单元包括彼此分离的多个入口隔室，每个入口隔室与多个导管流体连接，用于引导液化气体通过气化器以进行汽化；公共排放隔室，该排放隔室与多个入口隔室的导管流体连接，用于排放汽化的液化气体；以及内部气化器单元空间，其中导管至少部分地布置，内部气化器单元空间被构造成实现对该导管中的该液化气体的热传递。

Description

用于汽化液化气体的气化器和汽化液化气体的方法

本发明涉及一种用于汽化液化气体的气化器单元和汽化液化气体的对应方法。更具体地，本发明涉及汽化液化气体，如液化天然气(LNG)或其它低温液体，如液氮或液体混合物。

相关的现有技术

虽然天然气(NG)以液态方便地存储和运输，但其通常以气态使用，例如用于远洋油轮的推动或其它海上应用。为此，LNG流可以被汽化和/或可以使用蒸发气体，即来自集装箱容器的缺量空间的蒸发LNG。通常，此类汽化气体从液化气体源通过主输入管线被供应到用于对汽化气体加压的压缩机。

LNG运输船需要能够汽化货物的一部分或者从海岸侧汽化液体LNG，以便以下目的：(1)当调试LNG液货舱以进行操作时，通过用冷汽化天然气(NG蒸汽)冷却罐内部，使液体LNG汽化。这称为“充气”；(2)在船舶卸货期间汽化货物的一部分，以防接收船或接收站没有NG蒸气供应来替换泵出的LNG液体的体积，以便产生必要的NG蒸汽体积。需要NG蒸汽来维持安全操作液货舱所需的压力。这称为“紧急卸货”模式；(3)当所需燃料气体大于天然蒸发的量时，汽化LNG货物的一部分以提供NG蒸汽从而补充该天然蒸发。这称为“强制”模式；(4)在一些情况下，识别用于液氮汽化的另一种操作情况，其在调试期间在不存在LNG的情况下使用，以提供合适的冷条件，例如用于储罐维护或测试操作。

通常，将不同容量的两个单独的气化器单元安装在船上，一个气化器单元用于目的(1)、(2)和(4)(所谓的“LNG气化器”)，而另一个气化器单元用于目的(3)(所谓的“强制气化器”)。它们通常以这样的方式布置和连接，以便在强制气化器发生故障的情况下，LNG气化器可用作目的(3)的备用。

通常，在LNG运输船上，加热介质是蒸汽，但是可以使用其它加热介质，例如热油或乙二醇水溶液。也可以在单元内电产生热量或远程地产生热量以加热中间加热流体。

用于以上目的(1)、(2)、(3)和(4)中的一者或多者的已知气化器单元结合图1描述。图1示意性地示出了气化器单元100，该气化器单元具有永久性地连接到管板160的头部170。头部170具有内部分隔板180，以将入口隔室110与排放隔室120分离。入口隔室110具有用于LNG进入的入口喷嘴140；出口隔室120具有用于气体排放的出口喷嘴150。数目n的u形管110x、x＝1......n连接到管板160，以提供入口隔室110与出口隔室120之间的LNG路径，LNG沿着该路径被汽化。

在气化器单元100的内部空间130中，通常将蒸汽用作热源，用于在u形管110x中实现对LNG的热传递。蒸汽通过喷嘴191引入到气化器单元壳体190中，其中其由于冷LNG进入管而冷凝，并且收集冷凝物并经由装配在壳体190的最低点的喷嘴193去除冷凝物。

通常安装两个此类气化器单元100，一个气化器单元作为强制气化器操作，另一个气化器单元作为LNG气化器工作。LNG气化器很少使用，同时也是一个昂贵的大件。与LNG气化器相比，强制气化器是一个更小的单元并且更频繁地操作。

从优先权日为1911年8月19目的GB 18670中，已知一种用于多级气体压缩机的u形管冷却器，该冷却器具有两个冷却管束，一个管束与另一个管束的冷却管组垂直。来自第一压缩级的气体到达冷却器的第一入口腔室并且穿过第一冷却管束，以经由第一出口腔室离开冷却器。冷却的气体然后通过第二压缩级，此后将其进料到同一冷却器的第二入口腔室中以进入第二冷却管束。在穿过第二冷却管束之后，冷却的气体从第二出口腔室排放并进料到第三压缩级。因此，在此已知的冷却器中，处于不同压缩级的串联气体流穿过布置在同一冷却单元中的两个不同的u形管排。然而，此类冷却器可能不适于适合以上目的(1)至(4)的LNG气化器的要求。

