一種利用相變換熱技術(shù)的lng汽化器及汽化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器及汽化方法，所述汽化器包括具有第一換熱介質(zhì)換熱腔的殼體，所述殼體相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁上，小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔高度二分之一的上部側(cè)壁上及小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔高度二分之一的下部側(cè)壁上分別開設(shè)有至少一排相對(duì)應(yīng)的通孔，上部通孔中貫穿連接有一端連通有LNG進(jìn)口，另一端連通有LNG出口的LNG換熱管道，下部通孔中貫穿連接有一端連通有第二換熱介質(zhì)進(jìn)口，另一端連通有第二換熱介質(zhì)出口的第二換熱介質(zhì)換熱管道，其中所述的LNG換熱管道和第二換熱介質(zhì)換熱管道的外壁上沿軸向各自套裝有若干垂直翅片。本發(fā)明解決了由于LNG溫度過低而引起換熱介質(zhì)結(jié)冰導(dǎo)致汽化器汽化性能惡化的問題，且結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】
一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器及汽化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種汽化器，尤其是涉及一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器及汽化方法，屬于換熱器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，全球石油資源緊缺及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，使得燃燒性好、污染小的天然氣消耗急劇增長，天然氣常溫下為氣態(tài)，不便于貯存和長距離運(yùn)輸，因此一般先將其轉(zhuǎn)變?yōu)開163°C的液化天然氣(LNG)，再進(jìn)行貯存和長距離運(yùn)輸。但在使用LNG之前，需要利用汽化裝置將溫度為_163°C的LNG提高至5°C左右的天然氣(NG)。
[0003]目前，用于LNG汽化的汽化器主要包括以下類型:
[0004](I)開架式汽化器，S卩LNG在該裝置的傳熱管內(nèi)流動(dòng)，管外有海水噴淋裝置噴淋海水于傳熱管，實(shí)現(xiàn)海水與LNG的熱量交換；該裝置結(jié)構(gòu)簡單，換熱體積大，直接利用海水與LNG進(jìn)行換熱，但由于LNG在換熱過程中換熱溫差較大，釋放冷量較多，容易導(dǎo)致海水結(jié)冰，因此該裝置汽化效率與穩(wěn)定性并不能得到保障。
[0005](2)具有中間傳熱介質(zhì)的汽化器，S卩LNG與中間傳熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，中間傳熱介質(zhì)與海水(或其他熱源)進(jìn)行換熱，由于中間傳熱介質(zhì)采用低凝固點(diǎn)的介質(zhì)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定;但由于需增加用于中間流動(dòng)的裝置，使得裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0006](3)管殼式汽化器，該汽化器雖結(jié)構(gòu)緊湊，但由于管殼式換熱效率較低且熱源流量較大，并不能保證LNG汽化的穩(wěn)定進(jìn)行。
[0007]申請(qǐng)?zhí)枮?00910307503.2的專利公開了一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的組合熱管換熱器，該系統(tǒng)主要由箱體、隔板、若干熱管和熱管固定結(jié)構(gòu)組成，其中:箱體的兩端分別對(duì)應(yīng)設(shè)有天然氣進(jìn)口管路、制冷劑出口管路以及制冷劑進(jìn)口管路、液化天然氣進(jìn)口管路，隔板的一端固定設(shè)置于箱體內(nèi)部一端的天然氣進(jìn)口管路和制冷劑出口管路之間，隔板的另一端固定設(shè)置于箱體內(nèi)部另一端的制冷劑進(jìn)口管路和液化天然氣出口管路之間，熱管固定結(jié)構(gòu)固定設(shè)置于隔板上，熱管與熱管固定結(jié)構(gòu)相連接并于隔板相垂直。本發(fā)明將換熱流程劃分為三個(gè)溫區(qū)，根據(jù)每個(gè)溫區(qū)工作溫度的要求選取不同沸點(diǎn)的熱管工質(zhì)，用以避免因?yàn)楣ぷ鳒囟冗^低而引起熱管工質(zhì)的凝固，該技術(shù)從理論上解決大溫差下LNG汽化。但是由于換熱器內(nèi)的工作溫度會(huì)隨著LNG汽化量和制冷劑的流量變化產(chǎn)生巨大波動(dòng)，導(dǎo)致理論上劃分的溫區(qū)被破壞，使得在該工作溫區(qū)內(nèi)的熱管由于工質(zhì)沸點(diǎn)的局限使其失效，無法進(jìn)行熱量傳遞，進(jìn)而使換熱器效率降低影響LNG的汽化。
