一种防冻结的lng换热装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种防冻结的LNG换热装置，该装置为U形管式换热器，所述装置为U形管式换热器，其特征在于，包括U形管、套管、管箱、纵向折流板、分程板和壳体。U形管由LNG气化段和NG加热段组成，LNG气化段为套管结构；NG加热段为单管结构，管内为低温气态天然气流通通道。中间冷媒为C3C4混合物，利用C3C4混合物不断的进行气液相变循环来实现LNG与常规换热介质高效地间接换热过程。本实用新型换热器结构紧凑、成本低、换热效率高、运行安全稳定，且可有效的解决常规换热介质与LNG换热时发生冻堵的问题，C3C4混合物通过自身的沸腾和冷凝实现自动循环流动，不需要额外的动力设备,节约了设备成本和能耗。具有良好的应用前景。
【专利说明】一种防冻结的LNG换热装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液化天然气的换热气化领域,具体涉及一种防冻结的LNG换热装置。
【背景技术】
[0002]自2006年我国沿海地区开始进口使用液化天然气(简称LNG)这一清洁能源以来，我国LNG市场迅速发展，2012年我国年LNG进口量约一千五百万吨。在将LNG供给用户之前需要经过换热升温气化转换为气态的天然气(简称NG)，由于LNG为_162°C左右的低温液体，一些常规的冷媒如盐水、乙二醇水溶液和氨气等凝固点较高，若与LNG换热会由于产生局部过冷从而结冰，且随着时间的延长冰层有增厚的倾向，使换热装置的传热性能变差，LNG无法实现顺利气化，因此LNG换热器是实现LNG气化的关键设备。
[0003]目前LNG气化设备有应用在大型LNG接收站的海水开架式气化器和浸没燃烧式气化器以及应用在LNG小型卫星站的空温式气化器和水浴式气化器。其中开架式气化器以水或海水为热源将LNG升温气化，对海水清洁度要求高；浸没燃烧式气化器以消耗自身产生的天然气为热源将LNG升温气化，运行成本较高；空温式气化器是直接以外界的空气为热源将LNG升温气化，在LNG卫星站应用空温式气化器会产生冷雾而影响站场的安全；水浴式气化器是一种立式的特殊形式的管壳式气化器，以水为热源将LNG升温气化，故耗水量大。以上LNG换热器除浸没燃烧式气化器外，都有管外冷媒结冰的可能，导致换热器换热效率下降，影响LNG气化工段的正常运行。
[0004]LNG冷能利用系统如利用液化天然气冷能生产冷水,一般采用二级换热即采用两台换热器，LNG-中间冷媒换热器和中间冷媒-冷水换热器，来实现LNG的气化和冷水的生产；但此方法因采用两台换热器，设备投资大，设备的占地面积大、维护费用增加，导致总成本较高。
[0005]上述现有技术均未涉及针对常规换热介质的防冻结的LNG换热方法及装置的设计。因此，有必要开发一种投资费用低、操作灵活且可有效防止常规换热介质与LNG换热发生冻结的换热器，继而拓宽可与LNG换热的常规换热介质的种类范围。
实用新型内容
[0006]本实用新型目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种防冻结的LNG换热装置，即在LNG气化段采用中间冷媒实现LNG与常规换热介质的间接换热。本实用新型可有效的解决常规换热介质与LNG换热时发生凝结的问题，常规换热介质选择余地大、成本低、换热效率高、运行安全稳定。
[0007]本实用新型的目的通过如下技术方案实现:
[0008]一种防冻结的LNG换热装置，所述装置为U形管式换热器，包括管箱和壳体，所述装置还包括U形管、套管、纵向折流板和分程板，所述纵向折流板将壳体分为上、下相通的两部分；分程板将管箱分为上、下两部分，管箱下部设有LNG进口，靠近LNG进口的壳体外设有冷媒出口，管箱上部设有天然气出口，靠近天然气出口的壳体外设有冷媒进口 ；管箱的上、下部通过U形管相连通；所述U形管由位于换热器下部的LNG气化段和位于换热器上部的NG加热段组成；所述U形管位于壳体下部的LNG气化段外部套有套管。
[0009]上述装置中，U形管为LNG流通通道，LNG气化段与套管之间的环隙内填装低凝固点的C3C4混合物；所述NG加热段为单管结构，管内为低温气态天然气流通通道。
[0010]上述防冻结的LNG换热装置的工作过程具体包括以下步骤:
[0011](I)所述换热装置为U形管式换热器，LNG走管程，换热介质走壳程，LNG由LNG进口进入管箱下部，再进入U形管，-162?-140°C的低温LNG进入U形管，U形管的LNG气化段与套管之间的环隙中中间冷媒换热后升温气化为-7(T-50°C的气态天然气，进入U形管的NG加热段与壳体的常规换热介质换热后，升温后进入管箱上部，并由天然气出口流出；所述中间冷媒凝固点小于_140°C ；
