CN1319739A - 中间流体型汽化器 - Google Patents

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Abstract

一种中间流体型汽化器,其利用热源流体,提供用于汽化的相对大的温差,并可使汽化器的整体尺寸小巧,中间流体型汽化器包含一个通过在壳体中设置热源管而形成的中间流体型汽化器,在其中包含有中间流体,以用热源介质和液体中间流体之间的热交换汽化液相的中间流体,通过在壳体中提供热交换管而构成液相的气体汽化器,其用液化气和汽化的中间流体之间的热交换对液化气进行汽化。通过对直管进行排列而形成热源管,从而构成两个或多个通道。

Description

中间流体型汽化器
本发明涉及一种中间流体型汽化器，用于通过使用诸如丙烷加热和汽化低温液体，诸如液化的天然气(此后成为“LNG”)。
目前所公知的具有小巧结构的用于连续汽化诸如LNG低温液体的中间流体型汽化器，除了使用热源流体外，还采用中间流体(可参见日本未审查专利申请公开No.53-5207)。
图6示出了用于LNG的中间流体型汽化器的一个实例。此传统的汽化器包含一个中间流体汽化器E1、一个LNG汽化器E2和天然气(此后称为“NG”)加热器E3。
中间流体型汽化器E1包含第一壳体101、一个形成在第一壳体101的一端的出口室102、一个中间室103，形成在第一壳体的另外的一端，和大量的热源管104，设置在第一壳体101的内部空间的下部，并在两个室102、103之间延伸。第一壳体101中包含中间流体(例如丙烷)，其沸点低于作为热源流体的海水的沸点。LNG汽化器E2包含一个入口室111和一个通过隔壁与入口室隔开的出口室112，和大量的热交换管113，用于将室111和112彼此相通。每个热交换管113的形状为U-形，并伸进第一壳体101的内部空间的上部中。NG加热器E3包含一个第二壳体120，其与中间室103相连通，一个入口室121，和大量的在室103和121之间延伸的热源管122。
热源流体(在相关领域中为海水)按照下面的顺序分别流过入口室121、大量的热源管122、中间室103、大量的热源管104和出口管。在此路径上，热源管122被设置在NG加热器E3中，而热源管104被设置在中间流体汽化器E1中。LNG汽化器E2的出口室112通过NG管道123与NG加热器E3的第二壳体120侧相连。
在此种的汽化器中，作为热源流体的海水在通过入口室121、热源管122、中间室103和热源管104后流入到出口室102中。在通过热源管104时，海水与中间流体汽化器E1中的液相的中间流体105进行热交换，从而汽化液态的中间流体105。另一方面，将被汽化的LNG通过入口室111引入到热交换管113中。通过中间流体汽化器E1中的气相的中间流体105和热交换管113中的LNG之间热交换对汽化的中间流体105进行冷凝。在对气态的中间流体105进行冷凝时通过接收所产生的热量，LNG汽化并变为热交换管113中的NG。将所生成的NG从出口室112通过NG管道123引入到NG加热器E3，并通过NG和流过NG加热器E3中的热源管122的海水之间的热交换进行加热。此后，将NG提供到用户。
通过具有上述结构的中间流体型LNG汽化器，可通过中间流体105的重复汽化和冷凝对LNG进行连续的汽化。
在已经被使用的大多数的中间流体型汽化器中，热源流体为海水。然而在使用中间流体型汽化器的某些情况下，已经使用了另外的一种诸如温水或乙二醇的水溶液的热源介质，这主要是从环境保护的观点出发，在无法使用海水的情况下所采用的，或者是在为了避免增加冷-热循环系统而不使用海水的情况下。
在传统的使用海水作为热源的中间流体型汽化器中，作为用于汽化的热源的海水所获得的温差的范围为5-7摄氏度。同时，在使用另外的一种用温水或乙二醇达到水溶液代替海水作为热源的中间流体型汽化器中，可使用大约20摄氏度的温差用于汽化。
在后一种汽化器中，可降低热源的流速。然而，由于在中间流体型汽化器E1的热源管104中和在NG加热器E3的热源管中流动的热源的流速无法被设定到足够高的值，从而降低了热交换效率。因此，已经发现，为了补偿此热交换效率的降低，必须增大整个的中间流体型汽化器的尺寸，这样会增大热交换器的成本。
