KR20150018593A - 액화 스트림을 가열하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

액화 스트림을 가열하기 위한 장치 및 방법

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KR20150018593A
KR20150018593A KR1020147036762A KR20147036762A KR20150018593A KR 20150018593 A KR20150018593 A KR 20150018593A KR 1020147036762 A KR1020147036762 A KR 1020147036762A KR 20147036762 A KR20147036762 A KR 20147036762A KR 20150018593 A KR20150018593 A KR 20150018593A
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로드릭 켐페스
로베르트 란신크
렌데르트 요하네스 아리 주테메이예르
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

폐쇄 회로에서, 열 전달 유체는, 모두 주위에 배열되는, 제 1 열 전달 구간으로부터 다운코머를 통하여 제 2 열 전달 구간으로 사이클링된다. 제 1 열 전달 구간은 제 1 열 전달 면을 포함하고 제 1 열 전달 면을 가로질러 가열될 액화 스트림이 열 전달 유체와 제 1 간접 열교환 접촉하게 된다. 제 2 열 전달 구간은 제 1 열 전달 구간보다 중력적으로 낮게 위치된다. 제 2 열 전달 구간은 제 2 열 전달 면을 포함하고 제 2 열 전달 면을 가로질러 열 전달 유체는 주위와 제 2 간접 열교환 접촉하게 된다. 다운코머는 제 1 열 전달 구간을 제 2 열 전달 구간과 유동적으로 연결하고, 다운코머는 주위로부터 열적으로 단열된다.

Description

액화 스트림을 가열하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HEATING A LIQUEFIED STREAM}
본 발명은 액화 스트림을 가열하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본원과 관련하여 액화 스트림은 주위 온도 미만의 온도를 갖는다. 바람직하게, 액화 스트림의 온도는 2 bara 미만의 압력에서 액화 스트림의 기포점이거나 그 미만이어서, 이러한 압력에서 액화 스트림을 액체 상으로 유지할 정도이다. 가열을 필요로 하는 업계에서 액화 스트림의 예로는 액화 천연 가스 (LNG) 가 있다.
천연 가스는 유용한 연료 소스이다. 하지만, 천연 가스는 종종 시장으로부터 비교적 장거리 떨어져 생산된다. 이러한 경우에, 천연 가스 스트림 소스에서 또는 그 가까이에서 LNG 플랜트 내에서 천연 가스를 액화시키는 것이 바람직할 수도 있다. LNG 형태인 천연 가스는 가스 형태보다 더욱 쉽게 보관되고 장거리 수송될 수 있는데, 왜냐하면 그것은 보다 작은 부피를 차지하고 고압으로 보관될 필요가 없기 때문이다.
LNG 는 그것이 연료로서 사용되기 전 일반적으로 재기화된다. LNG 를 재기화시키도록, LNG 에 열이 부가될 수도 있다. 열을 부가하기 전, 고객 요구사항을 충족시키도록 LNG 는 종종 가압된다. 가스 그리드 사양 또는 고객이 바라는 요구사항에 따라, 예컨대 다량의 질소를 부가하고 그리고/또는 C2 ~ C4 함량의 일부를 추출함으로써, 원한다면 조성이 또한 변경될 수도 있다. 재기화된 천연 가스 생성물은 그 후 적절히 가스 그리드를 통하여 고객에게 판매될 수도 있다.
특허 출원 공개 US2010/0000233 은 액화 스트림을 기화하기 위한 장치 및 방법을 기술한다. 이 장치와 방법에서, 열 전달 유체는, 열이 열 전달 유체로부터 기화될 액화 스트림으로 전달되는 제 1 열 전달 구간과 열이 주위 공기로부터 열 전달 유체로 전달되는 제 2 열 전달 구간 사이, 폐쇄 회로에서, 사이클링된다. 열 전달 유체는 제 1 열 전달 구간에서 응축되고 제 2 열 전달 구간에서 부분적으로 기화된다. 열 전달 유체는, 폐쇄 회로에서 사이클링되는 열 전달 유체에 가해지는 중력을 이용해 사이클링된다.
하지만, US2010/0000233 에 기술한 바와 같은 장치와 방법의 정상 작동 중 열 전달 유체의 순환이 방해를 받을 수도 있음이 예상된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치가 제공되고, 이 장치는 열 전달 유체를 사이클링하기 위한 폐쇄 회로를 포함하고, 상기 폐쇄 회로는, 모두 주위에 배열되는, 제 1 열 전달 구간, 제 2 열 전달 구간, 및 다운코머 (downcomer) 를 포함하고, 상기 제 1 열 전달 구간은 제 1 열 전달 면을 포함하고 상기 제 1 열 전달 면을 가로질러 가열될 액화 스트림이 열 전달 유체와 제 1 간접 열교환 접촉하게 되고, 상기 제 2 열 전달 구간은 상기 제 1 열 전달 구간보다 중력적으로 낮게 위치되고 상기 제 2 열 전달 구간은 제 2 열 전달 면을 포함하고 상기 제 2 열 전달 면을 가로질러 상기 열 전달 유체는 주위와 제 2 간접 열교환 접촉하게 되고, 상기 다운코머는 유동적으로 상기 제 1 열 전달 구간을 상기 제 2 열 전달 구간과 연결하고, 상기 다운코머는 주위로부터 열적으로 단열된다.
본 발명의 제 2 양태에서, 액화 스트림을 가열하는 방법이 제공되고, 이 방법은,
- 열 전달 유체와 간접 열교환 접촉하게, 가열될 액화 스트림을, 제 1 열 전달 구간으로 통과시켜서 열을 상기 열 전달 유체로부터 상기 액화 스트림으로 전달하여, 상기 열 전달 유체의 적어도 일부를 응축시켜서 응축 부분을 형성하는 단계;
- 모두 주위에 배열되는, 상기 제 1 열 전달 구간으로부터 적어도 다운코머를 통하여 제 2 열 전달 구간으로 그리고 상기 제 1 열 전달 구간으로 되돌아가는 폐쇄 회로에서 상기 열 전달 유체를 사이클링하는 단계를 포함하고, 상기 열 전달 유체를 상기 사이클링하는 단계는, 액체 상이고 주위로부터 열적으로 단열된 응축 부분을 상기 다운코머를 통하여 상기 제 2 열 전달 구간까지 하향 통과시키는 단계, 및 상기 제 2 열 전달 구간을 통하여 상기 제 1 열 전달 구간으로 상기 열 전달 유체를 통과시키는 단계를 포함하여서, 상기 제 2 열 전달 구간에서 주위와 간접 열교환은 그렇게 함으로써 열을 주위로부터 상기 열 전달 유체로 통과시키고 상기 열 전달 유체를 부분적으로 기화시킨다.
본 발명은 또한 이하 단지 예로서 비제한적인 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명이 구현되는 가열기의 횡단면도를 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 가열기의 종단면도를 나타낸다.
도 3 은 본 발명이 구현되는 가열기의 횡단면도를 나타낸다.
