CN108368973A - 中间介质式气化器 - Google Patents

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Abstract

中间介质式气化器具备：利用第一热源介质与液态的中间介质之间的热交换，使中间介质的至少一部分蒸发的中间介质蒸发部；具有被导入具有6MPaG以上的压力的低温液化气体的传热管，通过让在中间介质蒸发部蒸发的中间介质冷凝，使传热管内的低温液化气体气化并使气体流出的液化气体气化部；以及利用第二热源介质加热从液化气体气化部流出的气体的加温器。第一热源介质是海水或大气，第二热源介质是蒸气或温水，加温器由微通道热交换器形成。

Description

中间介质式气化器
技术领域
本发明涉及一种中间介质式气化器。
背景技术
以往，如下述专利文献1所公开，作为将LNG(Liquefied Natural Gas)等低温液体气化的装置，已知有除了热源流体以外还使用中间介质的中间介质式气化器。专利文献1公开的中间介质式气化器如图5所示具备中间介质蒸发器81、LNG蒸发器82以及加温器83。
此外，气化器中依次设有作为热源流体的海水通过的路径的入口室85、多个传热管86、中间室87、多个传热管88以及出口室89。传热管86被配置在加温器83内，传热管88被配置在中间介质蒸发器81内。
在中间介质蒸发器81内收容有沸点低于海水的温度的中间介质(例如丙烷)M。
LNG蒸发器82具备入口室91和出口室92以及使两室91、92连通的多个传热管93。各传热管93呈大致U字状，并突出于中间介质蒸发器81内的上部。出口室92通过NG导管94连通于加温器83内。
在此种气化器中，作为热源流体的海水通过入口室85、传热管86、中间室87以及传热管88而到达出口室89，通过传热管88的海水与中间介质蒸发器81内的液态中间介质M热交换而使该中间介质M蒸发。
另一方面，作为气化对象的LNG从入口室91被导入到传热管93。利用该传热管93内的LNG与中间介质蒸发器81内的蒸发中间介质之间的热交换，该中间介质M冷凝，并且，接收该冷凝热而LNG在传热管93内蒸发，成为NG(Natural Gas)。该NG从出口室92通过NG导管94而被导入到加温器83内，利用与在该加温器83内的传热管86流动的海水之间的热交换而进一步被加热后，被供给到利用侧。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2000-227200号
发明内容
在专利文献1公开的中间介质式气化器中，加温器83具有多个传热管86。因此，使加温器83小型化是有限度的，必然，中间介质式气化器本身的小型化也是有限度的。尤其，在高压的LNG被导入到中间介质式气化器中的情况下，加温器83内的压力也变高，要求传热管86以及附带于传热管86的管板以及壳也具有耐压性，要实现与其相应的耐压性能，则小型化越来越困难。
对此，本发明鉴于所述以往技术而作出，其目的在于提供一种能够实现小型化的中间介质式气化器。
为了达到所述目的，作为本发明的一方面而提供的中间介质式气化器包括：中间介质蒸发部，利用第一热源介质与液态的中间介质之间的热交换，使所述中间介质的至少一部分蒸发；液化气体气化部，具有被导入具有6MPaG以上的压力的低温液化气体的传热管，通过让在所述中间介质蒸发部蒸发的中间介质冷凝，使所述传热管内的低温液化气体气化并使气体流出；以及加温器，利用第二热源介质加热从所述液化气体气化部流出的所述气体。所述第一热源介质是海水或大气，所述第二热源介质是蒸气或温水，所述加温器由微通道热交换器形成。
附图说明
图1是概略地表示第一实施方式所涉及的中间介质式气化器的结构的图。
图2是将设置在所述中间介质式气化器中的加温器的结构以剖切一部分的状态概略地表示的图。
图3是局部地放大表示设置在加温器中的层叠体的图。
图4是概略地表示第二实施方式所涉及的中间介质式气化器的结构的图。
图5是概略地表示以往的中间介质式气化器的结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明实施方式。
(第一实施方式)
