一种液化天然气再冷凝器的制作方法

本发明属于液化天然气(lng)处理技术领域，具体地说涉及一种液化天然气(lng)再冷凝器。

背景技术：

液化天然气接收站是lng产业链中的终端环节，接收来自lng船液化天然气并经储存、再气化后输送给下游用户，在接收站系统中由于泵的运转、环境漏热以及卸船时的置换效应、设备管道保冷等都会使得极低温(-162℃)下的液化天然气气化产生蒸发气(bog)。

lng接收站bog回收处理工艺主要包括直接压缩外输与通过再冷凝器冷凝成lng后加压、气化并外输，直接压缩外输工艺需要有下游配套的低压用户或低压外输管网，而国内lng接收站的下游外输管网一般为高压管网且缺乏相关的配套产业，故全部采用再冷凝工艺处理bog气体，国外亦常采用这一工艺。

lng蒸发气采用再冷凝回收工艺时，再冷凝器是工艺系统中的主要设备，在整个接收站运行中起到承前启后的核心作用，其主要功能主要是为bog与lng提供足够的接触时间与空间促使bog冷凝为lng以及作为lng高压泵的入口缓冲罐来保证高压泵的入口压力。再冷凝器的结构主要有双壳双罐以及单壳单罐两种结构，kogas公司的再冷凝器采用的是双壳双罐结构，内罐与外罐的顶部隔离、底部相通，江苏lng接收站采用单罐单壳结构，两者都采用了填料工艺，在运行方面的差别主要体现在控制方式的不同，双罐双壳型再冷凝器的压力控制主要靠环形空间的bog压力进行，单罐单壳结构压力控制各工艺参数相互影响较大。

双罐双壳结构的外环形空间仅用于再冷凝器的压力控制，浪费了罐内空间，增大了占地面积，相对降低了再冷凝效率；单罐单壳结构由于所有bog都全部经一路管线进入同一空间参与冷凝，故给控制造成较大困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的蒸发气再冷凝效率低、压力控制困难等技术问题，本发明提供了一种液化天然气再冷凝器。

本发明提供的液化天然气再冷凝器主要由外筒体、lng均布器、内筒体和填料组成，lng均布器设于外筒体上部，内筒体设于lng均布器下方，lng均布器和内筒体之间的空隙形成气液混合空间；内筒体为上端开口、下端带环形外折边的上下贯通的筒体，内筒体通过其下端的环形外折边与外筒体内壁相焊接，内筒体外壁与外筒体内壁之间形成底部封闭、上部与气液混合空间相通的环形空间，环形空间的底部设有bog底部入口管，气液混合空间设有bog上部入口管，lng均布器上设有lng入口管，外筒体底部设有lng出口管，填料设于内筒体中上部。

所述的lng均布器主要由lng入口管、回流弯管、顶板、一次布液盘和二次布液盘组成；顶板、一次布液盘和二次布液盘自上而下分层设置，顶板和一次布液盘上设有安装孔，二次布液盘上设有布液孔，顶板中心设有顶板开口；lng入口管与顶板开口连通，回流弯管呈180°弯头状，由入口短管和出口长管组成，回流弯管的弯头部分位于顶板上方，出口长管同时穿过顶板与一次布液盘上相对应的安装孔，并分别与顶板和一次布液盘相焊接，入口短管穿过顶板上的安装孔并与顶板相焊接；顶板、一次布液盘和二次布液盘外缘分别与外筒体内壁相焊接；顶板、回流弯管、一次布液盘和外筒体共同围成充液空间。

所述的lng入口管上端穿过外筒体顶部露于外筒体外部，在一次布液盘和二次布液盘之间的外筒体筒壁上设有不凝气泄放管。

所述顶板和一次布液盘的安装孔均为圆孔，大小相同，主要用于安装固定回流弯管；顶板上圆孔的布置可以采用正三角形布置，即每相邻的3个圆孔呈正三角形排布；当然，顶板上圆孔的布置也可以采用其他布置方式，如采用正方形布置、正六边形布置等。由于回流弯管入口短管对应的一次布液盘上的相应位置不设安装孔，一次布液盘安装孔数量为顶板安装孔数量的二分之一。