一种用于增大热源管中的热源流速的方法是降低中间流体型汽化器E1中的热源管104和NG加热器E3中的热源管的数量。然而，对热源管数量的降低会降低热交换面积，因此需要增加中间流体型汽化器E1中的热源管104和NG加热器E3中的热源管122的长度。这意味着，由于中间流体型汽化器E1和NG加热器E3如图6中所示是彼此串联连接的，所以上述的方法需要在纵向上具有长的安装面积，而由于在生产场地上的设备布局所造成的限制，这将会阻碍对布局的自由设计，这样就需要大的组装场地。
考虑到现有技术中的上述的情况，本发明的一个目的在于提供一种中间流体型汽化器，其使用可提供相对较大的温差用于汽化，并可降低汽化器的整体尺寸。
 为了实现上述的目的，根据本发明的中间流体型汽化器包含一个通过在壳体中设置热源管而构成的中间流体型汽化器，在热源管中含有中间流体，利用热源介质和液态中间流体之间的热交换对液态的中间流体进行汽化，和通过在壳体中设置热交换管所构成的液化气汽化器通过液化气和汽化中间流体之间的热交换而液化气进行汽化。通过多个直管构成热源管，及通过直管的排布从而构成两个或多个通道。
通过上述的结构，采用可为汽化而提供相对大的温差的热源管，并可降低热源流体所需的流动速度。同时，通过设置中间流体型汽化器的热源管，从而可构成两个或多个通道，并增大在每个热源管中的热源流体的流速，从而增加热转换效率，并保证足够的热交换区。因此，可获得更加高效和紧凑的热交换器。另外，由于通过将直管和回路室组合而构成热源管的两个或多个通道，而不使用U-形管，这样可在小的面积中形成管束，由此可使壳体的直径减小，并使汽化器的结构更紧凑。
热源管的结构最好由设置在管片之间的直管束形成热源管，其中管片设置在壳体的相对端上，从而使管束在管片之间回绕，同时形成不少于两个的偶数个通道。通过此结构，可将用于热源流体的入口和出口室设置在壳体的一端，而在壳体的另外的一端设置回路室。结果，可将用于热源流体的入口和出口室彼此临近地进行设置。
中间流体型汽化器最好包含一个气体加热器，用于通过在排放的气体和被提供到中间流体型汽化器的热源流体之间的热交换对从液化气汽化器排放的气体进行加热。在此情况下，可与中间流体型汽化器和液化气汽化器独立的安装气体加热器。
更具体的，通过对中间流体型汽化器的热源管进行设置，从而构成两个或多个通道，不再需要相对其他加热器的热源管串联的设置中间流体型汽化器的热源管。为此，可将气体加热器作为与中间流体型汽化器和液化气汽化器独立的部分进行安装。因此，可对气体加热器的壳体的直径和长度进行适宜的设定，而不受与中间流体型汽化器和液化气汽化器相通的壳体的直径和长度的限制。结果，可更自由的对汽化器的布局进行设计。
最好将气体加热器固定在壳体上。这样可大大的缩减汽化器的整体的安装面积。
因此，由于本发明的中间流体型汽化器采用可提供相对较大温差的热源流体用于汽化，并由多个高效和紧凑的结构构成，因此适合高效地将液化天然气汽化为天然气并将其提供给用户。
图1为根据本发明的实施例的中间流体型汽化器的主要部分的正面截面图；
图2为图1中沿线Ⅱ-Ⅱ的截面示意图；
图3为图1中沿线Ⅲ-Ⅲ的截面示意图；
图4为根据本发明的中间流体型汽化器的设备布局的正面示意图；
图5为根据本发明的中间流体型汽化器的一个布局实施例的正视图；
图6为传统的中间流体型汽化器的主要部分的正面截面图。
下面将参考附图对根据本发明的中间流体型汽化器进行详细描述。图1为根据本发明的一个实施例的中间流体型汽化器的主要部分的正面截面图，图2为沿图1中的线Ⅱ-Ⅱ的截面示意图，而图3为沿图1中的线Ⅲ-Ⅲ的截面示意图。
图1中所示的中间流体型汽化器适合用于通过使用热源流体对LNG进行汽化，诸如采用温水或乙二醇的水溶液，其可提供相对大的温差用于汽化LNG。汽化器包含一个中间流体型汽化器E1、一个LNG汽化器E2和一个NG加热器E3。
中间流体型汽化器E1包含一个壳体1，在壳体1的内部空间的下部设置的多个2-通道热源管2，一个热源入口室3和一个热源出口室4，二者都设置在壳体1的一端，和一个回路室5，其设置在壳体1的另外的一端。
