JP3946398B2 - 中間媒体式気化器及び当該気化器を用いた天然ガスの供給方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス(以下、LNGと称する。)等の低温液体をプロパン等の中間媒体を用いて加温・気化する中間媒体式気化器及び当該気化器を用いた天然ガスの供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、LNG等の低温液体をコンパクトな構造で連続気化する手段として、熱源流体に加えて中間媒体を用いる中間媒体式気化器が知られている(特開昭53−5207号公報)。
【0003】
その一例を図6に示す。同図はLNG用の中間媒体式気化器を示し、この気化器は、中間媒体蒸発器E1、LNG蒸発器E2、及び天然ガス(以下、NGと称する。)加温器E3を備えている。
【0004】
中間媒体蒸発器E1は、第1シェル101と、第1シェル101の一端側の出口室102と、第1シェル101の他端側の中間室103と、前記第1シェル101の下方にあって両室102,103の間の多数本の熱源管104とを備えてなる。第1シェル101内には、熱源流体である海水よりも沸点の低い中間媒体(例えばプロパン)105が収容されている。LNG蒸発器E2は、仕切り壁110で互いに仕切られた入口室111及び出口室112と、両室111,112を連通する多数本の伝熱管113とを備えている。各伝熱管113は略U字状をなし、前記第1シェル101内の上部に突き出ている。NG加温器E3は、前記中間室103に連設された第2シェル120と、入口室121と、両室103,121の間の熱源管122とを備えてなる。
【0005】
熱源流体(図例では海水)は、入口室121、多数本の熱源管122、中間室103、多数本の熱源管104、及び出口室102を順に流れ、熱源管122がNG加温器E3内に、熱源管104が中間媒体蒸発器E1内に、それぞれ設けられている。出口室112は、NG導管123を介して前記NG加温器E3の第2シェル120側に接続されている。
【0006】
このような気化器において、熱源流体である海水は、入口室121、熱源管122、中間室103、及び熱源管104を通って出口室102に至るが、熱源管104を通る海水は、中間媒体蒸発器E1内の液状の中間媒体105と熱交換して中間媒体105を蒸発させる。一方、気化対象であるLNGは、入口室111から伝熱管113に導入される。この伝熱管113内のLNGと中間媒体蒸発器E1内のガス状の中間媒体105との熱交換により、中間媒体105が凝縮するとともに、その凝縮熱を受けてLNGが伝熱管113内で蒸発し、NGとなる。このNGは、出口室112からNG導管123を通じてNG加温器E3内に導入され、このNG加温器E3内の熱源管122を流れる海水との熱交換によってさらに加熱された後、需要家に供給される。
【0007】
従って、この中間媒体式液化ガス気化器によれば、中間媒体105の蒸発及び凝縮の繰り返しによって、LNGを連続的に気化させることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来から使用されている中間媒体式気化器の熱源流体のほとんどが海水である。しかし、この中間媒体式気化器を使用する基地においても所により環境保全上、海水が使用できない場合、又は冷熱回収設備を付加する海水を使用せず、温水又はグリコール水等の熱媒を使用する場合がでてきた。
【0009】
従来の海水を熱源として使用する中間媒体式気化器は、海水の熱源として利用できる温度落差が5〜7°Cであるのに対して、海水を使用しない、例えば温水又はグリコール水等の熱媒を利用する中間媒体式気化器は比較的熱源の利用できる温度落差が20°C程度と大きくとれる。
【0010】
そのため、熱源流量が少なくて済む一方、中間媒体蒸発器E1内の熱源管104及びNG加温器E3内の熱源管122の管内流速が十分に取れず伝熱効率も悪くなる。この伝熱効率の低下を補うために、中間媒体式気化器が大きくなり、高価な熱交換器になってしまうことが判明した。
【0011】
管内流速を大きくするために、中間媒体蒸発器E1内の熱源管104及びNG加温器E3内の熱源管122の本数を少なくすることが考えられる。しかし、本数を少なくしたことによって、伝熱面積が減少するため、中間媒体蒸発器E1内の熱源管104及びNG加温器E3内の熱源管122を長くしなければならない。図6のように、中間媒体蒸発器E1とNG加温器E3を直列に繋いでいるため、長手方向に長い設置面積を必要とし、工場敷地内に於ける機器レイアウト計画上、しばしば制限され、自由なレイアウト設計ができず、広い据え付け用地を必要とする。
