CN106017168A - 一种利用相变换热技术的lng汽化器及汽化方法 - Google Patents

一种利用相变换热技术的lng汽化器及汽化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用相变换热技术的LNG汽化器及汽化方法，所述汽化器包括具有第一换热介质换热腔的壳体，所述壳体相对应的两侧壁上，小于所述第一换热介质换热腔高度二分之一的上部侧壁上及小于所述第一换热介质换热腔高度二分之一的下部侧壁上分别开设有至少一排相对应的通孔，上部通孔中贯穿连接有一端连通有LNG进口，另一端连通有LNG出口的LNG换热管道，下部通孔中贯穿连接有一端连通有第二换热介质进口，另一端连通有第二换热介质出口的第二换热介质换热管道，其中所述的LNG换热管道和第二换热介质换热管道的外壁上沿轴向各自套装有若干垂直翅片。本发明解决了由于LNG温度过低而引起换热介质结冰导致汽化器汽化性能恶化的问题，且结构简单。

Description

一种利用相变换热技术的LNG汽化器及汽化方法
技术领域
本发明涉及一种汽化器，尤其是涉及一种利用相变换热技术的LNG汽化器及汽化方法，属于换热器技术领域。
背景技术
随着全球经济快速发展，全球石油资源紧缺及环境污染问题日益严重，使得燃烧性好、污染小的天然气消耗急剧增长，天然气常温下为气态，不便于贮存和长距离运输，因此一般先将其转变为-163℃的液化天然气(LNG)，再进行贮存和长距离运输。但在使用LNG之前，需要利用汽化装置将温度为-163℃的LNG提高至5℃左右的天然气(NG)。
目前，用于LNG汽化的汽化器主要包括以下类型：
(1)开架式汽化器，即LNG在该装置的传热管内流动，管外有海水喷淋装置喷淋海水于传热管，实现海水与LNG的热量交换；该装置结构简单，换热体积大，直接利用海水与LNG进行换热，但由于LNG在换热过程中换热温差较大，释放冷量较多，容易导致海水结冰，因此该装置汽化效率与稳定性并不能得到保障。
(2)具有中间传热介质的汽化器，即LNG与中间传热介质进行换热，中间传热介质与海水(或其他热源)进行换热，由于中间传热介质采用低凝固点的介质，保证了***运行的稳定；但由于需增加用于中间流动的装置，使得装置结构复杂。
(3)管壳式汽化器，该汽化器虽结构紧凑，但由于管壳式换热效率较低且热源流量较大，并不能保证LNG汽化的稳定进行。
申请号为200910307503.2的专利公开了一种制冷技术领域的组合热管换热器，该***主要由箱体、隔板、若干热管和热管固定结构组成，其中：箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口管路、液化天然气进口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制冷剂出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天然气出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并于隔板相垂直。本发明将换热流程划分为三个温区，根据每个温区工作温度的要求选取不同沸点的热管工质，用以避免因为工作温度过低而引起热管工质的凝固，该技术从理论上解决大温差下LNG汽化。但是由于换热器内的工作温度会随着LNG汽化量和制冷剂的流量变化产生巨大波动，导致理论上划分的温区被破坏，使得在该工作温区内的热管由于工质沸点的局限使其失效，无法进行热量传递，进而使换热器效率降低影响LNG的汽化。
申请号为201310120847.9的专利公开了一种小型液化天然气汽化器，其结构包括壳体，壳体上设置有LNG进口、NG出口、冷媒进口及冷媒出口，壳体内设置有与LNG进口相连接通的内管，其特征在于，内管外侧设置有套管，流经内管的液化天然气汽化生成天然气气体，天然气气体进入套管，作为中间介质运行于内管和套管形成的间隙内，并通过NG出口输出。但根据其所描述运行时是采用将通过绕管与冷媒换热温升后的NG作为中间冷媒用来再一次与LNG进行换热，由于LNG换热冷量释放大，在内管和套管形成的间隙内NG可能将会再一次被冷却为LNG，整个过程并不能满足LNG汽化的要求；若需满足LNG汽化要求该***在运行时必须要NG具有较高温度且NG的生成量与LNG的汽化量完全匹配。但如该专利所描述，实际操作中这两方面是互相制约的，若在LNG汽化需求较高时，该***由于LNG流量大，但NG在绕管得到热量不足以提供LNG的汽化，整个***将会无法运行，且若冷媒温度过低，保证不了NG的温度需求，该***也无法正常运行。而且在该发明中设置有套管，且采用绕管式换热器，设备较为庞大却无法达到相应的换热效率，因此本发明中所提冷能损失少以及换热效率高的说法值得商榷。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在的功能局限的缺陷，提供了一种利用相变换热技术的LNG汽化器及汽化方法。