因此，本发明的目的是降低用于汽化液化气体的成本和空间，其中汽化的液化气体需要以不同水平的流速和/或操作压力提供。

发明内容

本发明提供了一种用于汽化液化气体的气化器单元和根据独立权利要求汽化液化气体的对应方法。在相应的从属权利要求和以下描述中给出本发明的实施方案和优点。

本发明在第一方面提供了一种用于汽化液化气体的气化器单元，该气化器单元包括彼此分离的多个入口隔室，每个入口隔室与多个导管流体连接，用于引导液化气体通过气化器以进行汽化，还包括公共排放隔室，该排放隔室与多个入口隔室的导管中的所有导管流体连接，用于排放汽化的液化气体；以及内部气化器单元空间，其中导管至少部分地布置，内部气化器单元空间被构造成实现对导管中的液化气体的热传递。

根据本发明的另一方面，提供了一种汽化液化气体的方法，其中使用根据本发明第一方面的单个气化器单元以至少两种不同的需求水平供应汽化的液化气体，其中根据需求水平，将液化气体供应到多个入口隔室中的一个或多个入口隔室，将加热介质供应到内部气化器单元空间和/或操作电加热单元以实现对气化器单元的导管中的液化气体的热传递，并且汽化的液化气体从气化器单元的公共排放隔室排放。

根据本发明的气化器单元通过提出组合单元来降低成本和空间，使得可以通过将入口腔室分离成单独或同时使用的多个入口隔室来使用一组或多组导管。入口隔室中的每个入口隔室的导管组接合到单个排放隔室中。两个或更多个入口隔室被构造成接收液化气体并将液化气体分配到分配给相应入口隔室的多个导管中。通过导管中的热传递，液化气体在其通过导管的路径上汽化。公共排放隔室被构造成从相应导管接收汽化的液化气体并排放汽化的液化气体以供进一步使用。

通过使用一个或多个入口隔室，可以满足汽化气体的不同需求水平。通常，导管的数目和其流速容量确定此类入口隔室的最大流速容量。导管的流速容量通常取决于导管直径。

通过布置例如相同流速容量的两个入口隔室，可提供50％和组合的100％容量。通过布置例如40％容量的第一入口隔室和根据本发明的气化器单元中的60％容量的第二入口隔室，可以通过使用仅第一入口隔室、仅第二入口隔室或两个入口隔室来满足三种不同的需求水平，即40％、60％和组合的100％容量。通过这种措施，可以加宽操作范围，并且可以通过使用单个气化器单元来实现不同模式。

在优选的实施方案中，入口隔室中的每个入口隔室连接到相应的入口喷嘴，用于将液化气体供应到气化器单元中。以类似的方式，公共排放隔室优选地连接到出口喷嘴，用于排放汽化的液化气体。

在另一个优选的实施方案中，导管连接到至少一个管板。如果导管被设计为u形管，则是优选的。在这种情况下，仅需要一个管板来连接u形管的两端。此外，u形管的使用使得可以将入口隔室和公共排放隔室布置在气化器单元的头部中。这进一步减小了气化器单元的尺寸并允许紧凑的构造。

入口隔室优选地通过两个或更多个相应的分隔板彼此分离并且从公共出口隔室分离。这避免了相邻的入口隔室之间和/或入口隔室与出口隔室之间的任何可能的残留。

在另一个优选的实施方案中，气化器单元包括气化器单元壳体，该气化器单元壳体包括内部气化器单元空间，其中导管/u形管至少部分地布置。内部气化器单元空间被构造成实现对导管中的液化气体的热传递。为此，气化器单元壳体可以包括加热介质入口，用于将加热介质供应到内部气化器单元空间中。然后，气化器单元壳体还应包括加热介质出口，用于在热传递之后将加热介质排出内部气化器单元空间。加热介质可以是蒸汽，但也可以使用其它加热介质，例如热油或乙二醇-水混合物或其它介质，或它们的混合物。

另一方面，气化器单元可以包括电加热单元，以实现对导管中的液化气体的热传递。电加热单元可以布置在内部气化器单元空间内或远离内部气化器单元空间以加热中间加热流体，该中间加热流体加热气化器单元空间内部的另一加热流体。

如上所述，在特别优选的实施方案中，至少两个入口隔室被构造成具有不同的流速容量。具体地，连接到每个入口隔室的相应导管的数目和/或流速容量相对于至少两个入口隔室是不同的。这使得可以满足汽化的液化气体的三种或更多种不同的需求水平。

