用于加熱液化流的方法和設備的制作方法
【專利摘要】在一閉合回路中，熱傳遞流體從第一熱傳遞區(qū)域經由下導管循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域，第一熱傳遞區(qū)域、下導管和第二熱傳遞區(qū)域均布置在外部環(huán)境中。位于第一箱子內的第一熱傳遞區(qū)域包括第一熱傳遞表面，待加熱的液化流隔著該第一熱傳遞表面與熱傳遞流體進行第一間接熱交換接觸。熱傳遞流體被允許冷凝，熱傳遞流體的被冷凝部分的一部分被允許蓄積在第一箱子內，從而在第一箱子內以液相形成熱傳遞流體的液體層。液體從液體層被抽出，經過下導管流到第二熱傳遞區(qū)域中。第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，熱傳遞流體隔著該第二熱傳遞表面與外部環(huán)境進行第二間接熱交換接觸。
【專利說明】用于加熱液化流的方法和設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于加熱液化流的方法和設備。
[0002]本文中的液化流具有低于環(huán)境溫度的溫度。優(yōu)選地，液化流的溫度為液化流在小于2巴絕對壓力下的起泡點或更低，以致在該壓力下保持液相。需要加熱的工業(yè)中的液化流的例子是液化天然氣(LNG)。

【背景技術】
[0003]天然氣是有效的燃料源。但是，天然氣的開采通常離市場較遠的距離。在這種情況下，需要在天然氣流源處或附近的液化天然氣工廠來液化天然氣。液化天然氣形式的天然氣比氣態(tài)形式更容易儲存和長距離運輸，這是因為它占據(jù)了較小的體積，并且不需要高壓儲存。
[0004]液化天然氣在用作燃料之前通常被再氣化。為了使液化天然氣再氣化，可以對液化天然氣加熱。在加熱之前，液化天然氣通常被加壓以滿足用戶要求。根據(jù)供氣網規(guī)范或用戶需求，如果需要，也可以改變組成，例如添加一定量的氮和/或提取(:2_(；成分中的一些。然后將再氣化天然氣產物適當?shù)亟浻晒饩W出售給用戶。
[0005]專利申請公開US2010/0000233描述了一種用于加熱液化流的設備和方法。在該設備和方法中，熱傳遞流體以閉合回路在第一熱傳遞區(qū)域與第二熱傳遞區(qū)域之間循環(huán)，在第一熱傳遞區(qū)域中，熱量從熱傳遞流體傳遞給待加熱的液化流，在第二熱傳遞區(qū)域中，熱量從環(huán)境空氣傳遞給熱傳遞流體。熱傳遞流體在第一熱傳遞區(qū)域中被冷凝，并在第二熱傳遞區(qū)域中被加熱。熱傳遞流體利用施加于在閉合回路中循環(huán)的熱傳遞流體的重力循環(huán)。
[0006]專利申請公開US2006/0242969披露了另一種用于利用自然循環(huán)的中間致冷劑來氣化低溫液體的系統(tǒng)和方法。低溫液體流過第一熱交換器中的管束，所述管束豎直地布置在第一熱交換器內部。致冷劑從第二熱交換器經由制冷劑蒸氣入口和上升管進入第一熱交換器，所述上升管并排地向上橫穿第一熱交換器至用于低溫流體的管束。致冷劑蒸氣被排放至第一熱交換器頂部附近的用于致冷劑蒸氣的空間中。通過與管束中低溫流體的熱交換，致冷劑蒸氣被冷凝成中間液態(tài)致冷劑材料，由此使得中間液態(tài)致冷劑材料蓄積在第一熱交換器的底部，并流至第二熱交換器。
[0007]可以預測，熱傳遞流體的循環(huán)在US2010/0000233和US2006/0242969中所述的設備和方法正常運行時可能被破壞。


【發(fā)明內容】

[0008]依照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種加熱液化流的方法，其包括:
[0009]-使待加熱的液化流流過第一熱傳遞區(qū)域，所述第一熱傳遞區(qū)域包括采用裝有熱傳遞流體的殼體形式的第一箱子，所述液化流隔著布置在第一箱子內部的第一熱傳遞表面與熱傳遞流體進行間接熱交換接觸，由此熱量從熱傳遞流體傳遞給液化流，從而冷凝至少一部分熱傳遞流體以形成冷凝部分；
[0010]-允許所述冷凝部分中的一部分蓄積在第一箱子內，從而在第一箱子內形成熱傳遞流體的呈液相的液體層，其中，第一箱子內的熱傳遞流體的呈液相的液體層上方是一蒸氣區(qū)域，第一熱傳遞表面布置在第一箱子的蒸氣區(qū)域內；
[0011]-在一閉合回路中，使熱傳遞流體從第一箱子經由至少一下導管循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域并返回到第一熱傳遞區(qū)域，所有這些均布置在外部環(huán)境中；
[0012]其中，所述熱傳遞流體的循環(huán)包括:從第一箱子的液體層抽取液體，使來自呈液相的液體層的所述液體通過下導管流至第二熱傳遞區(qū)域，并使熱傳遞流體穿過第二熱傳遞區(qū)域流至第一熱傳遞區(qū)域，由此在第二熱傳遞區(qū)域中與外部環(huán)境間接熱交換，從而使熱量從外部環(huán)境傳給熱傳遞流體，并使熱傳遞流體氣化，其中，在沿重力方向處于液體層上方的位置處，第二熱傳遞區(qū)域向第一箱子的蒸氣區(qū)域中排放，其中，隨著熱傳遞流體從第二熱傳遞區(qū)域排入第一箱子，熱傳遞流體從第二熱傳遞區(qū)域流過一個或更多個上升管端件的開口端，所述一個或更多個上升管端件橫穿液體層至蒸氣區(qū)域中，由此，上升管端件的開口端在重力方向上低于第一熱交換表面定位。
