CN202328324U - 管壳式中间介质气化器 - Google Patents
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Abstract
一种管壳式中间介质气化器，其中，所述气化器包括蒸发器、凝结器和调温器，所述蒸发器与所述凝结器构成主换热器，所述调温器设于所述主换热器的一端，其中，所述蒸发器为位于下部的管板式换热器，所述凝结器为位于上部的U型管式换热器，所述U型管式换热器由U型管束和管箱组成，管箱下部设有与各U型管相连通的液化天然气进口，所述管板式换热器包括由多个具有挠性的换热管组成的挠性换热管束，所述主换热器的中下部装有液态的中间介质，所述管板式换热器完全浸没在中间介质中，其远离所述调温器的一端设有与所述挠性换热管束相连通的海水出口；所述调温器内部设有调温管束(10)，其顶部设有天然气出口，且在远离主换热器的一端设有与调温管束(10)相连通的海水入口。本实用新型结构紧凑、成本低，耗能小、换热效率高。
Description
技术领域
本实用新型有关于一种气化天然气的换热设备，特别是涉及一种应用于石化行业的管壳式气化器。
技术背景
目前，我国天然气消费强劲增长，据统计2010年我国天然气需求量缺口在200亿立方米左右，预计2020年天然气市场缺口将达到900亿立方米。天然气的运输通常是以液态天然气(LNG)形式完成的，而终端用户使用的都是气态的天然气(NG)，因此在运输到用户之前需要将液态的天然(LNG)气转换为气态的天然气(NG)。由于液态天然气(LNG)的温度为-165℃摄氏度左右，在技术上为汽化过程提供所要吸收的大量热量，存在相当的难度。在管壳式换热设备中，通常是采用介质在壳体中自然蒸发来进行换热，由于壳体中存在大量的空气以及不凝气体，使得换热效率较低，而且要想提供持续不断的大量的热源，要消耗大量的能源，而且启动速度很慢。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种将液态天然气(LNG)转化为气态的天然气(NG)的管壳式中间介质气化器，以改善或克服上述技术中存在的一项或多项不足之处。
本实用新型的技术解决方案是：一种管壳式中间介质气化器，所述气化器包括蒸发器、凝结器和调温器，所述蒸发器与所述凝结器构成主换热器，所述调温器设于所述主换热器的一端，其中，所述蒸发器为位于下部的管板式换热器，所述凝结器为位于上部的U型管式换热器，所述U型管式换热器由U型管束和管箱组成，管箱下部设有与各U型管相连通的液化天然气进口，所述管板式换热器包括由多个具有挠性的换热管组成的挠性换热管束，所述主换热器的中下部装有液态的中间介质，所述管板式换热器完全浸没在中间介质中，其远离所述调温器的一端设有与挠性换热管束相连通的海水出口；所述调温器内部设有调温管束，其顶部设有天然气出口，且在远离主换热器的一端设有与调温管束相连通的海水入口。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述调温器为折流板式换热器，其内部沿着调温管束的延伸方向等间距设有多个折流板，其中每个折流板的设置方向垂直于调温管束的延伸方向。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述连接管道连通所述U型管式换热器和折流板式换热器，并形成∏形。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述主换热器与所述折流板式换热器之间具有一连接段，该主换热器的壳体与连接段的连接部位设有上为盲板、下为管板的组合式第一复合板；壳体的另一端设有上为孔板、下为管板的组合式第二复合板，U型管束两端与壳体外的管箱一侧的外部管板胀焊相接；弯曲管束两端分别与对应的第一复合板、第二复合板的下部胀焊相接构成所述管板式换热器；所述折流板式换热器内的调温管束分别与调温器壳体两端的管板、胀焊相连。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述U型管束通过一滑动式固定结构能够滑动地设置于所述主换热器的壳体内。