JP2005321098A

JP2005321098A - オープンラック型気化装置

Info

Publication number: JP2005321098A
Application number: JP2005155767A
Authority: JP
Inventors: Hitonobu Shotani; 仁延庄谷; Masaru Akiyama; 優秋山; Norihiro Hisada; 憲宏久田; Atsushi Kubota; 篤久保田; Takeshi Ogasawara; 健小笠原; Toshiyasu Miura; 俊泰三浦; Masaru Sekiguchi; 優関口
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2016-05-27
Also published as: JP4150734B2

Abstract

【課題】気化装置自体の改良でカロリー変動を±１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３以下に低減できる構成からなるオープンラック型気化装置の提供。
【解決手段】
下部ヘッダータンク１０内のスパージパイプ１１との空間は断熱材２０で充たし、スパージパイプ１１の最上部にＬＮＧ孔を設けて導入通路２１を介して直接フィンチューブ１へＬＮＧを導入する構成で、該断熱材２０と下部ヘッダータンク１０内周面との間に所定の隙間を設けるか、更にそれに加えて該断熱材２０とスパージパイプ１１外周面との間に所定の隙間を設けることにより、所定量のＬＮＧを流入せしめる。上記構成を採用することにより、カロリー変動幅を極めて小さくするとともに、ボーイング現象を低減させることができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、オープンラック型気化装置の改良に係り、需要先装置や用途によってカロリー変動幅を極めて小さくすることが要求された場合でも容易に対応可能であり、同時に下部ヘッダータンクのボウイング現象を著しく低減したオープンラック型気化装置に関する。

液化天然ガス（以下ＬＮＧという）の気化装置として多用されるオープンラック型気化装置は、例えば、直径方向に一対のフィンを突出させたフィンチューブをフィン方向に配列して一枚のパネル状となし、その上下端部にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを形成し、該パネルを複数連立配置して、熱交換パネルの上方に配設した散水用トラフより、熱媒体の海水を熱交換パネル面に流下させフィンチューブ内をアップフローするＬＮＧと熱交換させる構成である。

上述の如く単管式オープンラック型気化装置は構造が簡単で製造が容易であるが、熱媒体である海水と極低温のＬＮＧとが熱交換用パネルの単管壁を介して直接熱交換するため、管外、すなわち熱交換用パネル表面に氷着が発生し増大する問題がある。

熱交換用パネルの各熱交換管に供給される散水流量に偏流があると、管外面に発生する氷着高さにアンバランスが生じる。ＬＮＧ流量が増加することにより氷着のアンバランス量は増大する。この結果、各熱交換管自体の温度が不均一となり、気化ガスの組成変動を生じやすくなったり、各熱交換管の収縮量に差ができ、熱応力が増大するため気化装置としての能力向上には大きな制約を受けることになる。

オープンラック型気化器のアップフローにおいて、下部ヘッダータンクは、そのタンク下部側は超低温の液体であるのに対して、タンク上部側は熱源の散水による入熱を受けるために下部に比べ高温となり、タンクの上部、下部間に温度差が生じて弓なりとなるボウイング現象を生じる。

このボウイング現象を防止するため、タンクを介して直接ＬＮＧと熱交換することを制限できるように、下部ヘッダータンク内にスパージパイプを入れて２重管となし、さらにタンク内の少なくとも下半分の内周面を閉塞する部材を配設し、スパージパイプの上部孔よりＬＮＧを上昇させたり、また、フィンチューブとヘッダータンクとの溶接接合部を保護するために、ヘッダータンク内周面の全面に閉塞部材を配置する構成が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
実公平１−２０５４５号実公平２−２７３５２号特公昭５６−３４７５８号

一方、オープンラック型気化装置等で昇温気化させた天然ガス（以下ＮＧという）は、一般に、低熱量のＬＮＧに高熱量の液化石油ガス（以下ＬＰＧという）を混入して熱量調整を行っている。

