一種可熱電回收lng冷能的開架式氣化器換熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種開架式氣化器換熱管，特別是關(guān)于一種可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管。
【背景技術(shù)】
[0002]在LNG接收站或氣化站中，常常需要將LNG加熱至常溫氣體進入城市輸運管道。開架式氣化器(ORV)是一種以海水為熱源的氣化器，用于基本負(fù)荷型的大型氣化裝置，可以在0%?105%的負(fù)荷范圍內(nèi)安全運行，并能夠根據(jù)需求的變化調(diào)整汽化量。ORV的基本單元是換熱管，由若干換熱管組成一個板狀排列，兩端由集氣管或集液管焊接形成一個板型管束，再由若干個板型管束組成氣化器，氣化器頂部有海水噴淋裝置，海水被噴淋在板型管束外表面上，依靠重力的作用自上而下流動。LNG在管內(nèi)自下而上流動，在此過程中，海水將熱量傳遞給LNG，使其加熱并氣化。
[0003]傳統(tǒng)的ORV運行時在板型管束的下部都會結(jié)冰，盡管水膜沿管板下落的過程中具有較高的換熱系數(shù)，但是由于冰層的導(dǎo)熱系數(shù)遠低于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)，因此會使氣化器的整體傳熱性能下降。為了改善管外結(jié)冰的問題及提高氣化器的傳熱性能，SuperORV(超級開架式氣化器)在傳統(tǒng)的ORV基礎(chǔ)上對換熱管的結(jié)構(gòu)進行了改進，在LNG氣化段采用了雙層結(jié)構(gòu)的換熱管結(jié)構(gòu)。SuperORV的雙層套管結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是通過犧牲換熱結(jié)構(gòu)的緊湊性，增加傳熱熱阻，減少局部換熱溫度差，達到冰層控制的目的。LNG在氣化的過程中會釋放大量的冷能，傳統(tǒng)ORV和SuperORV在運行過程中，將這部分冷能直接釋放，因此造成能量的浪費。為了改善管外結(jié)冰的問題及提高氣化器的傳熱性能，有必要對ORV換熱管的結(jié)構(gòu)進行改進和優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種不僅能夠改善管外結(jié)冰問題，而且能夠回收LNG冷能的開架氣化器換熱管。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案:一種可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管，其特征在于:它包括有管體，所述管體的管壁內(nèi)外均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu)翅片，靠近LNG的入口端的所述管體為所述開架式氣化器的氣化段，靠近LNG出口端的所述管體為所述開架式氣化器的加熱段；位于所述氣化段的管體管壁上設(shè)置有一環(huán)狀間隙，所述環(huán)狀間隙內(nèi)填充熱電材料；對應(yīng)所述環(huán)狀間隙的位置，所述管體的管壁上還設(shè)置一用于防止所述熱電材料泄露的端蓋。
[0006]所述熱電材料采用低導(dǎo)熱系數(shù)的碲化鉍熱電材料，其長度和厚度根據(jù)實際需要進行設(shè)定。
[0007]所述管體內(nèi)還插設(shè)一用于強化換熱的擾流元件。
[0008]本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本實用新型由于在換熱管氣化段的管體管壁上設(shè)置有環(huán)狀間隙，環(huán)狀間隙內(nèi)填充低導(dǎo)熱系數(shù)的熱電材料，通過改變管內(nèi)外換熱流體傳熱溫度差最大的換熱管段的結(jié)構(gòu)，局部增加換熱熱阻，從而抑制冰層在開架式氣化器表面的生長，同時，在換熱管加熱LNG的同時，熱電材料回收LNG中的部分冷能并轉(zhuǎn)化為電能。2、本實用新型由于將低導(dǎo)熱系數(shù)的熱電材料設(shè)置在海水側(cè)和LNG側(cè)的換熱系數(shù)較高的管段，熱電材料兩側(cè)的溫度差較大，即溫度梯度較大，熱電材料在此區(qū)域的熱電轉(zhuǎn)換效率較高，因此可以提高能源的利用率。3、本實用新型由于在管體內(nèi)插設(shè)擾流元件，因此可以加劇管內(nèi)流體湍流強度，強化換熱。4、本實用新型由于利用回收的冷能發(fā)電，驅(qū)動部分輔機，因此可以減少耗電，提高能源的利用率。本實用新型可以廣泛應(yīng)用于開架式氣化器換熱管的制作過程中。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是主視圖，(b)是仰視圖，(C)是沿圖(b)中的A-A線的剖視示意圖；
