TWI542832B - Gasifier for liquefied gas - Google Patents

Description

液化瓦斯用氣化器

本發明係有關於使氮氣、氧氣、氬氣或LNG(液化天然瓦斯)、丙烷等液化的氣體氣化蒸發，而以氣體狀向需要者供給的氣化器。

除了由液化氮氣、液化氧氣、液化氬氣及液化二氧化碳氣體等所代表的工業用氣體以外，還有將LNG(液化天然瓦斯)、LPG(液化丙烷氣體)等以液狀儲存於槽，再在氣化器等使其蒸發而以氣體狀供給，這在各工業領域用作重複液化氣體的貯存與消耗之重要的工業手法。作為氣化器的加熱源，可因應於氣體的物性使用各式各樣的，但是一般使用環境氣體空氣。在此情況，因為液化氮氣、液化氧氣或液化氬氣在-180℃以下、液化二氧化碳氣體在-25℃以下、LNG在-160℃以下、LPG在-40℃以下之低溫貯存，所以在氣化器使其蒸發氣化時，環境氣體空氣中的濕氣結凍，而在導熱管儲存冰，導熱阻力顯著增大。因此，例如在LNG衛星貯存設施(意指在遠離成為中樞之大型的LNG貯存設施之複數處所設置的中規模或小規模的LNG貯存設施)，至少並列設置2台氣化器，並作成每隔既定時間(例如4小時)切換2台後運轉，在利用一方的氣化器進行氣化運轉之間，而使結冰之另一方的氣化器，以進行解凍。又，作為加熱源，利用海水等之液化媒體的氣化器亦周知。作為加熱源，利用海水或環境氣體空氣之以往的氣化器例如揭示於以下的專利文獻1~3。

例如在是代表性之液化氣體的LNG加熱，使其氣化之氣化器的情況，如特開平5-203098號公報(專利文獻1)所示，使用由使LNG通過的複數支導熱管、及利用焊接固定於那些導熱管的管板所隔開的室所構成之所謂的管殼式熱交換器。這是將複數支導熱管裝入管板之間，並在殼側使海水流動，而將LNG加熱，使其蒸發、氣化。

又，特開平5-332499號公報(專利文獻2)係揭示開放機架式氣化器，使雙重管構造的導熱管在縱向連立複數支，並對上下的岐管焊接固定，藉此，整體上作成面板狀構造，使海水向外部灑水，使其加熱、蒸發。

進而，特開2005-156141號公報(專利文獻3)，揭示利用環境氣體空氣加熱的氣化器，如第5圖之示意圖所示，將具散熱片導熱管23(未圖示散熱片)並列地配置於在上下方向隔著間隔的岐管21、22之間。氣化的LNG從下部岐管21被導入後，在被分配至複數支具散熱片導熱管23並流動之間，利用與空氣的熱交換而蒸發，在上部岐管22匯流而被回收，再經由導出管24向圖外的利用場所供給。此外，在第5圖，符號25表示導熱管23與上下之岐管21、22的焊接部。

如以上所示，因為根據習知技術的氣化器係共同地建立複數支管，並在其上下設置間隔室或岐管，焊接固定後使用，LNG首先，從下部被供給，接著，一面在各導熱管內上昇一面氣化的氣體集中於上部的岐管或間隔室，再被外氣加熱後引出。

在專利文獻1所揭示的氣化器，因為利用海水加熱，在海水充分流動的情況，不會發生因以接近-160℃之溫度所送入的LNG而海水結冰的問題，但是因為導熱管焊接固定於上下的管板，所以根據LNG的送入量而加熱的程度變化時，導熱管伸縮，而熱應力作用於與管板的焊接處。結果，若送入量持續變化，該熱應力重複發生，最後因熱疲勞而破壞固定於管板的焊接部。又，因為導熱管有複數支，所以在該內部之LNG的液分散變差時，固定於管板之各焊接部的溫度發生不均，而管板發生變形，使該熱疲勞加速。