本发明的汽化器壳体内保持真空状态并充入有第一换热介质作为工作介质。高温的第二换热介质流经第二换热介质换热管道时，与第一换热介质换热，使得第一换热介质汽化，由液态变成气态，在浮生力作用下运动到汽化器壳体上部，与LNG换热管道内的LNG进行换热，汽化后的第一换热介质吸收LNG由液态变成气态释放的大量冷量后，在LNG换热管道外壁面冷凝成液体，在重力作用下，重新回流到汽化器壳体下部，重新进行新的汽化冷凝过程，进而实现LNG汽化；通过利用第一换热介质的汽化冷凝过程解决了由于LNG温度过低而引起换热介质结冰导致汽化器汽化性能恶化的问题，且结构更加简单。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用相变换热技术的LNG汽化器，包括具有第一换热介质换热腔9的壳体4，所述壳体4相对应的两侧壁上，小于所述第一换热介质换热腔9高度二分之一的上部侧壁上及小于所述第一换热介质换热腔9高度二分之一的下部侧壁上分别开设有至少一排相对应的通孔，上部通孔中贯穿连接有一端连通有LNG进口1，另一端连通有LNG出口5的LNG换热管道2，下部通孔中贯穿连接有一端连通有第二换热介质进口6，另一端连通有第二换热介质出口8的第二换热介质换热管道7，其中所述的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7的外壁上沿轴向各自套装有若干垂直翅片3。
上述所述壳体4第一换热介质换热腔9内在压力为100-150Pa的条件下充入有浸没所述第二换热介质换热管道7且不超过腔体体积的1/2的第一换热介质。所述第一换热介质为低沸点工质。所述的低沸点工质为R22、乙二醇和丙烷中的任一种。
上述所述的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7的排列形式为交叉排列或顺排排列；所述的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7均为直通管道、螺旋或环形管道。
上述所述壳体4为长方体、正方体或椭圆体。
一种利用相变换热技术的LNG汽化器的汽化方法，具体是从第二换热介质进口6进入的高温的第二换热介质流经第二换热介质换热管道7与第一换热介质换热腔9中的第一换热介质换热，使得第一换热介质汽化蒸发，在浮生力作用下运动到第一换热介质换热腔9的上部，与LNG换热管道2内的LNG进行换热，汽化后的第一换热介质吸收LNG由液态变成气态释放出的大量冷量后，在LNG换热管道2外壁面冷凝成液体，在重力作用下，重新回流到第一换热介质换热腔9下部，重新进行新的汽化冷凝过程，进而实现LNG汽化。
与现有技术相比，本发明的优势特点为：
壳体4内保持真空状态并充有第一换热介质，使得第一换热介质沸点降低，增大传热推动力，强化换热效果；可灵活布置贯通于壳体4的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7，利用第一换热介质发生相变的方式实现蒸发与冷凝换热；在LNG换热管道2及第二换热介质换热管道7外壁上沿轴向各自套装有若干垂直翅片3用以使凝结液及时脱离，起到强化换热的目的；本发明与现有汽化器相比汽化效率提高30％以上以及结构尺寸减小50％，且结构更为简单，通过利用第一换热介质的汽化冷凝过程可解决由于LNG温度过低而引起换热介质结冰导致汽化器汽化性能恶化的问题。
附图说明：
图1为本发明专利的结构示意图，
图2为图1的A-A剖面图，
图3为图1的B-B剖面图，
图中：1、LNG进口；2、LNG换热管道；3、垂直翅片；4、壳体；5、NG出口；6、第二换热介质进口；7、第二换热介质换热管道；8、第二换热介质出口；9、第一换热介质换热腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不限于下述实施例，凡采用等同替换或等效变换形式获得的技术方案，均在本发明保护范围之内。
