[实用新型]一种防冻结的LNG换热装置

说明书

技术领域

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

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℃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。

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。

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。

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

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。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

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。

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。

上述防冻结的LNG换热装置的工作过程具体包括以下步骤：

（1）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℃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-70~-50℃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℃；

（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。

优选地，步骤（2）中当 常规换热介质为凝固点为0~-50℃的常规换热介质时，中间冷媒采用丙烷摩尔分数为50~100%的C3C4混合物。