在導熱管焊接固定於相當於管板的岐管之在專利文獻2所記載的氣化器亦發生一樣地問題。

另一方面，在第5圖所示之專利文獻3之空氣加熱式氣化器，因為在導熱管23的內部導入接接-160℃的低溫液體，同時從外部利用環境氣體空氣加熱，所以空氣中的水分在導熱管23的表面結冰(以符號FZ表示結冰部)，而使導熱效率顯著降低。又，難從下部岐管21往上部岐管22將LNG均勻地分配至複數支導熱管23並使其流動，尤其在使LNG的流量減少而使蒸發負載變小的情況，如第5圖所示，在相異之各導熱管23，結冰部FZ之長度亦相異，在相異的導熱管23之間發生溫差，由於該溫差的差異，各導熱管的伸縮長度亦相異。例如，在作為導熱管23的材料，採用鋁的情況，發生100℃之溫差的差異時，每1m發生2.3mm之伸縮量的差異，在不銹鋼製的導熱管，每1m發生1.5mm之伸縮量的差異，在鐵製的導熱管，每1m發生1.2mm之伸縮量的差異。因此，過大的應力作用於在岐管21、22所固定的焊接部25，在使氣化器間歇運轉時，常常引起在焊接部25發生裂痕的問題。

進而，因為液化瓦斯的氣化器被指定為高壓氣體保安法的氣體設備，所以氣化器一定需要每3年進行焊接部及內部構成之官方的公開檢查，而要求在檢查時可簡單地以目視檢查包含焊接部在內之內部構成的構造。

[專利文獻]

[專利文獻1]特開平5-203098號公報

[專利文獻2]特開平5-332499號公報

[專利文獻3]特開2005-156141號公報

鑑於上述之問題點，本發明所欲解決之主要的課題在於提供一種即使承受重複熱應力，亦在導熱管的焊接部極少發生破壞等問題的氣化器。

又，本發明之補充性課題在於提供一種氣化器，該氣化器係不必因為在如利用環境氣體空氣加熱的情況之在導熱管表面的濕氣結凍所造成之熱交換率降低，而設置2台相同的氣化器，以交互地運轉和進行除冰。

進而，本發明之補充性課題在於作為成為高壓氣體保安法之對象的氣體設備，提供一種焊接部及內部構成整體易接受官方檢查之構造的氣化器。

本發明係為了解決上述的課題，而提出並採用如下所示的手段。

即，本發明係提供一種氣化器，係以熱媒將液化瓦斯加熱而使其氣化的氣化器，該氣化器包含：熱媒容器，係可補充地收容熱媒；及螺旋狀的導熱管，係以從該熱媒容器的下部向上部延伸後再向下部折回的方式延伸；並作成不固定該導熱管的上端部，使該熱媒容器僅支撐該導熱管的下端部，可使在該導熱管應氣化的液化瓦斯連續地流動並使其氣化。

若依據以上的構成，作成導熱管是螺旋狀，導熱管即使因蒸發量的變動，重複冷卻與加熱而伸縮，亦可吸收長度的變化。因此，可避免過大的應力作用於導熱管之對熱媒容器的支撐部(接合部)，而可消除或減輕支撐部之破壞的問題。而且，藉由調整導熱管的圈數或捲繞密度，而藉由調整總長度，亦可改變導熱面積。

又，與利用環境氣體空氣或海水的情況相異，以溫水等的熱媒將導熱管加熱至例如+60℃之常溫以上的溫度。因此，在導熱管的表面不會發生結凍。結果，因為不必使結凍之氣化器等待解凍，所以不必設置2台氣化器，僅一台就可持續氣化。而且，與利用空氣或海水加熱的情況相比，使用例如+60℃之溫水時，因為加熱側與被加熱側的溫差變大，所以大幅度降低導熱面積，而可使氣化器小型化。

該導熱管係內徑從其上游側至下游側逐段地變大較佳。因此，即使在LNG等的液化瓦斯從液體逐漸變成氣體的過程容積達到70倍以上，亦可配合導熱管內的蒸發量，使液體或氣體的流速最佳化。