如图1所示，第一实施方式所涉及的中间介质式气化器(以下，简称为气化器)10是通过中间介质M将作为第一热源介质的海水的热传递至作为低温液化气体的液化天然气体(LNG：Liquefied Natural Gas)，使LNG气化而获得气体的装置。另外，气化器10可作为使液化石油气(Liquefied Petroleum Gas)、液体氮(Liquid Nitrogen，LN2)等LNG以外的低温液化气体气化或加温的装置。
气化器10具备作为中间介质蒸发部的中间介质蒸发器E1、作为液化气体气化部的LNG蒸发器E2以及加温器E3。中间介质蒸发器E1和LNG蒸发器E2被设置在一个中空状壳体11中。
壳体11呈在水平方向上长的形状，其下部作为中间介质蒸发器E1的壳体部(第一壳体部)，上部作为LNG蒸发器E2的壳体部(第二壳体部)。
构成第一壳体部的一对侧壁中的其中之一侧壁与入口室(水室)14相邻接，另一个侧壁与出口室18相邻接。在中间介质蒸发器E1设有多个传热管20。传热管20被配置在壳体11内的空间的下部。传热管20架设在构成第一壳体部的互相相向的一对侧壁中作为与入口室14的分隔壁而发挥作用的第一侧壁11a与作为与出口室18的分隔壁而发挥作用的第二侧壁11b之间。该传热管20呈在一方向上以直线状延伸的形状，但是并不限定于该形状。
在入口室14连接有设有图略的泵等的导入管22，从大海打上来的海水通过导入管22被导入到入口室14内。即，被导入入口室14之前的海水不会被使用于加温NG(NaturalGas)。
在出口室18连接有排出海水的排出管24。出口室18内的海水通过排出管24被排出到外部。
在壳体11内收容有沸点低于海水的温度的中间介质(例如丙烷)M。中间介质M以液面位于所有的传热管(海水流动的传热管)20的上侧的程度被收容。
在出口室18的上方设有LNG的入口室32和导出NG的出口室34。入口室32以及出口室34邻接于第二侧壁11b的上侧的外侧。出口室34被形成为邻接于入口室32的上侧。在入口室32连接有用于导入LNG的供给管36。在出口室34连接有用于导出NG的导出管38。入口室32中被导入具有6MPaG(以表压为6MPa)以上的压力的LNG。
LNG蒸发器E2具备所述入口室32、所述出口室34以及使入口室32和出口室34连通的多个传热管40。各传热管40呈大致U字状，第一端部连接于入口室32，第二端部连接于出口室34。并且，传热管40被配置在壳体11内的传热管20的上方、即中间介质M的液面的上方。
在导出管38连接有加温器E3。NG通过导出管38被供给到加温器E3，在加温器E3被加热后供给到利用侧。
加温器E3由具备层叠体的微通道热交换器形成，该层叠体是图3所示的传热特性优异的多个金属板43、44被层叠而成的结构。具体而言，如图2及图3所示，在微通道热交换器中，是在端板45、45之间夹入金属板43、44的层叠体的结构，该层叠体为凹设有NG流动的多个流路(第一流路)43a的第一金属板43和凹设有作为第二热源介质的蒸气流动的多个流路(第二流路)44a的第二金属板44交替层叠的结构。并且，在各第一流路43a流动的NG与在各第二流路44a流动的蒸气之间进行热交换，NG被加热。形成在这些金属板43、44的流路具有例如0.2mm～3mm的流路宽度。另外，作为第二热源介质，可代替蒸气而使用温水。
在各第一流路43a中流动NG，在各第二流路44a中流动作为第二热源介质的水蒸气等蒸气。另外，第二热源介质只要是不同于第一热源介质(在本实施方式中为海水)的热源介质即可，例如可为温水。
在各第一流路43a连通有第一流入头47和第一流出头48，而且，在各第二流路44a连通有第二流入头49和第二流出头50。通过导出管38而被供给的NG通过第一流入头47而被分配到各第一流路43a，流过各第一流路43a的NG在第一流出头48汇流，并从加温器E3被导出。在第二流入头49连接有蒸气的供给管51。通过该供给管51被供给的蒸气通过第二流入头49而被分配到各第二流路44a，流过各第二流路44a的蒸气在第二流出头50汇流，并从加温器E3被导出。
在此，说明第一实施方式所涉及的气化器10的运转动作。
被贮存在壳体11内的下部的液态的中间介质M被通过入口室14而流入各传热管20内的海水加热而蒸发。即，在加热介质蒸发部E1，中间介质M被第一热源介质加热而蒸发。蒸发的中间介质M加热位于壳体11内的上部的传热管40。从供给管36通过入口室32流入传热管40内并在传热管40内流动的LNG被传热管40加热而蒸发，成为NG。另外，海水从传热管20流出，通过出口室18及排出管24而被排出到外部。
