CN106969258B - 一种集成式中间流体气化器 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种带膨胀机的集成式中间流体气化器，本发明包括中间流体循环路径以及天然气输送路径，所述中间流体循环路径包括沿中间流体流动方向顺次连接的冷凝器、循环泵、蒸发过热器以及中间流体膨胀器，所述天然气输送路径顺次经过所述冷凝器、蒸发过热器以及天然气膨胀器；所述循环泵用于中间流体增压，所述中间流体膨胀器用于中间流体减压，所述冷凝器利用中间流体将液化天然气加热气化，所述蒸发过热器利用热源流体将中间流体与天然气加热以实现所述中间流体气化以及天然气的再次升温，所述天然气膨胀器用于天然气降压。本发明能够减薄蒸发过热器内管板厚度，取消保温设施、减压阀等部件，并实现能量回收利用。

Description

一种集成式中间流体气化器
技术领域
本发明涉及中间流体气化器，具体是涉及一种带有膨胀机的集成式中间流体气化器。
背景技术
天然气是一种重要的清洁能源，通常需要在很高的压力条件下作为液态包含于容器或管道内进行储存和运输，这种液态的天然气称为液化天然气。液化天然气并不能直接作为燃料被工业或民用应用设备使用，在利用前需使用热源对其进行加热，使其变成气态的天然气，这一过程称为汽化或气化。能够实现液化天然气汽化的工业设备称为汽化器。
带中间流体的汽化器是一种典型的天然气汽化器类型。这种汽化器在热源和天然气之间引入中间流体，避免了热源和天然气之间直接进行热量交换，具有非常高效的汽化性能，传统带中间流体的气化器结构如图1所示，利用温度较高的流体(如海水)作为热源加热中间流体(如丙烷)，并通过中间流体加热液化天然气，其中中间流体封装在封闭容器内部；该封闭容器为汽化器主体的壳体空间。具体气化过程为：在该封闭容器底部换热器2内的热源将热量传输给液态中间流体2b，并使之变成气态中间流体2a，随后气态中间流体2a上升至该封闭容器上部，将热量传输给封闭容器上部换热器1内的天然气，完成天然气的气化过程；根据对产品天然气工艺要求的不同，通常还会再设置另一段换热空间，使气化后的天然气在壳程空间与换热管内的热源流体优先进行换热，使天然气温度进一步升高到满足要求，这一段换热空间称为过热器3。根据结构的不同，过热器3可以与汽化器主体连接为一体(如图1所示)，或单独作为一台换热器放置于汽化器主体之外(如图2所示)。
作为一种传统的带中间流体的汽化器，汽化器主体通常采用热源(如海水)、中间流体(如丙烷)与天然气三种介质在同一壳体空间内进行热量互相交换，使得过程涉及众多复杂的传热机理，增加了工艺设计和结构设计的双重难度；其过热器3壳程需要承受天然气、热源(如海水)间巨大的压力差，造成过热器3中管板厚度过大，既增加了金属成本，同时也存在密封、安全等方面的隐患；中间流体的操作温度一般低于零度，需要对气化器主体进行保温处理，增加了设备成本；过热器3出口的产品天然气由于压力很高，需经过减压阀减压才能进入管道，进一步增加了成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种带有膨胀机的集成式中间流体气化器。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种集成式中间流体气化器，包括中间流体循环路径以及天然气输送路径，所述中间流体循环路径包括沿中间流体流动方向顺次连接的冷凝器、循环泵、蒸发过热器以及中间流体膨胀器，所述天然气输送路径顺次经过所述冷凝器、蒸发过热器以及天然气膨胀器；所述循环泵用于中间流体增压，所述中间流体膨胀器用于中间流体减压，所述冷凝器利用中间流体将液化天然气加热气化，所述蒸发过热器利用热源流体将中间流体与天然气分别加热以实现所述中间流体气化以及天然气的再次升温，所述天然气膨胀器用于天然气降压。
进一步的，所述蒸发过热器内设有管程隔板，所述管程隔板将蒸发过热器壳体分为壳程壳体以及管程壳体，所述壳程壳体内设有与管程隔板平行且将壳程壳体分为天然气壳体以及中间流体壳体的壳程隔板，所述蒸发过热器内换热管束垂直贯穿所述壳程隔板与管程隔板且所述换热管束与所述管程壳体连通。