【0012】
本発明は係る事情に鑑み、温度落差を大きく取れる熱源流体を用い、全体をコンパクトにすることができる中間媒体式気化器、及び当該気化器を用いた天然ガスの供給方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、中間媒体が収容されるシェル内に、熱源媒体を液状の前記中間媒体と熱交換させて前記中間媒体を蒸発させる熱源管を設けてなる中間媒体蒸発器と、前記シェル内に、液化ガスと蒸発した前記中間媒体とを熱交換させて前記液化ガスを蒸発させる伝熱管を設けてなる液化ガス蒸発器と、を備えてなる中間媒体式気化器において、前記熱源管を2パス以上の直管で形成したものである。
この構成によれば、温度落差を大きく取れる熱源流体を用いて、熱源流量を少なくするとともも、中間媒体式気化器の熱源管を2パス以上にすることにより、管内流速を大きくして伝熱効率を上げ、更に伝熱面積も確保できるという、効率的でコンパクトな熱交換器とすることができる。また、2パス以上とするのに、Uチューブ方式ではなく、直管と折り返し管室の組み合わせ方式とすることにより、伝熱管束を少ない面積に配置でき、シェルの小型化ひいては機器の更なるコンパクト化が可能になる。
また、前記熱源管は、前記シェルの両端に設けられた管板の間に、2パス以上の偶数パスで折り返す直管の管束で形成すると、シェルの一端側に熱源流体の入口室と出口室を配置でき、シェルの他端側に折り返し管室を配置できるため、熱源流体の入出口が近接して配置できる。
【0014】
また、前記液化ガス蒸発器からのガスと前記中間媒体蒸発器に至る熱源流体とを熱交換させて前記ガスを加熱するガス加温器が更に備えられる場合、前記ガス加温器を、前記中間媒体蒸発器及び液化ガス蒸発器から独立した別置きにすることができる。
中間媒体蒸発器の熱源管を2パス以上とすることにより、ガス加温器の熱源管と直列にする必然性がなくなるため、ガス加温器を、前記中間媒体蒸発器及び液化ガス蒸発器から独立した別置きにすることができる。これにより、中間媒体蒸発器及び液化ガス蒸発器に共通のシェルの径及び長さの制限を受けることなく、ガス加温器のシェルの径及び長さを適宜設定でき、機器配置の自由計画が可能になる。
また、前記ガス加温器は、前記シェルの上に搭載されたものが好ましい。これにより、機器全体の設置面積の節減が可能になる。
【0015】
以上のように、本発明に係る中間媒体式気化器は、温度落差を大きく取れる熱源流体を用い、効率的且つコンパクトになるため、液化天然ガスを効率的に気化して天然ガスにし、この天然ガスを需要家に供給する方法に適用することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る中間媒体式気化器を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る中間媒体式気化器の要部を示す断面正面図であり、図2は、図1の2−2断面図であり、図3は、図1の3−3断面図である。
【0017】
図1に示す中間媒体式気化器は、温水又はグリコール水等の温度落差の大きな熱源流体を使用してLNGを気化するのに適したものであって、この気化器は、中間媒体蒸発器E1、LNG蒸発器E2、及びNG加温器E3を備えてなる。
【0018】
中間媒体蒸発器E1は、シェル1と、シェル1の下方に設けられた2パスの熱源管2と、シェル1の一端に設けられた熱源入口室3及び熱源出口室4と、シェル1の他端に設けられた折り返し室5とを備えてなる。
【0019】
熱源管2の両端は、シェル1の両端の管板7,8を貫く状態で固定されているため、熱源管2は直管に形成されている。図2に明瞭に示されるように、熱源管2は、第1パスを形成する第1管束11と第2パスを形成する第2管束12とからなる。第1管束11には熱源入口室3からの折り返し室5に熱源流体が流れ、第2管束12には折り返し室5から熱源出口室4に熱源流体が流れる。熱源管2は直管で形成されているため、第1管束11と第2管束12の間隔Lを最小にしてシェル1を小径にできる。熱源管2にUチューブを使うと、最小曲げ半径の関係上、間隔Lが大きくなり、シェル1が大きくなる。このシェル1内に中間媒体9が収容されており、熱源管2は液状の中間媒体9の中に位置している。図3に明瞭に示されるように、熱源入口室3と熱源出口室4とは仕切り壁6によって区画されている。
【0020】
LNG蒸発器E2は、中間媒体蒸発器E1を構成するものと同じシェル1と、仕切り壁21で互いに仕切られた入口室22及び出口室23と、両室22,23を連通する多数本の伝熱管24とを備えている。図2に明瞭に示されるように、伝熱管24は下側パス25と上側パス26とで略U字状をなし、前記シェル1内の上部に水平に突き出ている。この伝熱管24は、ガス状の中間媒体9の中に位置している。