[0010]圖2是本實用新型氣化段的剖視示意圖；
[0011]圖3是本實用新型剖視示意圖，其中，(a)是氣化段剖視示意圖，(b)是加熱段剖視示意圖；
[0012]圖4是本實用新型實施例1熱電材料的厚度分布示意圖，其中，橫坐標(biāo)表示換熱管的長度，單位是m ;縱坐標(biāo)表示熱電材料厚度，單位是mm ；
[0013]圖5是現(xiàn)有的SuperORV換熱管沿?fù)Q熱管管長冰層厚度示意圖，其中，橫坐標(biāo)表示換熱管的長度，單位是m ;縱坐標(biāo)表示冰層厚度，單位是mm ;
[0014]圖6是本實用新型實施例2的熱電轉(zhuǎn)換效率隨管長分布曲線示意圖，其中，橫坐標(biāo)表示換熱管的長度，單位是m ;縱坐標(biāo)表示熱電轉(zhuǎn)換效率，單位是％ ；
[0015]圖7是本實用新型實施例2的實驗結(jié)果對比示意圖，其中，“.”表示帶熱電材料的換熱管，“ ▲”表示不帶熱電材料的換熱管；橫坐標(biāo)表示換熱管的長度，單位是m;縱坐標(biāo)表示冰層厚度，單位是mm。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0017]如圖1?3所示，本實用新型的可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管與現(xiàn)有的開架式氣化器換熱管結(jié)構(gòu)基本相同，均包括有管體，管壁內(nèi)外均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu)翅片，靠近LNG的入口端的管體為開架式氣化器的氣化段，靠近LNG出口端的管體為開架式氣化器的加熱段；本實用新型的不同之處在于:氣化段的管體管壁上設(shè)置有一環(huán)狀間隙，環(huán)狀間隙內(nèi)填充熱電材料I ;對應(yīng)環(huán)狀間隙的位置，管體的管壁上還設(shè)置一用于防止熱電材料I泄露的端蓋2。
[0018]在一個優(yōu)選的實施例中，熱電材料I用于從LNG冷能中回收部分冷能，并將這部分冷能轉(zhuǎn)化為電能，熱電材料I可以采用低導(dǎo)熱系數(shù)的碲化鉍熱電材料，其長度和厚度可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定。
[0019]在一個優(yōu)選的實施例中，環(huán)狀間隙的高度和厚度可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定。
[0020]在一個優(yōu)選的實施例中，管體內(nèi)還可以插設(shè)一用于強化換熱的擾流元件。
[0021]下面通過具體實施例對本實用新型的可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管的使用過程進行詳細介紹；
[0022]實施例1:
[0023]I)設(shè)置換熱管的長度為6m，管內(nèi)當(dāng)量直徑為14mm，管內(nèi)側(cè)翅化比為3.0，管外側(cè)翅化比為2.3，管外徑為37mm，管厚度為8.5mm，管體內(nèi)部插設(shè)有擾流元件，氣化段長度為2.5m，加熱段長度為3.5m，環(huán)狀間隙高度為3.2m，環(huán)狀間隙厚度分布從LNG入口端開始沿管體逐漸變薄，初始厚度為4.5mm ;環(huán)狀間隙內(nèi)填充碲化鉍熱電材料，其厚度的分布隨沿管體發(fā)生變化(如圖4所示)；
[0024]2) LNG入口端溫度為113.15K，海水入口溫度為284.95K ；
[0025]3) LNG進入換熱管的氣化段，在氣化段被海水加熱氣化，由于氣化段填充有低導(dǎo)熱系數(shù)的碲化鉍熱電材料，增加了換熱熱阻，因此能夠控制冰層在開架式氣化器氣化段表面的生長，減少換熱管冰層厚度，可以達到相同條件下SuperORV對于冰層的控制水平(如圖5所示)，同時，碲化鉍熱電材料可以回收部分冷能并將其轉(zhuǎn)換為電能，該換熱管在運行時，可以輸出0.48kff電力，如果一個開架式氣化器包括720根換熱管，該開架式氣化器在運行過程中，可以輸出348.4kff電力；