該導熱管係構成為內徑以其下游側之最粗部分的內徑截面積成為上游側之最細部分的內徑截面積之1.5倍~10倍之範圍的方式逐段地變大較佳。

該熱媒容器係包含底板、及可拆裝地與該底板接合的本體外殼，該導熱管的上游側端部與下游側端部僅固定於該底板較佳。若依據本構成，只是從底板拆下成為蓋的本體外殼，就可宜接檢查維修內建導熱管之全部的構成物。

該導熱管的上游側端部與下游側端部係分別經由蓋對該底板受到支撐，該蓋係經由第1焊接部與該導熱管的上游側端部或下游側端部接合，而且經由第2焊接部與該底板接合較佳。若依據本構成，可將導熱管與蓋之伸縮所伴隨的應力分別分散至第1焊接部與第2焊接部，而可避免應力集中。

該蓋係具有曲面狀的頂壁，該導熱管係貫穿該蓋的頂壁，該第1焊接部係以鈍角跨接的方式將該導熱管及該蓋的頂壁接合較佳。依據本構成，亦可更有效地避免對焊接部之應力集中。

在該熱媒容器，設置用以向其內部供給熱媒的熱媒導入噴嘴，該熱媒導入噴嘴的開口係沿著該熱媒容器之外周壁的圓周方向噴射熱媒較佳。因此，藉熱媒之對液化瓦斯的熱交換效率提高。

在該熱媒容器，設置規定在其內部之熱媒之液面的熱媒溢流管，並構成為向該熱媒容器的外部排出越過該熱媒溢流管之上端開口而溢流的熱媒較佳。

更設置用以檢測在該熱媒容器從該導熱管所洩漏之液化瓦斯的瓦斯洩漏檢測手段較佳。因此，可避免在瓦斯仍然洩漏之狀態下繼續運轉。

本發明之氣化器係尤其適合使液化天然瓦斯(LNG)氣化，但是不僅LNG的氣化，亦乭應用於使以液狀低溫貯存沸點為-183℃的液化氧氣、-186℃的液化氬氣、-196℃的液化氮氣、-42℃的丙烷等的液化氣體氣化的情況。

自以下根據附加圖面所說明之實施形態，將明白本發明之進一步的特徵與作用、效果。

第1圖至第4圖表示本發明之實施形態之液化瓦斯用氣化器的構成，該氣化器主要包含底板1、殼狀的本體外殼2、導熱管3、熱媒導入噴嘴4、熱媒溢流管5、熱媒排洩管6及瓦斯洩漏檢測管7。此外，在這些第1圖至第4圖，本體外殼2、導熱管3、熱媒導入噴嘴4、熱媒溢流管5及熱媒排洩管6等之管厚係為了簡化而省略圖示。又，在以下，雖然亦有當作氣化的液化瓦斯是液化天然瓦斯(LNG)、加熱媒體是溫水，進行說明的情況，但是本發明未限定如此。

底板1例如是不銹鋼製，具有複數個導熱管插穿孔1a、1b(在第1圖為2個導熱管插穿孔)、與複數個螺栓孔1c。底板1亦可是兼具LNG衛星貯存設施(參照段落0002的定義)的腳手板。

本體外殼2例如是不銹鋼製，下端部開口，上端部被部分球面狀或曲面狀的頂壁2a封閉。因此，本體外殼2具有大致吊鐘狀的形態。在本體外殼2之開口下端部的外周，一體形成圓環狀的凸緣2b，與底板1之螺栓孔1c對應的螺栓孔2c設置於該凸緣2b。本體外殼2與底板1係利用插入各個螺栓孔1c、2c的螺栓(未圖示)在彼此密封狀態固定。因此，藉由拆下未圖示的螺栓，可易於從底板1拆下本體外殼2，而可易於利用目視檢查內部構造。在本實施形態，利用底板1與本體外殼2規定用以收容溫水等之熱媒的熱媒容器。此外，雖未圖示，適當的密封材料插裝於本體外殼2的凸緣2b與底板1之間，而可保持密封狀態。