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述滑动式固定结构包括固定于主换热器壳体的U型吊架组，所述U型吊架组铺设有滑道，所述U型管束底部设有与该滑道相配合的滑槽。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述中间介质是丙烷，所述主换热器的中下部装有液态丙烷。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述管板式换热器的各换热管包括两端的平直管部和中部的弯管部，且各换热管的弯管部位置相互交叠对应。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述管板式换热器的挠性换热管束是由具有挠性的平直管加工成的中部具有弯管部的一体式换热管组成的管束。
如上所述的管壳式中间介质气化器，其中，所述折流板式换热器内部沿着调温管束的延伸方向等间距设有多个折流板，且每个折流板的设置方向垂直于调温管束的延伸方向；所述连接管道连通所述U型管式换热器和折流板式换热器，并形成∏形；所述U型管束通过一滑动式固定结构能够滑动地设置于所述主换热器的壳体内，所述滑动式固定结构包括固定于主换热器壳体的U型吊架组，所述U型吊架组内底设有滑道，所述U型管束底部设有与该滑道相配合的滑槽；所述中间介质是丙烷；所述管板式换热器的挠性换热管束是由具有挠性的平直管加工成的中部具有弯管部的一体式换热管组成的管束。
本实用新型的特点和优点是：本实用新型的管壳式中间介质气化器能够将液态天然气(LNG)转化为气态的天然气(NG)，其结构紧凑、设计合理，具有成本低、耗能少、换热效率高以及防腐效果好的优点。
附图说明
图1为本实用新型的管壳式中间介质气化器的一具体实施例的结构示意图。
图2为图1中管壳式中间介质气化器的中部结构的剖视图。
图3为本实用新型的管壳式中间介质气化器的具体实施例的侧视图。
图4为本实用新型的管壳式中间介质气化器的另一具体实施例对应图1中A处(虚线方框)的局部结构图。
具体实施方式
下面配合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型提出一种管壳式中间介质气化器，所述气化器包括蒸发器、凝结器和调温器，所述蒸发器与所述凝结器构成主换热器，所述调温器设于所述主换热器的一端，其中，所述蒸发器为位于下部的管板式换热器，所述凝结器为位于上部的U型管式换热器，所述U型管式换热器由U型管束和管箱组成，管箱下部设有与各U型管相连通的液化天然气进口，所述管板式换热器包括由多个具有挠性的换热管组成的挠性换热管束，所述主换热器的中下部装有液态的中间介质，所述管板式换热器完全浸没在中间介质中，其远离所述调温器的一端设有与挠性换热管束相连通的海水出口；所述调温器内部设有调温管束，其顶部设有天然气出口，且在远离主换热器的一端设有与调温管束相连通的海水入口。本实用新型结构紧凑、成本低，耗能小、换热效率高。
较佳地，所述管板式换热器的各换热管包括两端的平直管部和中部的弯管部，且各换热管的弯管部位置相互交叠对应，用来释放两端管板产生的应力。
较佳地，所述调温器内部沿着调温管束10的延伸方向等间距设有多个折流板13，调温管束10穿过折流板13，构成折流板式调温器，其中每个折流板的设置方向垂直于调温管束10的延伸方向，从而延长气体在调温器内的行程，提高换热调温效能。
较佳地，连接管道在连通所述U型管式换热器和折流板式换热器时是形成∏形(类似n形)，以吸收该连接管道在长度方向上的伸缩量。
较佳地，所述U型管束通过一滑动式固定结构能够滑动地设置于所述主换热器的壳体内，所述滑动式固定结构包括间隔固定于主换热器壳体的U型吊架组，所述U型吊架组内底设有滑道，所述U型管束底部设有与该滑道相配合的滑槽。
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。
如图1至图3所示，其为本实用新型的管壳式中间介质气化器的具体实施例结构示意图。本实施例中，气化器的主换热器的壳体1内设有两个换热器，壳体1右侧与连接段2连接部位之间设有上为盲板、下为管板的组合式的复合板3；壳体1左侧设有上为孔板下为管板的组合式的复合板4；壳体1内上部设有U型管束5，构成U型管式换热器，U型管束5两端与管板6胀焊相接；壳体1内下部设有由多个具有一定挠性的换热管组成的挠性换热管束7(图1中各换热器中每条点划线表示一根换热管)，换热管束7两端分别与复合板3、4胀焊相接构成管板式换热器；壳体1上部位置设有连接管道8，连接管道8另一端与调温器的壳体9顶部相接，调温器壳体9内设有调温管束10，管束10分别与调温器壳体9两端的管板11、12胀焊相连，沿调温管束10的延伸方向等间距设有多个折流板13。