[0008]申請(qǐng)?zhí)枮?01310120847.9的專利公開了一種小型液化天然氣汽化器，其結(jié)構(gòu)包括殼體，殼體上設(shè)置有LNG進(jìn)口、NG出口、冷媒進(jìn)口及冷媒出口，殼體內(nèi)設(shè)置有與LNG進(jìn)口相連接通的內(nèi)管，其特征在于，內(nèi)管外側(cè)設(shè)置有套管，流經(jīng)內(nèi)管的液化天然氣汽化生成天然氣氣體，天然氣氣體進(jìn)入套管，作為中間介質(zhì)運(yùn)行于內(nèi)管和套管形成的間隙內(nèi)，并通過NG出口輸出。但根據(jù)其所描述運(yùn)行時(shí)是采用將通過繞管與冷媒換熱溫升后的NG作為中間冷媒用來再一次與LNG進(jìn)行換熱，由于LNG換熱冷量釋放大，在內(nèi)管和套管形成的間隙內(nèi)NG可能將會(huì)再一次被冷卻為LNG，整個(gè)過程并不能滿足LNG汽化的要求;若需滿足LNG汽化要求該系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)必須要NG具有較高溫度且NG的生成量與LNG的汽化量完全匹配。但如該專利所描述，實(shí)際操作中這兩方面是互相制約的，若在LNG汽化需求較高時(shí)，該系統(tǒng)由于LNG流量大，但NG在繞管得到熱量不足以提供LNG的汽化，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)無法運(yùn)行，且若冷媒溫度過低，保證不了 NG的溫度需求，該系統(tǒng)也無法正常運(yùn)行。而且在該發(fā)明中設(shè)置有套管，且采用繞管式換熱器，設(shè)備較為龐大卻無法達(dá)到相應(yīng)的換熱效率，因此本發(fā)明中所提冷能損失少以及換熱效率高的說法值得商榷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的功能局限的缺陷，提供了一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器及汽化方法。
[0010]本發(fā)明的汽化器殼體內(nèi)保持真空狀態(tài)并充入有第一換熱介質(zhì)作為工作介質(zhì)。高溫的第二換熱介質(zhì)流經(jīng)第二換熱介質(zhì)換熱管道時(shí)，與第一換熱介質(zhì)換熱，使得第一換熱介質(zhì)汽化，由液態(tài)變成氣態(tài)，在浮生力作用下運(yùn)動(dòng)到汽化器殼體上部，與LNG換熱管道內(nèi)的LNG進(jìn)行換熱，汽化后的第一換熱介質(zhì)吸收LNG由液態(tài)變成氣態(tài)釋放的大量冷量后，在LNG換熱管道外壁面冷凝成液體，在重力作用下，重新回流到汽化器殼體下部，重新進(jìn)行新的汽化冷凝過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LNG汽化;通過利用第一換熱介質(zhì)的汽化冷凝過程解決了由于LNG溫度過低而引起換熱介質(zhì)結(jié)冰導(dǎo)致汽化器汽化性能惡化的問題，且結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0011 ]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，包括具有第一換熱介質(zhì)換熱腔9的殼體4，所述殼體4相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁上，小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔9高度二分之一的上部側(cè)壁上及小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔9高度二分之一的下部側(cè)壁上分別開設(shè)有至少一排相對(duì)應(yīng)的通孔，上部通孔中貫穿連接有一端連通有LNG進(jìn)口 I，另一端連通有LNG出口 5的LNG換熱管道2，下部通孔中貫穿連接有一端連通有第二換熱介質(zhì)進(jìn)口 6，另一端連通有第二換熱介質(zhì)出口 8的第二換熱介質(zhì)換熱管道7，其中所述的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7的外壁上沿軸向各自套裝有若干垂直翅片3。
[0013]上述所述殼體4第一換熱介質(zhì)換熱腔9內(nèi)在壓力為100_150Pa的條件下充入有浸沒所述第二換熱介質(zhì)換熱管道7且不超過腔體體積的1/2的第一換熱介質(zhì)。所述第一換熱介質(zhì)為低沸點(diǎn)工質(zhì)。所述的低沸點(diǎn)工質(zhì)為R22、乙二醇和丙烷中的任一種。
[0014]上述所述的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7的排列形式為交叉排列或順排排列;所述的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7均為直通管道、螺旋或環(huán)形管道。
[00? 5 ]上述所述殼體4為長方體、正方體或橢圓體。