이 설명을 위해, 라인뿐만 아니라 그 라인으로 옮겨지는 스트림에 단일 도면부호가 부여될 것이다. 동일한 도면부호들은 유사한 구성요소들을 지칭한다. 본 기술분야의 당업자는, 본 발명이 특징들과 방안들의 특정한 조합들 하나 이상을 참조하여 설명되지만, 그 특징들 및 방안들 대다수는 그것이 독립적으로 다른 실시형태들 또는 조합들로 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있도록 다른 특징들 및 방안들과 기능적으로 독립되어 있음을 쉽게 이해할 것이다.
폐쇄 회로를 통한 열 전달 유체의 순환을 추가로 개선하는 방법은 하기에 설명될 것이다. 다운코머에서 증기의 존재는 폐쇄 사이클에서 열 전달 유체의 순환을 방해할 수도 있는 것으로 생각되었다.
본원의 제안된 장치에서, 제 1 열 전달 구간과 제 2 열 전달 구간 사이 유체 연결 부분을 형성하는 다운코머는 주위로부터 열적으로 단열된다. 열 전달 유체의 응축 부분은, 제 1 열 전달 구간으로부터, 주위로부터 열적으로 단열된 제 2 열 전달 구간으로 하향 통과한다.
여기에서, 다운코머를 통하여 하향 운반되는 열 전달 유체의 응축 부분의 기화는 회피된다. 결과적으로, 폐쇄 회로를 통한 열 전달 유체의 순환은 다운코머에서 증기 발생에 의해 방해되지 않을 것이다. 여기에서, 전체 순환 사이클에 걸쳐 열 전달 유체의 일부가 액체 상을 유지할 수 있는 순환을 설정할 수 있다. 제 2 열 전달 구간으로부터 제 1 열 전달 구간으로 열 전달 유체의 일부를 이송하는데 필요한 헤드는, 다운코머에서 전적으로 액체 상으로 열 전달 유체를 유지하고 하향 유동하는 열 전달 유체와 상향 유동하는 열 전달 유체 사이 밀도 차이를 발생시키는 제 2 열 전달 구간에서 2 상 유체를 유지함으로써 설정된다.
필요한 단열량에 대한 절대적인 요구사항은 없다. 단열량은, 다운코머 내부의 열 전달 유체와 다운코머의 외부 (예컨대, 주위 공기 온도와 태양 복사 흡수에 의해 영향을 받음) 사이 온도 차이로 인해, 열 전달 유체가 다운코머를 통과함에 따라 열 전달 유체로 누설되는 열이 다운코머 내부에 열 전달 유체의 어떠한 기화도 초래하지 않도록 달성하기에 충분하도록 권장된다. 따라서, 필요한 단열량은 설계별로 상이할 수 있는 특정한 설계 구성 (예컨대, 다운코머의 수직 높이, 다운코머에서 열 전달 유체의 체류 시간, 열 전달 유체의 조성, 및 열 전달 유체의 실제 작동 압력 포함) 에 의존할 것이다. 따라서, 누설되는 열 효과는 케이스별로 평가되는 것이 권장된다. 하지만, 가이드라인으로서, 0.3 ㎡K/W 이상의 R-값을 만족시키는 단열이 제안된 예이다.
증기는 임의의 남아있는 액체를 위로 이동시키는데 도움이 될 것이기 때문에, 제 2 열 전달 구간에서 열 전달 유체의 상기 기화 중 열 전달 유체가 위로 상승한다면 열 전달 유체의 순환이 훨씬 더 도움이 된다. 바람직하게, 제 2 열 전달 구간은, 제 1 열 전달 구간에 유동적으로 연결된 적어도 하나의 라이저 튜브를 포함한다.
분명히, 다운코머 및/또는 적어도 하나의 라이저 튜브는 (그것의 각각의 유동 방향에 횡방향으로) 원형의 단면을 적절히 가질 수도 있다. 하지만, 다운코머 또는 적어도 하나의 라이저 튜브 중 어느 하나, 또는 양자에 대해 원한다면 비원형의 단면이 적용될 수도 있다.
전형적으로, 특히 열 전달 유체의 응축이 제 1 열 전달 구간에서 일어나고 열 전달 유체의 기화가 제 2 열 전달 구간에서 일어난다면, 펌프를 사용하지 않고, 중력만으로 순환이 유지될 수 있다.
일 그룹의 실시형태들에서, 다운코머와 제 2 열 전달 구간은 분배 헤더를 통하여 서로 유동적으로 연결되어서 제 2 열 전달 구간은 분배 헤더를 제 1 열 전달 구간과 유동적으로 연결하는 복수의 라이저 튜브들을 포함한다. 복수의 라이저 튜브들은 일렬의 라이저 튜브들을 형성하도록 바람직하게 일렬로 배열될 수도 있다. 다운코머에서 나온 응축 부분은, 상기 상향 상승이 일어나는 복수의 라이저 튜브들에 대해 분배될 수도 있다. 이것은, 제 2 열 전달 구간에서 간접 열교환을 위해 주위로 노출되는 누적 면적이 주위로 노출되는 다운코머의 면적보다 더 클 수 있도록 달성하는 한 가지 적합한 방식이다. 복수의 라이저 튜브들에 부가하여 또는 그 대신에 사용될 수도 있는 다른 방식은, 적어도 하나의 라이저 튜브로부터 주위로 외향 돌출한 핀들 (fins) 과 같은 열 접촉 향상기들을 적용하는 것이다.
주위로부터 열 전달 유체로 보다 높은 열 전달률의 결과로서 제 2 열 전달 구간에서 기화가 개선됨에 따라 다운코머와 비교했을 때 제 2 열 전달 구간에서 열교환 면적의 차이는 추가로 열 전달 유체의 순환을 만든다.
다운코머에서 소량의 증기가 발생할 때에도, 가능하다면 순환이 전혀 없을 정도로 폐쇄 회로를 통한 열 전달 유체의 순환이 방해받는다. 그러므로, 다운코머에서 증기는 전혀 발생되지 않고 그리고/또는 유입되지 않는 것이 바람직하다.
바람직하게, 다운코머 뿐만 아니라 분배 헤더는 주위로부터 열적으로 단열된다. 이것은, 또한, 예를 들어 라이저 튜브들과 같은 제 2 열 전달 구간 내부로 유체가 진입하기 전 열 전달 유체의 기화가 일어나지 않도록 보장한다.
더욱이, 분배 헤더는 바람직하게 제 2 열 전달 구간보다 중력적으로 낮게 배열된다. 여기에서, 적어도 하나의 라이저 튜브 내에서 발생되는 임의의 증기는 상향 유동하도록 기대되기 때문에, 적어도 하나의 라이저 튜브에서 발생되는 증기는 다운코머로 도달할 수 없도록 달성된다.
와류 차단기 (vortex breaker) 는 바람직하게 제 1 열 전달 구간과 다운코머 사이에 제공될 수도 있다. 이러한 와류 차단기는, 다운코머로 응축된 열 전달 유체의 액체와 임의의 증기의 동반흐름 (entrainment) 의 감소 및/또는 회피를 용이하게 할 수도 있다.