每个热源管2都具有分别固定到壳体1的两端并穿过管片7、8的相对端，且其为直管的形状。在图2中可看出，热源管2由第一管束11构成，其形成第一通道，和第二管束12，其形成第二通道。热源流体从热源入口室3流过第一管束到达回路室5，且热源流体从回路室5流过第二管束12到达热源出口室4。由于每个热源管都为直管，可将第一管束11和第二管束之间的间隔降到最小，从而壳体1的直径被降低。如果使用U-形管作为热源管2，间隔L会增大，同样由于U-形管所需的最小的弯曲直径，壳体1的直径也会增大。中间流体9包含在壳体1中，热源管2位于液相的中间流体9中。从图3中可清楚的看到，通过隔离壁6将热源入口室3和热源出口室4彼此分开。
通过这样的结构，使得设置在入口侧上的热源管束和设置在出口侧上的热源管束彼此水平分离，同时由于在入口和出口侧上的热源管束之间的温差而使壳体中的对流加速。加速的对流使得中间流体的气体均匀地扩散到壳体的整个的内部空间中，因此可在热交换管中更有效的进行热交换。
LNG汽化器E2包含与构成中间流体型汽化器E1同样的壳体1，通过隔离壁21将入口室22和出口室23彼此分离，通过大量的热交换管24使两个室22、23彼此相通。从图2中可清楚的看出，热交换管24为由下部通道25和上部通道26构成的大致的U形，并水平的伸进壳体1的内部空间的上部中。热交换管24位于气相的中间流体9中。
因此，中间流体型汽化器具有这样的结构，其中，中间流体型汽化器E1的壳体1包含两个热源管2，用于通过热源流体和液体中间流体9之间的热交换对液相的中间流体9进行汽化，而LNG汽化器E2的热交换管24用于通过LNG和气相的中间流体9之间的热交换对LNG进行汽化。
NG加热器E3与中间流体型汽化器E1和LNG汽化器E2分开设置，其包含一个壳体31，一个入口室32，一个出口室33和大量的用于将室32和33彼此相连的热源管34。从LNG汽化器E2的出口室23排出的NG通过管道35被引入到NG加热器E3的壳体31中。将从NG加热器的出口室排出的热源流体引入到中间流体型汽化器E1的热源入口室3中。NG热加热器E3的作用在于，用NG和热源流体之间的热交换对NG进行加热。
下面将参考图1对使用上述的中间流体型汽化器对LNG进行汽化的方法进行描述。诸如温水或乙二醇的水溶液的热源流体在通过NG加热器E3、中间流体型汽化器E1的热源入口室3、第一管束11的热源管2、回路室5和第二管束12的热源管2之后流入到热源出口室4(参见图2)，在通过热源管2时，用中间流体型汽化器E1中的液相的中间流体9对热源流体进行热交换，从而汽化液态中间流体9。另一方面，将被汽化的LNG通过入口室22引入到热交换管中。用热交换管24中的LNG和中间流体型汽化器E1中的气相的中间流体9之间的热交换对汽化的中间流体9进行冷凝。在对汽化的中间流体9进行冷凝时通过接收所产生的热量，从而汽化LNG并在热交换管24中变为NG。将所产生的NG从出口室21通过管路35引入到NG加热器E3的壳体31中，并用NG和流过NG加热器E3中的热源管34的热源流体之间的热交换进行加热。此后，将NG提供给用户。
在本发明的中间流体型汽化器中，由于将温水和乙二醇的水溶液用于热源流体，可使用相对大的温差进行汽化，从而可降低热源流体所需的流速，并可实现汽化设备的更紧凑的设计。同时，通过对中间流体型汽化器E1的热源管2进行设置，从而构成两个通道，并可降低每个通道的热源管的数量。除了可降低热源流体的流速外，还可将热源管2中的热源流体的流速维持在适当的水平，且在保持高的膜转换效率的同时对汽化器进行更高效的设计。另外，由于通过对热源管2的设计，从而构成两个通道，可保证足够的热交换区，因此可降低汽化器的轴向的长度。因此，由于通过使用直管和回路室的组合而不使用U-形管构成热源管的两个通道，从而可以更紧凑的方式彼此邻近的形成两个管束11,12，且可降低壳体1的直径。通过这些特征的组合，可实现更精巧的设计，并降低汽化器的成本，其中的汽化器包含洋中间流体型汽化器E1和LNG汽化器E2，二者整体构成。
