專利名稱：在利用環(huán)境空氣將低溫液體連續(xù)再氣化期間的間歇除冰的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的方法和設(shè)備，其將環(huán)境空氣 作為用于氣化的第一熱源并且其能夠連續(xù)運(yùn)行。本發(fā)明特別但非排他地涉及一種利用環(huán)境 空氣作為蒸發(fā)的第一熱源用以將LNG再氣化成天然氣的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
天然氣是最清潔的燃燒礦物燃料，因?yàn)樗让夯蚴彤a(chǎn)生更少的排放物和污染 物。天然氣(“NG”)通常以其液態(tài)即“液化天然氣”(“LNG”)從一個(gè)地方被運(yùn)輸?shù)搅硪?個(gè)地方。天然氣的液化使其運(yùn)輸更加經(jīng)濟(jì)，因?yàn)長NG僅占用相同量天然氣在其氣態(tài)狀態(tài)下 體積的約l/600th。將LNG從一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地方最通常利用具有低溫存儲(chǔ)能力的 雙層_殼體遠(yuǎn)洋船舶實(shí)現(xiàn)，其被稱為“LNGCs”。LNG通常存儲(chǔ)在LNGC船上的低溫貯罐內(nèi)， 貯罐在大氣壓或略高于大氣壓的條件下工作?，F(xiàn)有LNGCs的大多數(shù)都具有120，000m3 150，000m3范圍的LNG載貨存儲(chǔ)容量，一些LNGCs的存儲(chǔ)容量高達(dá)264，000m3。LNG通常在分配給最終用戶之前被再氣化成天然氣，所述分配以滿足最終用戶輸 送需求的溫度和壓力通過管道或其他的分配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。LNG的再氣化最通常通過將LNG的 溫度升高到特定壓力下LNG的沸點(diǎn)以上來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于LNGC通常在位于一個(gè)國家的“出口碼 頭”處裝載其LNG貨物，并然后橫渡大海將其貨物輸送到位于另一國家的“進(jìn)口碼頭”。一 旦到達(dá)進(jìn)口碼頭之后，LNGC通常?？吭诖a頭或防波提處，并且將液態(tài)LNG卸下到位于進(jìn)口 碼頭的陸上存儲(chǔ)和再氣化設(shè)備。陸上再氣化設(shè)備通常包括多個(gè)加熱器或蒸發(fā)器、泵和壓縮 機(jī)。這種陸上存儲(chǔ)和再氣化設(shè)備通常體積較大且固定建筑物成本巨大，并且操作這種設(shè)備 是很重要的。最近，公眾對(duì)于建造陸上再氣化設(shè)備的成本和主權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注導(dǎo)致建造近海再氣 化終端，它們遠(yuǎn)離居民區(qū)域和陸上活動(dòng)范圍。已經(jīng)提出了多種具有不同結(jié)構(gòu)和聯(lián)合體的近 海終端。例如，美國專利6，089，022描述了一種系統(tǒng)和一種方法，用于在再蒸發(fā)的天然氣被 輸送上岸用于運(yùn)輸至陸上設(shè)備之前將LNG在運(yùn)輸船上再氣化。LNG利用取自運(yùn)輸船周圍水 體的海水進(jìn)行再氣化，所述海水流過一個(gè)再氣化設(shè)備，該再氣化設(shè)備裝設(shè)在運(yùn)輸船上并因 此隨著運(yùn)輸船一道從出口碼頭航行到進(jìn)口碼頭。海水與LNG進(jìn)行熱交換，以將LNG蒸發(fā)成 天然氣，并且冷卻的海水回到運(yùn)輸船周圍的水體中。對(duì)于LNG的蒸發(fā)，海水是廉價(jià)的中間流 體源，但由于環(huán)境因素的考慮不再具有吸引力，具體地是因?yàn)閷⒗鋮s海水返回到海洋環(huán)境 中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。LNG的再氣化通常利用以下三種類型蒸發(fā)器中的一種敞開型、中間流體型或浸 沒燃燒型。敞開型蒸發(fā)器通常利用海水作為用于LNG蒸發(fā)的熱源。這些蒸發(fā)器利用在加熱器 外側(cè)上一次_通過的海水作為用于蒸發(fā)的熱源。它們不會(huì)由于水結(jié)冰而堵塞，易于操作和 維護(hù)，但它們建造起來很昂貴。在日本它們被廣泛使用。它們?cè)诿绹蜌W洲的使用受限制， 并且從經(jīng)濟(jì)上由于幾個(gè)原因也難于證明其合適。首先因?yàn)閷?duì)于海洋生物的環(huán)境的擔(dān)憂，現(xiàn)有的許可環(huán)境不允許將非常低溫的海水返回到大海中。像美國南部那些地方的沿海海水通 常也不干凈，并含有很多的懸浮固體，它們可能需要過慮。由于這些局限，在美國敞開型蒸 發(fā)器的使用在環(huán)境學(xué)和經(jīng)濟(jì)角度是不可行的。除了通過由海水或蒸汽直接加熱液態(tài)天然氣以外，中間流體型蒸發(fā)器使用丙烷、 氟化烴或類似的具有較低冰點(diǎn)的制冷劑。制冷劑首先由熱水或蒸汽加熱，以利用制冷劑的 蒸發(fā)和冷凝來蒸發(fā)液化天然氣。這種類型蒸發(fā)器的建造與那種敞開型的蒸發(fā)器相比要更便 宜，但需要加熱裝置，例如燃燒裝置，用于準(zhǔn)備熱水或蒸汽并由于燃料消耗因此操作昂貴。浸沒燃燒型蒸發(fā)器包括浸入水中的管，所述水由從燃燒裝置噴入其中的燃燒氣體 加熱。與中間流體型蒸發(fā)器一樣，浸沒燃燒型蒸發(fā)器包含燃料成本因此操作昂貴。浸沒燃 燒型蒸發(fā)器包括一個(gè)水槽，其中設(shè)置氣體燃燒裝置的廢氣管以及用于液化天然氣蒸發(fā)的換 熱管束。氣體燃燒裝置將燃燒廢氣排入水槽中，其加熱水提供熱量用于液化天然氣的蒸發(fā)。 液化天然氣流過管束。這種類型的蒸發(fā)器工作可靠且尺寸小巧，但它們包含使用燃?xì)獠⒁?此操作昂貴。已知對(duì)于某些下游操作利用環(huán)境空氣或“大氣”蒸發(fā)器將低溫液體蒸發(fā)成氣態(tài)形 式。大氣蒸發(fā)器是一種通過應(yīng)用吸收自環(huán)境空氣的熱量將低溫液體蒸發(fā)的裝置。例如，1983年8月23日授權(quán)給Vogler，Jr.等人的美國專利4，399，660描述了一 種適于連續(xù)蒸發(fā)低溫液體的環(huán)境空氣蒸發(fā)器。這個(gè)設(shè)備利用吸收自環(huán)境空氣的熱量。至少 三個(gè)基本垂直的通路被管接到一起。每個(gè)通路包括一個(gè)中央管，其具有圍繞該管基本等距 間隔的多個(gè)翅片。1993年10月12日授權(quán)給1^.2.衍(1(1吐的美國專利5，251，452公開了一種用于低 溫液體的環(huán)境空氣蒸發(fā)器和加熱器。這個(gè)裝置利用多個(gè)垂直安裝且平行連接的熱交換管。 每個(gè)管具有多個(gè)外側(cè)翅片和對(duì)稱設(shè)置的多個(gè)內(nèi)周緣通道，該通道與中央開口流體連通。一 個(gè)實(shí)心桿在中央開口內(nèi)延伸每根管的預(yù)定長度，以提高汽相低溫液體和環(huán)境空氣之間的傳 熱速率。該液體在管的底部被從其沸點(diǎn)升高到頂部的溫度，該頂部的溫度適合于加工和其 他操作。2003年9月23日授權(quán)給Eyemarm的美國專利6，622，492公開了用于將液化天然 氣蒸發(fā)的設(shè)備和方法，包括從環(huán)境空氣吸取熱量來加熱循環(huán)水。該換熱方法包括用于液化 天然氣蒸發(fā)的加熱器，循環(huán)水系統(tǒng)，和從環(huán)境空氣吸收熱量來加熱循環(huán)水的水塔。2003年 11月11日授權(quán)給Eyemarm的美國專利6，644，041公開了一種用于將液化天然氣蒸發(fā)的方 法，包括使得水流入水塔內(nèi)以便升高水溫，將溫度升高的水泵送穿過第一加熱器，使得循環(huán) 液體穿過第一加熱器，以便將熱量從溫度升高的水傳遞給循環(huán)液體，使得液化天然氣穿過 第二加熱器，將加熱的循環(huán)液體從第一加熱器泵送到第二加熱器中，以便將熱量從循環(huán)液 體傳遞給液化天然氣，并從第二加熱器送出蒸發(fā)后的天然氣。