液化天然气气化器及冷水供给方法与流程

1.本发明涉及液化天然气气化器及冷水供给方法。


背景技术：

2.以往，如在专利文献1中记载那样，作为将液化天然气（liquefied natural gas；lng）气化的气化器，已知有中间介质式气化器（ifv；intermediate fluid type vaporizer）。中间介质式气化器是经由丙烷等中间介质借助海水等热源将lng气化的装置，与使热源与lng直接进行热交换的气化器相比能够抑制结冰故障。
3.专利文献1中记载的中间介质式气化器具有：中间介质蒸发部，通过使液相的中间介质与水进行热交换而使中间介质蒸发；以及液化天然气气化部，通过使液化天然气与气相的中间介质进行热交换而使液化天然气气化。此外，在中间介质蒸发部被液相的中间介质冷却后的水在从该中间介质蒸发部流出后，被导入到将燃气轮机联合发电装置（gtcc；gas turbine combined cycle；燃气轮机联合循环）的燃气轮机驱动用的空气冷却的冷却器。
4.这里，为了提高gtcc的发电效率，有要求将更低温的冷水向空气冷却器供给的情况。但是，在专利文献1所记载的中间介质式气化器中，如果将从中间介质蒸发部流出的冷水的温度过度降低（例如降低到比4～5℃低温），则有在传热管的内表面容易发生结冰这一问题。因而，在以往有难以在抑制结冰的同时降低从气化器流出的冷水的温度这一问题。
5.现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2018－119511号公报。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供能够在抑制结冰的同时降低从气化器流出的冷水的温度的液化天然气气化器及使用该液化天然气气化器的冷水供给方法。
7.有关本发明的一技术方案的液化天然气气化器具备：中间介质蒸发部，通过使液态的中间介质与水进行热交换，使液态的前述中间介质的至少一部分蒸发；液化天然气气化部，通过使在前述中间介质蒸发部通过液态的前述中间介质蒸发而产生的气态的前述中间介质与液化天然气进行热交换，使前述液化天然气的至少一部分气化；以及水冷却部，通过使在前述液化天然气气化部通过前述液化天然气气化而产生的天然气与在前述中间介质蒸发部借助与液态的前述中间介质的热交换而被冷却的前述水经由传热部进行热交换，将前述水进一步冷却。
8.有关本发明的另一技术方案的冷水供给方法，是将从上述液化天然气气化器的前述水冷却部流出的前述水作为燃气轮机联合发电装置的燃气轮机驱动用空气的冷却水进行供给的方法。
9.根据本发明，能够提供能够在抑制结冰的同时降低从气化器流出的冷水的温度的
液化天然气气化器及使用该液化天然气气化器的冷水供给方法。
附图说明
10.图1是示意地表示有关本发明的实施方式1的液化天然气气化器的结构的图。
11.图2是示意地表示燃气轮机联合发电装置的结构的图。
12.图3是示意地表示有关本发明的实施方式2的液化天然气气化器的结构的图。
具体实施方式
13.以下，基于附图详细地说明有关本发明的实施方式的液化天然气气化器及冷水供给方法。
14.（实施方式1）《液化天然气气化器》首先，参照图1说明有关本发明的实施方式1的液化天然气气化器1的结构。有关本实施方式的液化天然气气化器1是经由中间介质借助水w1（例如工业用水）将液化天然气（lng）气化的中间介质式气化器，被设置在lng基地区域而使用。如图1所示，液化天然气气化器1主要具备中间介质蒸发部e1、液化天然气气化部e2、天然气加温部e3以及水冷却部e4。
15.中间介质蒸发部e1通过使液态的中间介质m1与水w1进行热交换，使液态的中间介质m1的至少一部分蒸发。中间介质m1是在水w1的温度与lng的温度之间具有沸点及冷凝点的载热体，例如是丙烷。本实施方式的中间介质蒸发部e1由管壳式热交换器构成。
16.具体而言，如图1所示，中间介质蒸发部e1具有：壳10，具有在水平方向上较长的形状，并且填充有液态的中间介质m1；以及多个传热管11，以浸于液态的中间介质m1的方式配置在壳10内的下部。在壳10的一方的侧部设有水入口室12，在壳10的另一方的侧部设有水出口室13。多个传热管11的各自与水入口室12及水出口室13连通，以从水入口室12延伸到水出口室13的水平姿势配置。
