用于加热液化流的方法和设备的制作方法
【专利摘要】在一闭合回路中，热传递流体从第一热传递区域经由下导管循环至第二热传递区域，第一热传递区域、下导管和第二热传递区域均布置在外部环境中。位于第一箱子内的第一热传递区域包括第一热传递表面，待加热的液化流隔着该第一热传递表面与热传递流体进行第一间接热交换接触。热传递流体被允许冷凝，热传递流体的被冷凝部分的一部分被允许蓄积在第一箱子内，从而在第一箱子内以液相形成热传递流体的液体层。液体从液体层被抽出，经过下导管流到第二热传递区域中。第二热传递区域包括第二热传递表面，热传递流体隔着该第二热传递表面与外部环境进行第二间接热交换接触。
【专利说明】用于加热液化流的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于加热液化流的方法和设备。
[0002]本文中的液化流具有低于环境温度的温度。优选地，液化流的温度为液化流在小于2巴绝对压力下的起泡点或更低，以致在该压力下保持液相。需要加热的工业中的液化流的例子是液化天然气(LNG)。
【背景技术】
[0003]天然气是有效的燃料源。但是，天然气的开采通常离市场较远的距离。在这种情况下，需要在天然气流源处或附近的液化天然气工厂来液化天然气。液化天然气形式的天然气比气态形式更容易储存和长距离运输，这是因为它占据了较小的体积，并且不需要高压储存。
[0004]液化天然气在用作燃料之前通常被再气化。为了使液化天然气再气化，可以对液化天然气加热。在加热之前，液化天然气通常被加压以满足用户要求。根据供气网规范或用户需求，如果需要，也可以改变组成，例如添加一定量的氮和/或提取(:2_(；成分中的一些。然后将再气化天然气产物适当地经由供气网出售给用户。
[0005]专利申请公开US2010/0000233描述了一种用于加热液化流的设备和方法。在该设备和方法中，热传递流体以闭合回路在第一热传递区域与第二热传递区域之间循环，在第一热传递区域中，热量从热传递流体传递给待加热的液化流，在第二热传递区域中，热量从环境空气传递给热传递流体。热传递流体在第一热传递区域中被冷凝，并在第二热传递区域中被加热。热传递流体利用施加于在闭合回路中循环的热传递流体的重力循环。
[0006]专利申请公开US2006/0242969披露了另一种用于利用自然循环的中间致冷剂来气化低温液体的系统和方法。低温液体流过第一热交换器中的管束，所述管束竖直地布置在第一热交换器内部。致冷剂从第二热交换器经由制冷剂蒸气入口和上升管进入第一热交换器，所述上升管并排地向上横穿第一热交换器至用于低温流体的管束。致冷剂蒸气被排放至第一热交换器顶部附近的用于致冷剂蒸气的空间中。通过与管束中低温流体的热交换，致冷剂蒸气被冷凝成中间液态致冷剂材料，由此使得中间液态致冷剂材料蓄积在第一热交换器的底部，并流至第二热交换器。
[0007]可以预测，热传递流体的循环在US2010/0000233和US2006/0242969中所述的设备和方法正常运行时可能被破坏。
【发明内容】
[0008]依照本发明的第一个方面，提供了一种加热液化流的方法，其包括:
[0009]-使待加热的液化流流过第一热传递区域，所述第一热传递区域包括采用装有热传递流体的壳体形式的第一箱子，所述液化流隔着布置在第一箱子内部的第一热传递表面与热传递流体进行间接热交换接触，由此热量从热传递流体传递给液化流，从而冷凝至少一部分热传递流体以形成冷凝部分；
[0010]-允许所述冷凝部分中的一部分蓄积在第一箱子内，从而在第一箱子内形成热传递流体的呈液相的液体层，其中，第一箱子内的热传递流体的呈液相的液体层上方是一蒸气区域，第一热传递表面布置在第一箱子的蒸气区域内；
[0011]-在一闭合回路中，使热传递流体从第一箱子经由至少一下导管循环至第二热传递区域并返回到第一热传递区域，所有这些均布置在外部环境中；
[0012]其中，所述热传递流体的循环包括:从第一箱子的液体层抽取液体，使来自呈液相的液体层的所述液体通过下导管流至第二热传递区域，并使热传递流体穿过第二热传递区域流至第一热传递区域，由此在第二热传递区域中与外部环境间接热交换，从而使热量从外部环境传给热传递流体，并使热传递流体气化，其中，在沿重力方向处于液体层上方的位置处，第二热传递区域向第一箱子的蒸气区域中排放，其中，随着热传递流体从第二热传递区域排入第一箱子，热传递流体从第二热传递区域流过一个或更多个上升管端件的开口端，所述一个或更多个上升管端件横穿液体层至蒸气区域中，由此，上升管端件的开口端在重力方向上低于第一热交换表面定位。