如图2所示，组成凝结器的U型管束5设置于U型吊架组16的滑道17上，各U型吊架在主换热器壳体内均匀分布，由此凝结器可从主换热器的壳体中拉出，本实用新型结构设计既方便安装、拆卸、及运输；也方便了日后的维修。
下面结合上述主要结构对本实用新型的设计思路及工作原理说明如下：
在天然气变成液化天然气的过程需放出大量的气化潜热，是一个放热过程；相反，如果再将液态天然气变成气态天然气，则需要吸收大量的气化潜热，是一个吸热过程，所以液化天然气气化器是一个需要外界供热的蒸发器，故此需要寻找合适的供热热源。作为液化天然气接受终端的海港，海水将是首选的取之不尽的热源。考虑到液化天然气的气化温度为零下165℃左右，因而常温下的海水具有足够高的温度向蒸发器供热。本实用新型采取中间介质(intermediate fluid)的加热方案。
首先，如图1所示，在主换热器壳体中上部设置U型管换热器，下部设有由挠性换热管束及管板组成的管板式换热器，在主换热器的中下部装有液态的中间介质，液面的高度由计算得出，并使组成管板式换热器的挠性换热管束完全浸没在液态介质中。
以图1所示方向，海水由换热器的右侧进入，从换热器的左侧流出，经过主换热器中的管板式换热器时，其换热过程为：管内是强制对流换热，管外为池沸腾换热。丙烷介质在流经海水的挠性换热管束外表面上被加热、沸腾蒸发，是一个蒸发吸热的相变过程，中间介质由液态变为气态，该部分称作中间介质蒸发器。然后，中间介质以蒸汽形式携带大量的气化潜热，蒸发到上部液化天然气流经的U型管束外部，遇到低温的管束表面，丙烷蒸汽会在低温的U型管束面上凝结成液体，同时放出气化潜热并实现对管内液化天然气的加热，这部分换热设备可称之为中间介质凝结器。其换热过程为：U型管外为膜凝结换热(即中间介质凝结成液膜)，管内为超临界换热。
凝结器外表面凝结出的液态中间介质会在重力的作用下自动回流到蒸发器的液池中，使中间介质的这种蒸发吸热至凝结放热的过程得以连续并循环进行。中间介质在海水(热源)和液化天然气(冷源)之间的传热特点可以看出，这是一种特殊的低温热管传热过程。众所周知，热管是一种高效传热元件，又称之为超导传热元件，所以，这种具有中间介质的海水与LNG之间的传热过程属于这种高效的相变传热过程。因此选取合适的中间介质及壳体内的真空度是该系统的关键技术之一。本实用新型使用的中间介质是丙烷(propane)，其化学式为C3H8。丙烷作为中间介质的优点在于其熔点为-187℃，低于液化天然气的最低温度-163℃，因而丙烷凝结液不会在液化天然气的管面上冻结。其次，丙烷的临界压力为42.49bar，临界温度为96.67℃。由于临界温度既高于热源(海水)的温度，也高于冷源(液化天然气)的温度，这就保证了中间介质气液两相同时存在的条件，即保证了蒸发、凝结相变过程存在的条件。事实上中间介质丙烷的实际运行温度决定于热源(海水)和冷源(液化天然气)的温度水平和换热情况，其运行温度会自动稳定在海水温度与液化天然气温度之间的某一温度上。由于丙烷的运行温度很低，因而其对应的饱和压力也很低，降低了对壳体的承压能力的要求，这对设备的安全性和成本是有利的。
其次，液态天然气在主换热器中被加热为气态后，通过连接管道8进入到布置在主换热器右侧的调温器中，进行再一次的加热，其换热过程为：管内为强制对流换热，管外亦为强制对流换热，其作用为调整气态天然气的出口温度。最后，经过调整后一定温度的气态天然气经接口由调温器顶部的天然气出口，经管道输送到终端用户。
在本实用新型的一优选实施例中，如图4所示，其主要特点在于，管板式换热器的各挠性换热管包括两端的平直管部和中部的弯管部27，较佳地，管板式换热器的换热管是将平直管经现有工艺加工形成一定挠度，以形成中部的弯管部27，用来释放两端管板产生的应力。进一步地，各挠性换热管的弯管部27的位置较佳是相互交叠对应，以利于组装。
虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