所述二次布液盘的布液孔可以为圆孔、方孔、条形孔或者其他形状，主要用于lng的均匀分布。布液孔的排列分布方式，可以根据实际需要确定，可以采取均匀分布方式，也可以采取从中心向四周的辐射分布方式。

二次布液盘的布液孔为圆孔时，二次布液盘上的布液孔与一次布液盘上的安装孔呈交错布置，以避免二者开孔在垂直方向上的重叠从而影响布液效果。

二次布液盘的布液孔为条形孔时，如条形孔为弧形，条形孔围绕二次布液盘的中心呈环状分布；如条形孔为矩形，条形孔可以围绕二次布液盘的中心呈环状分布，也可以采取从中心向四周的辐射分布方式。

所述回流弯管是充液空间与一次布液盘之间的连接通道。对同一个回流弯管而言，顶板上有两个安装孔与之对应，一次布液盘上有一个安装孔与之对应。也就是说，对顶板而言，每两个安装孔布置一个回流弯管；对一次布液盘而言，每个安装孔布置一个回流弯管。回流弯管的布置密度宜适度，过高则加工困难，过低则降低布液盘的布液效果。

所述充液空间是以顶板开口为进口、以回流弯管入口短管的进口为出口的封闭空间，主要用于储存来流lng，与lng来流管造成一定的静水压力，这一压力差以及lng自身动能作为充液空间中的lng进入回流弯管的动力，充液空间要有一定程度的容积，太小则易造成较大波动，造成一次布液的效果差，过大则受安装空间的限制。

为了降低来自lng入口管的lng液流的冲击，在lng入口管与顶板开口之间还可设置扩径管，lng入口管下端连接扩径管管径小的一端，扩径管管径大的一端与顶板开口连通。扩径管的作用主要为缓冲来流lng，减弱来流lng对充液空间lng的过度冲击，扩径程度适中为好，过大的扩径程度势必增大一次布液盘中间不参与布液的板截面积，从而影响中心区域的布液效果。

所述的内筒体中部设有填料底板，内筒体上端开口处设有填料顶板，填料填充于填料顶板、调料底板和内筒体围成的空间内。填料顶板与填料底板采用相同的设计，均采用圆孔通道，圆孔呈正三角形布置在整个板截面上，圆孔间隔为凸台设计，填料顶板开孔大小与二次布液盘相同即可；填料底板用来支撑填料，开孔大小要小于所采用的填料尺寸，填料采用鲍尔环、拉西环或者规整填料皆可。

为了更好的使bog冷凝为lng，在所述的环形空间内设有环形升气盘，环形升气盘为内径大于内筒体外径的环状圆板，环形升气盘套在内筒体外壁上，自下而上呈之字形倾斜分层设置，上一层环形升气盘的倾斜低端位于相邻的下一层环形升气盘的倾斜高端上方，每层环形升气盘在其倾斜高端一侧设有升气孔，升气孔呈正三角形布置，升气孔位于环形升气盘上夹角为60°～90°之间的扇形区域内，最下层环形升气盘的倾斜低端位于bog底部入口管上方。环形升气盘以其环形内缘和环形外缘分别与内筒体外壁和外筒体内壁相焊接。每层环形升气盘倾斜的角度一般为2°～3°，倾斜的角度过小阻碍bog的正常升举，过大则bog升举过快，影响bog的冷凝效果。

为了使bog在环形空间内得到更好的分布，在环形空间底部设有bog均布器，bog均布器与bog底部入口管相连通。bog均布器主要由分支管与扇形缓冲室组成，分支管设于扇形缓冲室底部，扇形缓冲室顶部设有布气孔，布气孔为圆孔，呈正三角形布置；分支管可为一支，也可为两支，分支管为两支时，以其交点为轴成轴对称布置，夹角为60°～90°，夹角过小影响bog在最下层环形升气盘倾斜低端一侧均布效果，夹角过大受形空间的限制；扇形缓冲室内外弧面贴合环形空间的内外弧面且扇形缓冲室内外弧面的曲率半径小于环形空间弧面的曲率半径，扇形缓冲室的高度不宜过大。此时，如果环形空间内设有环形升气盘，则最下层环形升气盘的倾斜低端位于bog均布器上方。