[0013]依照本发明的第二个方面，提供了一种用于加热液化流的设备，其包括用于循环热传递流体的闭合回路，所述闭合回路包括第一热传递区域、第二热传递区域和下导管，第一热传递区域、第二热传递区域和下导管均布置在外部环境中，其中，第一热传递区域包括采用装有热传递流体的壳体形式的第一箱子，其中，在第一箱子内部布置有第一热传递表面，隔着所述第一热传递表面，在待加热的液化流与热传递流体之间建立第一间接热交换接触，所述设备还包括在第一箱子内的热传递流体的呈液相的液体层，其中，第一箱子内的热传递流体的呈液相的液体层上方是一蒸气区域，第一热传递表面布置在第一箱子的蒸气区域内，其中，第二热传递区域沿重力方向低于第一热传递区域定位，以及第二热传递区域包括第二热传递表面，热传递流体隔着该第二热传递表面与外部环境进行第二间接热交换接触，以及其中，下导管使第一热传递区域与第二热传递区域流体地连接，下导管与第一箱子之间的交界面的位置浸没在第一箱子中的热传递流体的液体层下，其中，第二热传递区域包括流体地连接于第一热传递区域的至少一个上升管，所述至少一个上升管包括流体地连接于所述上升管并横穿液体层至蒸气区域的上升管端件，其中，所述至少一个上升管的开口端在重力方向上低于第一热交换表面定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面参照非限制性的附图，仅通过例子对本发明加以说明，其中:
[0015]图1表示体现本发明的加热器的横向截面；
[0016]图2表示图1中加热器的纵向截面；
[0017]图3表示体现本发明的加热器的横向截面。
【具体实施方式】
[0018]为便于描述，为管线以及该管线中载运的流分配单个参考数字。相同的参考数字标记类似的部件。本领域技术人员应很容易理解，虽然参照特征和方案中的一个或更多个特定组合对本发明加以说明，但是，这些特征和方案中的许多在功能上与其它特征和方案无关，这样，它们可以等同地或类似地独立应用于其它实施例或组合中。
[0019]概括来说，本发明公开了一种加热液化流的方法，其包括:
[0020]-使待加热的液化流流过第一热传递区域，所述第一热传递区域包括采用装有热传递流体的壳体形式的第一箱子，所述液化流隔着布置在第一箱子内部的第一热传递表面与热传递流体间接热交换接触，由此热量从热传递流体传递给液化流，从而冷凝至少一部分热传递流体以形成冷凝部分；
[0021]-允许所述冷凝部分中的一部分蓄积在第一箱子内，从而在第一箱子内形成热传递流体的呈液相的液体层；
[0022]-在一闭合回路中，使热传递流体从第一箱子经由至少一下导管循环至第二热传递区域并返回到第一热传递区域，所有这些均布置在外部环境中；
[0023]其中，所述热传递流体的循环包括:从第一箱子的液体层抽取液体，使来自呈液相的液体层的所述液体通过下导管流至第二热传递区域，并使热传递流体穿过第二热传递区域流至第一热传递区域，由此在第二热传递区域中与外部环境间接热交换，从而使热量从外部环境传给热传递流体，并使热传递流体气化。
[0024]此外，概括来说，本发明还公开了一种用于加热液化流的设备，其包括用于循环热传递流体的闭合回路，所述闭合回路包括第一热传递区域、第二热传递区域和下导管，第一热传递区域、第二热传递区域和下导管均布置在外部环境中，其中，第一热传递区域包括采用装有热传递流体的壳体形式的第一箱子，其中，在第一箱子内部布置有第一热传递表面，隔着所述第一热传递表面，在待加热的液化流与热传递流体之间建立第一间接热交换接触，其中，第二热传递区域在重力方向上低于第一热传递区域定位，以及第二热传递区域包括第二热传递表面，热传递流体隔着该第二热传递表面与外部环境进行第二间接热交换接触，以及其中，下导管使第一热传递区域与第二热传递区域流体地连接，该设备还包括在第一箱子内的热传递流体的呈液相的液体层，下导管与第一箱子之间的交界面的位置浸没在第一箱子中的热传递流体的液体层下。
[0025]下面将描述进一步改善热传递流体通过闭合回路的循环。应想到，热传递流体的循环可能被热传递流体的蒸气穿过蒸气返回上升管的回流妨碍。本发明提出在在重力方向上低于第一热交换表面处布置上升管端件的开口端。由此可以避免气化的热传递流体的蒸气比所需更长时间地限制在上升管端件中。通过进一步上升穿过第一热传递区域的蒸气区域，蒸气可以到达第一热交换表面，所述蒸气区域中同样布置有所述第一热传递表面。蒸气在蒸气区域受到的流动阻力小于上升管端件内流动的流动阻力。上升管端件的开口端优选位于第一箱子中热传递流体的液体层的标称液位上方。
[0026]还应想到，下导管中蒸气的存在可能干扰热传递流体在闭合循环中的循环。
[0027]在本发明提出的方法和设备中，只有来自由蓄积在第一箱子中的液相的热传递流体构成的液体层的液体以液相穿过下导管流至第二热传递区域。通过与待加热的液化流间接热交换而冷凝热传递流体并允许所述热传递流体的冷凝部分中的一部分蓄积在第一箱子中，形成所述液体层。