[0012](2)所述低凝固点的中间冷媒为丙烷丁烷混合物即C3C4混合物，C3C4混合物在所述环隙内发生气液相变，气态C3C4混合物与U形管中LNG换热后，降温冷凝为液态C3C4混合物并滴落至所述环隙底部，再经与壳程的高温常规换热介质换热后，升温气化为气态C3C4混合物并升至所述环隙上部，再次与U形管的LNG换热冷凝为液态C3C4混合物，如此不断的进行冷凝-气化循环，将LNG的冷能传递给常规换热介质，发挥其作为中间冷媒的作用；常规换热介质由冷媒进口进入换热器壳程，经过在换热器上部与气态天然气换热和在换热器下部与C3C4混合物换热后，降温至低温状态并流出换热器。
[0013]优选地，步骤(2)中当常规换热介质为凝固点为(T-50°C的常规换热介质时，中间冷媒采用丙烷摩尔分数为5(Γ100%的C3C4混合物。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0015]1、占地小、投资低、操控方便。本实用新型公开的用于LNG气化的无冻结换热器，通过将LNG-中间冷媒换热器和中间冷媒-常规换热介质换热器有机的整合为一台换热器，减小了设备投资、设备占地面积及对设备的操作维护工作。
[0016]2、避免凝固冻堵现象。在LNG气化段，低温LNG与凝固点较低的C3C4混合物换热，C3C4混合物再与常规换热介质换热，实现LNG与常规换热介质的间接换热，该过程可有效避免常规换热介质直接与LNG换热可能造成的常规换热介质冻堵问题。
[0017]3、换热效率高、能耗低。利用C3C4混合物不断的进行气液相变来实现LNG与常规换热介质高效地间接换热过程，C3C4混合物因气液相变潜热大而换热效率高，所需的C3C4混合物量少，节约换热器空间；套管环隙空间内C3C4混合物通过自身的沸腾和冷凝实现自动循环流动，因此本实用新型不需要额外的动力设备推动C3C4的流动，节约了设备成本和动力消耗。
[0018]4、应用前景广阔。本实用新型控制方便、安全，各种LNG的换热气化设备，如空温式气化器、水浴式气化器以及其它换热介质与LNG换热的换热设备，皆可很好地应用本实用新型。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为一种防冻结的LNG换热器的结构示意图。
[0020]图中示出:U形管1、LNG气化段2、NG加热段3管箱4、LNG进口 5、天然气出口 6、 冷媒进口 7、冷媒出口 8、分程板9、纵向折流板10、壳体11。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但【具体实施方式】并不构成对本实用新型要求保护范围的限定。
[0022]参照图1所示的一种防冻结的LNG换热方装置，所述装置为U形管式换热器，包括U形管1、套管2、管箱4、纵向折流板10、分程板9和壳体3，所述纵向折流板10将壳体3分为上、下相通的两部分；分程板9将管箱分为上、下两部分，管箱2下部设有LNG进口 5，靠近LNG进口 5的壳体外设有冷媒出口 8，管箱4上部设有天然气出口 6，靠近天然气出口 6的壳体外设有冷媒进口 7 ;管箱4的上、下部通过U形管I相连通；所述U形管I由位于换热器下部的LNG气化段11和位于换热器上部的NG加热段12组成；所述U形管I位于壳体下部的LNG气化段外部设置有套管2。所述U形管I即LNG气化段11内为LNG流通通道，套管2的环隙空间内填装低凝固点的C3C4混合物；NG加热段12为单管结构，管内为低温气态天然气流通通道。
[0023]-162'140°C的低温LNG进入LNG气化段11，经LNG气化段11的管壁与中间冷媒换热后升温气化为-7(T-50°C的气态天然气，再进入换热器上部的NG加热段11，与壳体3的高温常规换热介质换热后，升温为较高温度的气态天然气并流出换热器，完成气化过程。套管2环隙内的中间冷媒优选为C3C4混合物；气态C3C4混合物在套管2的环隙内与LNG气化段11内的LNG换热后，降温冷凝为液态C3C4混合物并滴落至环隙的底部，液态C3C4混合物再经套管2外管管壁与壳体3的高温常规换热介质换热后，升温气化为气态C3C4混合物，气态C3C4混合物再与LNG气化段11的LNG换热冷凝为液态C3C4混合物，如此不断的进行冷凝-气化循环。高温常规换热介质进入换热器壳体3，经过在换热器上部与NG加热段11的气态天然气换热和在换热器下部与套管2环隙内的气态C3C4混合物、液体C3C4混合物换热后，降温至低温状态并流出换热器。