[0013]依照本發(fā)明的第二個方面，提供了一種用于加熱液化流的設備，其包括用于循環(huán)熱傳遞流體的閉合回路，所述閉合回路包括第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管，第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管均布置在外部環(huán)境中，其中，第一熱傳遞區(qū)域包括采用裝有熱傳遞流體的殼體形式的第一箱子，其中，在第一箱子內部布置有第一熱傳遞表面，隔著所述第一熱傳遞表面，在待加熱的液化流與熱傳遞流體之間建立第一間接熱交換接觸，所述設備還包括在第一箱子內的熱傳遞流體的呈液相的液體層，其中，第一箱子內的熱傳遞流體的呈液相的液體層上方是一蒸氣區(qū)域，第一熱傳遞表面布置在第一箱子的蒸氣區(qū)域內，其中，第二熱傳遞區(qū)域沿重力方向低于第一熱傳遞區(qū)域定位，以及第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，熱傳遞流體隔著該第二熱傳遞表面與外部環(huán)境進行第二間接熱交換接觸，以及其中，下導管使第一熱傳遞區(qū)域與第二熱傳遞區(qū)域流體地連接，下導管與第一箱子之間的交界面的位置浸沒在第一箱子中的熱傳遞流體的液體層下，其中，第二熱傳遞區(qū)域包括流體地連接于第一熱傳遞區(qū)域的至少一個上升管，所述至少一個上升管包括流體地連接于所述上升管并橫穿液體層至蒸氣區(qū)域的上升管端件，其中，所述至少一個上升管的開口端在重力方向上低于第一熱交換表面定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面參照非限制性的附圖，僅通過例子對本發(fā)明加以說明，其中:
[0015]圖1表示體現(xiàn)本發(fā)明的加熱器的橫向截面；
[0016]圖2表示圖1中加熱器的縱向截面；
[0017]圖3表示體現(xiàn)本發(fā)明的加熱器的橫向截面。

【具體實施方式】
[0018]為便于描述，為管線以及該管線中載運的流分配單個參考數(shù)字。相同的參考數(shù)字標記類似的部件。本領域技術人員應很容易理解，雖然參照特征和方案中的一個或更多個特定組合對本發(fā)明加以說明，但是，這些特征和方案中的許多在功能上與其它特征和方案無關，這樣，它們可以等同地或類似地獨立應用于其它實施例或組合中。
[0019]概括來說，本發(fā)明公開了一種加熱液化流的方法，其包括:
[0020]-使待加熱的液化流流過第一熱傳遞區(qū)域，所述第一熱傳遞區(qū)域包括采用裝有熱傳遞流體的殼體形式的第一箱子，所述液化流隔著布置在第一箱子內部的第一熱傳遞表面與熱傳遞流體間接熱交換接觸，由此熱量從熱傳遞流體傳遞給液化流，從而冷凝至少一部分熱傳遞流體以形成冷凝部分；
[0021]-允許所述冷凝部分中的一部分蓄積在第一箱子內，從而在第一箱子內形成熱傳遞流體的呈液相的液體層；
[0022]-在一閉合回路中，使熱傳遞流體從第一箱子經由至少一下導管循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域并返回到第一熱傳遞區(qū)域，所有這些均布置在外部環(huán)境中；
[0023]其中，所述熱傳遞流體的循環(huán)包括:從第一箱子的液體層抽取液體，使來自呈液相的液體層的所述液體通過下導管流至第二熱傳遞區(qū)域，并使熱傳遞流體穿過第二熱傳遞區(qū)域流至第一熱傳遞區(qū)域，由此在第二熱傳遞區(qū)域中與外部環(huán)境間接熱交換，從而使熱量從外部環(huán)境傳給熱傳遞流體，并使熱傳遞流體氣化。
[0024]此外，概括來說，本發(fā)明還公開了一種用于加熱液化流的設備，其包括用于循環(huán)熱傳遞流體的閉合回路，所述閉合回路包括第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管，第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管均布置在外部環(huán)境中，其中，第一熱傳遞區(qū)域包括采用裝有熱傳遞流體的殼體形式的第一箱子，其中，在第一箱子內部布置有第一熱傳遞表面，隔著所述第一熱傳遞表面，在待加熱的液化流與熱傳遞流體之間建立第一間接熱交換接觸，其中，第二熱傳遞區(qū)域在重力方向上低于第一熱傳遞區(qū)域定位，以及第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，熱傳遞流體隔著該第二熱傳遞表面與外部環(huán)境進行第二間接熱交換接觸，以及其中，下導管使第一熱傳遞區(qū)域與第二熱傳遞區(qū)域流體地連接，該設備還包括在第一箱子內的熱傳遞流體的呈液相的液體層，下導管與第一箱子之間的交界面的位置浸沒在第一箱子中的熱傳遞流體的液體層下。