NG经由出口室34而在导出管38流动并被导入到加温器E3。在加温器E3，NG通过第一流入头47而分流到各第一流路43a。在各第一流路43a中流动的NG被在各第二流路44a中流动的蒸气加热，通过第一流出头48而从加温器E3被导出，并被供给到利用侧。
如以上说明，在本实施方式中，由于加温器E3由微通道热交换器形成，因此，与加温器由壳管式热交换器形成的情况相比较，能够实现加温器E3的小型化。
此外，还能够实现气化器10本身的小型化。尤其，在LNG蒸发器E2中被导入具有6MPaG(以表压为6MPa)以上的压力的LNG。即使在使此种高压的LNG气化的情况下，由于加温器E3由微通道热交换器形成，因此，无需如图5所示的以往的中间介质式气化器那样采取加厚加温器E3的传热管、管板以及壳的厚度来提高耐压性能的措施。
因此，尽管采用使高压的LNG气化的结构，也能防止加温器E3变得大型化。而且，伴随能够使加温器E3小型化，还能实现加温器E3的轻量化。
此外，由于加温器E3由微通道热交换器形成，因此，不像图5所示的中间介质式气化器的加温器E3那样具有外壳、管板，且传热管没有耐得住从外侧压缩的方向的高压的结构，因此，即使在加温器E3中被导入高压的气体的情况下，加温器E3也不会大型化。另外，在图5的结构中，不仅设备大型且大重量，而且，在海水低温期难以达到所需的NG出口温度。
此外，在本实施方式中，由于作为第二热源介质而使用蒸气，因此，与作为第二热源介质而使用海水或大气的情况相比较，能够提高在加温器E3的气体的加热性能。此外，即使在寒冷地区，也能够获得利用侧所要求的温度的气体。
此外，在本实施方式中，还有削减运转费用的效果。关于这一点，以下具体地说明。设本实施方式的结构的情况下所需的运转费用为A、第一热源介质也使用蒸气的全蒸气热源式气化器的情况下所需的运转费用为B，比较全年的运转费用。
气化器中的全气化热量(100％)中，在中间介质蒸发器E1与加温器E3的热负荷分配一般分别为约80％和约20％。在本实施方式中，将热负荷的80％用廉价的自然能源(海水)供应，剩下的20％的用高价的蒸气供应。另一方面，在全蒸气热源式气化器中，将热负荷的100％用高价的蒸气(燃料热效率的90％左右)供应。
所需的泵动力(电力)的能量效率为4KWh/t-LNG左右，因此，如果设电力单价为10￥/KWh，则为40￥/KWh，也就是说，气化LNG-1吨需要40日元。另一方面，蒸气(燃料费)的能量效率由于以燃料消费量为基准自消费约1.5％(设热效率为90％的情况)，因此，成为15Kg/t-LNG，此时，设包含气化成本的燃料气体单价为40000￥/t，则为600￥/t-LNG，也就是说，气化LNG-1吨需要600日元。
本实施方式所涉及的气化器10中，由于是中间介质蒸发器E1：80％、加温器E3：20％的热负荷分配，因此，运转费用A为40×0.8+600×0.5＝152￥/t-LNG。另一方面，全蒸气热源式气化器中的运转费用B由于是100％的蒸气热源，因此，为600￥/t-LNG。因此，运转费用明确为A＜＜B。
而且，从整年看，在本实施方式所涉及的气化器10中，夏天由于海水温度上升而中间介质蒸发器E1的热负荷变大，加温器E3的热负荷变小，其结果，运转费用A减少。相对于此，在全蒸气热源式气化器中，即使中间介质蒸发器E1中的热负荷变大，运转费用B也不会减少。
此外，在进行操作上不可避免的部分负荷运转的情况下，本实施方式的气化器10中，由于具有中间介质蒸发器E1的热负荷变大，加温器E3的热负荷变小的特性，因此，运转费用A减少超过部分负荷率。
相对于此，在全蒸气热源式加温器中，仍然为部分负荷率，运转费用B不会超过该部分负荷率而减少。由于海水温度变化以及部分负荷运转不可避免，因此，在整年的实际操作中，基于所述的相乘效应，整年的运转费用的差进一步扩大而成为A＜＜＜B。
(第二实施方式)
图4概略地表示第二实施方式所涉及的气化器10的结构。如图4所示，在第二实施方式中，与第一实施方式不同，作为第一热源介质使用大气。另外，在此，只说明与第一实施方式不同的结构及效果。
在第一实施方式中采用了中间介质蒸发器E1和LNG蒸发器E2被设置在共同的壳体11内的结构，而在第二实施方式中采用了中间介质蒸发器E1和LNG蒸发器E2独立形成的结构。
LNG蒸发器E2具备封入了中间介质M的壳体55和配设在该壳体55内并使LNG气化的传热管40。在壳体55设有导入LNG的入口室32和使NG流出的出口室34。在壳体55的下部设有积存中间介质M的液积存部55a。