进一步的，所述中间流体膨胀器配合相应的动力设备实现中间流体能量的回收利用，所述天然气膨胀器配合相应的动力设备实现天然气能量的回收利用。
进一步的，所述天然气经天然气膨胀器降压后进入调温器，所述调温器用于将天然气温度调整至用户管网所需温度。
进一步的，所述天然气壳体上设有天然气入口、天然气出口，所述中间流体壳体上设有中间流体入口、中间流体出口，所述管程壳体上设有热源流体入口、热源流体出口。
进一步的，所述中间流体壳体靠近管程隔板，所述天然气壳体远离管程隔板。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所述中间流体自中间流体冷凝器内冷凝放热后形成低压中间流体，通过所述循环泵完成增压并形成高压中间流体，随后进入所述蒸发过热器吸收热源流体热量后完成蒸发变成气态，气态高压中间流体通过所述中间流体膨胀机对外输出能量，压力降低，进入所述冷凝器完成回路循环。传统的带中间流体气化器结构中，中间流体需要维持在较低的相变传热温度，因此需要额外的保温措。而在本发明中，中间流体需经过不同的传热阶段，其工作温度可以设置相对较高，因此对相关设备和管路无需保温处理，节省了设备运行投资。本发明结构易于设计，且运行安全性高。
(2)本发明所述蒸发过热器采用双隔板结构，具体为在蒸发过热器壳程内平行间隔布置壳程隔板和管程隔板，使设备沿换热管束轴向形成天然气壳体以及中间流体壳体，该蒸发过热器具备使热源流体对天然气、中间流体同时加热的功能。传统的带中间流体气化器结构中，往往采用过热器对天然气进行温度调节(见图1、图2)，高压的天然气走过热器壳程，由于天然气与热源流体之间巨大的压力差，导致过热器内位于壳程两端的管程隔板厚度需要很大。而在本发明中，由于双隔板的设置方式，且所述中间流体经过循环泵实现了增压，所述壳程隔板以及管程隔板的板体两侧流体的压差相应减小，基于压力差的设计方法使得位于蒸发过热器内壳程隔板以及管程隔板的厚度可大大降低，有效减轻了设备重量，并使得蒸发过热器内密封要求得到降低且安全性能得到提升，设备运行成本大大减少。
(3)本发明通过所述中间流体膨胀器在对中间流体降压的同时配合相应的动力设备可以实现中间流体能量的回收利用，所述天然气膨胀器在对天然气降压的同时配合相应的动力设备可以实现天然气能量的回收利用，即本发明具备能量回收利用的功能。
(4)本发明所述天然气经过天然气膨胀器降压后再通过调温器进行温度调整，即可直接进入用户管网，无需在气化天然气的输出管道上设置减压阀部件，设备运行成本进一步得到降低。
附图说明
图1为传统带中间流体气化器的结构示意图。
图2为传统带中间流体气化器的另一种布置示意图。
图3为本发明带膨胀机的集成式中间流体型气化器结构示意图。
图4为本发明带膨胀机的集成式中间流体型气化器另一种布置示意图。
图5为本发明采用的双管板蒸发过热器结构示意。
图1、2中附图标记的含义如下：
1/2-换热器；3-过热器；2a-气态中间流体；2b-液态中间流体。
图3、4、5中附图标记的含义如下：
1-蒸发过热器；1a-天然气壳体；1b-中间流体壳体；1c-管程壳体；11a-壳程隔板；11b-管程隔板；11c-换热管束；10/11-高压中间流体；2-中间流体膨胀机；3-冷凝器；30/31-低压中间流体；4-循环泵；5-天然气膨胀机；6-调温器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：
如图3-5所示：本发明包括中间流体循环路径以及天然气输送路径，所述中间流体循环路径包括沿中间流体流动方向顺次连接的冷凝器3、循环泵4、蒸发过热器1以及中间流体膨胀器2，所述天然气输送路径顺次经过所述冷凝器3、蒸发过热器1以及天然气膨胀器5；所述循环泵4用于中间流体增压，所述中间流体膨胀器2用于中间流体减压，所述冷凝器3利用中间流体将液化天然气加热气化，所述蒸发过热器1利用热源流体将中间流体与天然气加热以实现所述中间流体气化以及天然气的再次升温，所述天然气膨胀器5用于天然气降压。