また、当該気化装置で気化させたＮＧを直接燃料として利用する場合、需要先装置や用途によって負荷変動を生じることがあるが、この変動が大きくなると気化ガスの組成変動を生じて、得られるＮＧのカロリーが変動して、需要先で燃焼不良や装置に損傷を与えたり、予定する熱量が安定的に得られないなどの種々の不具合を生じることがある。

そこで、特許文献３には、下部ヘッダータンクへの入熱を制限することにより、負荷変動時のカロリー変動を低減したり、熱応力による破損を防止する構成として、下部ヘッダータンクの直上のチューブに庇状のガイドを設けて海水が直接ヘッダータンクに触れないようにしたり、下部ヘッダータンクの外周面の全面を断熱材にて被覆して防熱構造とすることが提案されている。

しかし、上記の防熱構造は、カロリー変動幅の低減は期待できるものの、熱疲労強度及び耐食性に関しては、当該防熱構造の採用前と比較して不利となるため、実用化が困難な問題があった。

この発明は、上述のオープンラック型気化装置のカロリー変動に関する現状に鑑み、何らの後付け装置を用いることなく、気化装置自体の改良でカロリー変動を±１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３以下に低減できる構成からなるオープンラック型気化装置の提供を目的とし、さらに、下部ヘッダータンクのボウイング現象を防止できる構成からなるオープンラック型気化装置の提供を目的としている。

発明者らは、オープンラック型気化装置における負荷変動時のカロリー変動の低減を目的に、出願人が先に提案した下部ヘッダータンク内にスパージパイプを入れて２重管となす構成について種々検討した結果、基本的に下部ヘッダータンク内のスパージパイプとの空間は断熱材で充たし、例えば、スパージパイプの最上部にＬＮＧ孔を設けて直接フィンチューブへＬＮＧを導入する構成で、該断熱材と下部ヘッダータンク内周面との間に所定の隙間を設けて所定量のＬＮＧを流入させること、さらには該断熱材のタンク内周面と対向する外周面に軸方向の溝や螺旋溝を設けることにより、カロリー変動幅を極めて小さくすることが可能で、かつ下部ヘッダータンクのボウイング現象も低減できることを知見した。

さらに発明者らは、上記構成において、カロリー変動幅の低減と同時に下部ヘッダータンクのボウイング現象の低減が達成できることに着目し、ＬＮＧの導入通路の配置方法と、下部ヘッダータンク内のスパージパイプ並びに断熱材との隙間と該隙間へ流入させるＬＮＧの量や流入経路の設定に一定の関連が認められ、下部ヘッダータンク及びスパージパイプと断熱材との間にＬＮＧを流入させる隙間を設け、上記の諸条件の設定を最適化することにより、カロリー変動幅を極小にでき、下部ヘッダータンクのいずれの方向のボウイング現象も防止できることを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、フィンチューブを連立し上下端にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを構成し、下部ヘッダータンクより液化ガスを導入し、立設する該パネル上方に各々配設した散水器より散水して液化ガスを気化させ、上部ヘッダータンクから気化ガスを導出するアップフローのオープンラック型気化装置において、下部ヘッダータンクに液化ガスを導入するためのスパージパイプを内蔵させかつ該タンク内周面とスパージパイプ外周面の空間に断熱材を設けた構成からなり、スパージパイプに設けた孔部から断熱材に配設した貫通路を介してフィンチューブへ液化ガスを導入し、かつ下部ヘッダータンク内周面と該断熱材との間に０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間を設けて該隙間に液化ガスが流入するオープンラック型気化装置である。

また、この発明は、上記の構成に加えて、スパージパイプ外周面と断熱材との間に０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間を設けて該隙間にも液化ガスが流入する構成を提案する。