[0028]因为下导管与第一箱子之间的交界面的位置浸没在第一箱子中的热传递流体的液体层下，所以有效地阻止蒸气从第一箱子进入下导管。因此，热传递流体通过闭合回路的循环不会受到蒸气从第一箱子流到下导管中的干扰。
[0029]特别地，避免蒸气从第一箱子流入下导管以及降低对由第二热传递区域中产生的蒸气进入第一箱子的阻碍的组合，对提高热传递流体的自然循环尤其有效。
[0030]已经发现，即使当下导管中产生的蒸气量非常少时，热传递流体穿过闭合回路的循环可能会被妨碍到根本不存在任何循环的程度。因此，优选的是，下导管中不容许有和/
或产生蒸气。
[0031]在优选实施例中，下导管与外部环境热绝缘，和/或来自液相的热传递流体的液体层的液体穿过下导管与外部环境热绝缘地向下流至第二热传递区域。
[0032]由此，避免了向下穿过下导管输送的热传递流体的冷凝部分的气化。因此，热传递流体通过闭合回路的循环将不会受到下导管中生成的蒸气的干扰。
[0033]对于绝缘程度没有绝对的要求。由于下导管内部的热传递流体与下导管外部之间的温差(受例如环境空气温度和吸收太阳辐射影响)，建议绝缘程度足够实现当热传递流体流过下导管时泄漏到热传递流体中的热量将不会导致下导管内部的热传递流体的任何气化。所以绝缘程度取决于具体的设计构造(包括，例如，下导管的竖向高度，下导管中热传递流体的停留时间，热传递流体的组成，以及热传递流体的实际工作压力)，所述具体的设计构造可以随设计的不同而不同。因而建议泄漏的热量的影响应根据具体情况进行分析。但是，作为一个参考，热阻值(R值)满足0.3m2K/W或更高的绝缘是所建议的例子。
[0034]如果热传递流体在第二热传递区域中的所述气化期间向上升，则对热传递流体的循环更加有帮助，这是因为蒸气将帮助向上驱动任何剩余的液体。优选地，第二热传递区域包括流体地连接于第一热传递区域的至少一个上升管。
[0035]显然，下导管和/或至少一个上升管可以适当地具有圆形横截面(横向于它们各自的流动方向)。但是，如果需要，下导管或所述至少一个上升管二者中的一者或者两者可采用非圆形的横截面。
[0036]典型地，可以不使用泵，仅通过重力维持循环，尤其是在热传递流体的冷凝发生在第一热传递区域以及热传递流体的气化发生在第二热传递区域的情况下。
[0037]在一组实施例中，下导管和第二热传递区域经由分配集管相互流体连接，由此，第二热传递区域包括流体地连接分配集管与第一热传递区域的多个上升管。所述多个上升管可以优选地布置成排以形成成排布置的上升管。离开下导管的冷凝部分可以分配至该多个上升管，在所述多个上述管中出现向上的上升。这是使暴露于外部环境以便在第二热传递区域中实现间接热交换的蓄积面积大于暴露于外部环境的下导管的面积的一个适合的实现方式。另一个方式可以添加到多个上升管上或者取代多个上升管，其应用热接触改进件，例如从至少一个上升管向外突出到外部环境中的翅片。
[0038]由于从外部环境到热传递流体的热传递速率高，第二热传递区域中与下导管中热交换面积之差进一步驱动了热传递流体的循环，改善了第二热传递区域中的气化。
[0039]热传递流体穿过闭合回路的循环在下述情况下受到妨碍:S卩，甚至在下导管中生成的蒸气量非常少时，也可能被妨碍到根本没有循环的程度。因此，优选的是，下导管中根本不会生成和/或容许蒸气。
[0040]优选地，不但下导管，而且任选的分配集管也与外部环境热绝缘。这进一步保证热传递流体在流体进入第二热传递区域内部之前、例如在上升管中不会出现气化。
[0041]此外，分配集管优选在重力方向上低于第二热传递区域定位。由此，可以实现在至少一个上升管中生成的蒸气不会进入下导管中，这是因为所述至少一个上升管中生成的任何蒸气都预期向上流动。
[0042]一防涡器可以优选设置在第一热传递区域和下导管之间。这种防涡器可以有利于减少和/或避免冷凝的热传递流体中的液体夹带任何蒸气到下导管中。
[0043]图1和2中显示了用于加热液化流的设备的一个非限制性例子，其采用液化天然气的加热器的形式。该加热器也可以用作液化天然气的气化器。图1显示了设备的横向截面，图2显示了设备的纵向截面。
[0044]该设备包括第一热传递区域10、第二热传递区域20、下导管30和用于循环热传递流体9的闭合回路5 (如箭头5a、5b、5c所指示的)，所有这些均布置在外部环境100中。典型地，外部环境100由空气构成。第一热传递区域10、第二热传递区域20和下导管30全部形成为闭合回路5的一部分。第二热传递区域20可以包括至少一个上升管22，在这种情况下，热传递流体9可以在所述至少一个上升管22内输送，而外部环境与所述至少一个上升管22的外部相接触。任选地，闭合回路5可以包括用于使下导管30和第二热传递区域20相互流体地连接的分配集管40。这种分配集管40在第二热传递区域20包括多个上升管22的情况下有用。至少一个上升管22或多个上升管22流体地连接于第一热传递区域10。