在外筒体底部、lng出口的正上方设有防涡挡板，防涡挡板为圆板，其下表面设有支撑立柱，防涡挡板通过支撑立柱固定于外筒体底部内壁上。

本发明具有如下优点：本发明通过采用带环形外折边内筒体，使lng再冷凝器形成了一种单罐双壳型结构，外壳内形成环形空间冷凝段，内壳内形成填料冷凝段，经过两段冷凝在很大程度上提高了再冷凝器的冷凝效率；bog气相入口分为bog底部入口与bog上部入口，通过采用两个bog入口使得再冷凝器内压力更容易控制，提高了操作的稳定性和安全性。底部bog首先上行进入环形空间冷凝段进行第一次冷凝回收，残余bog进入气液混合空间与经lng均布器来的lng进行充分接触混合后下行进入填料冷凝段进行第二次冷凝回收；上部bog主要用于压力控制。

附图说明

图1是本发明液化天然气再冷凝器的结构示意图。

图2为图1中lng均布器的结构示意图；

图3为图2中顶板的结构示意图；

图4为图2中一次布液盘的结构示意图；

图5为图2中二次布液盘的结构示意图；

图6为图2的三维结构示意图；

图7为图1中环形升气盘的结构示意图；

图8为图1中bog均布器的结构示意图；

图9为图8的俯视图；

图10为图8的三维结构示意图。

图中：1-外筒体，2-lng均布器，3-不凝气泄放管，4-bog上部入口管，5-气液混合空间，6-填料顶板，7-填料，8-内筒体，9-填料底板，10-环形升气盘，11-环形空间，12-bog均布器，13-bog底部入口管，14-lng液相空间，15-防涡挡板，16-lng出口管，17-lng入口管，18-扩径管，19-顶板，20-顶板开口，21-回流弯管，22-一次布液盘，23-二次布液盘，24-入口短管，25-出口长管，26-充液空间，27-布液孔，28-安装孔，29-安装孔，30-升气孔，31-分支管，32-扇形缓冲室，33-布气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

由图1可知，本发明提供的液化天然气再冷凝器为立式结构，从上至下，依次为外筒体1、lng均布器2、不凝气泄放管3、bog上部入口管4、气液混合空间5、填料顶板6、填料7、内筒体8、填料底板9、环形升气盘10、环形空间11、bog均布器12、bog底部入口管13、lng液相空间14、防涡挡板15、lng出口管16。

lng均布器2设于外筒体1上部，其lng入口管17上端穿过外筒体1顶部露于外筒体1外部，不凝气泄放管3设于一次布液盘22和二次布液盘23之间的外筒体1筒壁上(见图2所示结构)。bog上部入口管4设于气液混合空间5所对应的外筒体1筒壁上，与气液混合空间5相通。

气液混合空间5与环形空间11相通，环形空间11内从下至上依次设有bog底部入口管13、bog均布器12和多层环形升气盘10。环形升气盘10套装于内筒体8外壁上，呈之字形倾斜布置，环形升气盘10上设有升气孔30(见图7)。内筒体8上端开口处设有填料顶板6、中部设有填料底板9，在填料顶板6和填料底板9之间填充有填料7，填料顶板6和填料底板9上均采用圆孔通道，圆孔间隔为凸台设计，填料顶板6开孔大小与二次布液盘的布液孔27大小相同即可(见图5)；填料底板9用来支撑填料7，开孔大小要小于所采用的填料尺寸。