如第1圖所示，導熱管3經由底板1之一方的導熱管插穿孔1a被拉入本體外殼2的內部，並成螺旋狀向上方延伸後，向下方折回，再經由底板1的另一方的導熱管插穿孔1b向外部導出。結果，即使導熱管3因溫度變化而伸縮，亦可利用螺旋狀延伸的部分充分吸收，而應力難傳達至對底板1的連接部分(其構造的細節將後述)。

在圖示的實施形態，導熱管3隨著從其上游側往下游側延伸，而直徑逐段地變大，並包含下游側的小徑部3a、從該小徑部3a折回之延伸至頂部的中徑部3b、及從該中徑部3b向底板1延伸的大徑部3c。小徑部3a與中徑部3b之間利用異徑管接頭3d(連接直徑相異的管體之周知的元件)連接，中徑部3b與大徑部3c之間利用異徑管接頭3e連接。具體而言，小徑部3a例如是內徑27.2mmΦ的不銹鋼管，中徑部3b例如是內徑35.5mmΦ或內徑52.7mmΦ的不銹鋼管(截面積比增大至從1.7倍至3.8倍的粗細)，進而，大徑部3c是內徑65.9mmΦ的不銹鋼管(截面積比相對中徑部3b大至從1.6倍至3.4倍)。其中，亦可使導熱管3的內徑以2階段增大(在此情況，從內徑27.2mmΦ至內徑65.9mmΦ，在截面積比一度大至5.9倍)，亦可分成4階段以上使內徑增大。

導熱管3的小徑部3a係在其上游端，例如與從LNG貯存槽延伸的配管連接。另一方面，導熱管3的大徑部3c係在其下游端，例如和天然瓦斯利用側(未圖示)所連接之配管連接。

如第2圖及第3圖所示，熱媒導入噴嘴4例如由不銹鋼管所構成，與從未圖示的熱媒供給源(溫水供給源)所延伸的配管連接，而且貫穿底板1後，向上方延伸。熱媒導入噴嘴4的上端在本體外殼2的下部沿著外周壁的圓周方向開口，並以在本體外殼2的內部所導入之熱媒成為渦流的方式噴射熱媒。作為熱媒，可使用溫水、乙醇或乙基乙二醇等的液體，但是考慮耗費與易使用性時，使用溫水較佳。

熱媒溢流管5例如由不銹鋼管所構成，在密封狀態貫穿底板1後延伸。熱媒溢流管5的上端開口5a位於本體外殼2之本體外殼2的附近，藉由從熱媒導入噴嘴4依序供給熱媒，向外部排出溢流的熱媒。經由熱媒溢流管5所排出之熱媒利用圖外的再加熱手段再加熱後，再向圖外的熱媒供給源循環。

熱媒排洩管6係用以在從底板1拆下本體外殼2以對內部進行維修檢查之前，排出內部的熱媒，並經由底板1的貫穿孔，在密封狀態與本體外殼2的內部連通。熱媒排洩管6例如由不銹鋼管所構成。

瓦斯洩漏檢測管7係為了發揮LNG等之液化瓦斯在本體外殼2的內部洩漏時作為檢查用噴嘴的功能所設置，其上端7a位於熱媒溢流管5之上端開口5a(規定熱媒的液面)與本體外殼2的頂壁2a之間。在本體外殼2之內部所洩漏的液化瓦斯成為氣體後，利用瓦斯洩漏檢測管7向外部導出，利用該瓦斯洩漏檢測管7所連接之圖外的感測器檢測。在檢測液化瓦斯之洩漏的情況，實施檢查修理。

其次，說明導熱管3之對底板1的連接構造。導熱管3對底板1在2個位置，即導熱管插穿孔1a、1b的位置連接，雖然有直徑大小的差異，但是因為基本的連接構造係相同，所以參照第4圖，說明作為代表例之小徑部3a之在導熱管插穿孔1a的連接構造。