排放的汽化的液化气体的温度取决于入口处的液化气体的质量流量和气化器单元中的热传递的量，因此主要取决于通过气化器内部空间的加热介质或由气化器单元空间内的电加热单元产生的热量的温度。另外，优选的是通过优选地将液化气体的入口流量的一部分注入排放的汽化的液化气体流中以调节所得混合物的温度来控制排放的汽化气体的温度。此实施方案允许通过注入对应量的液化气体来降低排放的汽化气体的温度。利用这种所谓的分程温度控制，对于特定的目标流量，由于一定的质量流量/交换表面和加热介质温度，入口流量将被分成一部分进入气化器并在不受控制的温度下离开。第二部分在船舶之后注入以将温度调节到所需水平。

关于根据本发明第二方面的方法的其他实施方案和优点的进一步解释，明确参考与根据本发明第一方面的气化器相关的陈述。

本发明的其他有利的和优选的实施方案在下面的描述和附图中公开。

本领域的技术人员应当理解，不仅在附图中讨论或示出的详细组合中公开了上述和以下特征，而且在不超出本发明范围的情况下也可以使用其他特征组合。

现在将参考示出优选的实施方案的附图进一步描述本发明。

附图说明

图1示意性地示出了根据现有技术的气化器单元。

图2示意性地示出了根据本发明第一方面的用于实施根据本发明第二方面的方法的气化器单元的实施方案，其中图2A示出了气化器单元的纵向横截面，并且图2B示出了沿着图2A的线AA的截面。

附图详细说明

根据图1的气化器单元已经在本说明书的介绍部分中讨论。

图2示意性地示出了根据本发明的气化器单元200的实施方案，用于汽化液化气体，如LNG。气化器单元200包括多个入口隔室，在这些实施方案中，两个入口隔室211和213。入口隔室212和213通过分隔板281彼此分离。每个入口隔室与多个导管流体连接，用于引导LNG通过气化器200以进行汽化。在所示的实施方案中，入口隔室211与第一组导管211a、211b、211c、211d、211e和211f流体连接。入口隔室213与第二组导管213a、213b、213c和213d流体连接。应注意，导管的数目仅是示例性数字，并且导管的数目在每个入口隔室中可以是相同的。此外，可以实现多于两个入口隔室。在本实施方案中，导管被设计为u形管。如图2A所示，u形管211a-211f和213a-213d连接到管板260。虽然u形管的第一端连接到管板260，使得它们在相应的入口隔室211或213中结束，但是u形管的第二端连接到管板260，使得它们在公共排放隔室220中结束。

入口隔室211和213中的每个入口隔室分别连接到相应的入口喷嘴241和243，用于将LNG供应到气化器单元200中。公共排放隔室220连接到出口喷嘴250，用于排放汽化的LNG。入口隔室211和213以及公共排放隔室220布置在气化器单元200的头部270中。入口隔室211和213通过分隔板283与公共排放隔室220分离。

如图2A所示，气化器单元200包括气化器单元壳体290，该气化器单元壳体包括内部气化器单元空间230，u形管布置在该内部气化器单元空间中。气化器单元壳体290包括加热介质入口291和加热介质出口293。为了易于理解，图2A中仅示出了一个u形管213d。流过内部气化器单元空间230的加热介质实现对通过u形管的LNG的热传递。

在下文中，参考在本说明书的介绍部分中讨论的不同操作模式，即(1)充气模式、(2)紧急卸货模式、(3)强制模式和(4)其它操作模式，尤其是用于储罐维护或测试操作。模式1、2和4需要低于1巴的出口压力，而模式3可以根据船舶系统设计需要在低于1巴至高达17巴的范围内的压力。迄今为止，在一个气化器单元的所需操作压力高于另一个气化器单元的情况下，第二个气化器单元可能无法用作第一个气化器单元的备用。根据本发明的组合设计额定在压力的更高处可以避免这种情况。

通常，根据燃气要求，液化气体，诸如温度为约-163℃、压力介于3巴和20巴之间的LNG，将进入一个或多个入口喷嘴并填充入口隔室。加热介质被引入到单元的壳体290中，并且其在管排管的外径上提供热源。常见的饱和蒸汽在5巴至9巴规格的范围内使用。

在蒸汽被用作加热介质的情况下，热量会加热管的外表面，并将进入管的液体LNG汽化。这导致蒸汽的一部分冷凝，并且冷凝物收集在壳体290的下部中以用于去除。以这种方式冷凝的蒸汽的量与液体LNG的流量和汽化的NG的出口温度直接相关。