액화 스트림을 가열하기 위한 장치의 한 가지 비제한적인 예는, 액화 천연 가스의 가열기의 형태로, 도 1 및 도 2 에 나타나 있다. 이 가열기는 액화 천연 가스의 기화기로서 또한 사용될 수도 있다. 도 1 은 장치의 횡단면도를 나타내고, 도 2 는 장치의 종단면도를 나타낸다.
장치는, 모두 주위 (100) 에 배열되는, 제 1 열 전달 구간 (10), 제 2 열 전달 구간 (20), 다운코머 (30), 및 열 전달 유체 (9) 를 사이클링 (화살표 (5a, 5b, 5c) 로 표시) 하기 위한 폐쇄 회로 (5) 를 포함한다. 전형적으로, 주위 (100) 는 공기로 구성된다. 제 1 열 전달 구간 (10), 제 2 열 전달 구간 (20) 및 다운코머 (30) 는 모두 폐쇄 회로 (5) 의 부분을 형성한다. 제 2 열 전달 구간 (20) 은 적어도 하나의 라이저 튜브 (22) 를 포함할 수도 있고, 이 경우에 주위가 적어도 하나의 라이저 튜브 (22) 의 외부와 접촉하는 동안 열 전달 유체 (9) 는 적어도 하나의 라이저 튜브 (22) 내에서 운반될 수도 있다. 선택적으로, 폐쇄 회로 (5) 는, 다운코머 (30) 와 제 2 열 전달 구간 (20) 을 서로 유동적으로 연결하기 위해서 분배 헤더 (40) 를 포함할 수도 있다. 제 2 열 전달 구간 (20) 이 복수의 라이저 튜브들 (22) 을 포함한다면 이러한 분배 헤더 (40) 는 유용할 수도 있다. 적어도 하나의 라이저 튜브 (22), 또는 복수의 라이저 튜브는 제 1 열 전달 구간 (10) 에 유동적으로 연결된다.
선택적 분배 헤더 (40) 는 바람직하게 제 2 열 전달 구간 (40) 보다 중력적으로 낮게 배열된다.
제 1 열 전달 구간 (10) 은, 열 전달 유체 (9) 를 담고 있는, 예컨대 쉘 (shell) 의 형태인 제 1 박스 (13) 를 포함할 수도 있다. 제 1 열 전달 구간 (10) 은, 제 1 박스 (13) 내부에 배열될 수도 있는 제 1 열 전달 면 (11) 을 포함한다. 제 1 박스 (13) 의 쉘은, 전방 단부와 후방 단부에 적합한 커버들을 구비한, 예컨대 본질적으로 실린더형 드럼의 형태인 기다란 보디일 수도 있다. 외향 만곡된 쉘 커버들은 적합한 옵션일 수도 있다. 쉘은 주 축선 (A) 을 따라 종방향으로 적절히 신장될 수도 있다.
제 1 열 전달 면 (11) 은 가열될 액화 스트림을 열 전달 유체 (9) 와 제 1 간접 열교환 접촉하게 하는 기능을 하여서, 열 전달 유체 (9) 는 가열될 액화 스트림과 대면하지 않는 제 1 열 교환 면 측인 제 1 열 교환 면 (11) 의 대향 측에 위치된다. 선택적으로, 제 1 열 전달 면 (11) 은 튜브 번들 (14) 에 선택적으로 배열되는 하나 이상의 튜브들 (12) 중에서 형성될 수도 있다. 이러한 경우에, 열 전달 유체가 하나 이상의 튜브들 (12) 의 외부와 접촉하는 동안 가열될 액화 스트림은 하나 이상의 튜브들 (12) 내에서 운반될 수도 있다.
쉘 및 튜브 열교환기들과 유사하게, 필요하다면 전방 단부 및/또는 후방 단부에 임의의 적합한 고정식 (stationary) 헤드를 가지고, 튜브들 (12) 은 단일 패스 (pass) 또는 멀티 패스로 배열될 수도 있다.
제 2 열 전달 구간 (20) 은 제 1 열 전달 구간 (10) 보다 중력적으로 낮게 위치된다. 제 2 열 전달 구간 (20) 은 제 2 열 전달 면 (21) 을 포함하고, 상기 제 2 열 전달 면을 가로질러 열 전달 유체 (9) 는 주위 (100) 와 제 2 간접 열교환 접촉하게 된다. 제 2 열 전달 면 (21) 이 하나 이상의 라이저 튜브들 (22) 을 포함한다면, 주위가 하나 이상의 라이저 튜브들 (22) 의 외부와 접촉하는 동안 열 전달 유체 (9) 는 하나 이상의 라이저 튜브들 (22) 내에서 운반될 수도 있다. 하나 이상의 라이저 튜브들 (22) 의 외부면은 편리하게도 면적 확대기들과 같은 열 전달 향상기들을 구비할 수도 있다. 이것은 핀들 (29), 그루브들 (미도시) 또는 다른 적합한 수단의 형태일 수도 있다. 핀들 (29) 이 모든 라이저 튜브들 (22) 에 존재할 수도 있지만, 명확성의 이유로 핀들은 도 2 에서 라이저 튜브들 (22) 중 하나에만 단지 도시되어 있음을 유념해야 한다.
다운코머 (30) 는 제 1 열 전달 구간 (10) 을 제 2 열 전달 구간 (20) 과 유동적으로 연결한다. 보다 상세하게, 다운코머 (30) 는 제 1 열 전달 구간 (10) 으로부터 다운코머 (30) 로 열 전달 유체의 통과를 허용하기 위한 상류 단부, 및 다운코머 (30) 로부터 제 2 열 전달 구간 (20) 을 향하여 열 전달 유체 (9) 의 통과를 허용하기 위한 하류 단부를 가지고 있다. 다운코머 (30) 는 주위 (100) 로부터 열적으로 단열된다. 이것은, 다운코머 (30) 의 외면에 적용된 단열층 (35) 에 의해 도 1 에 개략적으로 나타나 있다. 단열층 (35) 은 임의의 적합한 파이프 또는 도관 단열 재료로 형성될 수도 있고 그리고/또는 이를 포함할 수도 있고, 단열층은 단열체 하부 (under-insulation) 부식에 대한 보호를 선택적으로 제공할 수도 있다. 적절히, 단열층은 퍼콜레이션 (percolation) 응축을 회피하도록 발포 재료, 바람직하게 폐쇄 셀 발포 재료를 포함한다. 한 가지 예로는 선택적으로 Armachek-R (TM) 클래딩을 구비한 Armaflex (TM) 파이프 단열체가 있고, 둘 다 Armacell UK Ltd. 로부터 상업적으로 입수가능하다. Armachek-R (TM) 은 고밀도 고무 기반 커버 라이닝이다.