[0045]任选的分配集管40优选在重力方向上低于第二热传递区域20定位。
[0046]第一热传递区域10可以包括装有热传递流体9的第一箱子13，例如采用壳体的形式。第一热传递区域10包括第一热传递表面11，所述第一热传递表面可以布置在第一箱子13内。第一箱子13的壳体可以是伸长体，例如为基本上圆柱形筒的形式，并在前端和后端上设置有适合的盖子。适合的选择是向外弯曲的壳体盖子。壳体可以适当地沿着主轴线A纵向伸展。
[0047]第一热传递表面11起到使待加热的液化流与热传递流体9进行第一间接热交换接触的作用，热传递流体9位于第一热交换表面11的相对侧上，该相对侧是第一热交换表面的背离待加热的液化流的那一侧。任选地，第一热传递表面11可以由任选地布置在管束14中的一个或更多个管子12形成。在这样的情况下，待加热的液化流可以在所述一个或更多个管子12内输送，而热传递流体与所述一个或更多个管子12的外部相接触。
[0048]类似于管壳式热交换器，管子12可以单程布置，也可以多程布置，如有必要，可在前端和/或后端带有任何适合的固定头部。
[0049]第二热传递区域20沿重量方向低于第一热传递区域10布置。第二热传递区域20包括第二热传递表面21，热传递流体9隔着该第二热传递表面21与外部环境100进行第二间接热交换接触。如果第二热传递表面21包括一个或更多个上升管22，则热传递流体9可以在所述一个或更多个上升管22内输送，同时外部环境与所述一个或更多个上升管22的外部相接触。所述一个或更多个上升管22的外部可以方便地设置有热传递改进件，例如面积扩大件。这可以采用翅片29、凹槽(未显示)或其它合适手段的形式。请注意，翅片29可以存在于所有上升管22上，但是，为清楚起见，其只描绘在图2的其中一个上升管22上。
[0050]下导管30流体地连接第一热传递区域10和第二热传递区域20。更详细来说，下导管30具有允许热传递流体从第一热传递区域10流入下导管30的上游端和允许热传递流体9从下导管30流向第二热传递区域20的下游端。下导管30与外部环境100热绝缘。这示意性地显示在图1中，在下导管30的外表面应用有绝缘层35。绝缘层35可以由任何适合的管道绝缘材料或导管绝缘材料形成和/或包括任何适合的管道绝缘材料或导管绝缘材料，并且可以任选地提供有对绝缘下腐蚀的保护措施。适合的绝缘层包括泡沫材料，优选闭孔泡沫材料，以避免渗透冷凝。一个例子是任选地设置有Armachek-R(TM)包层的Armaf Iex (TM)管绝缘，两者在市场上都可以从Armacell UK Ltd.获得。Armachek-R(TM)是一种高密度橡胶基盖子衬里。
[0051]风扇50 (—个或更多个)可以相对于第二热传递区域20定位，以增强环境空气沿着第二热传递区域20的循环，如图1中箭头52所指示的。由此，可以提高第二间接热交换接触的热传递速率。优选地，风扇安放在布置成从风扇50到第二热传递区域20引导环境空气或反之亦然的空气导管55中。在优选实施例中，环境空气大体上从第二热传递区域20向下循环到空气导管55中，然后到风扇50。
[0052]下导管30可以采取各种形式。例如，作为非限制性的例子，下导管可以包括公共区段31，所述公共区段流体地连接第一热传递区域10与T形接头23，在该T形接头处，热传递流体9被分成两个支路32。两个支路32均可连接于一个分配集管40，由此，这些分配集管中的每一个是独立的，使得这些分配集管中的一个内部的热传递流体9不能流向另一个分配集管，除非经由T形接头23或经由第一热传递区域10。T形接头23沿重量方向可以低于第一箱子13定位。
[0053]阀33，例如采用蝶形阀的形式，可以任选地设置在下导管30中和/或下导管30的每个支路32中。其可以是手动操纵阀。利用该阀，可以调节热传递流体穿过闭合循环(closed cycle)的循环；在下导管中的竖向差别较大的情况下，液体静压头(static head)对起泡点(沸点)有显著的影响，这可以通过阀建立摩擦压降而抵消。
[0054]如果第一箱子13设置成沿着主轴线A伸展的伸长外壳的形式，则支路32可以适当地横向于主轴线A的方向延伸。所述多个上升管中的上升管22可以布置成在平行于主轴线A的主方向上分布在分配集管40上。在这种情况下，每个分配集管40适当地也具有基本上在与主轴线A相同的方向上的伸长形状，在此情况下，上升管22可适当地构造在平行于主轴线A的平面中。在尤其有利的实施例中，上升管在主方向以及在横向于主方向延伸的横向方向两个方向上布置成二维图案。