大氣蒸發(fā)器一般不用于連續(xù)工作的原因在于集聚在大氣蒸發(fā)器外側(cè)表面上的冰 和霜凍，這使得裝置在一段時(shí)間的使用之后效率較低。當(dāng)大氣蒸發(fā)器間歇使用時(shí)，冰的集聚 一般不是問題，因?yàn)楫?dāng)裝置不再使用時(shí)冰會(huì)融化。然而，當(dāng)大氣蒸發(fā)器需要連續(xù)工作時(shí)，蒸 發(fā)器在持續(xù)一段時(shí)間的操作之后將變得效率低下，因?yàn)楸档土苏舭l(fā)器熱交換的有效表面 積并且起隔熱的作用，降低了從環(huán)境空氣到低溫液體的傳熱率。隨著大氣蒸發(fā)器的效率降 低，天然氣的出口流速和出口溫度中的某一項(xiàng)降低或兩者都會(huì)降低。為此原因，大氣蒸發(fā)器對(duì)于存儲(chǔ)低溫液體的連續(xù)蒸發(fā)一般是不優(yōu)選的。冰在外側(cè)翅片上集聚的速度部分取決于大氣溫度和管內(nèi)部低溫液體溫度之間的 溫差。典型地，最大的冰塊趨于形成在最靠近入口的管上，如果另外還有的話，在靠近出口 的管上集聚少量的冰，除非大氣溫度接近或低于冰點(diǎn)。因此環(huán)境空氣蒸發(fā)器在管上具有不 均勻的冰分布并不少見，這會(huì)改變裝置的重心并且這導(dǎo)致管之間不同的熱梯度。冰集聚問題的解決已經(jīng)嘗試了多種方法。由工作人員通過應(yīng)用外部熱水噴射水流 或蒸汽流以及通過使用鑿和鏟機(jī)械去除執(zhí)行周期性的人工除冰。要求手工除冰的實(shí)際工作 是不希望的。冰結(jié)構(gòu)是不可預(yù)知的。掉落的冰可能會(huì)傷害執(zhí)行操作的工作人員，并且可能 損傷蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和相關(guān)的管路。另一種方法是允許冰集聚在裸管的初始長度上，也就是沒 有外部翅片的管，其作為堆積冰的第一表面。使用這種方法是因?yàn)槁愎鼙葞С崞墓芨?宜并能被更便宜的陣列所支撐以適應(yīng)較高的冰集聚。然而，需要使用不期望的大量裸管、占 用較大面積和大量的結(jié)構(gòu)支撐，使得這種方法沒有吸引力。另一種現(xiàn)有技術(shù)提供一個(gè)或多個(gè)成對(duì)或冗余的蒸發(fā)器管束。當(dāng)一個(gè)蒸發(fā)器管束激 活工作時(shí)，一個(gè)或多個(gè)其他的管束不工作以使冰融化。可以使用若干的方案以切換管束。一 個(gè)簡單的方案是完全根據(jù)時(shí)間表切換管束而不考慮其他因素。使用冗余的蒸發(fā)器增加了再 氣化設(shè)備的成本，同時(shí)也增加了所需空間的量。另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方案是將再氣化設(shè)備的尺 寸放大，從而降低每個(gè)蒸發(fā)器的平均熱傳遞負(fù)荷，由此增加了成本和空間占用需求。出于如前所述的原因，仍然需要一種用于再氣化低溫液體的方法和裝置，其可以 連續(xù)操作而不需要冗余的蒸發(fā)器，并且其能夠克服或者至少改善現(xiàn)有技術(shù)大氣蒸發(fā)器迄今 為止存在的工作效率特性降低的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的方法，該 方法包括以下步驟(a)通過將低溫液體或中間流體循環(huán)穿過大氣蒸發(fā)器，將熱量從環(huán)境空氣跨過傳 熱面?zhèn)鬟f給低溫液體，其中環(huán)境空氣和低溫液體或中間流體并不直接接觸；(b)在使用過程中，允許至少在傳熱面暴露于大氣的外側(cè)部分上形成冰層，在該位 置處傳熱面的溫度低于水的冰點(diǎn)溫度；和(c)利用與控制裝置操作聯(lián)結(jié)的熱源從蒸發(fā)器間歇除去冰層，控制裝置設(shè)置為當(dāng) 需要除冰時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，熱源被導(dǎo)向到冰層和蒸發(fā)器傳熱面之間的界面處，并且由此除 冰不需要中斷低溫液體或中間流體循環(huán)穿過蒸發(fā)器就能實(shí)現(xiàn)。在一種形式中，當(dāng)離開蒸發(fā)器的氣態(tài)形式低溫液體的溫度下降到預(yù)定最小溫度以 下時(shí)，控制裝置產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)以開始步驟(c)。在另一種形式中，當(dāng)離開蒸發(fā)器的氣態(tài)形式 低溫液體的流量下降到低于預(yù)定最小流量時(shí)，控制裝置產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)以開始步驟(c)。對(duì)于步驟(c)適合的熱源可以是以下的一個(gè)或多個(gè)電能；從RLNGC推進(jìn)系統(tǒng)回 收的廢熱；來自廢熱鍋爐或其他熱源的蒸汽；利用浸沒燃燒蒸發(fā)器產(chǎn)生的熱；太陽能；利用 當(dāng)RLNGC停泊時(shí)推進(jìn)裝置過剩發(fā)電容量的電加熱器；與柴油機(jī)或燃?xì)鉁u輪的燃燒廢氣裝置 配合的廢氣熱交換器；或者燃?xì)鉄崴驘嵊图訜崞?；或者通過利用天然氣或石油直接燃燒 產(chǎn)生的熱；或者微波能。
在一種形式中，用于步驟(c)的熱源是一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在蒸發(fā)器傳熱面和冰層之 間界面處的電加熱元件。當(dāng)蒸發(fā)器包括至少一根管時(shí)，電加熱元件可被設(shè)置在管的外側(cè)傳 熱面上。當(dāng)蒸發(fā)器包括至少一根管、每根管包括多個(gè)徑向翅片時(shí)，電加熱元件可被設(shè)置在一 個(gè)或所有的徑向翅片上。有優(yōu)勢(shì)地，電加熱元件是自調(diào)節(jié)的。在另一種形式中，當(dāng)蒸發(fā)器包括至少一根管時(shí)，用于步驟(c)的熱源可以是加熱 的流體，其響應(yīng)由控制裝置產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)穿過除冰管道，所述除冰管道沿著至少預(yù)計(jì)發(fā) 生結(jié)冰的管的那部分設(shè)置。當(dāng)該管包括多個(gè)翅片時(shí)，該除冰管道可被設(shè)置在鄰近相鄰徑向 翅片底部的管外側(cè)傳熱面上。作為替換方式或另外，每個(gè)除冰管道可以沿著徑向翅片的長 度設(shè)置，以便為每個(gè)翅片提供一個(gè)加熱流體流過的中空芯部。優(yōu)選地，該加熱流體是干燥的過熱蒸汽，該干燥過熱蒸汽可以利用設(shè)置為與由發(fā) 動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱廢氣進(jìn)行熱交換的廢熱鍋爐而產(chǎn)生。當(dāng)利用中間流體將熱量從環(huán)節(jié)空氣非直接地傳遞給低溫液體時(shí)，該中間流體可以 選自由乙醇、乙醇_水混合物、甲醇、丙醇、丙烷、丁烷、氨、甲酸鹽、淡水和軟化水組成的組。 在一種形式中，中間流體包括包括一種包含堿金屬甲酸鹽或堿金屬醋酸鹽的溶液。在該方法的一種形式中，步驟a)通過使用強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇而被促進(jìn)。當(dāng)大氣蒸發(fā)器包括多個(gè)通路時(shí)，該通路可以互相間隔并設(shè)置成陣列。優(yōu)選地，每個(gè) 通路垂直定向，并且相鄰的通路串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)連接。在一種形式中，每 個(gè)通路包括至少一根具有一個(gè)中央孔的管，低溫液體流動(dòng)穿過該中央孔，每個(gè)管具有一個(gè) 帶翅片的外表面，在管一端處用于流體流動(dòng)的入口和在另一端處用于流體流動(dòng)的出口。