Claims (10)
1.一种管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述气化器包括蒸发器、凝结器和调温器，所述蒸发器与所述凝结器构成主换热器，所述调温器设于所述主换热器的一端；所述蒸发器为位于下部的管板式换热器，所述凝结器为位于上部的U型管式换热器，所述U型管式换热器由U型管束和管箱组成，管箱下部设有与各U型管相连通的液化天然气进口，所述管板式换热器包括由多个具有挠性的换热管组成的挠性换热管束，所述主换热器的中下部装有液态的中间介质，所述管板式换热器完全浸没在中间介质中，其远离所述调温器的一端设有与所述挠性换热管束相连通的海水出口；所述气化器的壳体上部位置设有连接管道(8)，连接管道(8)另一端与调温器的壳体(9)顶部相接；所述调温器内部设有调温管束(10)，其顶部设有天然气出口，且在远离主换热器的一端设有与调温管束(10)相连通的海水入口。
2.如权利要求1所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述调温器为折流板式换热器，其内部沿着调温管束(10)的延伸方向等间距设有多个折流板(13)，其中每个折流板的设置方向垂直于调温管束(10)的延伸方向。
3.如权利要求2所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述连接管道(8)连通所述U型管式换热器和折流板式换热器，并形成∏形。
4.如权利要求2所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述主换热器与所述折流板式换热器之间具有一连接段，该主换热器的壳体(1)与连接段(2)的连接部位设有上为盲板、下为管板的组合式第一复合板(3)；壳体(1)的另一端设有上为孔板、下为管板的组合式第二复合板(4)，U型管束(5)两端与壳体(1)外的管箱一侧的外部管板(6)胀焊相接；弯曲管束(7)两端分别与对应的第一复合板(3)、第二复合板(4)的下部胀焊相接构成所述管板式换热器；所述折流板式换热器内的调温管束(10)分别与调温器壳体(9)两端的管板(11)、(12)胀焊相连。
5.如权利要求1所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述U型管束通过一滑动式固定结构能够滑动地设置于所述主换热器的壳体内。
6.如权利要求5所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述滑动式固定结构包括固定于主换热器壳体的U型吊架组，所述U型吊架组铺设有滑道，所述U型管束底部设有与该滑道相配合的滑槽。
7.如权利要求6所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述中间介质是丙烷，所述主换热器的中下部装有液态丙烷。
8.如权利要求1至7任一项所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述管板式换热器的各换热管包括两端的平直管部和中部的弯管部，且各换热管的弯管部位置相互交 叠对应。
9.如权利要求8所述的管壳式中间介质气化器，其特征在于，所述管板式换热器的挠性换热管束是由具有挠性的平直管加工成的中部具有弯管部的一体式换热管组成的管束。
10.如权利要求4所述的管壳式介质中间气化器，其特征在于，所述折流板式换热器内部沿着调温管束(10)的延伸方向等间距设有多个折流板(13)，且每个折流板的设置方向垂直于调温管束(10)的延伸方向；所述连接管道(8)连通所述U型管式换热器和折流板式换热器，并形成∏形；所述U型管束通过一滑动式固定结构能够滑动地设置于所述主换热器的壳体内，所述滑动式固定结构包括固定于主换热器壳体的U型吊架组，所述U型吊架组内底设有滑道，所述U型管束底部设有与该滑道相配合的滑槽；所述中间介质是丙烷；所述管板式换热器的挠性换热管束是由具有挠性的平直管加工成的中部具有弯管部的一体式换热管组成的管束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120711 |