[0025]下面將描述進一步改善熱傳遞流體通過閉合回路的循環(huán)。應想到，熱傳遞流體的循環(huán)可能被熱傳遞流體的蒸氣穿過蒸氣返回上升管的回流妨礙。本發(fā)明提出在在重力方向上低于第一熱交換表面處布置上升管端件的開口端。由此可以避免氣化的熱傳遞流體的蒸氣比所需更長時間地限制在上升管端件中。通過進一步上升穿過第一熱傳遞區(qū)域的蒸氣區(qū)域，蒸氣可以到達第一熱交換表面，所述蒸氣區(qū)域中同樣布置有所述第一熱傳遞表面。蒸氣在蒸氣區(qū)域受到的流動阻力小于上升管端件內流動的流動阻力。上升管端件的開口端優(yōu)選位于第一箱子中熱傳遞流體的液體層的標稱液位上方。
[0026]還應想到，下導管中蒸氣的存在可能干擾熱傳遞流體在閉合循環(huán)中的循環(huán)。
[0027]在本發(fā)明提出的方法和設備中，只有來自由蓄積在第一箱子中的液相的熱傳遞流體構成的液體層的液體以液相穿過下導管流至第二熱傳遞區(qū)域。通過與待加熱的液化流間接熱交換而冷凝熱傳遞流體并允許所述熱傳遞流體的冷凝部分中的一部分蓄積在第一箱子中，形成所述液體層。
[0028]因為下導管與第一箱子之間的交界面的位置浸沒在第一箱子中的熱傳遞流體的液體層下，所以有效地阻止蒸氣從第一箱子進入下導管。因此，熱傳遞流體通過閉合回路的循環(huán)不會受到蒸氣從第一箱子流到下導管中的干擾。
[0029]特別地，避免蒸氣從第一箱子流入下導管以及降低對由第二熱傳遞區(qū)域中產生的蒸氣進入第一箱子的阻礙的組合，對提高熱傳遞流體的自然循環(huán)尤其有效。
[0030]已經發(fā)現(xiàn)，即使當下導管中產生的蒸氣量非常少時，熱傳遞流體穿過閉合回路的循環(huán)可能會被妨礙到根本不存在任何循環(huán)的程度。因此，優(yōu)選的是，下導管中不容許有和/
或產生蒸氣。
[0031]在優(yōu)選實施例中，下導管與外部環(huán)境熱絕緣，和/或來自液相的熱傳遞流體的液體層的液體穿過下導管與外部環(huán)境熱絕緣地向下流至第二熱傳遞區(qū)域。
[0032]由此，避免了向下穿過下導管輸送的熱傳遞流體的冷凝部分的氣化。因此，熱傳遞流體通過閉合回路的循環(huán)將不會受到下導管中生成的蒸氣的干擾。
[0033]對于絕緣程度沒有絕對的要求。由于下導管內部的熱傳遞流體與下導管外部之間的溫差(受例如環(huán)境空氣溫度和吸收太陽輻射影響)，建議絕緣程度足夠實現(xiàn)當熱傳遞流體流過下導管時泄漏到熱傳遞流體中的熱量將不會導致下導管內部的熱傳遞流體的任何氣化。所以絕緣程度取決于具體的設計構造(包括，例如，下導管的豎向高度，下導管中熱傳遞流體的停留時間，熱傳遞流體的組成，以及熱傳遞流體的實際工作壓力)，所述具體的設計構造可以隨設計的不同而不同。因而建議泄漏的熱量的影響應根據(jù)具體情況進行分析。但是，作為一個參考，熱阻值(R值)滿足0.3m2K/W或更高的絕緣是所建議的例子。
[0034]如果熱傳遞流體在第二熱傳遞區(qū)域中的所述氣化期間向上升，則對熱傳遞流體的循環(huán)更加有幫助，這是因為蒸氣將幫助向上驅動任何剩余的液體。優(yōu)選地，第二熱傳遞區(qū)域包括流體地連接于第一熱傳遞區(qū)域的至少一個上升管。
[0035]顯然，下導管和/或至少一個上升管可以適當?shù)鼐哂袌A形橫截面(橫向于它們各自的流動方向)。但是，如果需要，下導管或所述至少一個上升管二者中的一者或者兩者可采用非圓形的橫截面。
[0036]典型地，可以不使用泵，僅通過重力維持循環(huán)，尤其是在熱傳遞流體的冷凝發(fā)生在第一熱傳遞區(qū)域以及熱傳遞流體的氣化發(fā)生在第二熱傳遞區(qū)域的情況下。
[0037]在一組實施例中，下導管和第二熱傳遞區(qū)域經由分配集管相互流體連接，由此，第二熱傳遞區(qū)域包括流體地連接分配集管與第一熱傳遞區(qū)域的多個上升管。所述多個上升管可以優(yōu)選地布置成排以形成成排布置的上升管。離開下導管的冷凝部分可以分配至該多個上升管，在所述多個上述管中出現(xiàn)向上的上升。這是使暴露于外部環(huán)境以便在第二熱傳遞區(qū)域中實現(xiàn)間接熱交換的蓄積面積大于暴露于外部環(huán)境的下導管的面積的一個適合的實現(xiàn)方式。另一個方式可以添加到多個上升管上或者取代多個上升管，其應用熱接觸改進件，例如從至少一個上升管向外突出到外部環(huán)境中的翅片。
[0038]由于從外部環(huán)境到熱傳遞流體的熱傳遞速率高，第二熱傳遞區(qū)域中與下導管中熱交換面積之差進一步驅動了熱傳遞流體的循環(huán)，改善了第二熱傳遞區(qū)域中的氣化。
[0039]熱傳遞流體穿過閉合回路的循環(huán)在下述情況下受到妨礙:S卩，甚至在下導管中生成的蒸氣量非常少時，也可能被妨礙到根本沒有循環(huán)的程度。因此，優(yōu)選的是，下導管中根本不會生成和/或容許蒸氣。
[0040]優(yōu)選地，不但下導管，而且任選的分配集管也與外部環(huán)境熱絕緣。這進一步保證熱傳遞流體在流體進入第二熱傳遞區(qū)域內部之前、例如在上升管中不會出現(xiàn)氣化。
[0041]此外，分配集管優(yōu)選在重力方向上低于第二熱傳遞區(qū)域定位。由此，可以實現(xiàn)在至少一個上升管中生成的蒸氣不會進入下導管中，這是因為所述至少一個上升管中生成的任何蒸氣都預期向上流動。