17.在中间介质蒸发部e1，从水入口室12流入到传热管11内的水w1在朝向水出口室13在传热管11内流动的过程中与液态的中间介质m1进行热交换（发生从水w1向液态的中间介质m1的散热）。由此，从水w1进行了热回收的液态的中间介质m1蒸发，产生气态的中间介质m2，另一方面，水w1通过从液态的中间介质m1将冷能回收而被冷却。液态的中间介质m1的温度例如是－10～－5℃左右，冷却后的水w1的温度例如是4～5℃左右。
18.液化天然气气化部e2通过使在中间介质蒸发部e1通过液态的中间介质m1蒸发而产生的气态的中间介质m2与lng进行热交换，使lng的至少一部分气化。本实施方式的液化天然气气化部e2与中间介质蒸发部e1同样，由管壳式热交换器构成。
19.如图1所示，液化天然气气化部e2具有壳10以及配置在壳10内的上部（比液态的中间介质m1的液面靠上侧）的u字形状的传热管21。在壳10的侧部（水出口室13的上侧），分别设有lng入口室22及ng出口室23，两室被用分隔板24相互分隔。传热管21具有与lng入口室22内连通的管入口21a以及与ng出口室23内连通的管出口21b，具有从管入口21a向水平方向一方侧延伸后弯曲、从该弯曲部朝向管出口21b向水平方向另一方侧延伸的形状。
20.在液化天然气气化部e2，lng从lng入口室22流入到传热管21内，并且在中间介质
蒸发部e1产生的气态的中间介质m2上升到传热管21的附近的位置。然后，lng通过从气态的中间介质m2进行热回收而蒸发，产生天然气（ng；natural gas），另一方面，被lng冷却后的气态的中间介质m2冷凝，积存在壳10内的底部侧。ng从传热管21的管出口21b流出到ng出口室23内。
21.水冷却部e4通过使在液化天然气气化部e2通过lng气化而产生的ng与在中间介质蒸发部e1借助与液态的中间介质m1的热交换而被冷却的水w1经由传热部进行热交换，将水w1进一步冷却。本实施方式的水冷却部e4与中间介质蒸发部e1及液化天然气气化部e2同样，由管壳式热交换器构成。如图1所示，水冷却部e4借助第1联络管51而与液化天然气气化部e2连接，并且借助第2联络管52而与中间介质蒸发部e1连接。此外，水冷却部e4在ng的流路上被配置在比液化天然气气化部e2靠下游侧且比天然气加温部e3靠上游侧（液化天然气气化部e2与天然气加温部e3之间）。
22.更具体地讲，水冷却部e4具有在水平方向上较长的形状的壳41、配置在壳41内的u字形状的传热管42、与传热管42的管入口42a连通的ng入口室43、以及与传热管42的管出口42b连通并且被分隔板45相对于ng入口室43分隔的ng出口室44。
23.如图1所示，第1联络管51其上游端与液化天然气气化部e2的ng出口室23连接，并且下游端与水冷却部e4的ng入口室43连接。此外，第2联络管52其上游端与中间介质蒸发部e1的水出口室13连接，并且下游端与设在水冷却部e4的壳41的上部的水入口41a连接。
24.传热管42是从液化天然气气化部e2流出的ng流通的管，具有从管入口42a向水平方向一方侧延伸后弯曲、从该弯曲部朝向管出口42b向水平方向另一方侧延伸的形状。从中间介质蒸发部e1流出的冷却后的水w1经过第2联络管52流入到壳41内的空间，该水w1从设在壳41的下部处的水出口41b向壳41之外流出。
25.借助上述结构，从液化天然气气化部e2（ng出口室23）流出的ng经过第1联络管51流入到ng入口室43内，然后从管入口42a流入到传热管42内。然后，ng在传热管42内从管入口42a朝向管出口42b流通后，向ng出口室44内流出。
26.另一方面，从中间介质蒸发部e1（水出口室13）流出的水w1经过第2联络管52从水入口41a流入到壳41内。然后，水w1与在传热管42内流通的ng经由该传热管42的管壁部（传热部）进行热交换，通过从ng将冷能回收，被冷却到比4～5℃低温后，从水出口41b向壳41之外流出。另一方面，ng通过从水w1进行热回收而被加温后，从传热管42的管出口42b向ng出口室44流出。