如附图1至图3所示，为本发明实施例的一种利用相变换热技术的LNG汽化器，包括具有第一换热介质换热腔9的壳体4，所述壳体4相对应的两侧壁上，小于所述第一换热介质换热腔9高度二分之一的上部侧壁上及小于所述第一换热介质换热腔9高度二分之一的下部侧壁上分别开设有两排，每排行5个相对应的通孔，上部10个通孔中分别贯穿连接有一端连通有LNG进口1，另一端连通有LNG出口5的LNG换热管道2，下部10个通孔中分别贯穿连接有一端连通有第二换热介质进口6，另一端连通有第二换热介质出口8的第二换热介质换热管道7，其中所述的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7的外壁上沿轴向各自套装有若干垂直翅片3。
本发明为保证汽化器换热高效性，上述所述壳体4第一换热介质换热腔9内在压力为100-150Pa的条件下充入有浸没所述第二换热介质换热管道7且不超过腔体体积的1/2的第一换热介质。所述第一换热介质为低沸点工质。所述的低沸点工质为R22、乙二醇和丙烷中的任一种。
上述所述的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7的排列形式为顺排排列；所述的LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7均为直通管道。
上述所述壳体4为长方体。所述LNG换热管道2和第二换热介质换热管道7以及LNG进口1和LNG出口5，第二换热介质进口6和第二换热介质出口8与壳体4的连接均为焊接连接
如附图1至图3所示，为本发明实施例的一种利用相变换热技术的LNG汽化器的汽化方法，具体是从第二换热介质进口6进入的高温的第二换热介质流经第二换热介质换热管道7与第一换热介质换热腔9中的第一换热介质换热，使得第一换热介质汽化蒸发，在浮生力作用下运动到第一换热介质换热腔9的上部，与LNG换热管道2内的LNG进行换热，汽化后的第一换热介质吸收LNG由液态变成气态释放出的大量冷量后，在LNG换热管道2外壁面冷凝成液体，在重力作用下，重新回流到第一换热介质换热腔9下部，重新进行新的汽化冷凝过程，进而实现LNG汽化。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用相变换热技术的LNG汽化器，包括具有第一换热介质换热腔(9)的壳体(4)，其特征在于：所述壳体(4)相对应的两侧壁上，小于所述第一换热介质换热腔(9)高度二分之一的上部侧壁上及小于所述第一换热介质换热腔(9)高度二分之一的下部侧壁上分别开设有至少一排相对应的通孔，上部通孔中贯穿连接有一端连通有LNG进口(1)，另一端连通有LNG出口(5)的LNG换热管道(2)，下部通孔中贯穿连接有一端连通有第二换热介质进口(6)，另一端连通有第二换热介质出口(8)的第二换热介质换热管道(7)，其中所述的LNG换热管道(2)和第二换热介质换热管道(7)的外壁上沿轴向各自套装有若干垂直翅片(3)。
2.根据权利要求1所述的利用相变换热技术的LNG汽化器，其特征在于：所述壳体(4)第一换热介质换热腔(9)内在压力为100-150Pa的条件下充入有浸没所述第二换热介质换热管道(7)且不超过腔体体积的1/2的第一换热介质。
3.根据权利要求2所述的利用相变换热技术的LNG汽化器，其特征在于：所述第一换热介质为低沸点工质。
4.根据权利要求3所述的利用相变换热技术的LNG汽化器，其特征在于：所述的低沸点工质为R22、乙二醇和丙烷中的任一种。
5.根据权利要求1所述的利用相变换热技术的LNG汽化器，其特征在于：所述的LNG换热管道(2)和第二换热介质换热管道(7)的排列形式为交叉排列或顺排排列；所述的LNG换热管道(2)和第二换热介质换热管道(7)均为直通管道、螺旋或环形管道。
6.根据权利要求1所述的利用相变换热技术的LNG汽化器，其特征在于：所述壳体(4)为长方体、正方体或椭圆体。
7.一种根据权利要求1-5任一项所述的利用相变换热技术的LNG汽化器的汽化方法，其特征在于：从第二换热介质进口(6)进入的高温的第二换热介质流经第二换热介质换热管道(7)与第一换热介质换热腔(9)中的第一换热介质换热，使得第一换热介质汽化蒸发，在浮生力作用下运动到第一换热介质换热腔(9)的上部，与LNG换热管道(2)内的LNG进行换热，汽化后的第一换热介质吸收LNG由液态变成气态释放出的大量冷量后，在LNG换热管道(2)外壁面冷凝成液体，在重力作用下，重新回流到第一换热介质换热腔(9)下部，重新进行新的汽化冷凝过程，进而实现LNG汽化。
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