所述蒸发过热器1内设有管程隔板11b，所述管程隔板11b将蒸发过热器1壳体分为壳程壳体以及管程壳体1c，所述壳程壳体内设有与管程隔板11b平行且将壳程壳体分为天然气壳体1a以及中间流体壳体1b的壳程隔板11a，所述蒸发过热器1内换热管束11c垂直贯穿所述壳程隔板11a与管程隔板11b且所述换热管束11c与所述管程壳体1c连通。所述蒸发过热器1在使用时：所述天然气壳体1a内天然气的压力P1大于所述中间流体壳体1b内中间流体压力P2，所述中间流体压力P2大于所述管程壳体1c内热源流体压力P3，从而使得所述壳程隔板11a以及管程隔板11b的板体两侧流体的压差相应减小，基于压力差的设计方法使得位于蒸发过热器1内壳程隔板11a以及管程隔板11b的厚度可大大降低，有效减轻了设备重量，并使得蒸发过热器1内密封要求得到降低且安全性能得到提升，设备运行成本大大减少。
所述中间流体膨胀器2配合相应的动力设备实现中间流体能量的回收利用，所述天然气膨胀器5配合相应的动力设备实现天然气能量的回收利用。
所述天然气经天然气膨胀器5降压后进入调温器6，所述调温器6用于将天然气温度调整至用户管网所需温度。
所述中间流体循环路径：所述中间流体循环路径包括低压部分和高压部分，所述中间流体在所述冷凝器3内冷凝放热，随后通过所述循环泵4完成增压形成高压中间流体，再进入所述蒸发过热器1吸收热源流体热量后完成蒸发，随后通过所述中间流体膨胀机2对外输出能量，压力降低并形成低压中间流体，之后进入所述冷凝器3完成回路循环。
所述热源输送路径：热源流体通过所述蒸发过热器1的换热管束11c与所述蒸发过热器1的天然气壳程1a内的天然气以及中间流体壳程1b内的高压中间流体进行热量交换。
所述天然气输送路径：所述天然气在所述冷凝器3管程吸热气化后进入蒸发过热器1，经所述蒸发过热器1进一步加热后的天然气经所述天然气膨胀机5对外能量输出后实现压力降低，经调温器6调节至合适温度进入用户管网，该输送路径中无需在气化天然气的输出管道上设置减压阀。

Claims (4)

1.一种集成式中间流体气化器，其特征在于：包括中间流体循环路径以及天然气输送路径，所述中间流体循环路径包括沿中间流体流动方向顺次连接的冷凝器(3)、循环泵(4)、蒸发过热器(1)以及中间流体膨胀器(2)，所述天然气输送路径顺次经过所述冷凝器(3)、蒸发过热器(1)以及天然气膨胀器(5)；所述循环泵(4)用于中间流体增压，所述中间流体膨胀器(2)用于中间流体减压，所述冷凝器(3)利用中间流体将液化天然气加热气化，所述蒸发过热器(1)利用热源流体将中间流体与天然气分别加热以实现所述中间流体气化以及天然气的再次升温，所述天然气膨胀器(5)用于天然气降压；
所述蒸发过热器(1)内设有管程隔板(11b)，所述管程隔板(11b)将蒸发过热器(1)壳体分为壳程壳体以及管程壳体(1c)，所述壳程壳体内设有与管程隔板(11b)平行且将壳程壳体分为天然气壳体(1a)以及中间流体壳体(1b)的壳程隔板(11a)，所述蒸发过热器(1)内换热管束(11c)垂直贯穿所述壳程隔板(11a)与管程隔板(11b)且所述换热管束(11c)与所述管程壳体(1c)连通；
所述中间流体壳体(1b)靠近管程隔板(11b)，所述天然气壳体(1a)远离管程隔板(11b)。
2.如权利要求1所述的集成式中间流体气化器，其特征在于：所述中间流体膨胀器(2)配合相应的动力设备实现中间流体能量的回收利用，所述天然气膨胀器(5)配合相应的动力设备实现天然气能量的回收利用。
3.如权利要求1所述的集成式中间流体气化器，其特征在于：所述天然气经天然气膨胀器(5)降压后进入调温器(6)，所述调温器(6)用于将天然气温度调整至用户管网所需温度。
4.如权利要求1所述的集成式中间流体气化器，其特征在于：所述天然气壳体(1a)上设有天然气入口、天然气出口，所述中间流体壳体(1b)上设有中间流体入口、中间流体出口，所述管程壳体(1c)上设有热源流体入口、热源流体出口。
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