[0055]流体地连接选定的分配集管40与第一热传递区域10的上升管22的数量大于流体地连接第一热传递区域10与该同一分配集管40的下导管的数量(和/或单个下导管的分支数量)。例如，在一个例子中，在第一热传递区域10与仅通过单个下导管30的单个支路32供给热传递流体9的单个分配集管40之间布置有84个上升管22。所述多个上升管22可以适当地布置分成两个子集，第一个子集布置在连接分配集管40与第一热传递区域10的下导管30 (或支路32)的一侧，而第二子集布置在下导管30 (或支路32)的另一侧。气封57可位于下导管30 (或支路32)和在下导管30的任一侧上的上升管22的每个子集之间，以避免空气通过下导管30和上升管22的每个子集之间的间隙而绕过第二热传递区域。
[0056]在正常操作期间，加热器包括蓄积在第一热传递区域10内的呈液相的热传递流体9的液体层6。第一热传递区域10内的呈液相的热传递流体9的液体层6上方是蒸气区域8。标称液位7限定为加热器正常运行期间液体层6和蒸气区域8之间的交界面的水平。
[0057]第一热交换表面11优选布置在第一热传递区域10的蒸气区域8内、标称液位7的上方。由此，待加热的液化流与热传递流体9之间的第一热交换接触中的热传递可以最有效地受益于蒸气区域8内获得的热传递流体9的冷凝热。
[0058]第一热传递区域10和下导管30之间的交界面可以由第一箱子13的壳体上的通孔形成。交界面优选在重力方向上低于第一箱子13内的热传递流体9的标称液位7。
[0059]第二热传递区域20优选沿重力方向在标称液位7上方的位置处向第一热传递区域10排放。这样，热传递流体9可以从第二热传递区域20循环回到第一热传递区域10，同时绕过蓄积在第一箱子13中的热交换流体9的液相层。如图1和2所示，这可以通过流体地连接于上升管并在上升管22与第一热传递区域10内部的在标称液位7上方的蒸气区域8之间延伸的上升管端件24实现，所述上升管端件24穿过液体层6。
[0060]上升管端件24的开口端沿重力方向低于第一热交换表面11。由此可以避免气化的热传递流体的蒸气比所需更长时间地限制在上升管端件24中。通过在第一热传递区域10的蒸气区域8中进一步上升，蒸气可以到达第一热交换表面11，在这里，其受到的流动阻力小于上升管端件24内的流动阻力。优选地，上升管端件24的开口端沿重力方向位于标称液位7上方。
[0061]任选地，可以设置一个或更多个液体分流装置，以在运行期间保护上升管端件24受到由于热交换流体9的冷凝而从第一热交换表面11掉下来的影响。这种液体分流装置可以以许多方式实施，其中一种方式是如图1和2所示，采用布置在第一热交换表面11 (例如，设置在管子12上)与上升管端件24的开口端之间的堰板25的形式。所示的堰板25平行于主轴线A布置并且从水平位置倾斜约30°，以朝着箱子13的纵向中心引导冷凝的热传递流体9。其它配置也是可行的，例如竖直布置的堰板和/或上升管端件上的泡罩(类似于蒸馏塔板中所使用的泡罩)，在采用竖直堰板的情况下，第一热交换表面位于所述堰板所处的竖直平面的一侧，上升管端件位于竖直平面的另一侧。也可以采用这些方式和/或其它方式的组合。
[0062]一防涡器60可以设置在下导管30的上游端，例如，在第一热传递区域10和下导管30之间的交界面处或附近。在图1和2的实施例中，防涡器60适当地位于第一热传递区域10和下导管30的公共区段31之间的交界面附近。防涡器是用于避免由于流入下导管30的液体中可能夹带蒸气而在液体层6中出现涡流漩涡的已知装置。
[0063]虽然图1和2中没有这样指示，但是，分配集管40可以与外部环境热绝缘，例如以与下导管30同样的方式热绝缘。分配集管40的热绝缘可以包括在分配集管40上的一层绝缘材料，优选为与用于下导管30相同的绝缘材料。
[0064]作为一个例子，现在主要参照图2，显示了采用U形管束形式的双程管束14。但是，本发明不局限于这种管束。该特定壳体的前端15上的端盖设置有盖子接管16，所述盖子接管16包括头部(head)凸缘17，头部凸缘17上可以安装任何类型的适合的、优选固定的头部和管板。一个或更多个分程隔板可以设置在用于多程管束的头部中。典型地，单个分程隔板足以满足双程管束。本发明不局限于这种特定的盖子接管16 ;例如，作为替代，可以选择带有固定管板的盖子接管。适合的头部为一体式机罩头部或带有可移除盖子的头部。管子可以通过一个或更多个横向挡板或支撑板相互固定在相对位置上。第一箱子13内部的机械构造可以设置来支撑管束，例如采用位于管束下方的结构的形式。管端可以固定在管板上。