[0016]一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器的汽化方法，具體是從第二換熱介質(zhì)進(jìn)口 6進(jìn)入的高溫的第二換熱介質(zhì)流經(jīng)第二換熱介質(zhì)換熱管道7與第一換熱介質(zhì)換熱腔9中的第一換熱介質(zhì)換熱，使得第一換熱介質(zhì)汽化蒸發(fā)，在浮生力作用下運(yùn)動(dòng)到第一換熱介質(zhì)換熱腔9的上部，與LNG換熱管道2內(nèi)的LNG進(jìn)行換熱，汽化后的第一換熱介質(zhì)吸收LNG由液態(tài)變成氣態(tài)釋放出的大量冷量后，在LNG換熱管道2外壁面冷凝成液體，在重力作用下，重新回流到第一換熱介質(zhì)換熱腔9下部，重新進(jìn)行新的汽化冷凝過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LNG汽化。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)為:
[0018]殼體4內(nèi)保持真空狀態(tài)并充有第一換熱介質(zhì)，使得第一換熱介質(zhì)沸點(diǎn)降低，增大傳熱推動(dòng)力，強(qiáng)化換熱效果;可靈活布置貫通于殼體4的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7，利用第一換熱介質(zhì)發(fā)生相變的方式實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)與冷凝換熱;在LNG換熱管道2及第二換熱介質(zhì)換熱管道7外壁上沿軸向各自套裝有若干垂直翅片3用以使凝結(jié)液及時(shí)脫離，起到強(qiáng)化換熱的目的；本發(fā)明與現(xiàn)有汽化器相比汽化效率提高30%以上以及結(jié)構(gòu)尺寸減小50%，且結(jié)構(gòu)更為簡單，通過利用第一換熱介質(zhì)的汽化冷凝過程可解決由于LNG溫度過低而引起換熱介質(zhì)結(jié)冰導(dǎo)致汽化器汽化性能惡化的問題。
【附圖說明】
:
[0019]圖1為本發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0020]圖2為圖1的A-A剖面圖，
[0021]圖3為圖1的B-B剖面圖，
[0022]圖中:1、LNG進(jìn)口；2、LNG換熱管道；3、垂直翅片；4、殼體;5、NG出口；6、第二換熱介質(zhì)進(jìn)口 ；7、第二換熱介質(zhì)換熱管道;8、第二換熱介質(zhì)出口 ；9、第一換熱介質(zhì)換熱腔。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例，凡采用等同替換或等效變換形式獲得的技術(shù)方案，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0024]如附圖1至圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例的一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，包括具有第一換熱介質(zhì)換熱腔9的殼體4，所述殼體4相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁上，小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔9高度二分之一的上部側(cè)壁上及小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔9高度二分之一的下部側(cè)壁上分別開設(shè)有兩排，每排行5個(gè)相對(duì)應(yīng)的通孔，上部10個(gè)通孔中分別貫穿連接有一端連通有LNG進(jìn)口 I，另一端連通有LNG出口 5的LNG換熱管道2，下部10個(gè)通孔中分別貫穿連接有一端連通有第二換熱介質(zhì)進(jìn)口 6，另一端連通有第二換熱介質(zhì)出口 8的第二換熱介質(zhì)換熱管道7，其中所述的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7的外壁上沿軸向各自套裝有若干垂直翅片3。
[0025]本發(fā)明為保證汽化器換熱高效性，上述所述殼體4第一換熱介質(zhì)換熱腔9內(nèi)在壓力為100-150Pa的條件下充入有浸沒所述第二換熱介質(zhì)換熱管道7且不超過腔體體積的1/2的第一換熱介質(zhì)。所述第一換熱介質(zhì)為低沸點(diǎn)工質(zhì)。所述的低沸點(diǎn)工質(zhì)為R22、乙二醇和丙烷中的任一種。
[0026]上述所述的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7的排列形式為順排排列；所述的LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7均為直通管道。
[0027]上述所述殼體4為長方體。所述LNG換熱管道2和第二換熱介質(zhì)換熱管道7以及LNG進(jìn)口 I和LNG出口 5，第二換熱介質(zhì)進(jìn)口 6和第二換熱介質(zhì)出口 8與殼體4的連接均為焊接連接