27.天然气加温部e3通过使在水冷却部e4与水w1进行热交换后的ng与流入到中间介质蒸发部e1之前的水w1进行热交换，将ng加温。本实施方式的天然气加温部e3与中间介质蒸发部e1、液化天然气气化部e2及水冷却部e4同样，由管壳式热交换器构成，借助第3联络管53而与水冷却部e4连接。
28.如图1所示，天然气加温部e3具有在水平方向上较长的形状的壳31、配置在壳31内的u字形状的传热管32、与传热管32的管入口32a连通的ng入口室33、以及与传热管32的管出口32b连通并且被分隔板35相对于ng入口室33分隔的ng出口室34。第3联络管53其上游端与水冷却部e4的ng出口室44连接，并且下游端与天然气加温部e3的ng入口室33连接。
29.传热管32是从水冷却部e4流出的ng流通的管，具有在从管入口32a向水平方向一方侧延伸后弯曲、从该弯曲部朝向管出口32b向水平方向另一方侧延伸的形状。流入到中间
介质蒸发部e1之前的水w1流入到壳31内的空间，该水w1从设在壳31的下部处的水出口31b向壳31之外流出。
30.在天然气加温部e3中，从水冷却部e4（ng出口室44）流出的ng经由第3联络管53向ng入口室33内流入，然后从管入口32a流入到传热管32内。然后，ng在传热管32内从管入口32a朝向管出口32b流动的过程，通过从流入到壳31内的水w1进行热回收而被加温，向ng出口室34流出。
31.《燃气轮机联合发电装置》接着，主要参照图2，说明以在上述液化天然气气化器1产生的ng（从天然气加温部e3的ng出口室34流出的ng）为燃料进行发电的燃气轮机联合发电装置2的结构。如图2所示，燃气轮机联合发电装置2主要具有冷却器81、空气压缩机82、燃气轮机83、排热回收锅炉84、蒸汽轮机86以及燃气轮机发电机85。
32.空气压缩机82将在冷却器81冷却后的空气压缩。燃气轮机83借助从空气压缩机82喷出的压缩空气而ng燃烧，被通过该燃烧产生的燃烧气体旋转驱动。
33.排热回收锅炉84具有从燃气轮机83流出的燃烧气体流通的第1流路84a和水流通的第2流路84b，通过使该燃烧气体与水进行热交换而使水蒸发。蒸汽轮机86被由排热回收锅炉84产生的蒸汽旋转驱动。燃气轮机发电机85与燃气轮机83及蒸汽轮机86连接，将该燃气轮机83及蒸汽轮机86的旋转能量变换为电能。
34.《水循环机构》接着，参照图1及图2说明使水w1在液化天然气气化器1与燃气轮机联合发电装置2之间循环的水循环机构3的结构。如图1所示，水循环机构3具有从液化天然气气化器1向冷却器81供给水w1（冷水）的冷水供给流路62、以及从冷却器81向液化天然气气化器1供给水w1（温水）的温水供给流路63。
35.冷水供给流路62由配管构成，上游端与水冷却部e4的壳41的水出口41b连接，并且下游端与冷却器81的第1流路81a的入口连接。如图1所示，在冷水供给流路62，从水w1的流通方向的上游侧朝向下游侧依次配置有贮存从水冷却部e4流出的水w1（冷水）的冷水箱70、以及将从水冷却部e4流出的水w1朝向冷却器81送出的冷水循环泵71。另外，也可以将冷水箱70省略。
36.温水供给流路63由配管构成，上游端与冷却器81的第1流路81a的出口连接，并且下游端与中间介质蒸发部e1的水入口室12连接。在温水供给流路63，从水w1的流通方向的上游侧朝向下游侧依次配置有将从冷却器81流出的水w1（温水）借助海水等热源进一步加热的后备加温器72、将从冷却器81流出的水w1贮存的温水箱73、以及将从冷却器81流出的水w1朝向液化天然气气化器1送出的温水循环泵74。另外，也可以将后备加温器72及温水箱73分别省略。
37.水循环机构3还具有温水侧分支流路63a。如图1所示，温水侧分支流路63a具有将温水供给流路63中的比温水循环泵74靠下游侧的部位p1与天然气加温部e3的壳31的水入口31a连接的第1流路部分63aa、以及将该壳31的水出口31b与温水供给流路63中的比部位p1靠下游侧的部位p2连接的第2流路部分63ab。借助该结构，能够使在温水供给流路63流通的水w1（温水）的一部分从部位p1分流，使其经过天然气加温部e3的壳31内的空间后，在部位p2与在温水供给流路63流通的水w1合流。