[0065]任选地，后端也可以设置有盖子接管，这样，代替U形管，同样可以在后端设置管板。
[0066]尽管不是本发明的要求，但是，在上述的实施例中，下导管30的每个支路32具有经由连接弯头部分38彼此流体地连接的横向部分34和向下部分36。热传递流体9从第一热传递区域10到第二热传递区域20在横向部分34中的第一标称流动方向(如箭头5a所指示)比热传递流体9从第一热传递区域10到第二热传递区域20在向下部分36中的第二标称流动方向(后一标称流动方向如箭头5b所指示)竖直指向程度更低。优选地，第一标称方向(5a)偏离竖直方向在从60°到90°的范围内，更优选偏离竖直方向在从80°到90°的范围之内。优选地，第二标称方向(5b)偏离竖直方向在从0°到30°的范围内，更优选偏离竖直方向在从0°到10°的范围之内。令人惊讶地发现，热交换流体9通过闭合回路的循环对下导管中蒸气的存在的敏感性在30°到60°范围之内的倾斜角下非常敏感。在意图不受理论限制的情况下，在此应当明白，下导管中的压力梯度在该倾斜范围内对蒸气的存在尤其敏感，由此二相流流态为分层波状。
[0067]通过布置横向部分34使得第一标称流动方向(5a)偏离竖直方向在从60°到90°的范围内，更优选偏离竖直方向在从80°到90°的范围之内，以及通过布置向下部分36使得第二标称方向(5b)偏离竖直方向在从0°到30°的范围内，更优选偏离竖直方向在从O。到10°的范围之内，能够实现倾斜范围在30°到60°之间的下导管30的所有部分的平均流动方向，除了在连接弯头部分38内的较少持续时间外，不需要热传递流体9以该倾斜范围内的角度流过下导管30。在这样的实施例中，连接弯头部分38限定为下导管在横向部分34与向下部分36之间的部分，在向下部分中，流动方向在30°到60°之间倾斜。
[0068]上升管22的第二热传递表面21可以位于上升管22的大体上直的部分中。上升管22的大体上直的部分可以处于任意所希望的角度，包括倾斜范围在30°和60°之间的角度。热传递流体9沿着箭头5c的方向在偏离竖直方向约30°的角度的上升管22的大体上直的部分中循环。下导管30的各个支路32在每个支路32的向下部分36上大致平行于上升管22延伸。
[0069]但是，在一组替换实施例中，下导管30中至少各个支路32的向下部分36定位成具有更加竖直的流动方向，例如偏离竖直方向小于30°的角度。现在参照图3，示意性显示了这种替换实施例的一个例子的类似于图1的横截面。该替换实施例具有许多与上述相同的特征。突出的一个区别在于，热传递流体9在各个支路32的向下部分36中的沿着箭头5b的流动方向比热传递流体9在上升管22的大体上直的部分中的沿着箭头5c的流动方向更少地偏离竖直方向。优选地，各个支路32的向下部分36中的沿着箭头5b的流动方向从竖直方向偏离在约10°内。已经发现，这样(即竖直或接近竖直地下流)定向的下导管支路32中的压力梯度比定向在从竖直方向倾斜在10°到60°之间的角度的情况对生成的蒸气更不敏感。
[0070]显而易见，这些考虑因素可以任选地用作附加的保护，这是因为如果在下导管中生成的蒸气或进入的蒸气100%有效，下导管内部将典型地不存在两相流。
[0071]当以水平面上的竖直投影观察时，连接弯头部分38优选位于第一箱子13之外，而在该投影中，主轴线A可以位于第一箱子13内。通过这种构造，下导管30的向下部分36可以从第一箱子13水平地位移(当以所述投影观察时)。所以，环境空气(52)沿竖直方向的循环需要被第一箱子13较少地妨碍，第一热传递区域10位于第一箱子13中，这是因为环境空气可以沿竖直方向在连接弯头38与第一箱子13之间循环。在这样的实施例中，当以水平面上的投影观察时，第二热传递表面21优选至少对于第二热传递表面21的一部分，布置在连接弯头38与第一箱子13之间的空间中。
[0072]如图1所示，下导管的向下部分36平行于所述至少一个上升管22布置。本发明还包含其中下导管30的各个支路的向下部分布置在与上升管22相同的平面中的实施例。此外，代替具有接头23和横向部分34，每个下导管可以经由来自第一箱子的接管在与上升管相同的平面中的一位置处直接连接，使得下导管和上升管位于同一平面中，不需要横向部分。这将允许具有两个独立的循环回路(左腿和右腿，每个带有一独立下导管)。
[0073]在运行时，依照上述任意实施例的设备适合于在加热液化流的方法中使用。待加热的液化流的首要例子是液化天然气流。所形成的加热流可以是再气化天然气流(通过加热并气化液化天然气产生)并且可以经由天然气供气网的管网分配。