如第4圖所示，導熱管插穿孔1a被蓋8塞住，導熱管3的小徑部3a在該蓋8之半球面狀或曲面狀頂壁8a的中央部貫穿。導熱管3的小徑部3a與蓋8的頂壁8a之間利用焊接部9a接合，蓋8的底部與底板1之間利用焊接部9b接合。結果，因為導熱管3與蓋8各自在相異的點接合固定，所以導熱管3的伸縮與蓋8的伸縮各別地伸縮自如，而2個熱應力分散於2個位置的焊接部9a、9b。又，關於對導熱管3的焊接部9a，在蓋8之半球面狀或曲面狀頂壁8a的應力分散效果追加地作用。因此，加上導熱管3作成螺旋構造所造成之伸縮吸收效果，不會發生對焊接部9a、9b的應力集中。此外，蓋8採用與導熱管3一樣之例如不銹鋼製較佳。

在使以上之構成的氣化器運轉時，經由熱媒導入噴嘴4向本體外殼2供給例如+60℃的溫水，將本體外殼2的內部大致充滿。所供給之溫水在本體外殼2的內部以渦流上昇，過剩的溫水經由熱媒溢流管5向外部排出，再被加熱後，向熱媒供給源(未圖示)循環。

另一方面，是液化瓦斯的LNG在捲繞成螺旋狀的導熱管3內一度上昇後，接著在下降之間，接受是熱媒之溫水的加熱後，從液體變成氣體。在該過程，是液體的LNG在0.3MPaG逐漸變成-145℃的氣體時，其容積增加至約70倍。可是，如上述所示，因為導熱管3的內徑逐段地增加，所以對流體之流動的阻力不會上昇，而確保LNG或氣化之氣體的最佳流速。氣化的天然瓦斯在導熱管3的內部最後被加熱至常溫附近後排出。

例如，為了使600kg/h的LNG蒸發氣化而使用+60℃的溫水時，導熱管3的表面積需要約13m²，但是利用空氣或海水將其加溫時，導熱面積需要約2倍以上，而機器高度變高，同時設置面積亦變大。因此，若依據本實施形態，可實現氣化器的小型化與設置面積的縮小化。

以上，說明了本發明之實施形態，匯整該實施形態之效果，如以下所示。

(1)因為將導熱管3作成螺旋狀，所以可吸收導熱管的伸縮變化，而應力難作用於焊接部，焊接部亦難發生破壞。尤其，如圖示之實施形態所示，在使用一支螺旋狀導熱管的情況，無使用複數支導熱管的情況之各導熱管的熱應力差，而更難發生熱疲勞。又，藉由採用螺旋狀的導熱管3，並藉由調整螺旋的圓數與捲繞密度，而調整總導熱管之長度，可易於改變導熱面積。

(2)因為經由蓋8分成2個位置的焊接部9a、9b進行導熱管3對底板1的接合，所以不會使導熱管3與蓋8之各自的伸縮所伴隨之熱應力發生干涉而可分散，而且，關於對導熱管3的焊接部9a，因為在蓋8之半球面狀或曲面狀頂壁8a所造成的應力分散效果追加地作用，所以整體上的應力分散效果更高。

(3)即使在LNG從液體逐漸變化成氣體的過程容積達到70倍以上，亦因為配合導熱管3內的蒸發量使導熱管3的內徑逐段地變大，所以可使液體或氣體的流速最佳化。

(4)因為使用溫水等的熱媒，所以加熱側與被加熱側的溫差變大，可使導熱面積變小、小型化。又，因為使用熱媒，所以不必使結凍之氣化器等待解凍，而不必設置2台氣化器，僅一台就可氣化。

(5)覆蓋導熱管3的本體外殼2採用吊鐘狀或蓋狀，並與底板1拆裝自如地接合，而且因為將導熱管3僅與底板1焊接接合，所以只是從底板1拆下本體外殼2，就可易於以目視檢查、維修導熱管3在此狀態，或焊接位置。

本發明可在不超出其基本構想之範圍進行各種變形。例如，在圖示的實施形態，導熱管3等的材料採用不銹鋼製，但是在希望輕量化的情況，亦能以鋁或鋁合金構成。又，在圖示的實施形態，使用1支導熱管3，但是亦可將複數支螺旋狀的導熱管設置成彼此在配置上不會發生干涉，關於各支導熱管3，對底板1可採用如第4圖所示的接合構造。進而，本發明的氣化器係不僅LNG的氣化，亦可應用於使以液狀低溫貯存沸點為-183℃的液化氧氣、-186℃的液化氬氣、-196℃的液化氮氣、-42℃的丙烷等的液化氣體氣化的情況。

