CN204514152U - 一种可热电回收lng冷能的开架式气化器换热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管，它包括有管体，所述管体的管壁内外均设置有强化换热结构翅片，靠近LNG的入口端的所述管体为所述开架式气化器的气化段，靠近LNG出口端的所述管体为所述开架式气化器的加热段；其特征在于：位于所述气化段的管体管壁上设置有一环状间隙，所述环状间隙内填充热电材料，对应所述环状间隙的位置，所述管体的管壁上还设置一用于防止所述热电材料泄露的端盖。本实用新型通过改变管内外换热流体传热温度差最大的换热管段的结构，有效调整其换热过程的局部热阻，控制冰层在换热器表面的生长，同时，热电材料回收LNG中的部分冷能并转化为电能。本实用新型可以广泛应用于换热管的制作过程中。

Description

一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管

技术领域

本实用新型涉及一种开架式气化器换热管，特别是关于一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管。

背景技术

在LNG接收站或气化站中，常常需要将LNG加热至常温气体进入城市输运管道。开架式气化器(ORV)是一种以海水为热源的气化器，用于基本负荷型的大型气化装置，可以在0％～105％的负荷范围内安全运行，并能够根据需求的变化调整汽化量。ORV的基本单元是换热管，由若干换热管组成一个板状排列，两端由集气管或集液管焊接形成一个板型管束，再由若干个板型管束组成气化器，气化器顶部有海水喷淋装置，海水被喷淋在板型管束外表面上，依靠重力的作用自上而下流动。LNG在管内自下而上流动，在此过程中，海水将热量传递给LNG，使其加热并气化。

传统的ORV运行时在板型管束的下部都会结冰，尽管水膜沿管板下落的过程中具有较高的换热系数，但是由于冰层的导热系数远低于铝的导热系数，因此会使气化器的整体传热性能下降。为了改善管外结冰的问题及提高气化器的传热性能，SuperORV(超级开架式气化器)在传统的ORV基础上对换热管的结构进行了改进，在LNG气化段采用了双层结构的换热管结构。SuperORV的双层套管结构本质上是通过牺牲换热结构的紧凑性，增加传热热阻，减少局部换热温度差，达到冰层控制的目的。LNG在气化的过程中会释放大量的冷能，传统ORV和SuperORV在运行过程中，将这部分冷能直接释放，因此造成能量的浪费。为了改善管外结冰的问题及提高气化器的传热性能，有必要对ORV换热管的结构进行改进和优化。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种不仅能够改善管外结冰问题，而且能够回收LNG冷能的开架气化器换热管。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管，其特征在于：它包括有管体，所述管体的管壁内外均设置有强化换热结构翅片，靠近LNG的入口端的所述管体为所述开架式气化器的气化段，靠近LNG出口端的所述管体为所述开架式气化器的加热段；位于所述气化段的管体管壁上设置有一环状间隙，所述环状间隙内填充热电材料；对应所述环状间隙的位置，所述管体的管壁上还设置一用于防止所述热电材料泄露的端盖。

所述热电材料采用低导热系数的碲化铋热电材料，其长度和厚度根据实际需要进行设定。

所述管体内还插设一用于强化换热的扰流元件。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于在换热管气化段的管体管壁上设置有环状间隙，环状间隙内填充低导热系数的热电材料，通过改变管内外换热流体传热温度差最大的换热管段的结构，局部增加换热热阻，从而抑制冰层在开架式气化器表面的生长，同时，在换热管加热LNG的同时，热电材料回收LNG中的部分冷能并转化为电能。2、本实用新型由于将低导热系数的热电材料设置在海水侧和LNG侧的换热系数较高的管段，热电材料两侧的温度差较大，即温度梯度较大，热电材料在此区域的热电转换效率较高，因此可以提高能源的利用率。3、本实用新型由于在管体内插设扰流元件，因此可以加剧管内流体湍流强度，强化换热。4、本实用新型由于利用回收的冷能发电，驱动部分辅机，因此可以减少耗电，提高能源的利用率。本实用新型可以广泛应用于开架式气化器换热管的制作过程中。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是仰视图，(c)是沿图(b)中的A-A线的剖视示意图；