[0024]实施例1
[0025]本实施例以2bar、-162°C、100kg/h 的 LNG 为气化任务，2bar、25°C、950kg/h水为常规换热介质。2bar、-162°CU00kg/h LNG由LNG进口 5进入管箱4下部，再进入换热器下部的LNG气化段11，-162°C的低温LNG经LNG气化段11管壁与C3C4气体换热后升温气化为-70°C的气态天然气，再进入换热器上部的NG加热段12与壳体3的2bar、25°C、950kg/h水换热，升温至-10°C进入管箱4上部，并由天然气出口 6流出，完成气化过程；套管2环隙的C3C4混合物气体与LNG气化段11内的LNG换热降温冷凝为C3C4混合物液体，并滴落至环隙的底部，再经套管2的外管壁与壳体3的2bar、25°C、950kg/h水换热，C3C4混合物液体升温气化为C3C4混合物气体，并再次与LNG气化段11内的LNG换热降温冷凝为C3C4混合物液体，如此不断的进行冷凝-气化循环；2bar、25°C、950kg/h水由常规换热介质进口7进入换热器壳体3，经过在换热器上部与NG加热段12内的气态天然气换热和在换热器下部与套管2环隙内的C3C4混合物液体、气体换热后，降温至5°C并由常规换热介质出口 8流出换热器，C3C4混合物的气化、液化速率为180kg/h。水的冰点为0°C，直接与LNG换热易结冰，而通过以上设置，可保证在LNG气化段有处于气化、液化平衡状态的C3C4混合物作为中间冷媒与水换热和在NG加热段天然气与水的温度差已大大减小，故可以实现无冻结的LNG-水换热过程。
[0026]实施例2
[0027]本实施例以2bar、-162°C、100kg/h 的 LNG 为气化任务，2bar、25°C、850kg/h 的 30%乙二醇水溶液为常规换热介质。2bar、-162°C、100kg/h LNG由LNG进口 5进入管箱4下部，再进入换热器下部的LNG气化段11，-162 °C的低温LNG经LNG气化段11管壁与C3C4气体换热后升温气化为_70°C的气态天然气，再进入换热器上部的NG加热段12与壳体3的2bar、25°C、850kg/h的30%乙二醇水溶液换热，升温至-10°C进入管箱4上部，并由天然气出口 6流出，完成气化过程；套管2环隙的C3C4气体与LNG气化段11内的LNG换热降温冷凝为C3C4液体，并滴落至环隙的底部，再经套管2的外管壁与壳体3的2bar、25°C、850kg/h的30%乙二醇水溶液换热，C3C4液体升温气化为C3C4气体，并再次与LNG气化段11内的LNG换热降温冷凝为C3C4液体，如此不断的进行冷凝-气化循环；2bar、25°C、850kg/h的30%乙二醇水溶液由常规换热介质进口 7进入换热器壳体3，经过在换热器上部与NG加热段12内的气态天然气换热和在换热器下部与套管2环隙内的C3C4混合物液体、气体换热后，降温至_8°C并由常规换热介质出口 8流出换热器。30%乙二醇水溶液的冰点约为-13°C，直接与LNG换热易凝固，而通过以上设置，可保证在LNG气化段有处于气化、液化平衡状态的C3C4混合物作为中间冷媒与30%乙二醇水溶液换热和在NG加热段天然气与水的温度差已大大减小，故可以实现无冻结的LNG-30%乙二醇水溶液的换热过程。
[0028]本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种防冻结的LNG换热装置，所述装置为U形管式换热器，包括管箱和壳体，其特征在于，所述装置还包括U形管、套管、纵向折流板和分程板，所述纵向折流板将壳体分为上、下相通的两部分；分程板将管箱分为上、下两部分，管箱下部设有LNG进口，靠近LNG进口的壳体外设有冷媒出口，管箱上部设有天然气出口，靠近天然气出口的壳体外设有冷媒进口 ；管箱的上、下部通过U形管相连通；所述U形管由位于换热器下部的LNG气化段和位于换热器上部的NG加热段组成；所述U形管位于壳体下部的LNG气化段外部套有套管。
2.根据权利要求1所述的一种防冻结的LNG换热装置，其特征在于U形管为LNG流通通道，LNG气化段与套管之间的环隙内填装低凝固点的C3C4混合物；所述NG加热段为单管结构，管内为低温气态天然气流通通道。
【文档编号】F28F9/22GK204064064SQ201420490009
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】徐文东, 赵建河, 许欢欢, 潘季荣 申请人:华南理工大学