[0028]如附圖1至圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例的一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器的汽化方法，具體是從第二換熱介質(zhì)進(jìn)口 6進(jìn)入的高溫的第二換熱介質(zhì)流經(jīng)第二換熱介質(zhì)換熱管道7與第一換熱介質(zhì)換熱腔9中的第一換熱介質(zhì)換熱，使得第一換熱介質(zhì)汽化蒸發(fā)，在浮生力作用下運(yùn)動(dòng)到第一換熱介質(zhì)換熱腔9的上部，與LNG換熱管道2內(nèi)的LNG進(jìn)行換熱，汽化后的第一換熱介質(zhì)吸收LNG由液態(tài)變成氣態(tài)釋放出的大量冷量后，在LNG換熱管道2外壁面冷凝成液體，在重力作用下，重新回流到第一換熱介質(zhì)換熱腔9下部，重新進(jìn)行新的汽化冷凝過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LNG汽化。
[0029]以上僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，包括具有第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)的殼體(4)，其特征在于:所述殼體(4)相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁上，小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)高度二分之一的上部側(cè)壁上及小于所述第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)高度二分之一的下部側(cè)壁上分別開設(shè)有至少一排相對(duì)應(yīng)的通孔，上部通孔中貫穿連接有一端連通有LNG進(jìn)口(I)，另一端連通有LNG出口(5)的LNG換熱管道(2)，下部通孔中貫穿連接有一端連通有第二換熱介質(zhì)進(jìn)口(6)，另一端連通有第二換熱介質(zhì)出口(8)的第二換熱介質(zhì)換熱管道(7)，其中所述的LNG換熱管道(2)和第二換熱介質(zhì)換熱管道(7)的外壁上沿軸向各自套裝有若干垂直翅片(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，其特征在于:所述殼體(4)第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)內(nèi)在壓力為100-150Pa的條件下充入有浸沒所述第二換熱介質(zhì)換熱管道(7)且不超過腔體體積的1/2的第一換熱介質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，其特征在于:所述第一換熱介質(zhì)為低沸點(diǎn)工質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，其特征在于:所述的低沸點(diǎn)工質(zhì)為R22、乙二醇和丙烷中的任一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，其特征在于:所述的LNG換熱管道(2)和第二換熱介質(zhì)換熱管道(7)的排列形式為交叉排列或順排排列;所述的LNG換熱管道(2)和第二換熱介質(zhì)換熱管道(7)均為直通管道、螺旋或環(huán)形管道。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器，其特征在于:所述殼體(4)為長方體、正方體或橢圓體。7.—種根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的利用相變換熱技術(shù)的LNG汽化器的汽化方法，其特征在于:從第二換熱介質(zhì)進(jìn)口(6)進(jìn)入的高溫的第二換熱介質(zhì)流經(jīng)第二換熱介質(zhì)換熱管道(7)與第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)中的第一換熱介質(zhì)換熱，使得第一換熱介質(zhì)汽化蒸發(fā)，在浮生力作用下運(yùn)動(dòng)到第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)的上部，與LNG換熱管道(2)內(nèi)的LNG進(jìn)行換熱，汽化后的第一換熱介質(zhì)吸收LNG由液態(tài)變成氣態(tài)釋放出的大量冷量后，在LNG換熱管道(2)外壁面冷凝成液體，在重力作用下，重新回流到第一換熱介質(zhì)換熱腔(9)下部，重新進(jìn)行新的汽化冷凝過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LNG汽化。
【文檔編號(hào)】F28D15/02GK106017168SQ201610543052
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】趙忠超, 蔣朋朋, 沈仁東, 趙凱, 陳育平, 周根明, 顧曉波
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)