[0042]一防渦器可以優(yōu)選設置在第一熱傳遞區(qū)域和下導管之間。這種防渦器可以有利于減少和/或避免冷凝的熱傳遞流體中的液體夾帶任何蒸氣到下導管中。
[0043]圖1和2中顯示了用于加熱液化流的設備的一個非限制性例子，其采用液化天然氣的加熱器的形式。該加熱器也可以用作液化天然氣的氣化器。圖1顯示了設備的橫向截面，圖2顯示了設備的縱向截面。
[0044]該設備包括第一熱傳遞區(qū)域10、第二熱傳遞區(qū)域20、下導管30和用于循環(huán)熱傳遞流體9的閉合回路5 (如箭頭5a、5b、5c所指示的)，所有這些均布置在外部環(huán)境100中。典型地，外部環(huán)境100由空氣構成。第一熱傳遞區(qū)域10、第二熱傳遞區(qū)域20和下導管30全部形成為閉合回路5的一部分。第二熱傳遞區(qū)域20可以包括至少一個上升管22，在這種情況下，熱傳遞流體9可以在所述至少一個上升管22內輸送，而外部環(huán)境與所述至少一個上升管22的外部相接觸。任選地，閉合回路5可以包括用于使下導管30和第二熱傳遞區(qū)域20相互流體地連接的分配集管40。這種分配集管40在第二熱傳遞區(qū)域20包括多個上升管22的情況下有用。至少一個上升管22或多個上升管22流體地連接于第一熱傳遞區(qū)域10。
[0045]任選的分配集管40優(yōu)選在重力方向上低于第二熱傳遞區(qū)域20定位。
[0046]第一熱傳遞區(qū)域10可以包括裝有熱傳遞流體9的第一箱子13，例如采用殼體的形式。第一熱傳遞區(qū)域10包括第一熱傳遞表面11，所述第一熱傳遞表面可以布置在第一箱子13內。第一箱子13的殼體可以是伸長體，例如為基本上圓柱形筒的形式，并在前端和后端上設置有適合的蓋子。適合的選擇是向外彎曲的殼體蓋子。殼體可以適當?shù)匮刂鬏S線A縱向伸展。
[0047]第一熱傳遞表面11起到使待加熱的液化流與熱傳遞流體9進行第一間接熱交換接觸的作用，熱傳遞流體9位于第一熱交換表面11的相對側上，該相對側是第一熱交換表面的背離待加熱的液化流的那一側。任選地，第一熱傳遞表面11可以由任選地布置在管束14中的一個或更多個管子12形成。在這樣的情況下，待加熱的液化流可以在所述一個或更多個管子12內輸送，而熱傳遞流體與所述一個或更多個管子12的外部相接觸。
[0048]類似于管殼式熱交換器，管子12可以單程布置，也可以多程布置，如有必要，可在前端和/或后端帶有任何適合的固定頭部。
[0049]第二熱傳遞區(qū)域20沿重量方向低于第一熱傳遞區(qū)域10布置。第二熱傳遞區(qū)域20包括第二熱傳遞表面21，熱傳遞流體9隔著該第二熱傳遞表面21與外部環(huán)境100進行第二間接熱交換接觸。如果第二熱傳遞表面21包括一個或更多個上升管22，則熱傳遞流體9可以在所述一個或更多個上升管22內輸送，同時外部環(huán)境與所述一個或更多個上升管22的外部相接觸。所述一個或更多個上升管22的外部可以方便地設置有熱傳遞改進件，例如面積擴大件。這可以采用翅片29、凹槽(未顯示)或其它合適手段的形式。請注意，翅片29可以存在于所有上升管22上，但是，為清楚起見，其只描繪在圖2的其中一個上升管22上。
[0050]下導管30流體地連接第一熱傳遞區(qū)域10和第二熱傳遞區(qū)域20。更詳細來說，下導管30具有允許熱傳遞流體從第一熱傳遞區(qū)域10流入下導管30的上游端和允許熱傳遞流體9從下導管30流向第二熱傳遞區(qū)域20的下游端。下導管30與外部環(huán)境100熱絕緣。這示意性地顯示在圖1中，在下導管30的外表面應用有絕緣層35。絕緣層35可以由任何適合的管道絕緣材料或導管絕緣材料形成和/或包括任何適合的管道絕緣材料或導管絕緣材料，并且可以任選地提供有對絕緣下腐蝕的保護措施。適合的絕緣層包括泡沫材料，優(yōu)選閉孔泡沫材料，以避免滲透冷凝。一個例子是任選地設置有Armachek-R(TM)包層的Armaf Iex (TM)管絕緣，兩者在市場上都可以從Armacell UK Ltd.獲得。Armachek-R(TM)是一種高密度橡膠基蓋子襯里。
[0051]風扇50 (—個或更多個)可以相對于第二熱傳遞區(qū)域20定位，以增強環(huán)境空氣沿著第二熱傳遞區(qū)域20的循環(huán)，如圖1中箭頭52所指示的。由此，可以提高第二間接熱交換接觸的熱傳遞速率。優(yōu)選地，風扇安放在布置成從風扇50到第二熱傳遞區(qū)域20引導環(huán)境空氣或反之亦然的空氣導管55中。在優(yōu)選實施例中，環(huán)境空氣大體上從第二熱傳遞區(qū)域20向下循環(huán)到空氣導管55中，然后到風扇50。
[0052]下導管30可以采取各種形式。例如，作為非限制性的例子，下導管可以包括公共區(qū)段31，所述公共區(qū)段流體地連接第一熱傳遞區(qū)域10與T形接頭23，在該T形接頭處，熱傳遞流體9被分成兩個支路32。兩個支路32均可連接于一個分配集管40，由此，這些分配集管中的每一個是獨立的，使得這些分配集管中的一個內部的熱傳遞流體9不能流向另一個分配集管，除非經由T形接頭23或經由第一熱傳遞區(qū)域10。T形接頭23沿重量方向可以低于第一箱子13定位。