[0074]液化天然气通常是甲烷为主具有包括戊烷的微量的较重的烃类(C5+)，以及可能具有包括例如氮气、水、二氧化碳和/或氢硫化物的一物具有包括戊烷的微量的较重的烃类(C5+)，以及可能具有包括例如氮气、水、二氧化碳和/或氢硫化物的一些非烃类组分(典型地低于2mol% )。液化天然气的温度低到足以在低于2bar的绝对压强下使其保持液相的状态。该混合物可以从天然气中获取。
[0075]用于实现液化天然气的加热的适合的热传递流体是C02。热传递流体9在闭合回路5中循环。在所述循环期间，热传递流体9在第一热传递区域10中进行从气相到液相的第一次相变，在第二热传递区域20中进行从液相到气相的第二次相变。
[0076]依照一尤其优选的实施例，热传递流体包括至少90mol %的C02，更优选地，其包括100mol%或约100mol%的C02。CO2用于加热液化天然气的一个重要优点在于，如果用于热传递流体9的闭合回路5中发生泄漏，0)2将在泄漏点凝固，从而减少、甚至堵塞泄漏点。此夕卜，如果0)2从闭合回路泄漏，不会产生可燃混合物。在范围从30到35巴的压力下，CO 2的沸点范围在_5.8°C到-0.1°C。
[0077]在加热液化流的方法中，待加热的液化流流过第一热传递区域10，与热传递流体9进行间接热交换接触，由此，热量从热传递流体9传递给流过第一热传递区域10的液化流。从而，热传递流体9的至少一部分冷凝而形成冷凝部分。优选地，待加热的液化流与蒸气区域8中的热传递流体9的蒸气之间进行间接热交换。
[0078]适合地，待加热的液化流被进给至任选的管束14中的一个或更多个管子12中。如果液化流处于高压，其可能处于超临界状态下，在该超临界状态下，在加热时不发生相变。在低于临界压力下，液化流流过第一热传递区域10时可以保持低于其起泡点，或者在一个或更多个管子12中部分地或完全地气化。第一热交换表面11优选布置在第一热传递区域10的蒸气区域8内、标称液位7的上方。
[0079]优选地，热传递流体9的被冷凝部分被允许蓄积在第一热传递区域10中，以形成热传递流体9的液相的液体层6。冷凝部分可以从优选高于标称液位7的第一热传递表面11落到液体层6中，可以经由液体分流装置，例如经由其中一个堰板25落到液体层6中。
[0080]同时，存在于液体层6中的一部分液态热交换流体9流入下导管30。其形成闭合回路5中热传递流体9的循环的一部分。液相穿过下导管30向下流动并与外部环境热绝缘，从第一热传递区域10，经由下导管30流至第二热传递区域20，然后回到第一热传递区域10。热传递流体穿过下导管30的流量或优选通过下导管30的各个支路32的相对流量通过阀33调节。
[0081]在第二热传递区域20中，热传递流体9与外部环境间接热交换，由此，热量从外部环境传送给热传递流体9，热传递流体9被气化。可使用任选的风扇50增强环境空气沿着第二热传递区域20的循环。环境空气可以沿着向下的方向穿过第二热传递区域20，如图1中箭头52所指示。
[0082]热传递流体9优选在第二热传递区域20中的所述气化期间向上升。该向上升可以在所述至少一个上升管22中进行，优选在所述多个上升管22中进行。就后者来说，离开下导管30的冷凝部分优选分布在多个上升管22上。
[0083]因为下导管30中的任何蒸气都可能不利地影响热传递流体9在闭合回路5内部的流动特性，所以下导管30内部优选不生成任何蒸气和/或不存在任何蒸气。特别是在热传递流体9穿过闭合回路5的循环仅仅通过重力驱动时，在下导管30中避免任何蒸气是非常有利的。在热传递流体9在闭合回路5中的所述循环的每个单程期间，液相的冷凝部分优选从第一热传递区域10经由防涡器60流至下导管30，这进一步有助于避免蒸气进入下导管30。
[0084]本领域技术人员应当明白，本发明可以在不脱离附带的权利要求书的范围的情况下以许多不同的方式实施。
【权利要求】
1.一种加热液化流的方法，其包括: -使待加热的液化流流过第一热传递区域，所述第一热传递区域包括采用装有热传递流体的壳体形式的第一箱子，所述液化流隔着布置在第一箱子内部的第一热传递表面与热传递流体间接热交换接触，由此使得热量从热传递流体传递给液化流，从而冷凝至少一部分热传递流体以形成冷凝部分； -允许所述冷凝部分中的一部分蓄积在第一箱子内，从而在第一箱子内以液相形成热传递流体的液体层，其中，第一箱子内的热传递流体的液相的液体层上方是一蒸气区域，由此，第一热传递表面布置在第一箱子的蒸气区域内； -在一闭合回路中，使热传递流体从第一箱子经由至少一下导管循环至第二热传递区域并返回到第一热传递区域，所述第一热传递区域、第二热传递区域和下导管均布置在外部环境中； 其中，所述热传递流体的循环包括:从第一箱子的液体层抽取液体，使来自液相的液体层的所述液体通过下导管流至第二热传递区域，并使热传递流体穿过第二热传递区域流至第一热传递区域，由此在第二热传递区域中与外部环境间接热交换，从而使热量从外部环境传给热传递流体，并使热传递流体气化，其中，第二热传递区域沿重力方向在液体层上方的位置处向第一箱子的蒸气区域中排放，其中，随着热传递流体从第二热传递区域排放到第一箱子中，热传递流体从第二热传递区域流过一个或更多个上升管端件的开口端，所述一个或更多个上升管端件穿过液体层至蒸气区域中，由此，上升管端件的开口端在重力方向上低于第一热交换表面定位。