填料底板9下方、由内筒体8内壁和外筒体1内壁围成的空间为lng液相空间14，在lng液相空间14底部设有防涡挡板15，lng出口管16设于外筒体1底部。

bog底部入口管13、bog均布器12、环形升气盘10、气液混合空间5、填料顶板6、填料7、填料底板9和lng液相空间14依次连通构成bog冷凝通道。

由图2～6可知，所述的lng均布器2整体呈圆盘状，主要由lng入口管17、扩径管18、回流弯管21、顶板19、一次布液盘22和二次布液盘23；lng入口管17下端连接扩径管18管径小的一端，扩径管18管径大的一端与顶板开口20连通；顶板19、一次布液盘22和二次布液盘23自上而下分层设置，回流弯管21呈180°弯头状，由入口短管24和出口长管25组成，回流弯管21的弯头部分位于顶板19上方，出口长管25穿过顶板19与一次布液盘22上的安装孔29和安装孔28，并分别与顶板19和一次布液盘22相焊接，入口短管24穿过顶板19上的安装孔29并与顶板19相焊接，二次布液盘23上设有布液孔27，布液孔27为圆孔，呈均匀分布，当然布液孔27也可以采取其他形状和其他排列分布方式；顶板19、一次布液盘22和二次布液盘23外缘分别与外筒体1内壁相焊接；顶板19、回流弯管21、一次布液盘22和外筒体1共同围成充液空间26。充液空间26是以顶板开口20为进口、以回流弯管入口短管24的进口为出口的封闭空间。

图3和4分别示出了顶板19和一次布液盘22上安装孔29和安装孔28的排列分布方式，安装孔29呈正三角形布置，安装孔28的数量是安装孔29的二分之一。

图5给出了二次布液盘上布液孔27的排列分布方式。

图6给出了lng均布器的三维结构示意图，可以直观的反映出lng均布器的整体结构和回流弯管21的排列分布方式。

图7给出了环形升气盘10的结构示意图，环形升气盘10为环状圆板，其上设有升气孔30，升气孔30仅设于环形升气盘的一侧，位于环形升气盘上夹角为60°～90°之间的扇形区域内，呈正三角形布置。

图8～10给出了所述的bog均布器12的结构，bog均布器12由两支分支管31和一个扇形缓冲室32组成，扇形缓冲室32顶部设有布气孔33，布气孔33为圆孔，呈正三角形布置；两支分支管31以其交点为轴成轴对称布置，夹角为60°～90°。

如图1和图2所示，本发明的工作过程为：从bog底部入口管13进入的bog依次经过bog均布器12的分支管31、扇形缓冲室32之后经布气孔33进入环形升气盘10组成的环形空间冷凝段，bog从最下层(第一层)环形升气盘倾斜低端沿内筒体外壁形成的两个半环形路径向其倾斜高端流动，通过倾斜高端设置的升气孔30进入第二层环形升气盘的倾斜低端，然后同样沿内筒体外壁形成的两个半环形路径向其倾斜高端流动，同样经倾斜高端设置的升气孔30进入第三层环形升气盘的倾斜低端，这样，bog依次通过第四层、第五层、第六层等各层环形升气盘形成的之字形通道完成第一次bog冷凝回收，之后进入气液混合空间5；从bog上部入口管4进入的bog直接进入气液混合空间5；从lng入口管17进入lng均布器2的lng经lng扩径管18、在静水压力的作用下流过回流弯管21经lng一次布液盘22进行一次布液，之后经lng二次布液盘23进行二次布液，二次布液后的lng同样进入气液混合空间5；在气液混合空间5混合均匀的气液两相经填料顶板6进入填料7进行第二次冷凝回收，经第二次冷凝回收后的lng经lng液相空间14、防涡挡板15由lng出口管16引出再冷凝器。冷凝过程存在中的不凝气经不凝气泄放管3进行泄放。

由于本发明的再冷器为单罐双壳型结构，内筒体8底部与外筒体1隔离、内筒体8顶部与外筒体1连通，因此操作过程中，环形空间内11的液位处于溢流状态故为恒定液位，内筒体1内液位随操作工况的变化波动。