38.借助上述结构，能够经由冷水供给流路62及温水供给流路63使水w1在液化天然气气化器1与冷却器81之间循环。在该循环流路上，水冷却部e4在中间介质蒸发部e1的下游侧与该中间介质蒸发部e1串联地配置。
39.《冷水供给方法》接着，说明有关本发明的实施方式1的冷水供给方法。有关本实施方式的冷水供给方法，是将从上述的液化天然气气化器1的水冷却部e4（壳41）流出的水w1（冷水）作为燃气轮机联合发电装置2的燃气轮机驱动用空气的冷却水进行供给的方法。
40.首先，通过使温水循环泵74动作，使水w1（温水）经由温水供给流路63向中间介质蒸发部e1的水入口室12内流入。此时，也可以使一部分的水w1从部位p1向温水侧分支流路63a（第1流路部分63aa）分流，使其经过天然气加温部e3的壳31内之后，在水入口室12的紧接着的上游侧（部位p2）与温水供给流路63合流。
41.接着，使水w1从水入口室12流入到传热管11内，并且使其从该水入口室12朝向水出口室13向传热管11内流通。此时，经由传热管11的管壁部，发生水w1与液态的中间介质m1的热交换，水w1通过从液态的中间介质m1将冷能回收，被冷却到例如4～5℃左右。然后，被冷却后的水w1（冷水）从传热管11向水出口室13流出。
42.接着，使从水出口室13流出的水w1经由第2联络管52流入到水冷却部e4的壳41内。此时，经由传热管42的管壁部发生水w1与ng的热交换，水w1通过从ng将冷能回收，进一步被冷却到比4～5℃低温。然后，被冷却后的水w1从壳41的水出口41b向冷水供给流路62内流出。
43.接着，通过使冷水循环泵71动作，将在水冷却部e4被ng冷却到比4～5℃低温的水w1经由冷水供给流路62向冷却器81（第1流路81a）供给。由此，被吸入到冷却器81的第2流路81b内的空气被在第1流路81a流通的水w1（冷水）冷却。
44.如以上这样，有关本实施方式的液化天然气气化器1具备利用在液化天然气气化部e2产生的ng的冷能将水w1冷却的水冷却部e4。由此，如以下这样，能够在抑制液化天然气气化器1内的结冰的同时将从该液化天然气气化器1流出的水w1（冷水）的温度降低到比4～5℃低温。
45.即，如上述那样，在液化天然气气化器1，液态的中间介质m1被水w1加热而蒸发，lng被气态的中间介质m2加热，产生ng。这里，在中间介质蒸发部e1，从水w1进行了热回收的中间介质从液体向气体进行状态变化。即，由于液态的中间介质m1作为潜热而从水w1进行热回收，所以传热管11的外侧（液态的中间介质m1侧）的膜传热系数变大。因此，在中间介质蒸发部e1，传热管11的管壁温度因为液态的中间介质m1的影响而容易下降，如果将水w1降低到比4～5℃低温，则传热管11的管壁内表面的结冰的担忧变大。
46.相对于此，在水冷却部e4，ng作为显热而从水w1进行热回收。即，在水冷却部e4，与中间介质蒸发部e1不同，不发生与水w1进行热交换的对方侧的介质（ng）的状态变化。因此，传热管42的内侧（ng侧）的膜传热系数变小，因而能够抑制传热管42的管壁温度过度下降。由此，根据有关本实施方式的液化天然气气化器1，在有由水冷却部e4将水w1冷却到比4～5℃更低温的要求的情况下，即使使水w1的循环量增加或作为水w1而不使用盐水等，也能够抑制传热管42的外壁面的结冰。进而，通过设置水冷却部e4作为新的热交换部，还能够减小其他热交换部（中间介质蒸发部e1、液化天然气气化部e2及天然气加温部e3）的热负荷。
47.（实施方式2）接着，参照图3说明有关本发明的实施方式2的液化天然气气化器1a的结构。有关实施方式2的液化天然气气化器1a基本上具备与有关上述实施方式1的液化天然气气化器1同样的结构且起到同样的作用效果，但在省略了天然气加温部e3的结构这一点上与上述实施方式1不同。
48.如图3所示，有关实施方式2的液化天然气气化器1a由中间介质蒸发部e1、液化天然气气化部e2及水冷却部e4这三个热交换部构成。这样的液化天然气气化器1a不被要求常温的ng的供给，能够用于被要求0℃附近的低温的ng的供给的用途。