在一種形式中，蒸發(fā)器設(shè)置在安裝于浮動(dòng)運(yùn)輸船上的再氣化系統(tǒng)中，并且用于步 驟(c)的熱源是來自LNG運(yùn)輸船發(fā)動(dòng)機(jī)的回收熱。優(yōu)選地，該低溫液體是LNG。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的裝置，該 裝置包括大氣蒸發(fā)器，用于通過使低溫液體或中間流體循環(huán)穿過大氣蒸發(fā)器將熱量從環(huán)境 空氣跨過傳熱面?zhèn)鬟f給低溫液體，其中環(huán)境空氣和低溫液體或中間流體并不直接接觸；控制裝置，用于利用與控制裝置操作相連的熱源從蒸發(fā)器間歇除去冰層，在使用 過程中，該冰層至少在傳熱面暴露于環(huán)境空氣的外側(cè)部分上形成，在該位置處傳熱面的溫 度低于水的冰點(diǎn)溫度，控制裝置被設(shè)置為當(dāng)需要除冰時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)；和指向冰層和蒸發(fā)器傳熱面之間界面處的熱源，由此不需要中斷低溫液體或中間流 體穿過蒸發(fā)器的循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)除冰。在一種形式中，控制裝置包括一個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)定離開蒸發(fā)器的氣態(tài)形式 低溫液體的溫度，和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，用于在由溫度傳感器測(cè)得的溫度下降到低于預(yù)定最 小溫度時(shí)產(chǎn)生信號(hào)以開始間歇除冰。在另一種形式中，控制裝置包括一個(gè)流量計(jì)，用于測(cè)定 離開蒸發(fā)器的氣態(tài)形式低溫液體的流量，和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，用于在由流量計(jì)測(cè)得的流量 下降到預(yù)定最低流量以下時(shí)產(chǎn)生信號(hào)以開始間歇除冰。熱源可以是以下的一個(gè)或多個(gè)電能；從RLNGC推進(jìn)系統(tǒng)回收的廢熱；來自廢熱鍋 爐或其他熱源的蒸汽；利用浸沒燃燒蒸發(fā)器產(chǎn)生的熱；太陽能；利用當(dāng)RLNGC停泊時(shí)推進(jìn)裝 置過剩發(fā)電容量的電加熱器；與柴油機(jī)或燃?xì)鉁u輪的燃燒廢氣裝置配合的廢氣熱交換器； 或者燃?xì)鉄崴驘嵊图訜崞?；或者通過利用天然氣或石油直接燃燒產(chǎn)生的熱。
在一種形式中，熱源是一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在蒸發(fā)器傳熱面和冰層之間界面處的電加 熱元件。當(dāng)蒸發(fā)器包括至少一根管時(shí)，電加熱元件可被設(shè)置在管的外側(cè)傳熱面上。當(dāng)蒸發(fā) 器包括至少一根管、每根管包括多個(gè)徑向翅片時(shí)，電加熱元件可被設(shè)置在一個(gè)或所有的徑 向翅片上。在一種形式中，電加熱元件是自調(diào)節(jié)的。在另一種形式中，蒸發(fā)器包括至少一根管，并且熱源是加熱的流體，其響應(yīng)由控制 裝置產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)穿過除冰管道，所述除冰管道沿著至少預(yù)計(jì)發(fā)生結(jié)冰的管的那部分設(shè) 置。當(dāng)該管包括多個(gè)翅片時(shí)，該除冰管道可被設(shè)置在鄰近相鄰徑向翅片底部的管外側(cè)傳熱 面上。優(yōu)選地，該加熱流體是干燥的過熱蒸汽。該干燥過熱蒸汽可以利用設(shè)置為與由發(fā)動(dòng) 機(jī)產(chǎn)生熱廢氣進(jìn)行熱交換的廢熱鍋爐而產(chǎn)生。在一種形式中，該裝置進(jìn)一步包括強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇，用于將環(huán)境空氣流導(dǎo)向蒸發(fā)器。在一種形式中，蒸發(fā)器設(shè)置在安裝于浮動(dòng)運(yùn)輸船上的再氣化系統(tǒng)中，并且熱源是 來自LNG運(yùn)輸船發(fā)動(dòng)機(jī)的回收熱。


為了便于更詳細(xì)地理解本發(fā)明的本質(zhì)，參考附圖，現(xiàn)在將詳細(xì)描述僅作為實(shí)例給 出的本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施方式
，其中圖1是RLNGC的示意性側(cè)視圖，其設(shè)置有船載再氣化設(shè)備，用于將存儲(chǔ)在RLNGC船 上的LNG連續(xù)再氣化成天然氣，所述天然氣通過與海底管道聯(lián)通的海底采油管而被傳輸?shù)?陸地上；圖2是圖示了再氣化設(shè)備一個(gè)實(shí)施方式的流程圖，該再氣化設(shè)備包括一個(gè)大氣蒸 發(fā)器，LNG循環(huán)流過該大氣蒸發(fā)器用以與環(huán)境大氣直接進(jìn)行熱交換；圖3是兩個(gè)相鄰管的橫截面視圖，顯示了在相鄰翅片或相鄰管之間集聚的冰層；圖4a是包含收集盤的四通路蒸發(fā)器的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖；圖4b是包含入口歧管和出口歧管的單通路蒸發(fā)器的立體圖；圖5a是穿過大氣蒸發(fā)器的四個(gè)管的橫截面視圖，圖示了流體穿過多通路管的流 動(dòng)；圖5b是穿過單通路大氣蒸發(fā)器的四個(gè)管的橫截面視圖，圖示了流體穿過這些管 的流動(dòng)；圖6a是一根管的部分立體圖，顯示了徑向翅片并使用電加熱元件為所述管的外 表面提供熱源用于周期性地從蒸發(fā)器的傳熱面除去冰層；圖6b是一根管的部分立體圖，顯示了設(shè)置在相鄰徑向翅片底部的除冰管道，加熱 流體間歇性地流動(dòng)穿過所述除冰管道以從管除去冰；圖6c是具有除冰管道的一根管的部分立體圖，所述除冰管道沿著徑向翅片的長 度方向設(shè)置以便為每個(gè)翅片提供中空的芯部，加熱流體流動(dòng)穿過該芯部；和圖7圖示了再氣化設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，該再氣化設(shè)備包括一個(gè)大氣蒸發(fā)器， 中間流體循環(huán)穿過該大氣蒸發(fā)器用以與環(huán)境大氣進(jìn)行熱交換，被加熱的中間流體然后被用 于將熱量傳遞給蒸發(fā)器LNG以形成天然氣。
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具體實(shí)施例方式現(xiàn)在描述使用環(huán)境空氣作為用于蒸發(fā)的第一熱源將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式 的方法和設(shè)備的具體實(shí)施方式
，特別是指液化天然氣運(yùn)輸船上船載的液化天然氣(“LNG”) 的近海再氣化(僅作為實(shí)例給出)。本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于再氣化其他的低溫液體，同樣也 可以應(yīng)用于其他陸上再氣化設(shè)備或者用于固定的近海平臺(tái)或駁船。本文中使用的術(shù)語僅用 于描述具體實(shí)施方式