同时，由于与中间流体型汽化器E1和LNG汽化器E2相通的壳体1的直径被降低，从而可降低壳体1的体积，且可降低在壳体中所保存的中间流体的量。因此，可根据所应用的规则，可将所需的隔离距离设定在安全的较小的数值。
另外，由于通过将直管和回路室进行组合而形成中间流体型汽化器E1的热源管2，因此可更容易的对热源管2进行观察和维护，当进行观察和维护时，需要移掉位于壳体1的相对端的室3、4和5，在热源管被损坏时，可用新的进行替代。
因此，由于NG加热器E3作为一个独立的热交换器与中间流体型汽化器E2和LNG汽化器E2单独形成，从化工的角度看，可对NG加热器E3进行自由的设计，而不受壳体1的尺寸的限制，与将壳体1与中间流体型汽化器E1和NG加热器E3都相通的情况不同，从而可使NG加热器E3的尺寸更紧凑。另外，相对中间流体型汽化器E1和LNG汽化器E2可对NG加热器E3实现更自由的组合。例如，如图4中所示，可将中间流体型汽化器E1的壳体1和NG加热器E3的壳体31平行设置。另外，如图5中所示，可将NG加热器E3的壳体31固定在中间流体型汽化器E1的壳体1上。通过对壳体的此种的立体的固定可降低汽化器的整体的安装面积。
需注意的是，本发明并不限于所述的实施例，还可通过下面的方式实现：
(1)中间流体型汽化器可仅包含中间流体型汽化器E1和LNG汽化器E2。如果通过LNG汽化器E2汽化的NG的温度不低于0摄氏度，则可将汽化的NG直接提供给用户，而不用通过NG加热器E3进行加热。
(2)所形成的中间流体型汽化器E1的热源管2可具有三个、四个或更多的通道。在此情况下，在壳体1的相对端侧的相邻的室之间提供隔离壁，以进行适当的分离。使用偶数个通道，诸如四个或六个通道，从管路设计的角度看更有益，这是因为可将热源管2的出口和入口设置在壳体1的一端上。
(3)在本发明中使用的热源流体并不限于温水或乙二醇的水溶液，也可从其他的热源介质中选择。
(4)在本发明中使用的中间流体并不限于丙烷，也可从其他的介质中选择。
(5)虽然在上述的描述中，采用汽化的LNG作为液化气，被汽化的目标并不限于液化天然气。本发明同样适合用于对诸如液化乙烯、LO2(液态的氧)和LN2(液态的氮)进行汽化。
根据本发明的中间流体型汽化器，如上所述，通过对直管进行设置而形成中间流体型汽化器的热源管，从而构成两个或多个通道。因此，当在较小的流速下使用可提供相对大的温差的热源介质用于汽化时，可增大在每个热源管中的热源流体的流速，并可防止膜热转换效率的降低。另外，可在热源流体和每个热源管之间保证大的热转换面积，且可将由各组的热源管构成的管束彼此设置达到更近，结果，可获得更高效和更紧凑的汽化器。
同时，气体加热器与中间流体型汽化器和液化气汽化器独立的提供。因此，可以合适的布局安装气体加热器，并从化工的角度看，可根据构成中间流体型汽化器所需的条件，进行自由的设计，限制了汽化器的安装区。结果，中间流体型汽化器的安装区被限制在最小。
另外，通过采用本发明的中间流体型汽化器，并通过使用可提供用于汽化的相对较大的温差的热源介质，可有效地将液化的天然气汽化为天然气，并提供到用户。

Claims (5)

1．一种中间流体型汽化器，其包含：
一个内部包含中间流体的壳体；
由多个直管形成的热源管，其设置在所述的壳体中，并保证热源流体流过所述热源管用于通过使用热源介质和液态中间流体之间的热交换汽化液相的中间流体；
一个回路室，将所述多个直管在端部彼此相连；及
在所述壳体中设置的热交换管，并保证可对被液化的气体进行引导并流过所述热交换管用于在汽化的中间流体和液化气之间进行热交换。
2．根据权利要求1所述的中间流体型汽化器，其特征在于所述热源管是通过偶数个直管形成的。
3．根据权利要求1所述的中间流体型汽化器，其特征在于还包含一个气体加热器，用于通过在所排放的气体和热源介质之间所进行的热交换在被提供到所述热源管之前加热从所述热交换管中排放的气体。
4．根据权利要求3所述的中间流体型汽化器，其特征在于将所述气体加热器独立于所述的壳体安装。
5．根据权利要求3所述的中间流体型汽化器，其特征在于所述气体加热器被安装到所述壳体上。
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