また、この発明は、フィンチューブを連立し上下端にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを構成し、下部ヘッダータンクより液化ガスを導入し、立設する該パネル上方に各々配設した散水器より散水して液化ガスを気化させ、上部ヘッダータンクから気化ガスを導出するアップフローのオープンラック型気化装置において、下部ヘッダータンクに液化ガスを導入するためのスパージパイプを内蔵させかつ該タンク内周面とスパージパイプ外周面間の空間に断熱材を設けた構成からなり、スパージパイプに設けた孔部から断熱材に配設した導入通路、分配通路またはスパージパイプに配設した導入通路、分配通路あるいはその両方の通路を介してフィンチューブへ液化ガスを導入し、かつ下部ヘッダータンク内周面と該断熱材との間に０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間を設けて該隙間に液化ガスが流入するとともに、断熱材またはスパージパイプあるいはその両方に設けた導入通路、分配通路に通じる孔、隙間やスリットを設けて、断熱材と下部ヘッダータンク内周面との隙間に液化ガスが流入するオープンラック型気化装置である。

また、この発明は、導入通路が断熱材に配置された径方向の貫通孔である構成、導入通路がスパージパイプ外周面の軸方向に設けられた溝部である構成、下部ヘッダータンク内周面と対向する断熱材の外周面またはスパージパイプ外周面と対向する断熱材の内周面あるいはその両方に液化ガスの流動促進用溝が形成されている構成からなる各オープンラック型気化装置を併せて提案する。

この発明によるオープンラック型気化装置は、基本的に下部ヘッダータンク内のスパージパイプとの空間は断熱材で充たし、例えば、スパージパイプの最上部にＬＮＧ孔を設けて直接フィンチューブへＬＮＧを導入する構成で、該断熱材と下部ヘッダータンク内周面との隙間を設けて所定量のＬＮＧを流入させる構成より、熱媒体温度にかかわらず、負荷変動時の出口ガスのカロリー変動が±５０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３以下と、極めて良好かつ安定したＬＮＧの気化を実現している。

この発明によるオープンラック型気化装置は、フィンチューブ１を連立し上下端にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを構成し、下部ヘッダータンク１０よりＬＮＧを導入し、立設する該パネル上方に各々配設した散水器より散水してＬＮＧを気化させ、上部ヘッダータンクより気化ガスを導出するアップフローのオープンラック型気化装置において、図１Ａに示すごとく、下部ヘッダータンク１０にはスパージパイプ１１を内蔵しかつ該タンク１０内のスパージパイプ１１との空間に断熱材２０を設けた構成からなる。

断熱材２０は、ここでは図１Ｂに示すごとく厚肉管状体であり、スパージパイプ１１の上部に設けた孔部１２に連続するように導入通路２１を設けてあり、下部ヘッダータンク１０のフィンチューブ１との接続孔２直近に管軸方向の分配通路２２が設けられ、分配通路２２により各導入通路２１上端は連通し、ＬＮＧはスパージパイプ１１から孔部１２、導入通路２１、分配通路２２、接続孔２を経て、フィンチューブ１内へ導入可能に構成してある。

図１Ａの一実施例では、スパージパイプ１１の上部に設けた孔部１２をメインとして導入通路２１と導通させているが、図示のごとく、スパージパイプ１１の所要箇所にサブの小径孔部を適宜配設して、断熱材２０に設けた貫通路２３と連通させる構成とすることもよく、さらには、図示しないスパージパイプ１１の外周部に所定配置される多数の小径孔部と連通するように断熱材２０に多数の分配通路を所要配置する構成も採用できる。

下部ヘッダータンク１０内周面と該断熱材２０外周面との間には、０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間が設けられ、該隙間にＬＮＧが流入可能となっているが、ＬＮＧは分配通路２２を形成している断熱材２０と下部ヘッダータンク１０内周面上部との隙間から流入出したり、断熱材２０内周面とスパージパイプ１１の外周面に適宜配置された孔部より出たＬＮＧが断熱材２０に適宜配置された孔部を通って下部ヘッダータンク１０の内周面下部へ流入するなど、種々の流入出経路を設定することが可能である。

