一種防凍結(jié)的lng換熱裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置，該裝置為U形管式換熱器，所述裝置為U形管式換熱器，其特征在于，包括U形管、套管、管箱、縱向折流板、分程板和殼體。U形管由LNG氣化段和NG加熱段組成，LNG氣化段為套管結(jié)構(gòu)；NG加熱段為單管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)為低溫氣態(tài)天然氣流通通道。中間冷媒為C3C4混合物，利用C3C4混合物不斷的進(jìn)行氣液相變循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)LNG與常規(guī)換熱介質(zhì)高效地間接換熱過(guò)程。本實(shí)用新型換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、換熱效率高、運(yùn)行安全穩(wěn)定，且可有效的解決常規(guī)換熱介質(zhì)與LNG換熱時(shí)發(fā)生凍堵的問(wèn)題，C3C4混合物通過(guò)自身的沸騰和冷凝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)流動(dòng)，不需要額外的動(dòng)力設(shè)備,節(jié)約了設(shè)備成本和能耗。具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及液化天然氣的換熱氣化領(lǐng)域,具體涉及一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]自2006年我國(guó)沿海地區(qū)開(kāi)始進(jìn)口使用液化天然氣(簡(jiǎn)稱LNG)這一清潔能源以來(lái)，我國(guó)LNG市場(chǎng)迅速發(fā)展，2012年我國(guó)年LNG進(jìn)口量約一千五百萬(wàn)噸。在將LNG供給用戶之前需要經(jīng)過(guò)換熱升溫氣化轉(zhuǎn)換為氣態(tài)的天然氣(簡(jiǎn)稱NG)，由于LNG為_(kāi)162°C左右的低溫液體，一些常規(guī)的冷媒如鹽水、乙二醇水溶液和氨氣等凝固點(diǎn)較高，若與LNG換熱會(huì)由于產(chǎn)生局部過(guò)冷從而結(jié)冰，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)冰層有增厚的傾向，使換熱裝置的傳熱性能變差，LNG無(wú)法實(shí)現(xiàn)順利氣化，因此LNG換熱器是實(shí)現(xiàn)LNG氣化的關(guān)鍵設(shè)備。
[0003]目前LNG氣化設(shè)備有應(yīng)用在大型LNG接收站的海水開(kāi)架式氣化器和浸沒(méi)燃燒式氣化器以及應(yīng)用在LNG小型衛(wèi)星站的空溫式氣化器和水浴式氣化器。其中開(kāi)架式氣化器以水或海水為熱源將LNG升溫氣化，對(duì)海水清潔度要求高；浸沒(méi)燃燒式氣化器以消耗自身產(chǎn)生的天然氣為熱源將LNG升溫氣化，運(yùn)行成本較高；空溫式氣化器是直接以外界的空氣為熱源將LNG升溫氣化，在LNG衛(wèi)星站應(yīng)用空溫式氣化器會(huì)產(chǎn)生冷霧而影響站場(chǎng)的安全；水浴式氣化器是一種立式的特殊形式的管殼式氣化器，以水為熱源將LNG升溫氣化，故耗水量大。以上LNG換熱器除浸沒(méi)燃燒式氣化器外，都有管外冷媒結(jié)冰的可能，導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱效率下降，影響LNG氣化工段的正常運(yùn)行。
[0004]LNG冷能利用系統(tǒng)如利用液化天然氣冷能生產(chǎn)冷水,一般采用二級(jí)換熱即采用兩臺(tái)換熱器，LNG-中間冷媒換熱器和中間冷媒-冷水換熱器，來(lái)實(shí)現(xiàn)LNG的氣化和冷水的生產(chǎn)；但此方法因采用兩臺(tái)換熱器，設(shè)備投資大，設(shè)備的占地面積大、維護(hù)費(fèi)用增加，導(dǎo)致總成本較高。