[0053]閥33，例如采用蝶形閥的形式，可以任選地設置在下導管30中和/或下導管30的每個支路32中。其可以是手動操縱閥。利用該閥，可以調節(jié)熱傳遞流體穿過閉合循環(huán)(closed cycle)的循環(huán)；在下導管中的豎向差別較大的情況下，液體靜壓頭(static head)對起泡點(沸點)有顯著的影響，這可以通過閥建立摩擦壓降而抵消。
[0054]如果第一箱子13設置成沿著主軸線A伸展的伸長外殼的形式，則支路32可以適當?shù)貦M向于主軸線A的方向延伸。所述多個上升管中的上升管22可以布置成在平行于主軸線A的主方向上分布在分配集管40上。在這種情況下，每個分配集管40適當?shù)匾簿哂谢旧显谂c主軸線A相同的方向上的伸長形狀，在此情況下，上升管22可適當?shù)貥嬙煸谄叫杏谥鬏S線A的平面中。在尤其有利的實施例中，上升管在主方向以及在橫向于主方向延伸的橫向方向兩個方向上布置成二維圖案。
[0055]流體地連接選定的分配集管40與第一熱傳遞區(qū)域10的上升管22的數(shù)量大于流體地連接第一熱傳遞區(qū)域10與該同一分配集管40的下導管的數(shù)量(和/或單個下導管的分支數(shù)量)。例如，在一個例子中，在第一熱傳遞區(qū)域10與僅通過單個下導管30的單個支路32供給熱傳遞流體9的單個分配集管40之間布置有84個上升管22。所述多個上升管22可以適當?shù)夭贾梅殖蓛蓚€子集，第一個子集布置在連接分配集管40與第一熱傳遞區(qū)域10的下導管30 (或支路32)的一側，而第二子集布置在下導管30 (或支路32)的另一側。氣封57可位于下導管30 (或支路32)和在下導管30的任一側上的上升管22的每個子集之間，以避免空氣通過下導管30和上升管22的每個子集之間的間隙而繞過第二熱傳遞區(qū)域。
[0056]在正常操作期間，加熱器包括蓄積在第一熱傳遞區(qū)域10內的呈液相的熱傳遞流體9的液體層6。第一熱傳遞區(qū)域10內的呈液相的熱傳遞流體9的液體層6上方是蒸氣區(qū)域8。標稱液位7限定為加熱器正常運行期間液體層6和蒸氣區(qū)域8之間的交界面的水平。
[0057]第一熱交換表面11優(yōu)選布置在第一熱傳遞區(qū)域10的蒸氣區(qū)域8內、標稱液位7的上方。由此，待加熱的液化流與熱傳遞流體9之間的第一熱交換接觸中的熱傳遞可以最有效地受益于蒸氣區(qū)域8內獲得的熱傳遞流體9的冷凝熱。
[0058]第一熱傳遞區(qū)域10和下導管30之間的交界面可以由第一箱子13的殼體上的通孔形成。交界面優(yōu)選在重力方向上低于第一箱子13內的熱傳遞流體9的標稱液位7。
[0059]第二熱傳遞區(qū)域20優(yōu)選沿重力方向在標稱液位7上方的位置處向第一熱傳遞區(qū)域10排放。這樣，熱傳遞流體9可以從第二熱傳遞區(qū)域20循環(huán)回到第一熱傳遞區(qū)域10，同時繞過蓄積在第一箱子13中的熱交換流體9的液相層。如圖1和2所示，這可以通過流體地連接于上升管并在上升管22與第一熱傳遞區(qū)域10內部的在標稱液位7上方的蒸氣區(qū)域8之間延伸的上升管端件24實現(xiàn)，所述上升管端件24穿過液體層6。
[0060]上升管端件24的開口端沿重力方向低于第一熱交換表面11。由此可以避免氣化的熱傳遞流體的蒸氣比所需更長時間地限制在上升管端件24中。通過在第一熱傳遞區(qū)域10的蒸氣區(qū)域8中進一步上升，蒸氣可以到達第一熱交換表面11，在這里，其受到的流動阻力小于上升管端件24內的流動阻力。優(yōu)選地，上升管端件24的開口端沿重力方向位于標稱液位7上方。
[0061]任選地，可以設置一個或更多個液體分流裝置，以在運行期間保護上升管端件24受到由于熱交換流體9的冷凝而從第一熱交換表面11掉下來的影響。這種液體分流裝置可以以許多方式實施，其中一種方式是如圖1和2所示，采用布置在第一熱交換表面11 (例如，設置在管子12上)與上升管端件24的開口端之間的堰板25的形式。所示的堰板25平行于主軸線A布置并且從水平位置傾斜約30°，以朝著箱子13的縱向中心引導冷凝的熱傳遞流體9。其它配置也是可行的，例如豎直布置的堰板和/或上升管端件上的泡罩(類似于蒸餾塔板中所使用的泡罩)，在采用豎直堰板的情況下，第一熱交換表面位于所述堰板所處的豎直平面的一側，上升管端件位于豎直平面的另一側。也可以采用這些方式和/或其它方式的組合。
[0062]一防渦器60可以設置在下導管30的上游端，例如，在第一熱傳遞區(qū)域10和下導管30之間的交界面處或附近。在圖1和2的實施例中，防渦器60適當?shù)匚挥诘谝粺醾鬟f區(qū)域10和下導管30的公共區(qū)段31之間的交界面附近。防渦器是用于避免由于流入下導管30的液體中可能夾帶蒸氣而在液體層6中出現(xiàn)渦流漩渦的已知裝置。
[0063]雖然圖1和2中沒有這樣指示，但是，分配集管40可以與外部環(huán)境熱絕緣，例如以與下導管30同樣的方式熱絕緣。分配集管40的熱絕緣可以包括在分配集管40上的一層絕緣材料，優(yōu)選為與用于下導管30相同的絕緣材料。