的目的，而不用于限制本發(fā)明的范圍。除非另外限定，本文中使用的所 有技術(shù)和科技術(shù)語具有與本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常理解的一樣的含 義。在附圖中，應(yīng)該理解相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。在本說明書全文中，術(shù)語“RLNGC”指設(shè)置有用于將LNG轉(zhuǎn)換為天然氣的船載再氣 化設(shè)備的自行推進(jìn)船舶、艦船或LNG運(yùn)輸船。RLNGC可以是改裝的遠(yuǎn)洋LNG船舶，或者是根 據(jù)客戶需求或目的建造的包含船載再氣化設(shè)備的船舶。本文中使用的術(shù)語“蒸發(fā)器”指用于將液體轉(zhuǎn)換為氣體的裝置。本文中使用的“大 氣蒸發(fā)器”指利用環(huán)境大氣作為第一熱源將液體轉(zhuǎn)換為氣體的裝置。本文中使用的術(shù)語“低溫液體”指大氣沸點(diǎn)在200開爾文(_73°C )以下的液體。現(xiàn)在參考圖1-6描述本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的第一實(shí)施方式。在該第一實(shí)施方式 中，再氣化設(shè)備10隨船設(shè)置在RLNGC 12上，并用于將在RLNGC 12上的一個(gè)或多個(gè)低溫貯 罐14中存儲(chǔ)的LNG再氣化。船載再氣化設(shè)備10使用環(huán)境空氣作為第一熱源用以將LNG再 氣化以形成天然氣。使用環(huán)境空氣(而不是通過燃燒燃料氣體產(chǎn)生的熱量)作為第一熱源 用以再氣化LNG，以使得一氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物和顆粒物質(zhì)的排 放降到最低。利用船載再氣化設(shè)備10產(chǎn)生的天然氣被傳輸?shù)胶５坠艿?6，所述海底管道 16用于將天然氣輸送到一個(gè)陸上氣體分配設(shè)備(未示出)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，LNG存儲(chǔ)在RLNGC船上的4至7個(gè)棱柱形自支撐的 低溫貯罐14中，每個(gè)貯罐14的總存儲(chǔ)容量在30，000 50，000m3之間。該RLNGC具有支撐 船體結(jié)構(gòu)18，當(dāng)RLNGC經(jīng)受惡劣、多種類型的環(huán)境條件時(shí)，該支撐船體結(jié)構(gòu)能夠承受貯罐14 的中間裝載量所施加的負(fù)荷。當(dāng)貯罐被部分填充或者當(dāng)RLNGC安然渡過風(fēng)暴停靠港口時(shí)， 在RLNGC船上的(多個(gè))貯罐14足夠堅(jiān)固或者能夠減少LNG的晃動(dòng)。為了減少晃動(dòng)，(多 個(gè))貯罐14設(shè)置有多個(gè)內(nèi)部擋板或加強(qiáng)膜(membrane)。使用膜型貯罐或者棱柱形貯罐能 夠在RLNGC船的甲板上獲得更大的空間用于再氣化設(shè)備。如果RLNGC設(shè)置有船載再氣化設(shè) 備，自支撐球形低溫貯罐，例如Moss型貯罐，被認(rèn)為是不適合的，因?yàn)镸oss型貯罐減少了可 用于在RLNGC 12的甲板22上設(shè)置再氣化設(shè)備的甲板面積。參考圖2，利用至少一個(gè)低溫輸出泵26以所需的輸出壓力穿過一個(gè)高壓船載管道系 統(tǒng)24，來自貯罐14的LNG被運(yùn)送到再氣化設(shè)備10。低溫輸出泵的適當(dāng)實(shí)例包括離心泵、容積 泵、螺桿泵、速位差泵(velocity-head pump)、旋轉(zhuǎn)式泵、齒輪泵、柱塞泵、活塞泵、葉輪泵、徑 向_柱塞泵、旋轉(zhuǎn)斜盤泵、平滑流體泵、脈動(dòng)泵或者其他滿足輸送壓頭以及蒸發(fā)器所需流量的 泵。輸出泵26的排量根據(jù)再氣化設(shè)備10中安裝的蒸發(fā)器30的類型和數(shù)量、蒸發(fā)器30的表 面積和效率以及所需的冗余度來選擇。它們的大小也設(shè)置為使得RLNGC能夠在常規(guī)的進(jìn)出口 碼頭以10，000m3/hr (標(biāo)稱)以及峰值在12，000 16，000m3/hr的速度裝卸其貨物。在圖2示出的實(shí)施方式中，LNG被引導(dǎo)流入大氣蒸發(fā)器30的管側(cè)入口(tube-side inlet) 32。當(dāng)LNG穿過蒸發(fā)器30的管34時(shí)，LNG被蒸發(fā)以形成通過管側(cè)出口 36離開蒸發(fā)器30的天然氣。如果離開蒸發(fā)器30管側(cè)出口(tube-side oulet) 36的天然氣并未已經(jīng)處 于適合分配進(jìn)入海底管道16的溫度，可以通過引導(dǎo)部分或所有的天然氣穿過一個(gè)附加加 熱器38使得其溫度和壓力升高。對(duì)于附加加熱器38適合的熱源包括以下一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻的熱量、由發(fā)電設(shè)備回收的廢熱和/或由發(fā)電設(shè)備的多余電能產(chǎn)生的電加熱、廢氣 加熱器、電熱水器或電熱流體加熱器；艦船的推進(jìn)裝置(當(dāng)再氣化設(shè)備在RLNGC船上時(shí))； 柴油機(jī)；或者燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)裝置。參考圖3，當(dāng)LNG流過蒸發(fā)器30的管34的內(nèi)部中空孔40時(shí)，通過與作用在蒸發(fā)器 30的管34的外部傳熱面42上的環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換，LNG被再氣化以形成天然氣。LNG根 據(jù)環(huán)境空氣和流過蒸發(fā)器30的管34的LNG之間的溫度差以及LNG流速的變化而被加熱。 每個(gè)管34由具有優(yōu)良傳熱特性的材料構(gòu)成，鋁、不銹鋼或者蒙耐爾銅-鎳合金(Monel)是 優(yōu)選的材料。環(huán)境空氣和LNG之間的熱傳導(dǎo)可以通過使用強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇44獲得輔助，該風(fēng) 扇被設(shè)置為使得氣流朝向大氣蒸發(fā)器30，優(yōu)選向下的方向。圖4圖示了一個(gè)包括多個(gè)通路46的大氣蒸發(fā)器30，這些通路互相間隔設(shè)置并且 呈正方形、矩形或三角形陣列設(shè)置。通路46可以以串連或并聯(lián)或者串并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)連接。 流體流過的通路46的數(shù)量以及流體流過蒸發(fā)器30的路徑(也就是串連或并聯(lián)或串并聯(lián)組 合)將依賴于各種因素，例如最終用途的溫度和流速需求、環(huán)境空氣溫度、熱傳遞特征、壓 降因素以及其他本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的考慮因素。因此也完全允許大氣蒸發(fā)器30僅有 一個(gè)通路46。最好的結(jié)果，管34垂直定向，通過適當(dāng)?shù)闹Ъ?8保持固定，并且在蒸發(fā)器30 和在其上設(shè)置蒸發(fā)器30的表面之間具有空隙。每個(gè)通路46包括多根以任何適當(dāng)方式連接到一起的管34。作為實(shí)例，在圖4a和 圖5a中示出的具體實(shí)施方式