(하나 또는 다수인) 팬 (50) 은, 도 1 에서 화살표 (52) 로 표시된 대로, 제 2 열 전달 구간 (20) 을 따라 주위 공기의 순환을 증가시키도록 제 2 열 전달 구간 (20) 에 대해 위치결정될 수도 있다. 여기에서, 제 2 간접 열교환 접촉하는 열 전달률이 증가될 수도 있다. 바람직하게, 팬 (20) 으로부터 제 2 열 전달 구간 (20) 으로 또는 그 반대로 주위 공기를 가이드하도록 배열된 공기 도관 (55) 에 팬이 수용된다. 바람직한 실시형태에서, 주위 공기는 제 2 열 전달 구간 (20) 으로부터 공기 도관 (55) 으로 그리고 팬 (50) 까지 일반적으로 하향 순환한다.
다운코머 (30) 는 다양한 형태를 취할 수도 있다. 예컨대, 비제한적인 예로서, 다운코머는 공통 섹션 (31) 을 포함할 수도 있고 이 공통 섹션은, 열 전달 유체 (9) 가 2 개의 브랜치들 (32) 로 나누어지는 T-접합부 (23) 와 제 1 열 전달 구간 (10) 을 유동적으로 연결한다. 2 개의 브랜치들 (32) 은 각각 하나의 분배 헤더 (40) 에 연결될 수도 있어서, 이 분배 헤더들 중 하나 내부의 열 전달 유체 (9) 가 T-접합부 (23) 또는 제 1 열 전달 구간 (10) 을 통하는 것을 제외하고는 다른 헤더로 유동할 수 없다는 면에서 이 분배 헤더들 각각은 분리되어 있다. T-접합부 (23) 는 중력적으로 제 1 박스 (13) 아래에 위치될 수도 있다.
예컨대 버터플라이 밸브 형태의 밸브 (33) 는 다운코머 (30) 및/또는 다운코머 (30) 의 브랜치들 (32) 각각에 선택적으로 제공될 수도 있다. 이것은 수동으로 작동되는 밸브일 수도 있다. 이 밸브로, 폐쇄 사이클을 통한 열 전달 유체의 순환은 트리밍될 수 있고; 다운코머에서 큰 수직방향의 차이가 있는 경우, 밸브를 통하여 마찰 압력 강하를 생성함으로써 상쇄될 수 있는 기포점 (비등점) 에 대한 액체 정수두 (static head) 의 실질적 효과가 있을 수 있다.
제 1 박스 (13) 가 주 축선 (A) 을 따라 신장되는 기다란 외피 (hull) 의 형태로 제공된다면, 브랜치들 (32) 은 주 축선 (A) 의 방향에 횡방향으로 적절히 연장될 수도 있다. 복수의 라이저 튜브들의 라이저 튜브들 (22) 은 주 축선 (A) 에 평행한 주 방향으로 분배 헤더 (40) 에 대해 분배되어 배열될 수도 있다. 이 경우에, 각각의 분배 헤더 (40) 는 본질적으로 주 축선 (A) 과 동일한 방향으로 기다란 형상을 적절히 또한 가지고, 이 경우에 라이저 튜브들 (22) 은 주 축선 (A) 에 평행한 평면에서 적절히 구성될 수도 있다. 특히 유리한 실시형태에서, 라이저 튜브들은, 주 방향 뿐만 아니라 주 방향에 대해 가로질러 연장되는 횡 방향 양자로 2 차원 패턴을 통해 배열된다.
선택된 분배 헤더 (40) 를 제 1 열 전달 구간 (10) 과 유동적으로 연결하는 라이저 튜브들 (22) 의 개수는, 제 1 열 전달 구간 (10) 을 동일한 분배 헤더 (40) 와 유동적으로 연결하는 다운코머들의 개수 (및/또는 단일 다운코머의 브랜치들의 개수) 보다 많다. 예컨대, 일 실시예에서, 단일 다운코머 (30) 의 단지 단일 브랜치 (32) 에 의해서만 열 전달 유체 (9) 를 공급받는 단일 분배 헤더 (40) 와 제 1 열 전달 구간 (10) 사이에 84 개의 라이저 튜브들 (22) 이 배열된다. 복수의 라이저 튜브들 (22) 은 적절히 2 개의 서브세트들 (subsets) 로 나누어 배열될 수도 있고, 제 1 서브세트는 분배 헤더 (40) 를 제 1 열 전달 구간 (10) 과 연결하는 다운코머 (30) (또는 브랜치 (32)) 의 일측에 배열되고, 그것의 제 2 서브세트는 다운코머 (30) (또는 브랜치 (32)) 의 타측에 배열된다. 다운코머 (30) 와 라이저 튜브들 (22) 의 각각의 서브세트 사이 간극을 통하여 공기가 제 2 열 전달 구간을 바이패스하는 것을 회피하도록 공기 시일 (57) 은, 다운코머 (30) 의 어느 하나의 측에서, 다운코머 (30) (또는 브랜치 (32)) 와 라이저 튜브들 (22) 의 각각의 서브세트 사이에 위치될 수도 있다.
정상 작동 중, 가열기는 제 1 열 전달 구간 (10) 내에 축적되는 액체 상으로 열 전달 유체 (9) 의 액체 층 (6) 을 포함한다. 바람직하게, 액체 층 (6) 으로부터의 액체만 다운코머 (30) 를 통하여 제 2 열 전달 구간 (20) 으로 액체 상으로 통과된다.
제 1 열 전달 구간 (10) 내에서 액체 상인 열 전달 유체 (9) 의 액체 층 (6) 위에 증기 구간 (8) 이 있다. 공칭 액체 레벨 (7) 은 가열기의 정상 작동 중 액체 층 (6) 과 증기 구간 (8) 사이 계면의 레벨로서 규정된다. 제 1 열 전달 면 (11) 은, 공칭 액체 레벨 (7) 위에, 제 1 열 전달 구간 (10) 에서 증기 구간 (8) 내에 바람직하게 배열된다. 여기에서, 가열될 액화 스트림과 열 전달 유체 (9) 사이 제 1 열교환 접촉시 열 전달은, 증기 구간 (8) 내에서 이용가능한 열 전달 유체 (9) 의 응축열로부터 가장 효과적으로 이득을 얻을 수 있다.
제 1 열 전달 구간 (10) 과 다운코머 (30) 사이 계면은 제 1 박스 (13) 의 쉘에서 관통 개구에 의해 형성될 수도 있다. 계면은 바람직하게 제 1 박스 (13) 내에서 열 전달 유체 (9) 의 공칭 액체 레벨 (7) 보다 중력적으로 낮게 위치된다.
제 2 열 전달 구간 (20) 은 바람직하게 중력적으로 공칭 액체 레벨 (7) 위의 로케이션에서 제 1 열 전달 구간 (10) 으로 배출된다. 이렇게 열 전달 유체 (9) 는, 제 1 박스 (13) 에 축적된 열교환 유체 (9) 의 액체 상의 층을 바이패스하면서 제 2 열 전달 구간 (20) 으로부터 제 1 열 전달 구간 (10) 으로 다시 사이클링될 수 있다. 이것은, 도 1 내지 도 3 에 도시된 대로, 라이저 튜브들에 유동적으로 연결되고 공칭 액체 레벨 (7) 위의 제 1 열 전달 구간 (10) 내부에서 라이저 튜브들 (22) 과 증기 구간 (8) 사이에 연장되는 라이저 단부 피스들 (24) 에 의해 달성될 수도 있고, 라이저 단부 피스들 (24) 은 액체 층 (6) 을 가로지른다.