使用通过的液体LNG流对排放的NG蒸气进行温度控制，该通过的液体LNG流注入气化器下游，以在专用混合装置中将温度调节到所需水平。

连接到每个入口隔室的u形管的数目可以不同，以提供例如40％、60％和组合的100％容量，每种容量都具有调节能力，从而加宽温度受控的操作范围。

也可以设想采用其它加热介质，诸如乙二醇-水混合物或热油或其它手段的类似设计。

典型的操作模式可以是：

如果更多的操作情况将证明其合理性，则可以考虑额外的隔室。排放压力和温度可能会有所不同，因为以上仅是示例性指示。

总而言之，通过本发明实现以下优点和改进。

-总体上减少了占地面积

-总体布置更简单

-在备用模式下，强制气化器工作的更好覆盖(当由于传感器/控制部件引起问题时)

-由于用于构造的材料的小质量，设备成本将较低，

-保留冗余益处

-客户安装成本(工艺和加热介质管线+用于本地控制面板安装和布线)将更低。

-可以考虑更紧凑的货物机房

-对于两个单元的控制可以并入到单个本地控制面板中

-在蒸汽加热气化器的情况下，可以利用单个蒸汽阱和排水系统。

附图标记列表

100 气化器单元

110 入口隔室/110xu形管

120 排放隔室

130 内部空间

140 入口喷嘴

150 出口喷嘴

160 管板

170 头部

180 分隔板

190 气化器单元壳体

191 喷嘴

193 喷嘴

200 气化器单元

211 第一入口隔室

211a-f 第一组导管

213 第二入口隔室

213a-d 第二组导管

220 公共排放隔室

230 内部空间

241、243 入口喷嘴

250 出口喷嘴

260 管板

270 头部

281、283 分隔板

290 壳体

291 加热介质入口

293 加热介质出口

Claims

1.一种用于汽化液化气体的气化器单元(200)，所述气化器单元包括彼此分离的多个入口隔室(211、213)，每个入口隔室(211、213)与多个导管(211a-f；213a-d)流体连接，用于引导液化气体通过所述气化器(200)以进行汽化；

公共排放隔室(220)，所述排放隔室(220)与所述多个入口隔室(211、213)的所述导管(211a-f；213a-d)流体连接，用于排放汽化的液化气体；和

内部气化器单元空间(230)，其中所述导管至少部分地布置，所述内部气化器单元空间被构造成实现对所述导管中的所述液化气体的热传递。

2.根据权利要求1所述的气化器单元(200)，其中所述入口隔室(211、213)中的每个入口隔室连接到相应的入口喷嘴(241、243)，用于将液化气体供应到所述气化器单元中。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的气化器单元(200)，其中所述公共排放隔室(220)连接到出口喷嘴(250)，用于排放汽化的液化气体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气化器单元(200)，其中所述导管连接到至少一个管板(260)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气化器单元(200)，其中用于引导液化气体的所述导管被设计为u形管。

6.根据权利要求5所述的气化器单元(200)，其中所述入口隔室和所述公共排放隔室布置在所述气化器单元的头部(270)中。

7.根据权利要求6所述的气化器单元(200)，其中所述入口隔室通过相应的分隔板(281、283)彼此分离并且与所述公共出口隔室分离。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的气化器单元(200)，其中所述气化器单元包括气化器单元壳体(290)，所述气化器单元壳体包括所述内部气化器单元空间(230)。

9.根据权利要求8所述的气化器单元(200)，其中所述气化器单元壳体(290)包括加热介质入口(291)，用于将加热介质供应到所述内部气化器单元空间中以实现对所述导管中的所述液化气体的热传递。

10.根据权利要求9所述的气化器单元(200)，其中所述气化器单元壳体(290)包括加热介质出口(293)，用于将所述加热介质排出所述内部气化器单元空间。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的气化器单元(200)，其中所述气化器单元包括电加热单元，以实现对所述导管中的所述液化气体的热传递。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的气化器单元(200)，其中至少两个入口隔室(211、213)被构造成具有不同的流速容量，具体地其中连接到每个入口隔室的导管的数目和/或流速容量相对于至少两个入口隔室是不同的。

13.一种汽化液化气体的方法，其中使用根据权利要求1至12中任一项所述的单个气化器单元(200)以至少两种不同的需求水平供应所述汽化的液化气体，其中，

根据所述需求水平，将液化气体供应到所述多个入口隔室中的一个或多个入口隔室，

将加热介质供应到所述内部气化器单元空间(230)和/或操作电加热单元以实现对所述气化器单元的所述导管中的所述液化气体的热传递，

并且所述汽化的液化气体从所述公共排放隔室(220)排放。

14.根据权利要求13所述的方法，其中通过将液化气体注入排放的汽化的液化气体流中以调节所得混合物的温度来控制排放的汽化的液化气体的温度。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中通过使用具有不同流速容量的两个入口隔室的气化器单元(200)来实现三种不同的需求水平。