49.应该解释为如上述那样公开的实施方式在全部的方面都是例示，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书均等的意义及范围内的全部的变更。因而，在本发明的范围中也包括以下的实施方式。
50.在上述实施方式1中，说明了水冷却部e4由翅片管式热交换器构成的情况，但并不限定于此。水冷却部e4例如也可以由板式热交换器或固定管板式热交换器构成。此外，天然气加温部e3也可以由板式热交换器或固定管板式热交换器构成。
51.此外，在图1中，表示了水w1在天然气加温部e3及水冷却部e4的各壳31、41内从上侧朝向下侧流动的情况，但水w1也可以在各壳31、41内从下侧朝向上侧流动。即，也可以在壳31、41的下部分别形成水入口，并且在壳31、41的上部分别形成水出口。
52.此外，在图1中，在天然气加温部e3及水冷却部e4的各自中，ng在传热管32、42的内侧流通，并且水w1在该传热管32、42的外侧流通，但并不限定于此。即，也可以是水w1在传热管32、42的内侧流通、并且ng在传热管32、42的外侧（壳31、41内的空间）流通的结构。
53.在上述实施方式1中，说明了使水w1（温水）的一部分分流到天然气加温部e3的结构，但也可以使水w1（温水）的全量相对于天然气加温部e3及中间介质蒸发部e1连续地流通。
54.在上述实施方式1中，作为利用从水冷却部e4流出的水w1（冷水）的用途，对燃气轮机联合发电装置2的燃气轮机驱动用空气的冷却进行了说明，但并不限定于此。例如，对于被用于各种施设的制冷的热交换器或发电线缆的冷却等其他的用途也能够利用冷却后的水w1。
55.另外，如果概述上述实施方式，则是以下这样的。
56.有关上述实施方式的液化天然气气化器具备：中间介质蒸发部，通过使液态的中间介质与水进行热交换，使液态的前述中间介质的至少一部分蒸发；液化天然气气化部，通过使在前述中间介质蒸发部通过液态的前述中间介质蒸发而产生的气态的前述中间介质与液化天然气进行热交换，使前述液化天然气的至少一部分气化；以及水冷却部，通过使在前述液化天然气气化部通过前述液化天然气气化而产生的天然气与在前述中间介质蒸发部借助与液态的前述中间介质的热交换而被冷却的前述水经由传热部进行热交换，将前述水进一步冷却。
57.本发明的发明人等关于用来在液化天然气气化器中在抑制结冰的同时降低从该气化器流出的冷水的温度的对策进行专门研究，得到以下的认识，想到了本发明。
58.一般，在中间介质式的液化天然气气化器中，液态的中间介质被水加热而蒸发，液化天然气被气态的中间介质加热而产生天然气。这里，在使水与中间介质进行热交换的中
间介质蒸发部，由于从水进行了热回收的中间介质从液相向气相进行状态变化，所以中间介质侧的膜传热系数变大。因此，在中间介质蒸发部，有传热管壁的温度相比水的温度更接近于中间介质的温度而容易下降的趋向。因为这样的理由，在以往的液化天然气气化器中，难以在抑制结冰的同时进一步降低从气化器流出的冷水的温度。
59.所以，本发明的发明人等作为用来解决上述问题点的对策，想到了设置水冷却部，所述水冷却部利用在液化天然气气化部产生的天然气的冷能，将在中间介质蒸发部被液态的中间介质冷却后的水进一步冷却。在该水冷却部，由于天然气从水进行热回收时不发生状态变化，所以天然气侧的膜传热系数成为比中间介质蒸发部的中间介质侧的膜传热系数小。因此，在水冷却部中，与中间介质蒸发部相比，传热管壁的温度变得难以下降。因而，根据有关上述实施方式的液化天然气气化器，即使在将从气化器流出的冷水的温度降低到例如比4～5℃低温时，也能够抑制气化器内的结冰。
60.上述液化天然气气化器也可以还具备天然气加温部，所述天然气加温部通过使在前述水冷却部与前述水进行热交换后的前述天然气与流入到前述中间介质蒸发部之前的前述水进行热交换，将前述天然气加温。
61.根据该结构，能够容易地将天然气的温度提高到要求温度。
62.有关上述实施方式的冷水供给方法，是将从上述液化天然气气化器的前述水冷却部流出的前述水作为燃气轮机联合发电装置的燃气轮机驱动用空气的冷却水进行供给的方法。
63.根据该方法，能够用被水冷却部冷却到充分的低温的冷水将燃气轮机驱动用空气冷却。由此，空气的含水量下降，所以燃烧效率提高，结果，能够提高燃气轮机联合发电装置的发电效率。