라이저 단부 피스들 (24) 의 개방 단부들은 제 1 열교환 면 (11) 보다 중력적으로 높게 위치되거나, 제 1 열교환 면 (11) 보다 중력적으로 낮게 위치될 수도 있다. 선택적으로, 특히 후자의 경우에, 하나 이상의 액체 전환 수단은 작동 중 제 1 열교환 면 (11) 으로부터 아래로 떨어지는 응축된 열교환 유체 (9) 로부터 라이저 단부 피스들 (24) 을 차폐시키기 위해서 제공될 수도 있다. 이러한 액체 전환 수단은 여러 방식으로 구현될 수도 있고, 이 중 하나는 제 1 열교환 면 (11; 예컨대 튜브들 (12) 에 제공됨) 과 라이저 피스들 (24) 의 개방 단부들 사이에 배열되는 위어 플레이트 (25; weir plate) 의 형태로 도 1 및 도 2 에 도시된다. 도시된 위어 플레이트 (25) 는 주 축선 (A) 에 평행하게 배열되고, 박스 (13) 의 종방향 중심을 향해 응축된 열 전달 유체 (9) 를 가이드하도록 수평선으로부터 약 30°로 경사져 있다. 위어 플레이트가 배열되는 수직 평면의 일측에 제 1 열교환 면들이 있고, 라이저 단부 피스들이 수직 평면의 타측에 있는 위어 플레이트들의 수직 배열, 및/또는 증류 트레이들에서 사용되는 것과 유사한 라이저 단부 피스들 상의 버블 캡들과 같은 다른 배열들이 가능하다. 이런 방식들 및/또는 다른 방식들의 조합들이 또한 이용될 수도 있다.
와류 차단기 (60) 는 다운코머 (30) 의 상류 단부에서, 예컨대 제 1 열 전달 구간 (10) 과 다운코머 (30) 사이 계면에 또는 그 가까이에 제공될 수도 있다. 도 1 및 도 2 의 실시형태에서, 와류 차단기 (60) 는 적절히 제 1 열 전달 구간 (10) 과 다운코머 (30) 의 공통 섹션 (31) 사이 계면 가까이에 있다. 와류 소용돌이는 다운코머 (30) 로 유입되는 액체에 증기를 엔트랩 (entrap) 할 수도 있으므로, 와류 차단기는 액체 층 (6) 에서 와류 소용돌이의 발생을 회피하도록 적용되는 공지된 기기이다.
도 1 및 도 2 에 표시되지 않았지만, 분배 헤더 (40) 는 예컨대 다운코머 (30) 와 동일한 방식으로 주위로부터 열적으로 단열될 수도 있다. 분배 헤더 (40) 의 열적 단열체는 분배 헤더 (40) 상의 단열 재료, 바람직하게 다운코머 (30) 를 위해 사용된 것과 동일한 단열 재료의 층을 포함할 수도 있다.
일 실시예로서, 이하 주로 도 2 를 참조하면, U-튜브 번들의 형태인 2 패스 튜브 번들 (14) 이 나타나 있다. 하지만, 본 발명은 이 유형의 번들에 제한되지 않는다. 이런 특정 쉘의 전방 단부 (15) 에서의 쉘 커버는, 임의의 유형의 적합한, 바람직하게 고정식, 헤드 및 튜브 시트가 장착될 수 있는 헤드 플랜지 (17) 를 포함하는 커버 노즐 (16) 을 구비한다. 하나 이상의 패스 분할부들이 멀티 패스 튜브 번들을 위한 헤드에 제공될 수도 있다. 전형적으로, 단일 패스 분할부는 2 패스 튜브 번들에 충분하다. 본 발명은 이런 특정 유형의 커버 노즐 (16) 에 제한되지 않고; 예컨대 고정 튜브 시트를 갖는 커버 노즐이 그 대신 선택될 수도 있다. 적합한 헤드는 일체형 보닛 헤드 또는 착탈식 커버를 갖는 헤드이다. 튜브들은 하나 이상의 횡방향 배플들 또는 지지 플레이트들에 의해 서로 상대적 위치에 고정될 수도 있다. 제 1 박스 (13) 내부의 기계적 구성은, 예컨대 튜브 번들 아래에 위치결정된 구조체의 형태로, 튜브 번들을 지지하도록 제공될 수도 있다. 튜브 단부들은 튜브 시트에 고정될 수도 있다.
선택적으로, 후방 단부는 또한 커버 노즐을 구비할 수도 있어서, U-튜브 대신에, 튜브 시트가 후방 단부에도 제공될 수도 있다.
본 발명의 요건은 아니지만, 전술한 실시형태들에서, 다운코머 (30) 의 각각의 브랜치 (32) 는, 연결 엘보우 부분 (38) 을 통하여 서로 유동적으로 연결되는 횡방향 부분 (34) 과 하향 부분 (36) 을 갖는다. 횡방향 부분 (34) 에서 제 1 열 전달 구간 (10) 으로부터 제 2 열 전달 구간 (20) 으로 열 전달 유체 (9) 의 제 1 공칭 유동 방향 (화살표 (5a) 로 표시) 은, 하향 부분 (36) 에서 제 1 열 전달 구간 (10) 으로부터 제 2 열 전달 구간 (20) 으로 열 전달 유체 (9) 의 제 2 공칭 유동 방향 (후자의 공칭 유동 방향은 화살표 (5b) 로 표시됨) 보다 덜 수직으로 향한다. 바람직하게, 제 1 공칭 유동 방향 (5a) 은 수직 방향으로부터 60° ~ 90°의 범위 내에서, 보다 바람직하게 수직 방향으로부터 80° ~ 90°의 범위 내에서 벗어난다. 바람직하게, 제 2 공칭 유동 방향 (5b) 은 수직 방향으로부터 0° ~ 30°의 범위 내에서, 보다 바람직하게 수직 방향으로부터 0° ~ 10°의 범위 내에서 벗어난다. 놀랍게도, 폐쇄 회로를 통한 다운코머에서 증기가 존재하는 곳으로 열교환 유체 (9) 의 순환 감도는 30° ~ 60°범위의 경사 각도에서 매우 민감한 것으로 발견되었다. 이론에 의해 제한되지 않도록 하면서, 다운코머에서 압력 구배는 이 경사 각도 내에서 증기의 존재에 특히 민감하여서, 2 상 유동 양식은 층상 파형이라는 점이 현재 이해되고 있다.