【0021】
以上説明したように、中間媒体蒸発器E1のシェル1の中に、熱源流体を液状の中間媒体9と熱交換させて中間媒体9を蒸発させるための熱源管2と、LNGをガス状の中間媒体9と熱交換させて蒸発させるためのLNG蒸発器E2の伝熱管24の両方が設けられた構造になっている。
【0022】
NG加温器E3は、中間媒体蒸発器E1及び液化ガス蒸発器E2から独立した別置きにして設けられ、シェル31と、入口室32と、出口室33と、両室32,33の間の熱源管34とを備えてなる。液化ガス蒸発器E2の出口室23からのNGは、導管35を経てNG加温器E3のシェル31内に至る。NG加温器E3の出口室33からの熱源流体は、導管36を経て中間媒体蒸発器E1の熱源入口室3に至る。このNG加温器E3は、熱源流体との熱交換によりNGを加熱するものである。
【0023】
次に、前述した中間媒体式気化器を用いたLNGの気化方法を図1により説明する。温水又はグリコール水等の熱源流体は、NG加温器E3を経て、中間媒体蒸発器E1の熱源入口室3、第1管束11の熱源管2(図2参照)、折り返し室5、第2管束12の熱源管2(図2参照)を通って熱源出口室4に至るが、熱源管2を通る熱源流体は、中間媒体蒸発器E1内の液状の中間媒体9と熱交換して中間媒体9を蒸発させる。一方、気化対象であるLNGは、入口室22から伝熱管24に導入される。この伝熱管24内のLNGと中間媒体蒸発器E1内のガス状の中間媒体9との熱交換により、中間媒体9が凝縮するとともに、その凝縮熱を受けてLNGが伝熱管24内で蒸発し、NGとなる。このNGは、出口室21から導管35を通じてNG加温器E3のシェル31内に導入され、このNG加温器E3内の熱源管34を流れる熱源流体との熱交換によってさらに加熱された後、需要家に供給される。
【0024】
この中間媒体式気化器は、温水又はグリコール水等の熱源流体を用いるため、温度落差を大きく取ることができ、熱源流体を少なくして、気化設備のコンパクト設計を可能にする。また、熱源流体の流量が少なくなっても、中間媒体蒸発器E1の熱源管2を2パスとすることにより、1パスの本数を少なくして管内流速を適切に保ち、高い境膜伝熱係数を保った効率設計ができる。また、熱源管2を2パスとすることにより、伝熱面積も確保できるため、軸方向長さを抑えた気化器とすることが可能になる。また、熱源管2の2パス以上とするのに、Uチューブ式ではなく、直管と折り返し室の組み合わせを採用しているため、管束11,12を接近して配置することができ、管束11,12のコンパクト化ひいてはシェル1の小径化が可能になる。これらの相互作用により、中間媒体蒸発器E1及び液化ガス蒸発器E2が一体的に形成された気化器のコンパクト設計ひいてはコストダウンが実現できる。
【0025】
また、中間媒体蒸発器E1及びLNG蒸発器E2の共通のシェル1の小径化により、シェル1内の容積を少なくすることにより、中間媒体保有量を少なくできるので、ガス事業法上で規制される隔離距離の低減も可能になる。
【0026】
また、中間媒体蒸発器E1の熱源管2を直管と折り返し室の組み合わせ方式とすることにより、シェル1の両端の各室3,4,5を取り外して行う熱源管2内の検査及び保守が簡単に行うことができる。
【0027】
さらに、NG加温器E3を中間媒体蒸発器E1及びLNG蒸発器E2と切り離した独立した熱交換器とすることにより、NG加温器E3を中間媒体蒸発器E1に共通のシェル1の大きさに影響されない、自由な化工設計ができるようになり、NG加温器E3のコンパクト化も可能になる。また、NG加温器E3を中間媒体蒸発器E1及び液化ガス蒸発器E2との配置及び組み合わせが自由にできるようになる。例えば、図4のように、中間媒体蒸発器E1のシェル2とNG加温器E3のシェル31を並列に配置することができる。図5のように、中間媒体蒸発器E1のシェル2の上にNG加温器E3のシェル31を搭載することもできる。このような搭載方式にすると、気化器の設置面積の節減が可能になる。
【0028】
なお、本発明の実施形態は、図示のものに限られず、例えば次のような形態をとることができる。
(1)中間媒体式気化器を、中間媒体蒸発器E1及びLNG蒸発器E2だけで構成することができる。LNG蒸発器E2で気化されたNGの温度が0°C以上であれば、そのまま需要家に供給できる。
(2)中間媒体蒸発器E1の熱源管2を3パス、4パスと増やすことができる。この場合、シェル1の両端の各室に適宜の仕切り壁を設ける。4パス又は6パスのように偶数パスにすると、熱源管2の出口と入口をシェル1の一端に配置できるので、配管設計的に有利な場合がある。
