一種采用梯級(jí)汽化技術(shù)的lng汽化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽化器，尤其是涉及一種采用梯級(jí)汽化技術(shù)的LNG汽化器，屬于換熱器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球性石油資源的緊缺以及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，使得燃燒性好、污染小的天然氣的消費(fèi)量急劇增長(zhǎng)，天然氣常溫為氣體，不便于貯存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，因此一般采用先將其轉(zhuǎn)變?yōu)開163°C低溫液體(LNG)，然后貯存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。但在使用LNG之前，需要采用汽化裝置實(shí)現(xiàn)將-163°C左右溫度的LNG提高到5°C左右的天然氣(NG)；
[0003]目前，用于LNG汽化汽化器主要包括以下類型:
[0004](I)開架式汽化器，即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的熱量的交換；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)程顯熱交換溫差大，釋放冷量多，容易導(dǎo)致海水結(jié)冰，因此該裝置汽化效率穩(wěn)定性并不能得到保障。
[0005](2)帶中間傳熱介質(zhì)的汽化器，即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)的穩(wěn)定的運(yùn)行；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并不高且熱源流量較大，并不能保證LNG汽化的穩(wěn)定的進(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^(guò)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(wú)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(guò)NG出口輸出。但根據(jù)其所描述運(yùn)行時(shí)是采用將通過(guò)繞管與冷媒換熱溫升后的NG作為中間冷媒用來(lái)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L(zhǎng)NG，整個(gè)過(guò)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)必須保證時(shí)必須要NG需具有較高溫度且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(wú)法運(yùn)行，且若冷媒溫度過(guò)低，保證不了 NG溫度的需求，該系統(tǒng)也無(wú)法正常運(yùn)行。而且該發(fā)明中設(shè)置有套管，而且采用繞管式換熱器，設(shè)備較為龐大卻無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的換熱效率，因此本發(fā)明中提到的冷能損失少以及換熱效率尚的說(shuō)法有待商権。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的局限，提供了一種采用梯級(jí)汽化技術(shù)的LNG汽化器。該汽化器采用熱管作為傳熱體，利用第一換熱介質(zhì)作為中間冷媒，通過(guò)合理利用熱管的蒸發(fā)端和冷凝端，并采用梯級(jí)溫升方法，解決了 LNG汽化過(guò)程中由于初始溫度較低而引起的換熱介質(zhì)結(jié)冰從而導(dǎo)致汽化器汽化性能惡化等問(wèn)題，保證了 LNG汽化的穩(wěn)定進(jìn)行；通過(guò)調(diào)節(jié)第二換熱介質(zhì)的流量，匹配LNG汽化量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種采用梯級(jí)汽化技術(shù)的LNG汽化器，包括殼體4，所述殼體4內(nèi)采用分別開設(shè)有多行多列通孔的第一隔板8和第二隔板14，將其依次隔分為在殼體4上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有進(jìn)、出口的LNG換熱腔7、第一換熱介質(zhì)換熱腔17和第二換熱介質(zhì)換熱腔12 ;所述第一隔板8和第二隔板14 一端的通孔中固定安裝有貫穿LNG換熱腔7、第一換熱介質(zhì)換熱腔17和第二換熱介質(zhì)換熱腔12的第一熱管2 ;另一端，所述第一隔板8的通孔中固定安裝有貫穿LNG換熱腔7和第一換熱介質(zhì)換熱腔17的第二熱管5，所述第二隔板14的通孔中固定安裝有貫穿第一換熱介質(zhì)換熱腔17和第二換熱介質(zhì)換熱腔12的第三熱管13。
[0012]本發(fā)明為保證熱管換熱高效性，在其外壁上套裝有若干翅片，根據(jù)熱管所處位置不同其上所套裝翅片也有所不同:所述第一熱管2的外壁上套裝有若干水平翅片3 ;所述第二熱管5貫穿在LNG換熱腔7中一段的外壁上和所述第三熱管13貫穿在第二換熱介質(zhì)換熱腔12中一段的外壁上各自套裝有若干水平翅片3 ;由于第一換熱介質(zhì)狀態(tài)在換熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生改變，為防止液體滯留以及保障換熱能夠高效進(jìn)行，所述第二熱管5和所述第三熱管13貫穿在第一換熱介質(zhì)換熱腔17中一段的外壁上套裝有垂直翅片9，其斷截面形狀為花瓣形。
