采用热管的LNG汽化器 |
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| 申请号 | CN201510938272.0 | 申请日 | 2015-12-15 | 公开(公告)号 | CN105509523B | 公开(公告)日 | 2017-08-25 |
| 申请人 | 武汉工程大学; | 发明人 | 王成刚; 孙宝坤; 张博; 游应强; 何凡; 曲令帅; 晏芙蓉; 徐佳俊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种采用 热管 的LNG 汽化 器，包括壳体、第一隔板、第二隔板、换热器以及热管，第一隔板位于壳体内且将其腔室分成相互独立的LNG汽化腔和中间 流体 加热腔，LNG汽化腔设有LNG入口和第一NG出口，中间流体贮存腔设有 海 水 入口和 海水 出口，第二隔板位于中间流体加热腔中将其隔离出独立的中间流体贮存腔，热管安装于第一隔板和第二隔板的通孔上，热管的底端容纳于中间流体贮存腔内，换热器位于中间流体加热腔的海水入口侧，换热器的第一通道通过管道与第一NG出口连通，换热器的第二通道与海水出口连通。本汽化器其结构简单，同时避免了LNG汽化过程中由于换热介质结 冰 从而导致汽化器汽化性能恶化的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种采用热管的LNG汽化器，其特征在于，包括壳体、第一隔板、第二隔板、换热器以及热管，其中， |
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| 说明书全文 | 采用热管的LNG汽化器技术领域[0001] 本发明涉及汽化器结构技术领域，尤其涉及一种采用热管的LNG汽化器。 背景技术[0002] 随着全球经济的发展，全球性石油资源的紧缺以及环境污染问题的日益严重，使得燃烧性好、污染小的天然气的消费量急剧增长，天然气常温为气体，不便于贮存和远距离运输，因此一般采用先将其转变为-163℃低温液体LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然气），然后贮存和远距离运输。但在使用LNG之前，需要采用汽化装置实现将-163℃左右温度的LNG提高到5℃左右的NG (Natural Gas，天然气)。 [0003] 目前，用于LNG汽化的汽化器主要包括以下类型： [0004] （1）开架式汽化器，即LNG在该装置的传热管内流动，管外有海水喷淋装置喷淋海水于传热管，实现海水与LNG的热量的交换；该装置结构简单，换热体积大，直接利用海水与LNG进行换热，但由于LNG在换热过程显热交换温差大，释放冷量多，容易导致海水结冰，因此该装置汽化效率稳定性并不能得到保障。 [0005] （2）带中间传热介质的汽化器，即LNG与中间传热介质进行换热，中间传热介质与海水(或其他热源)进行换热，由于中间传热介质采用低凝固点的介质，保证了系统的稳定的运行；但由于需增加用于中间流动的装置，使得装置结构复杂。 [0006] （3）管壳式汽化器，该汽化器虽结构紧凑，但由于管壳式换热效率并不高且热源流量较大，并不能保证LNG汽化的稳定的进行。 发明内容[0007] 本发明的主要目的在于提供一种采用热管的LNG汽化器，旨在简化汽化器结构的同时，避免了LNG汽化过程中由于初始温度较低而引起的换热介质结冰从而导致汽化器汽 化性能恶化的问题。 [0008] 为实现上述目的，本发明提供一种采用热管的LNG汽化器，包括壳体、第一隔板、第二隔板、换热器以及热管，其中， [0009] 所述第一隔板位于壳体内且将其腔室分成相互独立的LNG汽化腔和中间流体加热腔，所述LNG汽化腔位于中间流体加热腔的上方，所述LNG汽化腔设有LNG入口和第一NG出 口，所述中间流体贮存腔设有海水入口和海水出口，所述第二隔板位于中间流体加热腔中 将其隔离出独立的中间流体贮存腔，所述中间流体贮存腔位于中间流体加热腔的下方，所 述第一隔板和第二隔板上均设有通孔，所述热管安装于第一隔板和第二隔板的通孔上且贯 穿于LNG汽化腔、中间流体加热腔和中间流体贮存腔，所述热管的底端容纳于所述中间流体贮存腔内且与其连通，所述中间流体贮存腔中容纳有中间流体，所述换热器位于中间流体 加热腔的海水入口侧，所述换热器的第一通道通过管道与第一NG出口连通，所述换热器的 第二通道与海水出口连通，经LNG汽化腔加热后的天然气进入第一通道内与第二通道中的 海水换热被二次加热。 [0010] 优选地，所述热管设置有多根，所述热管外侧壁套装有翅片，该翅片螺旋缠绕于所述热管的外侧壁上。 [0011] 优选地，所述热管容纳于LNG汽化腔和中间流体加热腔部分外均套装有所述翅片。 [0012] 优选地，所述翅片与热管通过焊接连接。 [0013] 优选地，所述第一隔板和第二隔板均由隔热材料制成。 [0014] 优选地，所述换热器包括相对设置的两压力容器法兰、位于两所述压力容器法兰之间的多根换热管以及位于两所述压力容器法兰之间的本体，其中，所述换热管的出口与 中间流体加热腔连通，入口为所述中间流体加热腔的海水入口，位于所述本体的腔室内且 位于多根换热管之间的腔室为第一通道，多根所述换热管内的通道为第二通道，所述第一 NG出口与多根所述换热管之间的腔室连通。 [0015] 优选地，所述热管包括管壳以及位于所述管壳上方且与其连接的端盖，所述管壳的内侧管壁设有吸液芯，该吸液芯由毛细多孔材料构成，所述管壳的腔室与所述中间流体 贮存腔连通。 [0016] 本发明提出的采用热管的LNG汽化器，具有以下有益效果： [0017] 1、利用中间流体相变传热，解决了LNG汽化时由于释放冷量过大而导致换热介质结冰的问题； [0018] 2、利用热管的高导热性、冷凝液回流快和翅片的增大换热面积的特点，在相同的汽化量条件下，本发明与现有汽化器相比具有更高的换热效率和更加紧凑的结构； [0019] 3、本发明的中间流体在热管内流动，不会出现因由于海洋中船上汽化器自身摆动而对中间流体的相变过程造成影响，进而汽化器的稳定性得到保证； [0021] 图1为本发明采用热管的LNG汽化器优选实施例的结构示意图； [0022] 图2为本发明采用热管的LNG汽化器中热管的结构示意图。 [0023] 图中，1-第一椭圆形封头、2-LNG汽化腔、3-热管、4-壳体、5-翅片、6-第一NG出口、7-第二椭圆形封头、8-管道、9-第二NG出口、10-NG加热腔、11-海水入口、12-换热管、13-压力容器法兰、14-第一隔板、15-第二隔板、16-中间流体贮存腔、17-中间流体加热腔、18-海水出口、19-LNG入口、20-端盖、21-吸液芯、22-管壳。 [0024] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 具体实施方式[0025] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0026] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0027] 参照图1，图1为本发明采用热管的LNG汽化器优选实施例的结构示意图。 [0028] 本优选实施例中，一种采用热管的LNG汽化器，包括壳体4、第一隔板14、第二隔板15、换热器以及热管3，其中， [0029] 第一隔板14位于壳体4内且将其腔室分成相互独立的LNG汽化腔2和中间流体加热腔17（即LNG汽化腔2和中间流体加热腔17相互隔离，二者不连通），LNG汽化腔2位于中间流体加热腔17的上方，LNG汽化腔2设有LNG入口19和第一NG出口6，中间流体贮存腔16设有海 水入口11和海水出口18，第二隔板15位于中间流体加热腔17中将其隔离出独立的中间流体 贮存腔16（即中间流体贮存腔16和中间流体加热腔17相互隔离，二者不连通），中间流体贮存腔16位于中间流体加热腔17的下方，第一隔板14和第二隔板15上均设有通孔，热管3安装于第一隔板14和第二隔板15的通孔上且贯穿于LNG汽化腔2、中间流体加热腔17和中间流体 贮存腔16，热管3的底端容纳于中间流体贮存腔16内且与其连通，中间流体贮存腔16中容纳有中间流体，换热器位于中间流体加热腔17的海水入口侧，换热器的第一通道通过管道8与第一NG出口6连通，换热器的第二通道与海水出口18连通，经LNG汽化腔2加热后的天然气进入第一通道内与第二通道中的海水换热被二次加热。 [0030] 参照图1，LNG汽化腔2的壳体包括位于两端的第一椭圆形封头1和第二椭圆形封头7、以及连接第一椭圆形封头1和第二椭圆形封头7的圆柱壳体和第一隔板14，其中，第一隔板14与第一椭圆形封头1和第二椭圆形封头7均通过焊接连接。第一椭圆形封头1上开孔接 管法兰为LNG入口19。 [0031] 热管3置于LNG汽化腔2内的部分为其冷凝端，置于中间流体加热腔17内的部分为其蒸发端。