1．．．底板

2．．．本體外殼

2a．．．本體外殼的頂壁

2b．．．本體外殼的凸緣

3．．．導熱管

3a．．．導熱管的小徑部

3b．．．導熱管的中徑部

3c．．．導熱管的大徑部

4．．．熱媒導入噴嘴

4a．．．熱媒導入噴嘴的開口

5．．．熱媒溢流管

5a．．．熱媒溢流管的上端開口

6．．．熱媒排洩管

7．．．瓦斯洩漏檢測管

7a．．．瓦斯洩漏檢測管的上端

8．．．蓋

8a．．．蓋的頂壁

9a、9b．．．焊接部

第1圖係主體性地表示本發明之實施形態的氣化器之示意構成與在其內部之導熱管線圈之構成的部分縱向剖面圖。

第2圖係主體性地表示在該氣化器之導熱管以外的構件之示意構成的部分縱向剖面圖。

第3圖係表示該氣化器之示意構成的橫向剖面圖。

第4圖係表示在該氣化器之焊接處之構造的放大剖面圖。

第5圖係表示在以往之氣化器之主要部的示意構成圖。

1．．．底板

1a、1b．．．插穿孔

1c．．．螺栓孔

2．．．本體外殼

2a．．．本體外殼的頂壁

2b．．．本體外殼的凸緣

2c．．．螺栓孔

3．．．導熱管

3a．．．導熱管的小徑部

3b．．．導熱管的中徑部

3c．．．導熱管的大徑部

3d、3e．．．異徑管接頭

Claims (9)

1. 一種氣化器，以熱媒將液化瓦斯加熱而使其氣化，該氣化器包含：熱媒容器，係可補充地收容熱媒；及螺旋狀的導熱管，係以從該熱媒容器的下部向上部延伸後再向下部折回的方式延伸；其中該熱媒容器係包含底板、及可拆裝地與該底板接合的本體外殼，且該導熱管的上端部係作成不固定，該導熱管的上游側端部與下游側端部僅固定於該底板，以使在該導熱管應氣化的液化瓦斯連續地流動並使其氣化。
2. 如申請專利範圍第1項之氣化器，其中該導熱管係內徑從其上游側至下游側逐段地變大。
3. 如申請專利範圍第2項之氣化器，其中該導熱管係內徑以其下游側之最粗部分的內徑截面積成為上游側之最細部分的內徑截面積之1.5倍~10倍之範圍的方式逐段地變大。
4. 如申請專利範圍第1項之氣化器，其中該導熱管的上游側端部與下游側端部係分別經由蓋對該底板受到支撐，該蓋係經由第1焊接部與該導熱管的上游側端部或下游側端部接合，而且經由第2焊接部與該底板接合。
5. 如申請專利範圍第4項之氣化器，其中該蓋係具有曲面狀的頂壁，該導熱管係貫穿該蓋的頂壁，該第l焊接部係以鈍角跨接的方式將該導熱管及該蓋的頂壁接合。
6. 如申請專利範圍第1項之氣化器，其中在該熱媒容 器，設置用以向其內部供給熱媒的熱媒導入噴嘴，該熱媒導入噴嘴的開口係沿著該熱媒容器之外周壁的圓周方向噴射熱媒。
7. 如申請專利範圍第1項之氣化器，其中在該熱媒容器，設置規定在其內部之熱媒之液面的熱媒溢流管，向該熱媒容器的外部排出越過該熱媒溢流管之上端開口而溢流的熱媒。
8. 如申請專利範圍第1項之氣化器，其中更具備用以檢測在該熱媒容器從該導熱管所洩漏之液化瓦斯的瓦斯洩漏檢測手段。
9. 如申請專利範圍第1項之氣化器，其中該液化瓦斯係液化天然瓦斯(LNG)，並由LNG衛星貯存設施所供給。