[0013]本發(fā)明根據(jù)LNG在LNG換熱腔7中溫度變化(梯級(jí)溫升)分為I級(jí)換熱區(qū)和II級(jí)換熱區(qū):其中，I級(jí)換熱區(qū)內(nèi)LNG吸收來(lái)自第二換熱介質(zhì)的熱量從-163°C液態(tài)升溫為低溫氣態(tài)NG，II級(jí)換熱區(qū)域內(nèi)低溫氣態(tài)NG吸收來(lái)自第二換熱介質(zhì)的熱量的升溫為常溫NG并由NG出口 I排出，LNG通過(guò)在兩換熱區(qū)域的換熱實(shí)現(xiàn)梯級(jí)換熱。I級(jí)換熱區(qū)位于所述一端，其長(zhǎng)度為所述第一隔板8和第二隔板14總長(zhǎng)的1/3 ; II級(jí)換熱區(qū)位于所述另一端，其長(zhǎng)度為所述第一隔板8和第二隔板14總長(zhǎng)的2/3。
[0014]本發(fā)明所述第一隔板8和第二隔板14與殼體4為焊接連接，且殼體4為兩端設(shè)有凸球面的圓筒形。本發(fā)明所述的第一換熱介質(zhì)通過(guò)熱管與LNG直接進(jìn)行換熱，由于LNG汽化時(shí)釋放冷量大，為保證第一換熱介質(zhì)在換熱過(guò)程不會(huì)結(jié)冰，則需采用低沸點(diǎn)相變換熱工質(zhì)如丙烷；而所述第二換熱介質(zhì)無(wú)需考慮上述問(wèn)題，即采用一般換熱介質(zhì)，如海水。
[0015]本發(fā)明為保證三種介質(zhì)能夠充分進(jìn)行換熱且實(shí)現(xiàn)LNG溫度的逐步提高和避免第二換熱介質(zhì)因溫度過(guò)低而導(dǎo)致凝固，LNG與兩種換熱介質(zhì)在各自換熱腔中流動(dòng)時(shí)應(yīng)為:第一換熱介質(zhì)與LNG為順向流動(dòng)，第二換熱介質(zhì)與LNG為逆向流動(dòng)且所述第一隔板(8)和第二隔板(14)上的通孔的排列為交錯(cuò)網(wǎng)格式排列，其優(yōu)選為正三角形或品字形排列。
[0016]本發(fā)明根據(jù)LNG汽化過(guò)程的汽化特性，通過(guò)合理組合和布置在不同換熱腔內(nèi)作為換熱體的熱管的蒸發(fā)端以及冷凝端來(lái)保證LNG汽化的穩(wěn)定進(jìn)行；總體來(lái)說(shuō)，置于LNG換熱腔7內(nèi)第一熱管2，第二熱管5為熱管的冷凝端；置于第一換熱介質(zhì)換熱腔17內(nèi)第二熱管5為熱管的蒸發(fā)端，第一熱管2和第三熱管13為熱管的冷凝端；置于第二換熱介質(zhì)換熱腔12內(nèi)的第一熱管2和第三熱管13為熱管的蒸發(fā)端。
[0017]本發(fā)明所述的LNG在LNG換熱腔7中流動(dòng)，與作為熱管冷凝端的第一熱管2和第二熱管5進(jìn)行換熱，從而溫度升高，實(shí)現(xiàn)LNG汽化；所述第二換熱介質(zhì)在第二換熱介質(zhì)換熱腔12中流動(dòng)，與作為熱管蒸發(fā)端的第一熱管2和第三熱管13進(jìn)行換熱，熱管吸收來(lái)自第二換熱介質(zhì)的熱量，并將其傳遞給LNG和第一換熱介質(zhì)。
[0018]本發(fā)明所述第一換熱介質(zhì)以氣態(tài)形式進(jìn)入第一換熱介質(zhì)換熱腔17中通過(guò)熱管作為換熱體直接與LNG進(jìn)行換熱，由于LNG在汽化時(shí)釋放冷量大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱過(guò)程中第一換熱介質(zhì)吸收過(guò)多冷量而冷凝為液體，若在后續(xù)換熱過(guò)程中不提供熱量給第一換熱介質(zhì)保證其為氣態(tài)，則會(huì)大大降低換熱效率；因此在該換熱腔中采用第二熱管5和第三熱管13依次交錯(cuò)排列，且位于該換熱腔中的第二熱管5為第二熱管5的蒸發(fā)端而位于該換熱腔中的第三熱管13為第三熱管13的冷凝端；氣態(tài)第一換熱介質(zhì)通過(guò)首先通過(guò)第二熱管5的蒸發(fā)段釋放熱量并通過(guò)第二熱管5將其傳遞給LNG，由于釋放熱量導(dǎo)致溫度降低從而冷凝為液體隨后流過(guò)第三熱管13的冷凝端吸收來(lái)自第二換熱介質(zhì)的熱量從而溫度升高變?yōu)闅鈶B(tài)。第一換熱介質(zhì)通過(guò)由第二熱管5和第三熱管13組成的換熱單元實(shí)現(xiàn)從氣態(tài)-液態(tài)-氣態(tài)的狀態(tài)的循環(huán)改變，從而實(shí)現(xiàn)將第二換熱介質(zhì)的熱量傳遞給LNG，實(shí)現(xiàn)LNG的汽化；避免LNG汽化過(guò)程中由于LNG釋放大量冷量若采用直接與第二換熱介質(zhì)換熱而導(dǎo)致其凝固，使得LNG汽化不能穩(wěn)定進(jìn)行的問(wèn)題。
[0019]本發(fā)明所述LNG在第二換熱區(qū)域由低溫NG變?yōu)槌豊G并由NG出口 I排除，在該階段NG升溫?zé)o需消耗太多熱量；但I(xiàn)I級(jí)換熱區(qū)由于第二換熱介質(zhì)具有較高的熱量，足以使得低溫NG升溫為常溫NG ;為有效的利用第二換熱介質(zhì)的熱量，該系統(tǒng)充分考慮到由于I級(jí)換熱區(qū)換熱過(guò)程中第一換