LNG在LNG汽化腔2中流动，与热管3的冷凝端进行换热，从而温度升高，实现LNG的汽化；海水在中间流体加热腔17中流动，热管3的蒸发端换热吸收来海水的热量，从而使中间流体蒸发。中间流体贮存腔16中充满中间流体，热管3的蒸发端与中间流体贮存腔16相连通，热管3的内部被抽成负压状态，在大气压力下将中间流体贮存腔16中的中间流体液面压到位于热管3高度的1/2处并维持这个高度，中间流体在热管3内部发生蒸发和冷凝的相变 过程，将热量从蒸发端带到冷凝端。 [0032] 具体地，本实施例中，热管3设置有多根，对应地，第一隔板14和第二隔板15的通孔设置有多行多列。热管3外侧壁套装有翅片5，该翅片5螺旋缠绕于热管3的外侧壁上。热管3容纳于LNG汽化腔2和中间流体加热腔17部分外均套装有翅片5。 [0033] 参照图2，热管3包括管壳22以及位于管壳22上方且与其连接的端盖20，管壳22的内侧管壁设有吸液芯21，该吸液芯21由毛细多孔材料构成，管壳22的腔室与中间流体贮存 腔16连通。翅片5与热管3通过焊接连接。翅片5套于管壳22外。翅片5通过高频焊完成翅片5与热管3的连接。 [0034] 当热管3的蒸发端受热时，热管3内的中间流体迅速蒸发，蒸汽在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用迅速流回蒸发段，如此循环不止，从而使热量由热管3的一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。 [0035] 进一步地，第一隔板14和第二隔板15均由隔热材料制成，以提高LNG的加热效果。 [0036] 具体地，参照图1，本实施例中，换热器包括相对设置的两压力容器法兰13、位于两压力容器法兰13之间的多根换热管12以及位于两压力容器法兰13之间的本体，其中，换热管12的出口与中间流体加热腔17连通，入口为中间流体加热腔17的海水入口11，位于本体 的腔室内且位于多根换热管12之间的腔室（即为NG加热腔10）为第一通道，多根换热管12内的通道为第二通道，第一NG出口6与多根换热管12之间的腔室连通。压力容器法兰13上设有多个通孔，换热管12的两端分别安装于两压力容器法兰13的通孔上。换热管12的一端与海 水连通，另一端与中间流体加热腔17连通。 [0037] 本LNG汽化器的工作原理如下： [0038] LNG换热流程：LNG从LNG入口19流入LNG汽化腔2中与热管3的冷凝端进行换热，吸收热管3中的中间流体相变带来的热量，从而使LNG的温度升高，温度升高后大量LNG被汽 化，并从第一NG出口6流出，经管道8进入换热器的第一通道中，与第二通道内的海水换热，吸收海水的热量被进一步加热，最终，汽化后的NG从第二NG出口9中流出。 [0039] 中间流体的流程：中间流体贮存腔16内充满中间流体，热管3的蒸发端与中间流体贮存腔16相通，热管3的内部是被抽成负压状态，在大气压力下将中间流体贮存腔16中的中间流体液面升高到位于热管3高度1/2处并维持这个高度，中间流体在热管3的蒸发端吸收 中间流体加热腔17中海水的热量进而蒸发，蒸汽在微小的压力差下流向冷凝端，并且释放 出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用迅速流回蒸发段，如此循环不止，将热量从蒸发端带到冷凝端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开 来。 [0040] 海水的换热流程：海水经LNG入口19进入NG加热腔10中的换热管12中，与NG换热，再进入中间流体加热腔17中与热管3的蒸发端换热，最后从中间流体加热腔17的海水出口 18流出。 [0041] 本实施例提出的采用热管的LNG汽化器，具有以下有益效果： [0042] 1、利用中间流体相变传热，解决了LNG汽化时由于释放冷量过大而导致换热介质结冰的问题； [0043] 2、利用热管3的高导热性、冷凝液回流快和翅片5的增大换热面积的特点，在相同的汽化量条件下，本发明与现有汽化器相比具有更高的换热效率和更加紧凑的结构； [0044] 3、本发明的中间流体在热管3内流动，不会出现因由于海洋中船上汽化器自身摆动而对中间流体的相变过程造成影响，进而汽化器的稳定性得到保证； [0045] 4、本汽化器的结构简单、容易实现。 |
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