图2是本实用新型气化段的剖视示意图；

图3是本实用新型剖视示意图，其中，(a)是气化段剖视示意图，(b)是加热段剖视示意图；

图4是本实用新型实施例1热电材料的厚度分布示意图，其中，横坐标表示换热管的长度，单位是m；纵坐标表示热电材料厚度，单位是mm；

图5是现有的SuperORV换热管沿换热管管长冰层厚度示意图，其中，横坐标表示换热管的长度，单位是m；纵坐标表示冰层厚度，单位是mm；

图6是本实用新型实施例2的热电转换效率随管长分布曲线示意图，其中，横坐标表示换热管的长度，单位是m；纵坐标表示热电转换效率，单位是％；

图7是本实用新型实施例2的实验结果对比示意图，其中，“●”表示带热电材料的换热管，“▲”表示不带热电材料的换热管；横坐标表示换热管的长度，单位是m；纵坐标表示冰层厚度，单位是mm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1～3所示，本实用新型的可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管与现有的开架式气化器换热管结构基本相同，均包括有管体，管壁内外均设置有强化换热结构翅片，靠近LNG的入口端的管体为开架式气化器的气化段，靠近LNG出口端的管体为开架式气化器的加热段；本实用新型的不同之处在于：气化段的管体管壁上设置有一环状间隙，环状间隙内填充热电材料1；对应环状间隙的位置，管体的管壁上还设置一用于防止热电材料1泄露的端盖2。

在一个优选的实施例中，热电材料1用于从LNG冷能中回收部分冷能，并将这部分冷能转化为电能，热电材料1可以采用低导热系数的碲化铋热电材料，其长度和厚度可以根据实际需要进行设定。

在一个优选的实施例中，环状间隙的高度和厚度可以根据实际需要进行设定。

在一个优选的实施例中，管体内还可以插设一用于强化换热的扰流元件。

下面通过具体实施例对本实用新型的可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管的使用过程进行详细介绍；

实施例1：

1)设置换热管的长度为6m，管内当量直径为14mm，管内侧翅化比为3.0，管外侧翅化比为2.3，管外径为37mm，管厚度为8.5mm，管体内部插设有扰流元件，气化段长度为2.5m，加热段长度为3.5m，环状间隙高度为3.2m，环状间隙厚度分布从LNG入口端开始沿管体逐渐变薄，初始厚度为4.5mm；环状间隙内填充碲化铋热电材料，其厚度的分布随沿管体发生变化(如图4所示)；

2)LNG入口端温度为113.15K，海水入口温度为284.95K；

3)LNG进入换热管的气化段，在气化段被海水加热气化，由于气化段填充有低导热系数的碲化铋热电材料，增加了换热热阻，因此能够控制冰层在开架式气化器气化段表面的生长，减少换热管冰层厚度，可以达到相同条件下SuperORV对于冰层的控制水平(如图5所示)，同时，碲化铋热电材料可以回收部分冷能并将其转换为电能，该换热管在运行时，可以输出0.48kW电力，如果一个开架式气化器包括720根换热管，该开架式气化器在运行过程中，可以输出348.4kW电力；

4)经过气化段加热的LNG进入加热段进一步加热，转化为常温气体，进入输运管道进行传输，LNG出口端为温度281.5K。

实施例2：

1)本实施例的结构与实施例1结构基本相同，不同的是：气化段长度为3m，环状间隙的高度为3.0m，环状间隙的厚度为3.2mm,环状间隙内填充厚度为3.2mm的碲化铋热电材料；

2)LNG进入换热管的气化段，在气化段被海水加热气化；

3)经过气化段加热的LNG进入加热段进一步加热，转化为常温气体，换热管LNG出口达到277.2K，本实用新型一个换热管在运行的同时，还可以输出0.36kW电力，如果一个开架式气化器包括720根换热管，该开架式气化器在运行过程中，还可以输出261.2kW电力，其热电转换效率随着管长的增加、温差的减小而降低(如图6所示)，平均转化效率为2.3％左右。

如图7所示，将本实施例的换热管与现有的换热管进行对比试验得知，本实用新型(带热电材料1的换热管)的最大冰层厚度小于4mm，现有换热管(不带热电材料1的换热管)的最大冰层厚度达到7mm，由此可见，本实用新型能够有效调整其换热过程的局部热阻，控制冰层在开架式气化器表面的生长。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管，其特征在于：它包括有管体，所述管体的管壁内外均设置有强化换热结构翅片，靠近LNG的入口端的所述管体为所述开架式气化器的气化段，靠近LNG出口端的所述管体为所述开架式气化器的加热段；位于所述气化段的管体管壁上设置有一环状间隙，所述环状间隙内填充热电材料；对应所述环状间隙的位置，所述管体的管壁上还设置一用于防止所述热电材料泄露的端盖。

2.如权利要求1所述的一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管，其特征在于：所述热电材料采用低导热系数的碲化铋热电材料，其长度和厚度根据实际需要进行设定。

3.如权利要求1或2所述的一种可热电回收LNG冷能的开架式气化器换热管，其特征在于：所述管体内还插设一用于强化换热的扰流元件。