2.如权利要求1所述的方法，其中，没有蒸气从第一箱子进入下导管。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，维持蓄积在第一箱子内部的热传递流体的液体层在标称液位。
4.如权利要求3所述的方法，其中，第一热传递区域和下导管之间的交界面可以由第一箱子的壳体上的通孔形成，其中，该交界面在重力方向上低于标称液位。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中，上升管端件的开口端位于标称液位的上方。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其中，来自液相的液体层的所述液体与外部环境热绝缘地穿过下导管向下流至第二热传递区域。
7.如前述任一权利要求所述的方法，其中，热传递流体在闭合回路中的所述循环的每个单程包括:液相的冷凝部分从第一箱子经由防涡器流至下导管。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其中，待加热的液化流包括液化天然气，以及其中，通过加热、并由此气化所述液化天然气而生成再气化天然气流。
9.如前述任一权利要求所述的方法，还包括，遮挡上升管端件而使其不会受到从第一热交换表面落下的冷凝的热交换流体的影响。
10.一种用于加热液化流的设备，其包括用于循环热传递流体的闭合回路，所述闭合回路包括第一热传递区域、第二热传递区域和下导管，第一热传递区域、第二热传递区域和下导管均布置在外部环境中，其中，第一热传递区域包括采用装有热传递流体的壳体形式的第一箱子，其中，在第一箱子内部布置有第一热传递表面，隔着所述第一热传递表面，在待加热的液化流与热传递流体之间建立第一间接热交换接触，所述设备还包括在第一箱子内的热传递流体的液相的液体层，其中，第一箱子内的热传递流体的液相的液体层上方是一蒸气区域，由此，第一热传递表面布置在第一箱子的蒸气区域内，其中，第二热传递区域在重力方向上低于第一热传递区域，以及第二热传递区域包括第二热传递表面，热传递流体隔着该第二热传递表面与外部环境进行第二间接热交换接触，以及其中，下导管流体地连接第一热传递区域和第二热传递区域，由此，下导管与第一箱子之间的交界面的位置浸没在第一箱子中的热传递流体的液体层下，其中，第二热传递区域包括流体地连接于第一热传递区域的至少一个上升管，所述至少一个上升管包括流体地连接于上升管并穿过液体层至蒸气区域中的上升管端件，其中，所述至少一个上升管的开口端在重力方向上低于第一热交换表面定位。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述开口端位于蒸气区域内。
12.如权利要求10或11所述的设备，还包括蓄积在第一箱子内部的热传递流体的液体层的标称液位，其中，第一热传递区域和下导管之间的交界面可以由第一箱子的壳体上的通孔形成，其中，所述交界面在重力方向上低于所述标称液位和/或所述至少一个上升管的开口端位于所述标称液位的上方。
13.如权利要求10-12中任一所述的设备，其中，下导管与外部环境热绝缘。
14.如权利要求10-13中任一所述的设备，其中，下导管具有允许热传递流体从第一热传递区域流入下导管的上游端和允许热传递流体从下导管流向第二热传递区域的下游端，其中，一防涡器设置在下导管的所述上游端。
15.如权利要求10-14中任一所述的设备，还包括布置在热交换表面与所述至少一个上升管端件的开口端之间的一个或更多个液体分流装置。
【文档编号】F28D15/02GK104508348SQ201380039792
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月12日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】R·肯普斯, R·兰辛克, G·M·P·珀金斯, L·J·A·佐特迈耶 申请人:国际壳牌研究有限公司