[0005]上述現(xiàn)有技術(shù)均未涉及針對(duì)常規(guī)換熱介質(zhì)的防凍結(jié)的LNG換熱方法及裝置的設(shè)計(jì)。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種投資費(fèi)用低、操作靈活且可有效防止常規(guī)換熱介質(zhì)與LNG換熱發(fā)生凍結(jié)的換熱器，繼而拓寬可與LNG換熱的常規(guī)換熱介質(zhì)的種類范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置，即在LNG氣化段采用中間冷媒實(shí)現(xiàn)LNG與常規(guī)換熱介質(zhì)的間接換熱。本實(shí)用新型可有效的解決常規(guī)換熱介質(zhì)與LNG換熱時(shí)發(fā)生凝結(jié)的問(wèn)題，常規(guī)換熱介質(zhì)選擇余地大、成本低、換熱效率高、運(yùn)行安全穩(wěn)定。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置，所述裝置為U形管式換熱器，包括管箱和殼體，所述裝置還包括U形管、套管、縱向折流板和分程板，所述縱向折流板將殼體分為上、下相通的兩部分；分程板將管箱分為上、下兩部分，管箱下部設(shè)有LNG進(jìn)口，靠近LNG進(jìn)口的殼體外設(shè)有冷媒出口，管箱上部設(shè)有天然氣出口，靠近天然氣出口的殼體外設(shè)有冷媒進(jìn)口 ；管箱的上、下部通過(guò)U形管相連通；所述U形管由位于換熱器下部的LNG氣化段和位于換熱器上部的NG加熱段組成；所述U形管位于殼體下部的LNG氣化段外部套有套管。
[0009]上述裝置中，U形管為L(zhǎng)NG流通通道，LNG氣化段與套管之間的環(huán)隙內(nèi)填裝低凝固點(diǎn)的C3C4混合物；所述NG加熱段為單管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)為低溫氣態(tài)天然氣流通通道。
[0010]上述防凍結(jié)的LNG換熱裝置的工作過(guò)程具體包括以下步驟:
[0011](I)所述換熱裝置為U形管式換熱器，LNG走管程，換熱介質(zhì)走殼程，LNG由LNG進(jìn)口進(jìn)入管箱下部，再進(jìn)入U(xiǎn)形管，-162?-140°C的低溫LNG進(jìn)入U(xiǎn)形管，U形管的LNG氣化段與套管之間的環(huán)隙中中間冷媒換熱后升溫氣化為-7(T-50°C的氣態(tài)天然氣，進(jìn)入U(xiǎn)形管的NG加熱段與殼體的常規(guī)換熱介質(zhì)換熱后，升溫后進(jìn)入管箱上部，并由天然氣出口流出；所述中間冷媒凝固點(diǎn)小于_140°C ；
[0012](2)所述低凝固點(diǎn)的中間冷媒為丙烷丁烷混合物即C3C4混合物，C3C4混合物在所述環(huán)隙內(nèi)發(fā)生氣液相變，氣態(tài)C3C4混合物與U形管中LNG換熱后，降溫冷凝為液態(tài)C3C4混合物并滴落至所述環(huán)隙底部，再經(jīng)與殼程的高溫常規(guī)換熱介質(zhì)換熱后，升溫氣化為氣態(tài)C3C4混合物并升至所述環(huán)隙上部，再次與U形管的LNG換熱冷凝為液態(tài)C3C4混合物，如此不斷的進(jìn)行冷凝-氣化循環(huán)，將LNG的冷能傳遞給常規(guī)換熱介質(zhì)，發(fā)揮其作為中間冷媒的作用；常規(guī)換熱介質(zhì)由冷媒進(jìn)口進(jìn)入換熱器殼程，經(jīng)過(guò)在換熱器上部與氣態(tài)天然氣換熱和在換熱器下部與C3C4混合物換熱后，降溫至低溫狀態(tài)并流出換熱器。
[0013]優(yōu)選地，步驟(2)中當(dāng)常規(guī)換熱介質(zhì)為凝固點(diǎn)為(T-50°C的常規(guī)換熱介質(zhì)時(shí)，中間冷媒采用丙烷摩爾分?jǐn)?shù)為5(Γ100%的C3C4混合物。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、占地小、投資低、操控方便。本實(shí)用新型公開(kāi)的用于LNG氣化的無(wú)凍結(jié)換熱器，通過(guò)將LNG-中間冷媒換熱器和中間冷媒-常規(guī)換熱介質(zhì)換熱器有機(jī)的整合為一臺(tái)換熱器，減小了設(shè)備投資、設(shè)備占地面積及對(duì)設(shè)備的操作維護(hù)工作。
[0016]2、避免凝固凍堵現(xiàn)象。在LNG氣化段，低溫LNG與凝固點(diǎn)較低的C3C4混合物換熱，C3C4混合物再與常規(guī)換熱介質(zhì)換熱，實(shí)現(xiàn)LNG與常規(guī)換熱介質(zhì)的間接換熱，該過(guò)程可有效避免常規(guī)換熱介質(zhì)直接與LNG換熱可能造成的常規(guī)換熱介質(zhì)凍堵問(wèn)題。
[0017]3、換熱效率高、能耗低。利用C3C4混合物不斷的進(jìn)行氣液相變來(lái)實(shí)現(xiàn)LNG與常規(guī)換熱介質(zhì)高效地間接換熱過(guò)程，C3C4混合物因氣液相變潛熱大而換熱效率高，所需的C3C4混合物量少，節(jié)約換熱器空間；套管環(huán)隙空間內(nèi)C3C4混合物通過(guò)自身的沸騰和冷凝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)流動(dòng)，因此本實(shí)用新型不需要額外的動(dòng)力設(shè)備推動(dòng)C3C4的流動(dòng)，節(jié)約了設(shè)備成本和動(dòng)力消耗。