제 1 공칭 유동 방향 (5a) 이 수직 방향으로부터 60° ~ 90°의 범위 내에서, 보다 바람직하게 수직 방향으로부터 80° ~ 90°의 범위 내에서 벗어나도록 횡방향 부분 (34) 을 배열하고, 제 2 공칭 유동 방향 (5b) 이 수직 방향으로부터 0° ~ 30°의 범위 내에서, 보다 바람직하게 수직 방향으로부터 0° ~ 10°의 범위 내에서 벗어나도록 하향 부분 (36) 을 배열함으로써, 30°~ 60°의 경사 각도 내에서 다운코머 (30) 의 모든 부분들을 통과하는 평균 유동 방향은, 연결 엘보우 부분 (38) 내에서 비교적 짧은 지속기간 동안을 제외하고는 상기 경사 각도 내의 각도로 다운코머 (30) 를 통하여 열 전달 유체 (9) 를 유동시킬 필요없이 달성될 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 연결 엘보우 부분 (38) 은 횡방향 부분 (34) 과 유동 방향이 30° ~ 60°의 경사도를 이룬 하향 부분 (36) 사이 다운코머의 부분으로서 규정된다.
라이저 튜브들 (22) 의 제 2 열 전달 면 (21) 은 라이저 튜브들 (22) 의 일반적으로 직선 부분에 위치될 수도 있다. 라이저 튜브들 (22) 의 일반적으로 직선 부분은, 30° ~ 60°의 경사 각도 내의 각도를 포함하는 임의의 원하는 각도를 이룰 수도 있다. 열 전달 유체 (9) 는, 수직선으로부터 약 30°의 각도만큼 벗어나는 라이저 튜브들 (22) 의 일반적으로 직선 부분에서 화살표 (5c) 를 따르는 방향으로 사이클링된다. 다운코머 (30) 의 각각의 브랜치 (32) 는 각각의 브랜치 (32) 의 하향 부분 (36) 위에서 라이저 튜브들 (22) 과 대략 평행하게 뻗어있다.
하지만, 일 그룹의 대안적 실시형태들에서, 다운코머 (30) 에서 각각의 브랜치 (32) 의 적어도 하향 부분 (36) 은, 예를 들어 30° 미만의 각도만큼 수직 방향으로부터 벗어나는 보다 수직인 유동 방향으로 위치결정된다. 이하, 도 3 을 참조하면, 이러한 대안적 실시형태의 실시예의, 도 1 과 유사한 단면도를 개략적으로 나타낸다. 대안적 실시형태는 전술한 바와 동일한 많은 특징들을 갖는다. 강조될 한 가지 차이점은, 각각의 브랜치 (32) 의 하향 부분 (36) 에서 열 전달 유체 (9) 의 화살표 (5b) 를 따르는 유동 방향이 라이저 튜브들 (22) 의 일반적으로 직선 부분에서 열 전달 유체 (9) 의 화살표 (5c) 를 따르는 유동 방향보다 수직선으로부터 덜 벗어난다는 점이다. 바람직하게, 각각의 브랜치 (32) 의 하향 부분 (36) 에서 화살표 (5b) 를 따르는 유동 방향은 수직선으로부터 약 10° 내에서 뻗어있다. 이런 식으로 배향된 (즉, 수직 또는 수직에 가까운 하향 유동) 다운코머 브랜치 (32) 에서 압력 구배는, 그것이 수직선으로부터 10° ~ 60°의 경사 각도로 배향될 때보다 증기 발생에 덜 민감하다는 것을 발견하였다.
분명히, 다운코머에서 증기의 발생 또는 다운코머로 증기의 접근이 100 % 효과적이라면, 다운코머 내부에서 전형적으로 2 상 유동은 존재하지 않을 것이므로, 이런 고려사항들은 부가적 안전 장치로서 선택적으로 적용될 수도 있다.
수평 평면에서 수직 투영도로 보았을 때, 연결 엘보우 부분 (38) 은 바람직하게 제 1 박스 (13) 의 외부에 위치되고, 이 투영도에서 주 축선 (A) 은 제 1 박스 (13) 안에 위치될 수도 있다. 이러한 구성으로, 다운코머 (30) 의 하향 부분 (36) 은 제 1 박스 (13) 로부터 (설명된 투영도로 보았을 때) 수평으로 변위될 수 있다. 그 결과, 수직 방향으로 주위 공기 (52) 의 순환은, 제 1 열 전달 구간 (10) 이 수용되는 제 1 박스 (13) 에 의해 덜 방해를 받을 필요가 있는데, 왜냐하면 주위 공기는 연결 엘보우 (38) 와 제 1 박스 (13) 사이에서 수직 방향으로 순환할 수 있기 때문이다. 이러한 실시형태들에서, 제 2 열 전달 (21) 면, 적어도 제 2 열 전달 면 (21) 의 일부는, 수평 평면에서 투영도로 보았을 때 연결 엘보우 (38) 와 제 1 박스 (13) 사이 공간에 바람직하게 배열된다.
도 1 에 도시된 대로, 다운코머의 하향 부분 (36) 은 적어도 하나의 라이저 튜브 (22) 에 평행하게 배열된다. 본 발명은 또한 다운코머 (30) 의 각각의 브랜치의 하향 부분 (36) 이 라이저 튜브들 (22) 과 동일한 평면에 배열되는 실시형태들을 포함한다. 더욱이, 접합부 (23) 와 횡방향 부분들 (34) 을 갖는 대신에, 각각의 다운코머는 라이저들과 동일한 평면 내 로케이션에서 제 1 박스로부터 노즐을 통하여 직접 연결될 수도 있어서, 다운코머와 라이저들은 횡방향 부분 필요없이 동일한 평면에 있게 된다. 이것은 또한 2 개의 독립 순환 루프들 (좌측 대 우측 레그, 각각은 개별 다운코머를 가짐) 을 가지는 것을 허용할 것이다.
작동시, 전술한 바와 같은 임의의 실시형태들에 따른 장치는 액화 스트림을 가열하는 방법에서 사용하기에 적합하다. 가열될 액화 스트림의 아주 좋은 예는 LNG 스트림이다. 결과적으로 생긴 가열된 스트림은 재기화된 천연 가스 스트림 (액화 천연 가스를 가열 및 기화시킴으로써 생성됨) 일 수도 있고 천연 가스 그리드의 파이프망을 통하여 분배될 수도 있다.
LNG 는, 보통, 펜탄을 포함한 미량의 보다 중질인 탄화수소 (C5+) 와 가능하다면 예컨대 질소, 물, 이산화탄소, 및/또는 황화수소를 포함한 일부 미탄화수소 성분들 (전형적으로, 2 몰% 미만) 과 비교적 소량 (예컨대 25 몰% 미만) 의 에탄, 프로판 및 부탄 (C2 ~ C4) 과 함께 주로 메탄인 혼합물이다. LNG 의 온도는 2 bara 미만의 압력에서 그것을 액체 상으로 유지하기에 충분히 낮다. 이러한 혼합물은 천연 가스로부터 유도될 수 있다.