[0064]作為一個例子，現(xiàn)在主要參照圖2，顯示了采用U形管束形式的雙程管束14。但是，本發(fā)明不局限于這種管束。該特定殼體的前端15上的端蓋設置有蓋子接管16，所述蓋子接管16包括頭部(head)凸緣17，頭部凸緣17上可以安裝任何類型的適合的、優(yōu)選固定的頭部和管板。一個或更多個分程隔板可以設置在用于多程管束的頭部中。典型地，單個分程隔板足以滿足雙程管束。本發(fā)明不局限于這種特定的蓋子接管16 ;例如，作為替代，可以選擇帶有固定管板的蓋子接管。適合的頭部為一體式機罩頭部或帶有可移除蓋子的頭部。管子可以通過一個或更多個橫向擋板或支撐板相互固定在相對位置上。第一箱子13內部的機械構造可以設置來支撐管束，例如采用位于管束下方的結構的形式。管端可以固定在管板上。
[0065]任選地，后端也可以設置有蓋子接管，這樣，代替U形管，同樣可以在后端設置管板。
[0066]盡管不是本發(fā)明的要求，但是，在上述的實施例中，下導管30的每個支路32具有經由連接彎頭部分38彼此流體地連接的橫向部分34和向下部分36。熱傳遞流體9從第一熱傳遞區(qū)域10到第二熱傳遞區(qū)域20在橫向部分34中的第一標稱流動方向(如箭頭5a所指示)比熱傳遞流體9從第一熱傳遞區(qū)域10到第二熱傳遞區(qū)域20在向下部分36中的第二標稱流動方向(后一標稱流動方向如箭頭5b所指示)豎直指向程度更低。優(yōu)選地，第一標稱方向(5a)偏離豎直方向在從60°到90°的范圍內，更優(yōu)選偏離豎直方向在從80°到90°的范圍之內。優(yōu)選地，第二標稱方向(5b)偏離豎直方向在從0°到30°的范圍內，更優(yōu)選偏離豎直方向在從0°到10°的范圍之內。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，熱交換流體9通過閉合回路的循環(huán)對下導管中蒸氣的存在的敏感性在30°到60°范圍之內的傾斜角下非常敏感。在意圖不受理論限制的情況下，在此應當明白，下導管中的壓力梯度在該傾斜范圍內對蒸氣的存在尤其敏感，由此二相流流態(tài)為分層波狀。
[0067]通過布置橫向部分34使得第一標稱流動方向(5a)偏離豎直方向在從60°到90°的范圍內，更優(yōu)選偏離豎直方向在從80°到90°的范圍之內，以及通過布置向下部分36使得第二標稱方向(5b)偏離豎直方向在從0°到30°的范圍內，更優(yōu)選偏離豎直方向在從O。到10°的范圍之內，能夠實現(xiàn)傾斜范圍在30°到60°之間的下導管30的所有部分的平均流動方向，除了在連接彎頭部分38內的較少持續(xù)時間外，不需要熱傳遞流體9以該傾斜范圍內的角度流過下導管30。在這樣的實施例中，連接彎頭部分38限定為下導管在橫向部分34與向下部分36之間的部分，在向下部分中，流動方向在30°到60°之間傾斜。
[0068]上升管22的第二熱傳遞表面21可以位于上升管22的大體上直的部分中。上升管22的大體上直的部分可以處于任意所希望的角度，包括傾斜范圍在30°和60°之間的角度。熱傳遞流體9沿著箭頭5c的方向在偏離豎直方向約30°的角度的上升管22的大體上直的部分中循環(huán)。下導管30的各個支路32在每個支路32的向下部分36上大致平行于上升管22延伸。
[0069]但是，在一組替換實施例中，下導管30中至少各個支路32的向下部分36定位成具有更加豎直的流動方向，例如偏離豎直方向小于30°的角度?，F(xiàn)在參照圖3，示意性顯示了這種替換實施例的一個例子的類似于圖1的橫截面。該替換實施例具有許多與上述相同的特征。突出的一個區(qū)別在于，熱傳遞流體9在各個支路32的向下部分36中的沿著箭頭5b的流動方向比熱傳遞流體9在上升管22的大體上直的部分中的沿著箭頭5c的流動方向更少地偏離豎直方向。優(yōu)選地，各個支路32的向下部分36中的沿著箭頭5b的流動方向從豎直方向偏離在約10°內。已經發(fā)現(xiàn)，這樣(即豎直或接近豎直地下流)定向的下導管支路32中的壓力梯度比定向在從豎直方向傾斜在10°到60°之間的角度的情況對生成的蒸氣更不敏感。
[0070]顯而易見，這些考慮因素可以任選地用作附加的保護，這是因為如果在下導管中生成的蒸氣或進入的蒸氣100%有效，下導管內部將典型地不存在兩相流。
[0071]當以水平面上的豎直投影觀察時，連接彎頭部分38優(yōu)選位于第一箱子13之外，而在該投影中，主軸線A可以位于第一箱子13內。通過這種構造，下導管30的向下部分36可以從第一箱子13水平地位移(當以所述投影觀察時)。所以，環(huán)境空氣(52)沿豎直方向的循環(huán)需要被第一箱子13較少地妨礙，第一熱傳遞區(qū)域10位于第一箱子13中，這是因為環(huán)境空氣可以沿豎直方向在連接彎頭38與第一箱子13之間循環(huán)。在這樣的實施例中，當以水平面上的投影觀察時，第二熱傳遞表面21優(yōu)選至少對于第二熱傳遞表面21的一部分，布置在連接彎頭38與第一箱子13之間的空間中。
[0072]如圖1所示，下導管的向下部分36平行于所述至少一個上升管22布置。本發(fā)明還包含其中下導管30的各個支路的向下部分布置在與上升管22相同的平面中的實施例。此外，代替具有接頭23和橫向部分34，每個下導管可以經由來自第一箱子的接管在與上升管相同的平面中的一位置處直接連接，使得下導管和上升管位于同一平面中，不需要橫向部分。這將允許具有兩個獨立的循環(huán)回路(左腿和右腿，每個帶有一獨立下導管)。