[0018]4、應(yīng)用前景廣闊。本實(shí)用新型控制方便、安全，各種LNG的換熱氣化設(shè)備，如空溫式氣化器、水浴式氣化器以及其它換熱介質(zhì)與LNG換熱的換熱設(shè)備，皆可很好地應(yīng)用本實(shí)用新型。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為一種防凍結(jié)的LNG換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中示出:U形管1、LNG氣化段2、NG加熱段3管箱4、LNG進(jìn)口 5、天然氣出口 6、 冷媒進(jìn)口 7、冷媒出口 8、分程板9、縱向折流板10、殼體11。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但【具體實(shí)施方式】并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍的限定。
[0022]參照?qǐng)D1所示的一種防凍結(jié)的LNG換熱方裝置，所述裝置為U形管式換熱器，包括U形管1、套管2、管箱4、縱向折流板10、分程板9和殼體3，所述縱向折流板10將殼體3分為上、下相通的兩部分；分程板9將管箱分為上、下兩部分，管箱2下部設(shè)有LNG進(jìn)口 5，靠近LNG進(jìn)口 5的殼體外設(shè)有冷媒出口 8，管箱4上部設(shè)有天然氣出口 6，靠近天然氣出口 6的殼體外設(shè)有冷媒進(jìn)口 7 ;管箱4的上、下部通過(guò)U形管I相連通；所述U形管I由位于換熱器下部的LNG氣化段11和位于換熱器上部的NG加熱段12組成；所述U形管I位于殼體下部的LNG氣化段外部設(shè)置有套管2。所述U形管I即LNG氣化段11內(nèi)為L(zhǎng)NG流通通道，套管2的環(huán)隙空間內(nèi)填裝低凝固點(diǎn)的C3C4混合物；NG加熱段12為單管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)為低溫氣態(tài)天然氣流通通道。
[0023]-162'140°C的低溫LNG進(jìn)入LNG氣化段11，經(jīng)LNG氣化段11的管壁與中間冷媒換熱后升溫氣化為-7(T-50°C的氣態(tài)天然氣，再進(jìn)入換熱器上部的NG加熱段11，與殼體3的高溫常規(guī)換熱介質(zhì)換熱后，升溫為較高溫度的氣態(tài)天然氣并流出換熱器，完成氣化過(guò)程。套管2環(huán)隙內(nèi)的中間冷媒優(yōu)選為C3C4混合物；氣態(tài)C3C4混合物在套管2的環(huán)隙內(nèi)與LNG氣化段11內(nèi)的LNG換熱后，降溫冷凝為液態(tài)C3C4混合物并滴落至環(huán)隙的底部，液態(tài)C3C4混合物再經(jīng)套管2外管管壁與殼體3的高溫常規(guī)換熱介質(zhì)換熱后，升溫氣化為氣態(tài)C3C4混合物，氣態(tài)C3C4混合物再與LNG氣化段11的LNG換熱冷凝為液態(tài)C3C4混合物，如此不斷的進(jìn)行冷凝-氣化循環(huán)。高溫常規(guī)換熱介質(zhì)進(jìn)入換熱器殼體3，經(jīng)過(guò)在換熱器上部與NG加熱段11的氣態(tài)天然氣換熱和在換熱器下部與套管2環(huán)隙內(nèi)的氣態(tài)C3C4混合物、液體C3C4混合物換熱后，降溫至低溫狀態(tài)并流出換熱器。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本實(shí)施例以2bar、-162°C、100kg/h 的 LNG 為氣化任務(wù)，2bar、25°C、950kg/h水為常規(guī)換熱介質(zhì)。2bar、-162°CU00kg/h LNG由LNG進(jìn)口 5進(jìn)入管箱4下部，再進(jìn)入換熱器下部的LNG氣化段11，-162°C的低溫LNG經(jīng)LNG氣化段11管壁與C3C4氣體換熱后升溫氣化為-70°C的氣態(tài)天然氣，再進(jìn)入換熱器上部的NG加熱段12與殼體3的2bar、25°C、950kg/h水換熱，升溫至-10°C進(jìn)入管箱4上部，并由天然氣出口 6流出，完成氣化過(guò)程；套管2環(huán)隙的C3C4混合物氣體與LNG氣化段11內(nèi)的LNG換熱降溫冷凝為C3C4混合物液體，并滴落至環(huán)隙的底部，再經(jīng)套管2的外管壁與殼體3的2bar、25°C、950kg/h水換熱，C3C4混合物液體升溫氣化為C3C4混合物氣體，并再次與LNG氣化段11內(nèi)的LNG換熱降溫冷凝為C3C4混合物液體，如此不斷的進(jìn)行冷凝-氣化循環(huán)；2bar、25°C、950kg/h水由常規(guī)換熱介質(zhì)進(jìn)口7進(jìn)入換熱器殼體3，經(jīng)過(guò)在換熱器上部與NG加熱段12內(nèi)的氣態(tài)天然氣換熱和在換熱器下部與套管2環(huán)隙內(nèi)的C3C4混合物液體、氣體換熱后，降溫至5°C并由常規(guī)換熱介質(zhì)出口 8流出換熱器，C3C4混合物的氣化、液化速率為180kg/h。