在壳体55连接有中间介质M的循环路57。循环路57的一端部连接于壳体55中的液积存部55a的下面，并在壳体55的外侧延伸。该循环路57的另一端部连接于壳体55的上面部。在循环路57设有泵58，通过驱动泵58，被贮存在液积存部55a的中间介质M在循环路57流动。
在循环路57的中间部分连接有中间介质蒸发器E1的传热管20。因此，循环路57包含液态的中间介质M朝向传热管20而流动的液体管57a和在传热管20蒸发而气态的中间介质M朝向LNG蒸发部E2流动的气体管57b。
中间介质蒸发器E1是在被导入大气的热交换室60配设了传热管20的结构。在热交换室60的上侧设有送风机室61，通过驱动送风机62，大气经由送风机室61而流入热交换室60。在本实施方式中，采用了大气从上向下而流动的结构，但是可为大气从下向上流动的结构。此外，可采用省略送风机室61而送风机62被安装在热交换室60，大气直接被导入到热交换室60的结构。此外，也可为大气从热交换室60朝向送风机室61流动的结构。
在第二实施方式中，被贮存在壳体55内的液积存部55a的液态的中间介质M如果泵58被驱动，则在循环路57的液体管57a中流动，并被导入到中间介质蒸发器E1的传热管20。在传热管20，中间介质M被大气加热而蒸发，并在循环路57的气体管57b中流动。该气态的中间介质M被导入到LNG蒸发部E2的壳体55内，加热传热管40。据此，传热管40内的LNG气化而成为NG。NG通过导出管38被导入到加温器E3，利用蒸气被加热后供给到利用侧。
[实施方式的概括说明]
基于以上的第一实施方式以及所述第二实施方式，概括说明作为本发明的一方式而提供的中间介质式气化器。
作为本发明的一方面而提供的中间介质式气化器包括：中间介质蒸发部，利用第一热源介质与液态的中间介质之间的热交换，使所述中间介质的至少一部分蒸发；液化气体气化部，具有被导入具有6MPaG以上的压力的低温液化气体的传热管，通过让在所述中间介质蒸发部蒸发的中间介质冷凝，使所述传热管内的低温液化气体气化并使气体流出；以及加温器，利用第二热源介质加热从所述液化气体气化部流出的所述气体。所述第一热源介质是海水或大气，所述第二热源介质是蒸气或温水，所述加温器由微通道热交换器形成。
在该中间介质式气化器中，由于加温器由微通道热交换器形成，因此，与加温器由壳管式热交换器形成的情况相比较，能够实现加温器的小型化。
此外，在该中间介质式气化器本身也能实现小型化。尤其，在液化气体气化部中被导入具有6MPaG(以表压为6MPa)以上的压力的低温液化气体。即使在使此种高压的低温液化气体气化的情况下，由于加温器由微通道热交换器形成，因此，无需采取加厚传热管、管板以及壳的厚度来提高耐压性能的措施。
因此，尽管采用使高压的低温液化气体气化的结构，也能防止加温器大型化。
此外，伴随能够使加温器小型化，还能实现加温器的轻量化。此外，由于作为第二热源介质而使用蒸气或温水，因此，与作为第二热源介质而使用海水或大气的情况相比较，能够提高在加温器的气体的加热性能。
此外，即使在寒冷地区，也能够获得利用侧所要求的温度的气体。
在此，微通道热交换器是具备传热特性优异的多个金属板被层叠的结构的层叠体的热交换器。该层叠体为凹设有气体流动的流路的金属板和凹设有第二热源介质流动的流路的金属板交替被层叠的结构。形成在这些金属板的流路具有例如0.2mm～3mm的流路宽度。因此，即使在加温器中被导入高温的气体的情况下，无需将加温器重新设计为高耐压用的加温器，加温器不会大型化。
如以上说明，在所述中间介质式气化器中，能够实现小型化。

Claims (1)

1.一种中间介质式气化器，其特征在于包括：
中间介质蒸发部，利用第一热源介质与液态的中间介质之间的热交换，使所述中间介质的至少一部分蒸发；
液化气体气化部，具有被导入具有6MPaG以上的压力的低温液化气体的传热管，通过让在所述中间介质蒸发部蒸发的中间介质冷凝，使所述传热管内的低温液化气体气化并使气体流出；以及
加温器，利用第二热源介质加热从所述液化气体气化部流出的所述气体，其中，
所述第一热源介质是海水或大气，所述第二热源介质是蒸气或温水，
所述加温器由微通道热交换器形成。
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