，顯示了多通路蒸發(fā)器30的四根管34，其圖解了低溫液體怎 樣流過蒸發(fā)器30。在這個(gè)實(shí)例中，LNG依次進(jìn)入蒸發(fā)器30的位于第一管54底部的管側(cè)入 口 32中，向上流過第一管54并橫穿過第一連接器55到達(dá)相鄰的第二管56，沿著第二管56 向下并橫穿過第二連接器57到達(dá)相鄰的第三管58，沿著第三管58向上并橫穿過第三連接 器59到達(dá)相鄰的第四管60，順序地沿著第四管60向下并流出管側(cè)出口 36，在該管側(cè)出口 LNG以適合指定最終用途溫度的天然氣離開蒸發(fā)器30。在圖4b和圖5b中示出了一種替代 形式，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。在這個(gè)實(shí)施方式中，LNG進(jìn)入蒸發(fā)器30的管 側(cè)入口 32，并且被引導(dǎo)分別單向流過每個(gè)第一、第二、第三和第四管54、56、58和60，以形成 通過管側(cè)出口 36離開蒸發(fā)器的天然氣。管側(cè)入口 32包括一個(gè)入口歧管33，用于將低溫液 體分別分配到每個(gè)第一、第二、第三和第四管54、56、58和60中。管側(cè)出口 36包括一個(gè)出 口歧管(outlet manifold) 37，用于分別從每個(gè)第一、第二、第三和第四管54、56、58和60中 接收天然氣，并引導(dǎo)天然氣通過管側(cè)出口 36流出蒸發(fā)器30。參考圖6a、6b和6c，每個(gè)管34具有一個(gè)中央孔40，LNG流動(dòng)穿過該中央孔。每個(gè) 管34具有翅片狀的外側(cè)傳熱面42，以及可選地具有翅片狀的內(nèi)表面，在一端處用于流體流 動(dòng)的入口 66，在另一端用于流體流動(dòng)的出口，并且具有足夠的壁厚來容納具有必要輸出壓 力的LNG。每個(gè)管34設(shè)置有多個(gè)沿管的長度延伸的徑向翅片70，該徑向翅片70圍繞管34 的圓周基本互相等距間隔。作為實(shí)例，當(dāng)管34設(shè)置有六個(gè)徑向翅片時(shí)，每個(gè)翅片70圍繞管 34的圓周互相之間以約30度的角度設(shè)置。使用徑向翅片來提高低溫液體和環(huán)境空氣之間 熱交換的有效面積，同時(shí)能夠?yàn)楣芴峁╊~外的機(jī)械支撐。
當(dāng)LNG穿過大氣蒸發(fā)器30的管34時(shí)，管34的外側(cè)傳熱面42被冷卻到這樣的溫 度范圍，該溫度范圍從LNG的沸點(diǎn)溫度到接近普遍的環(huán)境空氣溫度。隨著環(huán)境空氣傳遞熱 量給LNG以將其蒸發(fā)成天然氣，環(huán)境空氣本身被冷卻?？諝庵械臐駳饫淠谡舭l(fā)器30的 外側(cè)傳熱面42上形成一冰層72(在圖3中示出)。冷凝的潛熱提供了除來自空氣的明顯 熱量之外的額外的熱源而被傳遞給流動(dòng)的LNG。冰層72隨著時(shí)間在蒸發(fā)器30的外表面42 部分上越積越厚，在該蒸發(fā)器30的外表面42部分上的溫度低于水的冰點(diǎn)。冰層72可能完 全充滿管34外表面42上相鄰翅片70之間的空間74，并且最后甚至可能填滿相鄰管34之 間或相鄰?fù)?6之間的空間76。發(fā)生結(jié)冰的速度和程度依賴于許多相關(guān)的因素，包括但 不局限于環(huán)境空氣的溫度和相對(duì)濕度，LNG穿過大氣蒸發(fā)器30的流速，以及構(gòu)成大氣蒸發(fā) 器30的材料的傳熱特性。環(huán)境空氣的溫度和相對(duì)濕度根據(jù)執(zhí)行再氣化所在位置的季節(jié)和 氣候類型不同而變化。使用本發(fā)明的方法，監(jiān)控在大氣蒸發(fā)器30的外表面42上集聚冰層72的速度。隨 著冰層厚度增加，環(huán)境空氣和LNG之間的熱傳遞效率降低，如果溫度保持不變，將導(dǎo)致流出 蒸發(fā)器30的管側(cè)出口 36的天然氣的溫度降低和流量減小。在本發(fā)明的方法和設(shè)備的一個(gè) 實(shí)施方式中，控制裝置80，以與信號(hào)發(fā)生器84配合相連的溫度傳感器82的形式，被用于產(chǎn) 生指示離開蒸發(fā)器30的管側(cè)出口 36的天然氣溫度已經(jīng)降低到預(yù)定的最低溫度以下的信 號(hào)。溫度傳感器82設(shè)置在蒸發(fā)器30的管側(cè)出口 36處，并產(chǎn)生指示離開蒸發(fā)器30的管側(cè) 出口 36的流體溫度何時(shí)已經(jīng)降低到預(yù)定設(shè)定溫度點(diǎn)以下的切換信號(hào)。當(dāng)由信號(hào)發(fā)生器84 產(chǎn)生切換信號(hào)時(shí)，允許LNG繼續(xù)流動(dòng)穿過蒸發(fā)器30，而同時(shí)對(duì)在冰層72和蒸發(fā)器30的傳熱 面42之間的界面處應(yīng)用熱源86，以便從蒸發(fā)器30的傳熱面42除去冰層72。除去的冰層 72能夠在重力作用下掉落到收集器90中，冰在該收集器中可以融化以產(chǎn)生淡水。這樣，大 氣蒸發(fā)器經(jīng)受常規(guī)的間歇除冰以提高效率而不用中斷LNG流過蒸發(fā)器，同時(shí)使得再氣化設(shè) 備能夠以連續(xù)的方式操作。應(yīng)該理解本發(fā)明的方法并不是通過外部施加的熱量將冰完全融化來實(shí)現(xiàn)從蒸發(fā) 器的外表面除去冰。相反，熱源86被應(yīng)用到冰和管的傳熱面之間的界面，以便促進(jìn)冰層從 蒸發(fā)器30的外側(cè)傳熱面42分離。冰層以這樣的方式被間歇地除去，因此環(huán)境空氣可以接觸 蒸發(fā)器的外側(cè)傳熱面，以便最優(yōu)化環(huán)境空氣與循環(huán)通過蒸發(fā)器管的LNG之間的熱交換。關(guān) 于這點(diǎn)，與現(xiàn)有技術(shù)相反，熱源基本上應(yīng)用于從管側(cè)出口開始的冰層，現(xiàn)有技術(shù)則將熱量應(yīng) 用到冰層的外部外側(cè)表面。利用本發(fā)明的方法將熱源應(yīng)用到傳熱面42和冰層72之間的界 面處能夠使得蒸發(fā)器在除冰操作期間連續(xù)工作，因?yàn)橛糜诔臒崃烤哂袨榱鬟^蒸發(fā)器30 的低溫液體的蒸發(fā)提供熱量的第二功能。用于為蒸發(fā)器間歇除冰的適合熱源86包括在制冷領(lǐng)域被稱為“電伴熱”的電纜， 來自RLNGC推進(jìn)系統(tǒng)回收的廢熱，來自廢熱鍋爐或其他熱源的蒸汽，利用浸沒燃燒蒸發(fā)器 產(chǎn)生的熱量，太陽能，利用當(dāng)RLNGC停泊時(shí)推進(jìn)裝置產(chǎn)生的過剩發(fā)電容量的電加熱器，與柴 油機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒排氣配合使用的熱交換器的排氣熱，或者燃?xì)鉄崴蛘邿嵊图訜?器或者微波能量。當(dāng)需要額外的熱量時(shí)，第二熱源同樣能夠通過利用天然氣或石油的直接 燃燒而產(chǎn)生。在圖6a中示出的實(shí)施方式中，冰層72利用在冰層72和管34外側(cè)傳熱面42之間 的界面處的部分融化而被除去，其利用使用電阻加熱元件92的電加熱形式的熱源86。電阻加熱元件92設(shè)置在管34的外側(cè)傳熱面42上，其代表蒸發(fā)器30的外側(cè)傳熱面42與在使用 過程中形成的冰層72之間的界面。電阻元件92用于響應(yīng)由信號(hào)發(fā)生器按如上所述方式產(chǎn) 生的切換信號(hào)產(chǎn)生充足的熱量以從蒸發(fā)器30除去冰層72。連接至加熱電纜92的電源根據(jù) 來自溫度傳感器82的切換信號(hào)而被調(diào)節(jié)，所述溫度傳感器82用于向休眠循環(huán)和除冰循環(huán) 之間地加熱電纜92切換電能。電熱元件92可以在管34的內(nèi)部或外部或者如圖6a所示設(shè)置在翅片70上。電熱 元件92被操作地連接到一個(gè)電控裝置84，該電控裝置包括一個(gè)用于以期望時(shí)間間隔調(diào)節(jié) 供應(yīng)至加熱電纜的電能的開關(guān)，和一個(gè)用于控制加熱電纜溫度的變阻器。供應(yīng)至加熱電纜 的電能根據(jù)來自溫度傳感器的切換信號(hào)調(diào)節(jié)，所述溫度傳感器用于將供應(yīng)至加熱電纜的電 能在休眠循環(huán)和除冰循環(huán)之間切換。如果需要的話，作為變換形式，可以使用自調(diào)節(jié)的加熱 元件以便自動(dòng)調(diào)節(jié)電力輸出用于溫度改變的補(bǔ)償。在圖6b和6c中示出的實(shí)施方式中，冰層72利用加熱流體形式的熱源而被除去， 其間歇地循環(huán)穿過薄壁除冰管道98的中空孔96，所述除冰管道98至少沿著每個(gè)管34預(yù)計(jì) 發(fā)生結(jié)冰的部分設(shè)置。如果需要的話，除冰管道98可以沿著管34的整個(gè)長度延伸，從管的 入口端延伸到管的出口端。除冰管道98由例如鋼的高傳導(dǎo)性金屬構(gòu)成，具有熱流體工作期 間循環(huán)穿過的中央孔96。