[0073]在運行時，依照上述任意實施例的設備適合于在加熱液化流的方法中使用。待加熱的液化流的首要例子是液化天然氣流。所形成的加熱流可以是再氣化天然氣流(通過加熱并氣化液化天然氣產生)并且可以經由天然氣供氣網的管網分配。
[0074]液化天然氣通常是甲烷為主具有包括戊烷的微量的較重的烴類(C5+)，以及可能具有包括例如氮氣、水、二氧化碳和/或氫硫化物的一物具有包括戊烷的微量的較重的烴類(C5+)，以及可能具有包括例如氮氣、水、二氧化碳和/或氫硫化物的一些非烴類組分(典型地低于2mol% )。液化天然氣的溫度低到足以在低于2bar的絕對壓強下使其保持液相的狀態(tài)。該混合物可以從天然氣中獲取。
[0075]用于實現(xiàn)液化天然氣的加熱的適合的熱傳遞流體是C02。熱傳遞流體9在閉合回路5中循環(huán)。在所述循環(huán)期間，熱傳遞流體9在第一熱傳遞區(qū)域10中進行從氣相到液相的第一次相變，在第二熱傳遞區(qū)域20中進行從液相到氣相的第二次相變。
[0076]依照一尤其優(yōu)選的實施例，熱傳遞流體包括至少90mol %的C02，更優(yōu)選地，其包括100mol%或約100mol%的C02。CO2用于加熱液化天然氣的一個重要優(yōu)點在于，如果用于熱傳遞流體9的閉合回路5中發(fā)生泄漏，0)2將在泄漏點凝固，從而減少、甚至堵塞泄漏點。此夕卜，如果0)2從閉合回路泄漏，不會產生可燃混合物。在范圍從30到35巴的壓力下，CO 2的沸點范圍在_5.8°C到-0.1°C。
[0077]在加熱液化流的方法中，待加熱的液化流流過第一熱傳遞區(qū)域10，與熱傳遞流體9進行間接熱交換接觸，由此，熱量從熱傳遞流體9傳遞給流過第一熱傳遞區(qū)域10的液化流。從而，熱傳遞流體9的至少一部分冷凝而形成冷凝部分。優(yōu)選地，待加熱的液化流與蒸氣區(qū)域8中的熱傳遞流體9的蒸氣之間進行間接熱交換。
[0078]適合地，待加熱的液化流被進給至任選的管束14中的一個或更多個管子12中。如果液化流處于高壓，其可能處于超臨界狀態(tài)下，在該超臨界狀態(tài)下，在加熱時不發(fā)生相變。在低于臨界壓力下，液化流流過第一熱傳遞區(qū)域10時可以保持低于其起泡點，或者在一個或更多個管子12中部分地或完全地氣化。第一熱交換表面11優(yōu)選布置在第一熱傳遞區(qū)域10的蒸氣區(qū)域8內、標稱液位7的上方。
[0079]優(yōu)選地，熱傳遞流體9的被冷凝部分被允許蓄積在第一熱傳遞區(qū)域10中，以形成熱傳遞流體9的液相的液體層6。冷凝部分可以從優(yōu)選高于標稱液位7的第一熱傳遞表面11落到液體層6中，可以經由液體分流裝置，例如經由其中一個堰板25落到液體層6中。
[0080]同時，存在于液體層6中的一部分液態(tài)熱交換流體9流入下導管30。其形成閉合回路5中熱傳遞流體9的循環(huán)的一部分。液相穿過下導管30向下流動并與外部環(huán)境熱絕緣，從第一熱傳遞區(qū)域10，經由下導管30流至第二熱傳遞區(qū)域20，然后回到第一熱傳遞區(qū)域10。熱傳遞流體穿過下導管30的流量或優(yōu)選通過下導管30的各個支路32的相對流量通過閥33調節(jié)。
[0081]在第二熱傳遞區(qū)域20中，熱傳遞流體9與外部環(huán)境間接熱交換，由此，熱量從外部環(huán)境傳送給熱傳遞流體9，熱傳遞流體9被氣化?？墒褂萌芜x的風扇50增強環(huán)境空氣沿著第二熱傳遞區(qū)域20的循環(huán)。環(huán)境空氣可以沿著向下的方向穿過第二熱傳遞區(qū)域20，如圖1中箭頭52所指示。
[0082]熱傳遞流體9優(yōu)選在第二熱傳遞區(qū)域20中的所述氣化期間向上升。該向上升可以在所述至少一個上升管22中進行，優(yōu)選在所述多個上升管22中進行。就后者來說，離開下導管30的冷凝部分優(yōu)選分布在多個上升管22上。
[0083]因為下導管30中的任何蒸氣都可能不利地影響熱傳遞流體9在閉合回路5內部的流動特性，所以下導管30內部優(yōu)選不生成任何蒸氣和/或不存在任何蒸氣。特別是在熱傳遞流體9穿過閉合回路5的循環(huán)僅僅通過重力驅動時，在下導管30中避免任何蒸氣是非常有利的。在熱傳遞流體9在閉合回路5中的所述循環(huán)的每個單程期間，液相的冷凝部分優(yōu)選從第一熱傳遞區(qū)域10經由防渦器60流至下導管30，這進一步有助于避免蒸氣進入下導管30。
[0084]本領域技術人員應當明白，本發(fā)明可以在不脫離附帶的權利要求書的范圍的情況下以許多不同的方式實施。
【權利要求】