この発明において、下部ヘッダータンク１０内を断熱材２０にて閉塞すると、ＬＮＧの冷熱はほとんど下部ヘッダータンク１０外面に伝達されないことになるが、下部ヘッダータンク１０内周面と断熱材２０外周面との軸方向の間に所定の隙間を設けることにより、ＬＮＧの冷熱がいくらか下部ヘッダータンク１０外面に伝達されるにもかかわらず、かえって各フィンチューブの氷着状況の差異が小さくなっており、冷熱が伝達されない場合に比較してより熱的なバランスが良好になるものと推測され、熱交換パネル全体を見た場合に各フィンチューブ毎のＬＮＧの気化状況が均一化されており、また、いずれの方向にもボウイングが発生し難くなっている。

前記下部ヘッダータンク１０内周面と断熱材２０外周面との隙間寸法は０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とするが、これは当該隙間へのＬＮＧの流入出経路の設定条件により、隙間に入るＬＮＧの量が変化するため、この量を最適化する必要が有り、このために少なくとも０．１ｍｍ以上の隙間が必要であるが、５ｍｍを越えるとＬＮＧの流入出量が増えすぎてかえって熱的なバランスが悪くなる。いずれにしても、当該隙間へのＬＮＧの流入出経路の設定条件により適宜選定する必要がある。

従って、当該隙間へのＬＮＧの流入出はできるだけ速やかに行われることが望ましく、例えば、下部ヘッダータンク内周面あるいはこの内周面と対向する断熱材の外周面に、さらには前記の両者にＬＮＧの流動促進用溝を形成することは有利な方法であり、カロリー変動幅を極めて小さくすることが可能で、かついずれの方向のボウイング現象も防止できる。

次に、この発明による他の構成からなるオープンラック型気化装置を説明する。図２はオープンラック型気化装置の下部ヘッダータンクを示す縦断説明図であり、図３はスパージパイプと断熱材の斜視説明図である。下部ヘッダータンク１０内のスパージパイプ１１の上部軸方向に設けた孔部１２の２個毎に所要厚みのブロック片１５を載置してあり、ここではブロック片１５は複数のフィンチューブ毎に設けられ、略円筒状の断熱材２０はこのブロック片１５の部分を除くスパージパイプ１１の外周面に設けられている。

さらに、断熱材２０の内外周面に対向するスパージパイプ１１外周面と下部ヘッダータンク１０内周面との間に所定の隙間が設けられて、スパージパイプ１１の上部に断熱材２０でブロック片１５の配列方向に形成されたＬＮＧの分配・導入通路２４より、ＬＮＧは各フィンチューブ１の接続孔２へ上昇するとともに、該隙間よりスパージパイプ１１外周面と下部ヘッダータンク１０内周面側へ、所定量のＬＮＧが流入する構成からなる。また、断熱材２０の貫通路２３にて断熱材２０の内外周面にあるＬＮＧを連通させることもできる。

上記の構成において、図１の構成と同様に、下部ヘッダータンク１０内を断熱材２０にて閉塞すると、ＬＮＧの冷熱はほとんど下部ヘッダータンク１０外面に伝達されないことになるが、下部ヘッダータンク１０内周面と断熱材２０外周面との軸方向の間に所定の隙間を設けることにより、ＬＮＧの冷熱がいくらか下部ヘッダータンク１０外面に伝達されるにもかかわらず、かえって各フィンチューブの氷着状況の差異が小さくなっており、また、スパージパイプ１１の外周面側にも所要量の冷熱が伝達されるため、当該隙間がなく冷熱が伝達されない場合に比較して図１の構成よりさらに熱的なバランスが良好になるものと推測され、熱交換パネル全体を見た場合に各フィンチューブ毎のＬＮＧの気化状況がさらに均一化されており、また、いずれの方向にもボウイングが発生し難くなっている。