[0026]4)經(jīng)過氣化段加熱的LNG進入加熱段進一步加熱，轉(zhuǎn)化為常溫氣體，進入輸運管道進行傳輸，LNG出口端為溫度281.5K。
[0027]實施例2:
[0028]I)本實施例的結(jié)構(gòu)與實施例1結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是:氣化段長度為3m，環(huán)狀間隙的高度為3.0m，環(huán)狀間隙的厚度為3.2mm,環(huán)狀間隙內(nèi)填充厚度為3.2_的碲化鉍熱電材料；
[0029]2) LNG進入換熱管的氣化段，在氣化段被海水加熱氣化；
[0030]3)經(jīng)過氣化段加熱的LNG進入加熱段進一步加熱，轉(zhuǎn)化為常溫氣體，換熱管LNG出口達到277.2K，本實用新型一個換熱管在運行的同時，還可以輸出0.36kff電力，如果一個開架式氣化器包括720根換熱管，該開架式氣化器在運行過程中，還可以輸出261.2kff電力，其熱電轉(zhuǎn)換效率隨著管長的增加、溫差的減小而降低(如圖6所示)，平均轉(zhuǎn)化效率為2.3%左右。
[0031]如圖7所示，將本實施例的換熱管與現(xiàn)有的換熱管進行對比試驗得知，本實用新型(帶熱電材料I的換熱管)的最大冰層厚度小于4_，現(xiàn)有換熱管(不帶熱電材料I的換熱管)的最大冰層厚度達到7_，由此可見，本實用新型能夠有效調(diào)整其換熱過程的局部熱阻，控制冰層在開架式氣化器表面的生長。
[0032]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本實用新型的保護范圍之外。
【主權(quán)項】
1.一種可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管，其特征在于:它包括有管體，所述管體的管壁內(nèi)外均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu)翅片，靠近LNG的入口端的所述管體為所述開架式氣化器的氣化段，靠近LNG出口端的所述管體為所述開架式氣化器的加熱段；位于所述氣化段的管體管壁上設(shè)置有一環(huán)狀間隙，所述環(huán)狀間隙內(nèi)填充熱電材料；對應(yīng)所述環(huán)狀間隙的位置，所述管體的管壁上還設(shè)置一用于防止所述熱電材料泄露的端蓋。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管，其特征在于:所述熱電材料采用低導(dǎo)熱系數(shù)的碲化鉍熱電材料，其長度和厚度根據(jù)實際需要進行設(shè)定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管，其特征在于:所述管體內(nèi)還插設(shè)一用于強化換熱的擾流元件。
【專利摘要】本實用新型涉及一種可熱電回收LNG冷能的開架式氣化器換熱管，它包括有管體，所述管體的管壁內(nèi)外均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu)翅片，靠近LNG的入口端的所述管體為所述開架式氣化器的氣化段，靠近LNG出口端的所述管體為所述開架式氣化器的加熱段；其特征在于：位于所述氣化段的管體管壁上設(shè)置有一環(huán)狀間隙，所述環(huán)狀間隙內(nèi)填充熱電材料，對應(yīng)所述環(huán)狀間隙的位置，所述管體的管壁上還設(shè)置一用于防止所述熱電材料泄露的端蓋。本實用新型通過改變管內(nèi)外換熱流體傳熱溫度差最大的換熱管段的結(jié)構(gòu)，有效調(diào)整其換熱過程的局部熱阻，控制冰層在換熱器表面的生長，同時，熱電材料回收LNG中的部分冷能并轉(zhuǎn)化為電能。本實用新型可以廣泛應(yīng)用于換熱管的制作過程中。
【IPC分類】F28F17-00, F28F13-12, F28F1-42
【公開號】CN204514152
【申請?zhí)枴緾N201420846629
【發(fā)明人】許佳偉, 屈長龍, 楊亮, 明紅芳, 齊超, 王博杰, 王文
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責(zé)任公司, 上海交通大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年12月26日