1.一種加熱液化流的方法，其包括: -使待加熱的液化流流過第一熱傳遞區(qū)域，所述第一熱傳遞區(qū)域包括采用裝有熱傳遞流體的殼體形式的第一箱子，所述液化流隔著布置在第一箱子內部的第一熱傳遞表面與熱傳遞流體間接熱交換接觸，由此使得熱量從熱傳遞流體傳遞給液化流，從而冷凝至少一部分熱傳遞流體以形成冷凝部分； -允許所述冷凝部分中的一部分蓄積在第一箱子內，從而在第一箱子內以液相形成熱傳遞流體的液體層，其中，第一箱子內的熱傳遞流體的液相的液體層上方是一蒸氣區(qū)域，由此，第一熱傳遞表面布置在第一箱子的蒸氣區(qū)域內； -在一閉合回路中，使熱傳遞流體從第一箱子經由至少一下導管循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域并返回到第一熱傳遞區(qū)域，所述第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管均布置在外部環(huán)境中； 其中，所述熱傳遞流體的循環(huán)包括:從第一箱子的液體層抽取液體，使來自液相的液體層的所述液體通過下導管流至第二熱傳遞區(qū)域，并使熱傳遞流體穿過第二熱傳遞區(qū)域流至第一熱傳遞區(qū)域，由此在第二熱傳遞區(qū)域中與外部環(huán)境間接熱交換，從而使熱量從外部環(huán)境傳給熱傳遞流體，并使熱傳遞流體氣化，其中，第二熱傳遞區(qū)域沿重力方向在液體層上方的位置處向第一箱子的蒸氣區(qū)域中排放，其中，隨著熱傳遞流體從第二熱傳遞區(qū)域排放到第一箱子中，熱傳遞流體從第二熱傳遞區(qū)域流過一個或更多個上升管端件的開口端，所述一個或更多個上升管端件穿過液體層至蒸氣區(qū)域中，由此，上升管端件的開口端在重力方向上低于第一熱交換表面定位。
2.如權利要求1所述的方法，其中，沒有蒸氣從第一箱子進入下導管。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，維持蓄積在第一箱子內部的熱傳遞流體的液體層在標稱液位。
4.如權利要求3所述的方法，其中，第一熱傳遞區(qū)域和下導管之間的交界面可以由第一箱子的殼體上的通孔形成，其中，該交界面在重力方向上低于標稱液位。
5.如權利要求3或4所述的方法，其中，上升管端件的開口端位于標稱液位的上方。
6.如前述任一權利要求所述的方法，其中，來自液相的液體層的所述液體與外部環(huán)境熱絕緣地穿過下導管向下流至第二熱傳遞區(qū)域。
7.如前述任一權利要求所述的方法，其中，熱傳遞流體在閉合回路中的所述循環(huán)的每個單程包括:液相的冷凝部分從第一箱子經由防渦器流至下導管。
8.如前述任一權利要求所述的方法，其中，待加熱的液化流包括液化天然氣，以及其中，通過加熱、并由此氣化所述液化天然氣而生成再氣化天然氣流。
9.如前述任一權利要求所述的方法，還包括，遮擋上升管端件而使其不會受到從第一熱交換表面落下的冷凝的熱交換流體的影響。
10.一種用于加熱液化流的設備，其包括用于循環(huán)熱傳遞流體的閉合回路，所述閉合回路包括第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管，第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域和下導管均布置在外部環(huán)境中，其中，第一熱傳遞區(qū)域包括采用裝有熱傳遞流體的殼體形式的第一箱子，其中，在第一箱子內部布置有第一熱傳遞表面，隔著所述第一熱傳遞表面，在待加熱的液化流與熱傳遞流體之間建立第一間接熱交換接觸，所述設備還包括在第一箱子內的熱傳遞流體的液相的液體層，其中，第一箱子內的熱傳遞流體的液相的液體層上方是一蒸氣區(qū)域，由此，第一熱傳遞表面布置在第一箱子的蒸氣區(qū)域內，其中，第二熱傳遞區(qū)域在重力方向上低于第一熱傳遞區(qū)域，以及第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，熱傳遞流體隔著該第二熱傳遞表面與外部環(huán)境進行第二間接熱交換接觸，以及其中，下導管流體地連接第一熱傳遞區(qū)域和第二熱傳遞區(qū)域，由此，下導管與第一箱子之間的交界面的位置浸沒在第一箱子中的熱傳遞流體的液體層下，其中，第二熱傳遞區(qū)域包括流體地連接于第一熱傳遞區(qū)域的至少一個上升管，所述至少一個上升管包括流體地連接于上升管并穿過液體層至蒸氣區(qū)域中的上升管端件，其中，所述至少一個上升管的開口端在重力方向上低于第一熱交換表面定位。
11.如權利要求10所述的設備，其中，所述開口端位于蒸氣區(qū)域內。
12.如權利要求10或11所述的設備，還包括蓄積在第一箱子內部的熱傳遞流體的液體層的標稱液位，其中，第一熱傳遞區(qū)域和下導管之間的交界面可以由第一箱子的殼體上的通孔形成，其中，所述交界面在重力方向上低于所述標稱液位和/或所述至少一個上升管的開口端位于所述標稱液位的上方。
13.如權利要求10-12中任一所述的設備，其中，下導管與外部環(huán)境熱絕緣。
14.如權利要求10-13中任一所述的設備，其中，下導管具有允許熱傳遞流體從第一熱傳遞區(qū)域流入下導管的上游端和允許熱傳遞流體從下導管流向第二熱傳遞區(qū)域的下游端，其中，一防渦器設置在下導管的所述上游端。
15.如權利要求10-14中任一所述的設備，還包括布置在熱交換表面與所述至少一個上升管端件的開口端之間的一個或更多個液體分流裝置。
【文檔編號】F28D15/02GK104508348SQ201380039792
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年6月12日 優(yōu)先權日:2012年6月12日
【發(fā)明者】R·肯普斯, R·蘭辛克, G·M·P·珀金斯, L·J·A·佐特邁耶 申請人:國際殼牌研究有限公司