LNG 의 가열을 달성하기 위한 적합한 열 전달 유체는 CO2 이다. 열 전달 유체 (9) 는 폐쇄 회로 (5) 에서 사이클링된다. 상기 사이클링 중 열 전달 유체 (9) 는 제 1 열 전달 구간 (10) 에서 증기로부터 액체 상으로 제 1 상 전이를 겪고, 제 2 열 전달 구간 (20) 에서 액체로부터 증기 상으로 제 2 상 전이를 겪는다. 하지만, 상향 유동하는 액체 상은 그것이 라이저 단부 피스들 (24) 의 개방 단부들을 통하여 액체 층 (6) 으로 유동할 때까지 제 2 열교환 구간 (20) 과 라이저 단부 피스들 (24) 에 걸쳐 지속되도록 액체의 분획물만 증발한다. 따라서, 열 전달 유체 (9) 는 전적으로 액체 상으로서 제 2 열 전달 구간 (20) 으로 진입하고 그것이 제 2 열 전달 구간 (20) 을 통하여 진행함에 따라 2 상 유체 (액체-증기 혼합물) 가 된다. 따라서, 열 전달 유체 순환율은 제 2 열 전달 구간 (20) 에서 증발률 (제 1 열 전달 구간 (10) 에서 응축률과 등가임) 보다 높다.
2 상 유체에서 증기 상의 상대적인 양은, 전적으로 증기 상을 통하여, 제 2 열교환 구간 (20) 으로부터 라이저 단부 피스들 (24) 을 통하여 증기 구간 (8) 으로 임의의 퍼콜레이션 경로의 형성을 막기에 충분히 낮아야 한다.
특히 바람직한 실시형태에 따르면, 열 전달 유체는 적어도 90 몰% 의 CO2 를 포함하고, 보다 바람직하게 그것은 100 몰% 또는 약 100 몰% 의 CO2 로 구성된다. LNG 를 가열하기 위해 사용될 때 CO2 의 중요한 장점은, - 열 전달 유체 (9) 에 대해 폐쇄 회로 (5) 에서 누설이 발생한다면 - CO2 는 누설 지점에서 고형화되어서 누설 지점을 감소시키거나 심지어 막을 수도 있다는 점이다. 게다가, CO2 는 그것이 폐쇄 회로로부터 누설되더라도 가연성 혼합물들을 발생시키지 않는다. CO2 의 비등점은 30 ~ 35 bar 범위의 압력에서 -5.8 ~ -0.1 ℃ 의 범위에 있다.
액화 스트림을 가열하는 방법에서, 가열될 액화 스트림은 열 전달 유체 (9) 와 간접 열교환 접촉하게 제 1 열 전달 구간 (10) 으로 통과되어서, 열 전달 유체 (9) 로부터 제 1 열 전달 구간 (10) 을 통과하는 액화 스트림으로 열이 전달된다. 그리하여, 열 전달 유체 (9) 의 적어도 일부는 응축 부분을 형성하도록 응축된다. 바람직하게, 가열될 액화 스트림과 증기 구간 (8) 내부에서 열 전달 유체 (9) 의 증기 사이에 간접 열교환이 일어난다.
적절히, 가열될 액화 스트림은 선택적 튜브 번들 (14) 의 하나 이상의 튜브들 (12) 로 공급된다. 액화 스트림이 고압으로 있다면, 액화 스트림은 가열시 상 전이가 일어나지 않는 초임계 상태로 있을 수도 있다. 임계 압력 미만에서, 액화 스트림은 그것의 기포점 미만으로 유지될 수도 있고, 액화 스트림이 제 1 열 전달 구간 (10) 을 통과함에 따라 하나 이상의 튜브들 (12) 에서 부분적으로 또는 완전히 기화될 수도 있다. 제 1 열교환 면 (11) 은, 바람직하게, 공칭 액체 레벨 (7) 위의 제 1 열 전달 구간 (10) 에서 증기 구간 (8) 내에 배열된다.
바람직하게, 열 전달 유체 (9) 의 응축 부분과 라이저 단부 피스들 (24) 로부터 제 1 열교환 구간 (10) 으로 배출되는 비증발 액체 상은 액체 상으로 열 전달 유체 (9) 의 액체 층 (6) 을 형성하기 위해서 제 1 열 전달 구간 (10) 에 축적하도록 허용된다. 응축 부분은, 바람직하게 공칭 액체 레벨 (7) 위의, 제 1 열 전달 면 (11) 으로부터, 가능하다면 위어 플레이트들 (25) 중 하나와 같은 액체 전환 수단을 통하여, 액체 층 (6) 으로 떨어질 수도 있다.
동시에, 액체 층 (6) 에 존재하는 액체 열교환 유체 (9) 의 일부는 다운코머 (30) 로 유입된다. 이것은 폐쇄 회로 (5) 에서 열 전달 유체 (9) 의 사이클링 일부를 형성한다. 액체 상은 다운코머 (30) 를 통하여 하향 유동하고 주위로부터 열적으로 단열되고, 제 1 열 전달 구간 (10) 으로부터 다운코머 (30) 를 통하여 제 2 열 전달 구간 (20) 으로, 그리고 다시 제 1 열 전달 구간 (20) 으로 유동한다. 다운코머 (30) 를 통과하는 열 전달 유체의 유량, 또는 바람직하게 다운코머 (30) 의 각각의 브랜치 (32) 를 통과하는 상대 유량은 밸브 (33) 에 의해 조절된다.
제 2 열 전달 구간 (20) 에서, 열 전달 유체 (9) 는 주위와 간접 열교환하여서, 주위로부터 열 전달 유체 (9) 로 열이 통과하고 열 전달 유체 (9) 가 기화된다. 선택적 팬 (50) 은 제 2 열 전달 구간 (20) 을 따라 주위 공기의 순환을 증가시키는데 이용될 수도 있다. 주위 공기는, 도 1 에서 화살표 (52) 로 표시된 것처럼, 하향 방향으로 제 2 열 전달 구간 (20) 을 가로지를 수도 있다.
열 전달 유체 (9) 는 바람직하게 제 2 열 전달 구간 (20) 에서 열 전달 유체 (9) 의 상기 기화 중 위로 상승한다. 이런 상향 상승은 적어도 하나의 라이저 튜브 (22), 바람직하게 복수의 라이저 튜브들 (22) 에서 일어날 수도 있다. 후자의 경우에, 다운코머 (30) 에서 나온 응축 부분은 바람직하게 복수의 라이저 튜브들 (22) 에 대해 분배된다.
바람직하게, 다운코머 (30) 에서 임의의 증기는 폐쇄 회로 (5) 내부에서 열 전달 유체 (9) 의 유동 거동에 악영향을 미칠 수도 있으므로, 다운코머 (30) 내부에서 증기는 발생되지 않고 그리고/또는 존재하지 않는다. 특히 폐쇄 회로 (5) 를 통한 열 전달 유체 (9) 의 사이클링이 전적으로 중력에 의해 이루어질 때, 다운코머 (30) 에서 어떠한 증기도 막는 것이 유리하다. 폐쇄 회로 (5) 에서 열 전달 유체 (9) 의 상기 사이클링의 각각의 단일 패스 중 액체 상의 응축 부분은 바람직하게 와류 차단기 (60) 를 통하여 제 1 열 전달 구간 (10) 으로부터 다운코머 (30) 로 통과하고, 이것은 다운코머 (30) 로 증기의 접근을 막는데 또한 도움이 된다.