在圖6b示出的實(shí)施方式中，除冰管道98設(shè)置在管34的鄰近每 個(gè)徑向翅片70的底部100的外側(cè)傳熱面42上。這樣，除冰管道86設(shè)置為盡可能靠近LNG 流動(dòng)穿過的管34的中空孔40。在圖6c示出的實(shí)施方式中，除冰管道98沿著每個(gè)徑向翅 片70的長度設(shè)置，以便為每個(gè)翅片提供一個(gè)使得加熱流體流動(dòng)穿過的中空芯部。這樣，翅 片70基本從內(nèi)側(cè)向外加熱，隨著管34的外側(cè)傳熱面42處的溫度升高到0攝氏度以上冰層 70被除去。在使用過程中，當(dāng)由控制裝置80產(chǎn)生的信號(hào)指示需要除冰時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)加熱流體 的脈沖流過管34的除冰管道98，由于通過加熱流體產(chǎn)生的熱量以及由加熱流體產(chǎn)生熱量 導(dǎo)致管道98膨脹而產(chǎn)生的徑向力的綜合作用，將冰層72從管34的外側(cè)傳熱面42除去。這 樣，熱源86被導(dǎo)向冰層72和蒸發(fā)器30的外側(cè)傳熱面42之間的界面88。在圖7示出的實(shí) 施方式中，當(dāng)離開蒸發(fā)器30的管側(cè)出口 36的天然氣流速已經(jīng)降至預(yù)定的最低流速以下時(shí)， 控制裝置80開始除冰。在圖6b和6c示出的實(shí)施方式中，加熱流體是利用廢熱鍋爐產(chǎn)生的干燥過熱蒸汽， 所述廢熱鍋爐設(shè)置為與由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱廢氣進(jìn)行熱交換。所述蒸汽同樣可以利用專用 的電蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生。優(yōu)選該干燥過熱蒸汽的溫度為500-650°C，因此過熱蒸汽的溫度足 夠高，以便當(dāng)蒸汽脈動(dòng)穿過管道時(shí)產(chǎn)生的熱量足以為從蒸發(fā)器30的管34的外側(cè)傳熱面42 除去冰層72提供所需的熱量。為了避免在管道98本身內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)冰，在蒸發(fā)器30工作期 間，不論什么時(shí)候都有最小量的蒸汽在管道98內(nèi)循環(huán)，同時(shí)當(dāng)需要除冰時(shí)間歇地循環(huán)脈沖 蒸汽(大于最小量)。作為變換形式，蒸汽可被用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)使得渦輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械 軸的旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電能，所述電能被用于為在圖6a所示實(shí)施方式中使用的加熱電纜供電。在 每次除冰循環(huán)之后也可以使用干燥的惰性氣體流來清理管道98。圖7中示出了船載再氣化設(shè)備10的一種替代實(shí)施方式，相同的附圖標(biāo)記表示相同 的部件，其中中間流體被導(dǎo)向流過環(huán)境空氣熱交換器40的管34，中間流體通過與作用在環(huán) 境空氣熱交換器40的外側(cè)傳熱面上的環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換而被加熱。加熱的中間流體然后循環(huán)至蒸發(fā)器30，其中LNG通過與加熱的中間流體進(jìn)行熱交換而被再氣化成天然氣。在 這個(gè)實(shí)施方式中，離開蒸發(fā)器30的冷卻的中間流體被導(dǎo)向至緩沖罐100，并然后利用中間 流體泵102被泵回到環(huán)境空氣熱交換器40。在這個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)外側(cè)傳熱面處的溫度低 于空氣中水分的結(jié)冰溫度時(shí)，在環(huán)境空氣熱交換器40的外側(cè)傳熱面上可能會(huì)發(fā)生結(jié)冰。適合在本發(fā)明的方法和設(shè)備中使用的中間流體包括乙醇(例如乙二醇，二乙二 醇、三乙醇，或者它們的混合物)，乙醇-水混合物，甲醇、丙醇、丙烷、丁烷、氨、甲酸鹽、軟化 水或淡水或者具有對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的可接受的比熱、冰點(diǎn)和沸點(diǎn)的任意其他流體。 對(duì)于中間流體，期望使用比乙醇更加環(huán)保的材料。關(guān)于這點(diǎn)，優(yōu)選使用這樣的一種中間流 體，其包括一種包含堿金屬甲酸鹽的溶劑，例如水溶液中的甲酸鉀或甲酸鈉或者甲酸銨的 水溶液。作為替換形式或者另外增加，可以使用例如乙酸鉀或醋酸銨的堿金屬醋酸鹽。溶 劑可以包括一定量的堿金屬鹵化物用于提高組合物的抗凍性，也就是降其低冰點(diǎn)超過單獨(dú) 甲酸鉀溶液的冰點(diǎn)。使用具有較低冰點(diǎn)的中間流體的優(yōu)勢(shì)在于離開蒸發(fā)器30的殼側(cè)出口 40的降溫中間流體可以允許降溫至-20 -70°C的溫度范圍，該溫度范圍取決于所選擇的 中間流體的具體類型的冰點(diǎn)。當(dāng)允許這個(gè)發(fā)生時(shí)，將在環(huán)境空氣熱交換器的一部分傳熱面 上形成冰層，所述熱交換器能夠經(jīng)受利用應(yīng)用在冰層和傳熱面之間界面處的熱源進(jìn)行間歇 除冰。如上所述，環(huán)境空氣和中間流體之間的熱交換可以通過使用強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇44輔 助，其被設(shè)置為弓I導(dǎo)空氣流朝向熱交換器40。雖然在圖2中僅圖示了一個(gè)蒸發(fā)器并且在圖7中僅圖示了一個(gè)環(huán)境空氣熱交換 器，應(yīng)該理解再氣化設(shè)備10同樣可以包括大量的蒸發(fā)器30或熱交換器40以適應(yīng)從再氣化 設(shè)備10輸出的天然氣量。作為實(shí)例，為了給熱交換提供足夠的表面積，蒸發(fā)器30可以是 多種形式設(shè)置的多個(gè)蒸發(fā)器之一，例如串連、并聯(lián)或者成排地。大氣蒸發(fā)器30可以是帶翅 片的管式加熱器，彎管固定管板式熱交換器，螺旋管熱交換器，板式加熱器，或者本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的對(duì)于再氣化LNG總量能夠滿足其溫度、體積和熱吸收需求的任意其他熱交換 器。優(yōu)選這樣一種類型的大氣蒸發(fā)器，其最好適合于能夠經(jīng)受在蒸發(fā)器外表面上形成冰層 時(shí)所產(chǎn)生的額外的重力彎曲負(fù)荷，關(guān)于這點(diǎn)，垂直的管束優(yōu)于水平的管束。使用垂直管通路 也能夠更好地減小再氣化設(shè)備10的整體占地區(qū)域。蒸發(fā)器30，熱交換器和風(fēng)扇44被設(shè)計(jì) 為能夠經(jīng)受與設(shè)置在RLNGC 12的甲板上的在船舶海上航行期間相關(guān)的結(jié)構(gòu)負(fù)荷，包括與 運(yùn)動(dòng)相關(guān)的負(fù)荷和可能的甲板上浪負(fù)荷以及RLNGC停泊在近海再氣化期間經(jīng)受的負(fù)荷。本發(fā)明的方法和設(shè)備提供許多超過現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，包括以下幾點(diǎn)a)提供冗余蒸發(fā)器的需求被克服了，因?yàn)榻Y(jié)冰可以被控制而不用中斷LNG流過再 氣化設(shè)備，減少了再氣化的整體占地面積并且避免了提供冗余蒸發(fā)器產(chǎn)生的額外花費(fèi)；b)在連續(xù)的再氣化期間實(shí)現(xiàn)批量除霜；c)除冰所需的總熱量遠(yuǎn)低于完全融化冰所需的熱量，從而減少用于除冰操作的能 量；d)用于除冰的熱源以短暫、間歇脈沖的形式提供，其與依賴于確保結(jié)冰被避免的 現(xiàn)有技術(shù)的方法相比需要更少的能源。已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以不背離本 發(fā)明的基本構(gòu)思而作出許多的變形和改進(jìn)。例如，如果需要的話，可以使用微波產(chǎn)生用于除