前記スパージパイプ１１外周面と断熱材２０外周面との隙間寸法は０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とするが、これは当該隙間へのＬＮＧの流入出経路の設定条件により、隙間に入るＬＮＧの量が変化するため、この量を最適化する必要が有り、このために少なくとも０．１ｍｍ以上の隙間が必要であるが、５ｍｍを越えるとＬＮＧの流入出量が増えすぎてかえって熱的なバランスが悪くなる。いずれにしても、当該隙間へのＬＮＧの流入出経路の設定条件により適宜選定する必要があり、下部ヘッダータンク内周面側のＬＮＧ流入量とのバランスを適宜選定する必要がある。

この発明において、スパージパイプの上部に設けた孔部より導入通路を介してフィンチューブへ液化ガスを導入可能となすが、導入通路は前述の断熱材に設ける構成の他、図４に示すように導入通路がスパージパイプ上部外周面の軸方向に設けられた溝部であってもよい。図４のＡに示す例は、スパージパイプ上部外周面の軸方向に２本の細幅板１３，１３を所定間隔で配置して軸方向に連通した導入通路を形成し、Ｂは同様にコ字型材１４で導入通路を形成した例であり、Ａ，Ｂはともに導入通路が分配通路を兼ねた構成である。

また、図４のＣは、長さの短い略半円筒板１６をその中心軸方向をスパージパイプ１１の軸と平行にスパージパイプ１１の上部に設けた孔部１２毎に載置してあり、また、各略半円筒板１６は複数のフィンチューブ毎に設けてあり、断熱材２０はこの略半円筒板１６の部分を除くスパージパイプ１１の外周面に設けられて略半円筒板１６の配列方向にＬＮＧの導入・分配通路が形成されている。

また、前述した図３のブロック片１５は、ブロック片１５を複数のフィンチューブ毎に設けて、ブロック片１５の導入通路とフィンチューブ接続孔との間に隙間を形成して、ブロック片１５の配列方向に分配通路を形成する構成であるが、このブロック片をフィンチューブの間隔で配置してブロック片内に通路を形成した構成とすることもできる。

この発明において、断熱材には金属あるいは各種の非金属材が使用でき、非金属材としては、セラミックスや樹脂材があり、樹脂としては、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）、ＥＴＦＥ（四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂）、ＣＴＦＥ（三フッ化塩化エチレン樹脂）、ＰＶＤＦ（フッ化ビニリデン樹脂）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、Ｅ−ＣＴＦＥ（三フッ化塩化エチレン−エチレン共重合樹脂）等のフッ素樹脂が好ましく、特に好ましい樹脂としては、ＰＴＦＥがある。

この発明において、断熱材の外周面あるいはさらに内周面に設けるＬＮＧの流動促進用溝としては、軸方向に平行な浅い溝の他、螺旋状、斜めの格子状等種々の溝を単独あるいは組み合せて、断熱材の外周面に多数形成するなどの手段が採用できる。また、柱状断熱材の外周面に多数の螺旋溝を設け、かつヘッダータンクとの隙間を確保するため断熱材外周面に等間隔で突起部を多数設ける構成も採用できる。

柱状断熱材にＰＴＦＥを用い、柱状断熱材の中心部には肉厚５ｍｍの内径７０ｍｍのアルミ合金製のスパージパイプを挿入した柱状断熱材を、肉厚１０ｍｍの外径１４０ｍｍのアルミ合金製のヘッダータンクに挿入し、ヘッダータンク内径とスパージパイプに外装した柱状断熱材の外径とに所定の寸法差を設けることにより、断熱材とヘッダータンクとの隙間を２ｍｍとなし、前述した図２、図３に示す断熱材とスパージパイプの構成からなる下部ヘッダータンクを作製し、さらに、３５本のフィンチューブを使用し、上部ヘッダータンクと上記下部ヘッダータンクを接続して熱交換パネルを作製した。

比較例として、下部ヘッダータンクにスパージパイプのみを挿入配置して、スパージパイプの下部に設けた孔部よりＬＮＧを噴出させる構成からなる実施例１と同等規格の熱交換パネルを作製した。