水的冰點(diǎn)為0°C，直接與LNG換熱易結(jié)冰，而通過(guò)以上設(shè)置，可保證在LNG氣化段有處于氣化、液化平衡狀態(tài)的C3C4混合物作為中間冷媒與水換熱和在NG加熱段天然氣與水的溫度差已大大減小，故可以實(shí)現(xiàn)無(wú)凍結(jié)的LNG-水換熱過(guò)程。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本實(shí)施例以2bar、-162°C、100kg/h 的 LNG 為氣化任務(wù)，2bar、25°C、850kg/h 的 30%乙二醇水溶液為常規(guī)換熱介質(zhì)。2bar、-162°C、100kg/h LNG由LNG進(jìn)口 5進(jìn)入管箱4下部，再進(jìn)入換熱器下部的LNG氣化段11，-162 °C的低溫LNG經(jīng)LNG氣化段11管壁與C3C4氣體換熱后升溫氣化為_(kāi)70°C的氣態(tài)天然氣，再進(jìn)入換熱器上部的NG加熱段12與殼體3的2bar、25°C、850kg/h的30%乙二醇水溶液換熱，升溫至-10°C進(jìn)入管箱4上部，并由天然氣出口 6流出，完成氣化過(guò)程；套管2環(huán)隙的C3C4氣體與LNG氣化段11內(nèi)的LNG換熱降溫冷凝為C3C4液體，并滴落至環(huán)隙的底部，再經(jīng)套管2的外管壁與殼體3的2bar、25°C、850kg/h的30%乙二醇水溶液換熱，C3C4液體升溫氣化為C3C4氣體，并再次與LNG氣化段11內(nèi)的LNG換熱降溫冷凝為C3C4液體，如此不斷的進(jìn)行冷凝-氣化循環(huán)；2bar、25°C、850kg/h的30%乙二醇水溶液由常規(guī)換熱介質(zhì)進(jìn)口 7進(jìn)入換熱器殼體3，經(jīng)過(guò)在換熱器上部與NG加熱段12內(nèi)的氣態(tài)天然氣換熱和在換熱器下部與套管2環(huán)隙內(nèi)的C3C4混合物液體、氣體換熱后，降溫至_8°C并由常規(guī)換熱介質(zhì)出口 8流出換熱器。30%乙二醇水溶液的冰點(diǎn)約為-13°C，直接與LNG換熱易凝固，而通過(guò)以上設(shè)置，可保證在LNG氣化段有處于氣化、液化平衡狀態(tài)的C3C4混合物作為中間冷媒與30%乙二醇水溶液換熱和在NG加熱段天然氣與水的溫度差已大大減小，故可以實(shí)現(xiàn)無(wú)凍結(jié)的LNG-30%乙二醇水溶液的換熱過(guò)程。
[0028]本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置，所述裝置為U形管式換熱器，包括管箱和殼體，其特征在于，所述裝置還包括U形管、套管、縱向折流板和分程板，所述縱向折流板將殼體分為上、下相通的兩部分；分程板將管箱分為上、下兩部分，管箱下部設(shè)有LNG進(jìn)口，靠近LNG進(jìn)口的殼體外設(shè)有冷媒出口，管箱上部設(shè)有天然氣出口，靠近天然氣出口的殼體外設(shè)有冷媒進(jìn)口 ；管箱的上、下部通過(guò)U形管相連通；所述U形管由位于換熱器下部的LNG氣化段和位于換熱器上部的NG加熱段組成；所述U形管位于殼體下部的LNG氣化段外部套有套管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防凍結(jié)的LNG換熱裝置，其特征在于U形管為L(zhǎng)NG流通通道，LNG氣化段與套管之間的環(huán)隙內(nèi)填裝低凝固點(diǎn)的C3C4混合物；所述NG加熱段為單管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)為低溫氣態(tài)天然氣流通通道。
【文檔編號(hào)】F28F9/22GK204064064SQ201420490009
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】徐文東, 趙建河, 許歡歡, 潘季榮 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)