14冰的熱源，而同時(shí)使得LNG連續(xù)流過管以獲得連續(xù)的LNG再氣化。所有這些改進(jìn)和變形都被 認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍由上述的說明書和隨后附上的權(quán)利要求所確定。
在本說明書中提到的所有專利文獻(xiàn)，結(jié)合于此作為參考。要清楚地理解的是，雖 然本文中引用了許多的現(xiàn)有技術(shù)公開，這種引用并不形成這樣的自認(rèn)，即在澳大利亞或其 他任何國家，這些文獻(xiàn)的任意篇均不構(gòu)成部分的本領(lǐng)域公知常識(shí)?？偨Y(jié)本發(fā)明，除了上 下文由于明確語言或必須暗示需要另外明確的地方，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語“包括 (comprise) ”或例如“comprises”或“comprising”的變形均用于表示包含的意思，也就 是明確存在指明的特征，但不排除在本發(fā)明的變化的實(shí)施方式中存在或另外具有其他的特 征。
權(quán)利要求
一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的方法，該方法包括以下步驟(a)通過使低溫液體或中間流體循環(huán)穿過大氣蒸發(fā)器，將熱量從環(huán)境空氣跨過傳熱面?zhèn)鬟f給所述低溫液體，其中環(huán)境空氣和所述低溫液體或所述中間流體不直接接觸；(b)在使用過程中，允許至少在所述傳熱面的暴露于大氣的外側(cè)部分上形成冰層，在所述外側(cè)部分處所述傳熱面的溫度低于水的冰點(diǎn)溫度；和(c)利用與控制裝置操作地聯(lián)結(jié)的熱源從所述大氣蒸發(fā)器間歇地除去所述冰層，所述控制裝置設(shè)置為當(dāng)需要除冰時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，熱源被導(dǎo)向所述冰層和所述蒸發(fā)器的傳熱面之間的界面處，并且由此不需要中斷使所述低溫液體或所述中間流體循環(huán)穿過所述蒸發(fā)器即能實(shí)現(xiàn)除冰。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)離開所述蒸發(fā)器的氣態(tài)形式的低溫液體的溫度下 降到預(yù)定最小溫度以下時(shí)，所述控制裝置產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)以開始步驟(c)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中當(dāng)離開所述蒸發(fā)器的氣態(tài)形式的低溫液體的流 量下降到預(yù)定最小流量以下時(shí)，所述控制裝置產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)以開始步驟(c)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)于步驟(c)的熱源是以下的一個(gè)或多 個(gè)電能；從RLNGC推進(jìn)系統(tǒng)回收的廢熱；來自廢熱鍋爐或其他熱源的蒸汽；利用浸沒燃燒 蒸發(fā)器產(chǎn)生的熱；太陽能；利用當(dāng)RLNGC停泊時(shí)推進(jìn)裝置的過剩發(fā)電容量的電加熱器；與柴 油機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒廢氣裝置配合的廢氣熱交換器；或者天燃?xì)馊紵裏崴驘嵊图訜?器；或者通過利用天然氣或石油直接燃燒產(chǎn)生的熱。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中用于步驟(c)的熱源是一個(gè)或多個(gè)設(shè)置 在所述蒸發(fā)器的傳熱面和所述冰層之間的界面處的電加熱元件。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述蒸發(fā)器包括至少一根管，并且所述電加熱元件 設(shè)置在所述管的外側(cè)傳熱面上。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述蒸發(fā)器包括至少一根管，每根管包括多個(gè)徑向 翅片，并且所述電加熱元件設(shè)置在所述徑向翅片的一個(gè)或全部上。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述電加熱元件是自調(diào)節(jié)的。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蒸發(fā)器包括至少一根管，并且用于 步驟(c)的熱源是加熱的流體，該加熱的流體響應(yīng)由所述控制裝置產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)穿過除 冰管道，所述除冰管道至少沿著預(yù)計(jì)在使用中發(fā)生結(jié)冰的管的那部分設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述管包括多個(gè)徑向翅片，并且所述除冰管道位于 鄰近的徑向翅片的底部處。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述管包括多個(gè)徑向翅片，并且每個(gè)除冰管道沿著 所述徑向翅片的長度設(shè)置，以便為每個(gè)徑向翅片提供使得加熱流體流動(dòng)穿過的中空芯部。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述加熱流體是干燥的過熱蒸汽。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述干燥的過熱蒸汽利用設(shè)置為與由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 的熱廢氣進(jìn)行熱交換的廢熱鍋爐而產(chǎn)生。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述中間流體選自由乙醇、乙醇_水混 合物、甲醇、丙醇、丙烷、丁烷、氨、甲酸鹽、淡水和軟化水組成的組。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a)通過使用強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇而被促進(jìn)。
16.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述大氣蒸發(fā)器包括多個(gè)通路，該通路 互相間隔并設(shè)置成陣列。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中每個(gè)通路垂直定向，并且相鄰的通路以串聯(lián)或并 聯(lián)的結(jié)構(gòu)或以串聯(lián)和并聯(lián)組合的結(jié)構(gòu)連接。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中每個(gè)通路包括至少一根具有一個(gè)中央孔的管，所 述低溫液體流動(dòng)穿過所述中央孔，每個(gè)管具有一個(gè)帶翅片的外表面、在一端處用于流體流 動(dòng)的入口和在另一端處用于流體流動(dòng)的出口。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蒸發(fā)器設(shè)置在安裝于浮動(dòng)運(yùn)輸船 上的再氣化系統(tǒng)中，并且用于步驟(c)的熱源回收自LNG運(yùn)輸船的發(fā)動(dòng)機(jī)。