上述の実施例と比較例の熱交換パネルを使用してＬＮＧの気化試験を、負荷を変動させながら行ったところ、海水温度が１０℃の場合、比較例１では出口ガスのカロリー変動が＋６０〜−７０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度であったが、実施例１は＋２０〜−４０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度であった。また、海水温度が２０℃の場合、比較例１では出口ガスのカロリー変動が＋４００〜−３８０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度であったが、実施例１は＋２０〜−２０ｋｃａ／Ｎｍ^３程度であった。さらに、海水温度が３０℃の場合、比較例１では出口ガスのカロリー変動が＋５８０〜−４８０ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度であったが、実施例１は＋２５〜−２０ｋｃａ／Ｎｍ^３程度であった。

Ａはこの発明によるオープンラック型気化装置の下部ヘッダータンクを示す縦断説明図であり、Ｂは断熱材の斜視説明図である。Ａはこの発明による他の構成からなるオープンラック型気化装置の下部ヘッダータンクを示す縦断説明図である。図２の下部ヘッダータンクにおけるスパージパイプと断熱材を示す斜視説明図である。Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明によるオープンラック型気化装置の下部ヘッダータンクに挿入配置するスパージパイプの斜視説明図である。

符号の説明

１フィンチューブ
２接続孔
１０下部ヘッダータンク
１１スパージパイプ
１２孔部
１３細幅板
１４コ字型材
１５ブロック片
１６略半円筒板
２０断熱材
２１導入通路
２２分配通路
２３貫通路
２４分配・導入通路

Claims

フィンチューブを連立し上下端にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを構成し、下部ヘッダータンクより液化ガスを導入し、立設する該パネル上方に各々配設した散水器より散水して液化ガスを気化させ、上部ヘッダータンクから気化ガスを導出するアップフローのオープンラック型気化装置において、
下部ヘッダータンクに液化ガスを導入するためのスパージパイプを内蔵させかつ該タンク内周面とスパージパイプ外周面の空間に断熱材を設けた構成からなり、スパージパイプに設けた孔部から断熱材に配設した貫通路を介してフィンチューブへ液化ガスを導入し、かつ下部ヘッダータンク内周面と該断熱材との間に０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間を設けて該隙間に液化ガスが流入する
オープンラック型気化装置。
スパージパイプ外周面と断熱材との間に０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間を設けて該隙間にも液化ガスが流入する
請求項１に記載のオープンラック型気化装置。
フィンチューブを連立し上下端にヘッダータンクを設けて熱交換パネルを構成し、下部ヘッダータンクより液化ガスを導入し、立設する該パネル上方に各々配設した散水器より散水して液化ガスを気化させ、上部ヘッダータンクから気化ガスを導出するアップフローのオープンラック型気化装置において、
下部ヘッダータンクに液化ガスを導入するためのスパージパイプを内蔵させかつ該タンク内周面とスパージパイプ外周面間の空間に断熱材を設けた構成からなり、スパージパイプに設けた孔部から断熱材に配設した導入通路、分配通路またはスパージパイプに配設した導入通路、分配通路あるいはその両方の通路を介してフィンチューブへ液化ガスを導入し、かつ下部ヘッダータンク内周面と該断熱材との間に０．１ｍｍ〜５ｍｍの隙間を設けて該隙間に液化ガスが流入するとともに、
断熱材またはスパージパイプあるいはその両方に設けた導入通路、分配通路に通じる孔、隙間やスリットを設けて、断熱材と下部ヘッダータンク内周面との隙間に液化ガスが流入する
オープンラック型気化装置。
導入通路が断熱材に配置された径方向の貫通孔である
請求項３に記載のオープンラック型気化装置。
導入通路がスパージパイプ外周面の軸方向に設けられた溝部である
請求項３に記載のオープンラック型気化装置。
下部ヘッダータンク内周面と対向する断熱材の外周面またはスパージパイプ外周面と対向する断熱材の内周面あるいはその両方に液化ガスの流動促進用溝が形成されている
請求項１乃至請求項３に記載のオープンラック型気化装置。