본 기술분야의 당업자는, 첨부된 청구범위에서 벗어나지 않으면서 많은 다양한 방식으로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 액화 스트림을 가열하기 위한 장치로서,
    열 전달 유체를 사이클링하기 위한 폐쇄 회로를 포함하고, 상기 폐쇄 회로는, 모두 주위 (ambient) 에 배열되는, 제 1 열 전달 구간 (zone), 제 2 열 전달 구간, 및 다운코머 (downcomer) 를 포함하고, 상기 제 1 열 전달 구간은 제 1 열 전달 면을 포함하고, 상기 제 1 열 전달 면을 가로질러, 가열될 액화 스트림이 상기 열 전달 유체와 제 1 간접 열교환 접촉하게 되고, 상기 제 2 열 전달 구간은 상기 제 1 열 전달 구간보다 중력적으로 더 낮게 위치되고, 상기 제 2 열 전달 구간은 제 2 열 전달 면을 포함하고, 상기 제 2 열 전달 면을 가로질러, 상기 열 전달 유체는 상기 주위와 제 2 간접 열교환 접촉하게 되고, 상기 다운코머는 상기 제 1 열 전달 구간을 상기 제 2 열 전달 구간과 유동적으로 연결하고, 상기 다운코머는 상기 주위로부터 열적으로 단열되는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 열 전달 구간은 상기 제 1 열 전달 구간에 유동적으로 연결된 적어도 하나의 라이저 튜브를 포함하는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다운코머와 상기 제 2 열 전달 구간은 분배 헤더를 통하여 서로 유동적으로 연결되어서, 상기 제 2 열 전달 구간은 상기 제 1 열 전달 구간과 상기 분배 헤더를 유동적으로 연결하는 복수의 라이저 튜브들을 포함하는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분배 헤더를 상기 제 1 열 전달 구간과 유동적으로 연결하는 라이저 튜브들의 개수는, 상기 제 1 열 전달 구간을 상기 분배 헤더와 유동적으로 연결하는 다운코머들의 개수보다 많은, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  5. 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 헤더는 상기 주위로부터 열적으로 단열되고 그리고/또는 상기 분배 헤더는 상기 제 2 열 전달 구간보다 중력적으로 더 낮게 배열되는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열 전달 구간은 주 축선을 따라 종방향으로 신장되는 제 1 박스를 포함하고, 상기 복수의 라이저 튜브들의 라이저 튜브들은 상기 주 축선에 평행한 주 방향으로 상기 분배 헤더에 대해 분배되어 배열되는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 라이저 튜브들은, 상기 주 방향 및 상기 주 방향을 가로질러 연장되는 횡 방향 양자로, 2 차원 패턴을 통해 배열되는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 주 방향으로 보았을 때, 상기 복수의 라이저 튜브들 중 적어도 하나의 라이저 튜브로 구성된 제 1 서브세트 (subset) 는 상기 분배 헤더를 상기 제 1 열 전달 구간과 연결하는 상기 다운코머의 일측에 배열되고, 상기 복수의 라이저 튜브들의 라이저 튜브들 중의 적어도 하나로 구성된 제 2 서브세트는 상기 다운코머의 타측에 배열되는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다운코머는, 상기 제 1 열 전달 구간으로부터 상기 다운코머로 상기 열 전달 유체의 통과를 허용하기 위한 상류 단부, 및 상기 다운코머로부터 상기 제 2 열 전달 구간을 향하여 상기 열 전달 유체의 통과를 허용하기 위한 하류 단부를 가지고, 와류 차단기 (vortex breaker) 가 상기 다운코머의 상기 상류 단부에 제공되는, 액화 스트림을 가열하기 위한 장치.
  10. 액화 스트림을 가열하는 방법으로서,
    열 전달 유체와 간접 열교환 접촉하게, 가열될 액화 스트림을, 제 1 열 전달 구간으로 통과시켜서, 열을 상기 열 전달 유체로부터 상기 액화 스트림으로 전달하여, 상기 열 전달 유체의 적어도 일부를 응축시켜서 응축 부분을 형성하는 단계;
    모두 주위에 배열되는, 상기 제 1 열 전달 구간으로부터 적어도 다운코머를 통하여 제 2 열 전달 구간으로 그리고 상기 제 1 열 전달 구간으로 되돌아가는 폐쇄 회로에서 상기 열 전달 유체를 사이클링하는 단계를 포함하고, 상기 열 전달 유체를 사이클링하는 단계는, 액체 상이고 상기 주위로부터 열적으로 단열된 응축 부분을 상기 다운코머를 통하여 상기 제 2 열 전달 구간으로 하향 통과시키는 것, 및 상기 제 2 열 전달 구간을 통하여 상기 제 1 열 전달 구간으로 상기 열 전달 유체를 통과시키는 것을 포함하여서, 상기 제 2 열 전달 구간에서 상기 주위와 간접 열교환함으로써 열을 주위로부터 상기 열 전달 유체로 통과시키고 상기 열 전달 유체를 부분적으로 기화시키는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열 전달 유체는 상기 제 2 열 전달 구간에서 상기 열 전달 유체의 상기 기화 중에 상향 상승하는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다운코머에서 나온 상기 응축 부분은, 상기 상향 상승이 일어나는 복수의 라이저 튜브들에 대해 분배되는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 열 전달 구간은 주 축선을 따라 종방향으로 신장되는 제 1 박스를 포함하고, 상기 복수의 라이저 튜브들의 라이저 튜브들은 상기 주 축선에 평행한 주 방향으로 상기 분배 헤더에 대해 분배되어 배열되어서, 상기 주 방향으로 보았을 때, 상기 복수의 라이저 튜브들 중 적어도 하나의 라이저 튜브로 구성된 제 1 서브세트는 상기 분배 헤더를 상기 제 1 열 전달 구간과 연결하는 상기 다운코머의 일측에 배열되고, 상기 복수의 라이저 튜브들의 라이저 튜브들 중의 적어도 하나로 구성된 제 2 서브세트는 상기 다운코머의 타측에 배열되는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다운코머의 내부에 증기가 존재하지 않는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 회로에서 상기 열 전달 유체의 상기 사이클링의 각각의 단일 패스 (pass) 는, 와류 차단기를 통하여 상기 제 1 열 전달 구간으로부터 상기 다운코머로 액체 상의 상기 응축 부분을 통과시키는 것을 포함하는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열될 액화 스트림은 액화 천연 가스를 포함하고, 재기화된 천연 가스 스트림은 상기 액화 천연 가스를 가열하여 기화시킴으로써 생성되는, 액화 스트림을 가열하는 방법.
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