(3)使用する熱源流体は、温水又はグリコール水に限られず種々の熱媒が使用可能である。
(4)使用する中間媒体は、プロパンに限られず種々の媒体が使用可能である。
(5)液化ガスとして液化天然ガスを気化することについて説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、液化エチレン、LO2 (液化酸素)、LN2 (液化窒素)等を気化するものにも適用できる。
【0029】
【発明の効果】
本発明の中間媒体式気化器によると、中間媒体蒸発器の熱源管を2パス以上の直管で形成するため、少ない流量で温度落差を大きく取れる熱源流体を熱源管内に流すとき、各熱源管内の流速を大きくし、境膜伝熱係数の低下を防ぐことができるとともに、熱源流体との伝熱面積を充分に確保することができ、熱源管による管束も近接配置することができ、効率的でコンパクトな気化器にすることができる。
また、ガス加熱器を、中間媒体蒸発器及び液化ガス蒸発器から独立させているので、中間媒体式気化器を構成する条件、例えば、設置面積に制約を受ける等に対応して、ガス加温器を適宜設置でき、自由な化工設計を行うことが可能となる。これにより、中間媒体式気化器の設置面積を最小化することができる。
さらに、本発明に係る中間媒体式気化器を用い、温度落差を大きく取れる熱源流体を使用すると、液化天然ガスを効率的に気化して天然ガスにし、この天然ガスを需要家に供給するすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る中間媒体式気化器の要部を示す断面正面図である。
【図2】図1の2−2断面図である。
【図3】図1の3−3断面図である。
【図4】本発明の中間媒体式気化器の各機器の配置例を示す正面図である。
【図5】本発明の中間媒体式気化器の各機器の配置例を示す正面図である。
【図6】従来の中間媒体式気化器の要部を示す断面正面図である
【符号の説明】
E 中間媒体式気化器
E1 中間媒体蒸発器
E2 LNG蒸発器(液化ガス蒸発器)
E3 NG加温器(ガス加温器)
1 シェル
2 熱源管
3 熱源入口
4 熱源出口
5 折り返し室
9 中間媒体
11 第1管束
12 第2管束
24 伝熱管
Claims (6)
- 中間媒体が収容されるシェル内に、熱源媒体を液状の前記中間媒体と熱交換させて前記中間媒体を蒸発させる熱源管を設けてなる中間媒体蒸発器と、前記シェル内に、液化ガスと蒸発した前記中間媒体とを熱交換させて前記液化ガスを蒸発させる伝熱管を設けてなる液化ガス蒸発器と、を備えてなる中間媒体式気化器において、
前記シェルは、当該シェルの一端に設けられた熱源入口室及び熱源出口室と、当該シェルの他端に設けられた折り返し室と、を取り外し可能に備えてなり、
前記熱源管は、前記熱源入口室から前記折り返し室に向かって熱源流体が流れる直管の束である第1管束と、前記折り返し室から前記熱源出口室に向かって熱源流体が流れる直管の束である第2管束と、を含む2以上の管束で形成されるとともに、
前記第1管束と前記第2管束とが接近して配置されていることを特徴とする中間媒体式気化器。 - 前記熱源媒体は、自己の供給温度と排出温度との間の温度落差を、海水を熱源として使用する場合に利用できる温度落差に対して大きくとれる熱源媒体であることを特徴とする請求項1に記載の中間媒体式気化器。
- 前記熱源管は、前記シェルの両端に設けられた管板の間に、2以上で且つ偶数の管束で形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の中間媒体式気化器。
- 前記液化ガス蒸発器からのガスと前記中間媒体蒸発器に至る熱源流体とを熱交換させて前記ガスを加熱するガス加温器が更に備えられ、前記ガス加温器を、前記中間媒体蒸発器及び液化ガス蒸発器から独立した別置きにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の少なくともいずれか1項に記載の中間媒体式気化器。
- 前記ガス加温器は、前記シェルの上に搭載されたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の少なくともいずれか1項に記載の中間媒体式気化器。
- 前記請求項1〜5のいずれか記載の中間媒体式気化器により液化天然ガスを気化して天然ガスにし、需要家に供給することを特徴とする中間媒体式気化器を用いた天然ガスの供給方法。
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