20.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述低溫液體是LNG。
21.一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的設(shè)備，該設(shè)備包括大氣蒸發(fā)器，用于通過使低溫液體或中間流體循環(huán)穿過所述大氣蒸發(fā)器將熱量從環(huán)境 空氣跨過傳熱面?zhèn)鬟f給所述低溫液體，其中所述環(huán)境空氣和所述低溫液體或所述中間流體 不直接接觸；控制裝置，用于利用與控制裝置操作地聯(lián)結(jié)的熱源從所述大氣蒸發(fā)器間歇地除去冰 層，在使用過程中，所述冰層至少在所述傳熱面的暴露于環(huán)境空氣的外側(cè)部分上形成，在所 述外側(cè)部分處所述傳熱面的溫度低于水的冰點(diǎn)溫度，所述控制裝置被設(shè)置為當(dāng)需要除冰時(shí) 產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)；和導(dǎo)向所述冰層和所述蒸發(fā)器的傳熱面之間界面處的熱源，由此不需要中斷使所述低溫 液體或所述中間流體穿過所述大氣蒸發(fā)器的循環(huán)即能實(shí)現(xiàn)除冰。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述控制裝置包括一個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感 器用于測(cè)定離開所述大氣蒸發(fā)器的氣態(tài)形式的低溫液體的溫度；和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，該信 號(hào)發(fā)生器用于在由所述溫度傳感器測(cè)得的溫度下降到預(yù)定最小溫度以下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào) 以開始間歇除冰。
23.如權(quán)利要求21或22所述的設(shè)備，其中所述控制裝置包括一個(gè)流量計(jì)，該流量計(jì) 用于測(cè)定離開所述大氣蒸發(fā)器的氣態(tài)形式的低溫液體的流量和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào) 發(fā)生器用于在由所述流量計(jì)測(cè)得的流量下降到預(yù)定最低流量以下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)以開始 間歇除冰。
24.如權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述熱源是以下的一個(gè)或多個(gè)電 能；從RLNGC推進(jìn)系統(tǒng)回收的廢熱；來自廢熱鍋爐或其他熱源的蒸汽；利用浸沒燃燒蒸發(fā)器 產(chǎn)生的熱；太陽能；利用當(dāng)RLNGC停泊時(shí)推進(jìn)裝置的過剩發(fā)電容量的電加熱器；與柴油機(jī)或 燃?xì)鉁u輪的燃燒廢氣裝置配合的廢氣熱交換器；或者燃?xì)鉄崴驘嵊图訜崞鳎换蛘咄ㄟ^利 用天然氣或石油直接燃燒產(chǎn)生的熱。
25.如權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述熱源是一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述 大氣蒸發(fā)器的傳熱面和所述冰層之間的界面處的電加熱元件。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述大氣蒸發(fā)器包括至少一根管，所述電加熱元 件設(shè)置在所述管的外側(cè)傳熱面上。
27.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述大氣蒸發(fā)器包括至少一根管，每根管包括多 個(gè)徑向翅片，并且所述電加熱元件設(shè)置在所述徑向翅片的一個(gè)或全部上。
28.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述電加熱元件是自調(diào)節(jié)的。
29.如權(quán)利要求21-28中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述大氣蒸發(fā)器包括至少一根管，并 且所述熱源是加熱的流體，該加熱的流體響應(yīng)由所述控制裝置產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)穿過除冰管 道，所述除冰管道至少沿著預(yù)計(jì)在使用中發(fā)生結(jié)冰的管的那部分設(shè)置。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中所述管包括多個(gè)翅片，并且所述除冰管道位于鄰 近相鄰徑向翅片的底部的管的所述外側(cè)傳熱面上。
31.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中所述管包括多個(gè)徑向翅片，并且每個(gè)除冰管道沿 著所述徑向翅片的長度設(shè)置，以便為每個(gè)翅片提供加熱流體流過的中空芯部。
32.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中所述加熱流體是干燥的過熱蒸汽。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述干燥的過熱蒸汽利用設(shè)置為與由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 的熱廢氣進(jìn)行熱交換的廢熱鍋爐而產(chǎn)生。
34.如權(quán)利要求21-33中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇，用于 將環(huán)境空氣流導(dǎo)向所述大氣蒸發(fā)器。
35.如權(quán)利要求21-34中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述大氣蒸發(fā)器設(shè)置在安裝于浮動(dòng) 運(yùn)輸船上的再氣化系統(tǒng)中，并且所述熱源回收自LNG運(yùn)輸船的發(fā)動(dòng)機(jī)。
36.一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的方法，基本如參考附圖的本文所述并且 基本如附圖所示。
37.一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的設(shè)備，基本如參考附圖的本文所述并且 基本如附圖所示。
全文摘要
描述了一種用于將低溫液體再氣化成氣態(tài)形式的方法和設(shè)備。通過循環(huán)低溫液體或中間流體穿過大氣蒸發(fā)器，熱量從環(huán)境空氣穿過傳熱面?zhèn)鬟f到低溫液體，其中環(huán)境空氣和低溫液體或中間流體不直接接觸。在使用過程中，至少在傳熱面暴露于大氣的外側(cè)部分上形成冰層，在所述外表面部分處傳熱面的溫度低于水的冰點(diǎn)。利用與控制裝置操作連接的熱源從蒸發(fā)器間歇除去該冰層，該控制裝置設(shè)置為當(dāng)需要除冰時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。熱源被指向冰層和傳熱面之間的界面處。
文檔編號(hào)F17C7/04GK101861492SQ200880116172
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
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