一種高效緊湊式lng汽化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽化器，更具體地說，是涉及一種多介質(zhì)微細(xì)通道的高效緊湊式LNG汽化器。屬于強(qiáng)化傳熱的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG汽化器是實(shí)現(xiàn)由液態(tài)天然氣儲(chǔ)運(yùn)到氣態(tài)天然氣使用的核心設(shè)備。該設(shè)備可以安置在陸上和海上。然而，陸上LNG汽化站的建造面臨更為嚴(yán)重的限制，如占用空間大、難移動(dòng)以及處理LNG的固有危險(xiǎn)也使得附近居民非常排斥。因此，在多種情況下，海上LNG汽化站被視為用于供給天然氣的快速通道的較好的解決方案。不論是陸上LNG汽化站還是海上LNG汽化站，汽化器是LNG汽化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)LNG由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的關(guān)鍵設(shè)備，LNG由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)在LNG汽化系統(tǒng)中主要靠汽化器來實(shí)現(xiàn)。汽化器是影響LNG汽化效率的最主要的因素，尤其對(duì)于海上LNG汽化站的存放空間小的特點(diǎn)，其對(duì)汽化器換熱的結(jié)構(gòu)緊湊性和換熱性能的要求更高。
[0003]目前，現(xiàn)有的LNG汽化器從結(jié)構(gòu)形式上說主要分為開架式汽化器(ORV)、沉浸式汽化器(SCV)和管殼式汽化器(STV)/中間流體式汽化器(IFV)三種。其中，開架式汽化器又分為開架式和超級(jí)開架式汽化器。開架式汽化器具有結(jié)構(gòu)和加工工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。但LNG在汽化過程中，管外的海水易結(jié)冰，從而導(dǎo)致其換熱效率迅速降低，使產(chǎn)氣量不穩(wěn)定；另一方面，開架式汽化器簡單的結(jié)構(gòu)致使其換熱體積增大，只能用于空間不受限制的領(lǐng)域。沉浸式汽化器具有啟動(dòng)快，熱效率高等特點(diǎn)，解決了開架式汽化器汽化過程中易結(jié)冰的問題。但其局限在于，沉浸式汽化器在汽化過程中要以天然氣為燃料，所以運(yùn)行成本較高，目前只能用于調(diào)峰或緊急情況使用，尚未能作為負(fù)荷型的汽化器使用。管殼式汽化器的優(yōu)點(diǎn)是能夠選擇各種熱源，如海水，空氣和工業(yè)廢氣，特別是中間流體式汽化器可以采用丙烷、丁烷或氟利昂等介質(zhì)作為中間傳熱流體，大大改善了結(jié)冰帶來的影響。
[0004]目前，LNG的再汽化的系統(tǒng)中大多涉及三種換熱介質(zhì)，少數(shù)涉及兩種換熱介質(zhì)的系統(tǒng)中也增加了輔助熱源與多個(gè)換熱器。申請(qǐng)?zhí)枮?01280010015.5的專利公開了一種可進(jìn)行預(yù)熱和通過管殼式熱交換器換熱的再汽化設(shè)備，主要由預(yù)熱用熱交換器(板式換熱器)、第一管殼式熱交換器和第二管殼式熱交換器組成。該汽化裝置旨在用第一管殼式熱交換器中汽化的氣體來預(yù)熱通過板式交換器的LNG，之后對(duì)凝結(jié)的氣體通過第二管殼式熱交換器再汽化以解決管殼式熱交換器在低溫下易結(jié)冰的缺陷。盡管該汽化結(jié)構(gòu)簡單且在理論上降低了在導(dǎo)熱管周圍海水或清水等熱媒凍結(jié)、或因熱交換面結(jié)冰而引起的換熱性能惡化的可能性，但并不能從根本上解決管殼式換熱器在低溫高壓環(huán)境下的不適應(yīng)性；其次，此發(fā)明中設(shè)計(jì)的汽化裝置涉及到至少三個(gè)換熱器，大大增加了系統(tǒng)成本和氣化設(shè)備的占用空間；另夕卜，循環(huán)回路的增加也會(huì)導(dǎo)致熱損失的增加，加之管殼式結(jié)構(gòu)的換熱器的換熱效率較其他類型換熱器的換熱效率低的缺點(diǎn)，也會(huì)致使整個(gè)系統(tǒng)的換熱性能降低。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?00520080112.9的專利公開了一種多介質(zhì)新型的板式換熱器。該換熱器主要由固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板、多邊形球狀肋板片、密封墊圈、導(dǎo)桿和壓緊螺柱組成。其中多邊形球狀肋板片采用正六邊形結(jié)構(gòu)，六個(gè)頂角上各開有一個(gè)介質(zhì)流道口，對(duì)稱的兩個(gè)流道口為同一種介質(zhì)的流入、流出口，以此實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)流的換熱，換熱板片換熱區(qū)域由球面狀凸肋和凹肋組成的螺旋線性流道，板與板之間使用密封墊圈來阻止流體介質(zhì)間的互相摻混。該換熱器雖實(shí)現(xiàn)了多介質(zhì)流體間的換熱，其有球面狀的凸肋和凹肋組合成的螺旋線性流道在理論上也增加了換熱面積，使介質(zhì)產(chǎn)生湍流，降低了液膜熱阻，但實(shí)際上并不理想。首先，用密封墊圈來阻隔不同流體介質(zhì)的摻混，密封性差，易泄露，需要經(jīng)常更換墊圈且換熱器的使用溫度受墊圈材料耐溫性能的限制。其次，凹凸?fàn)畹那蛎骐m然在一定程度上增加了傳熱面積，有利于湍流和減少液膜的厚度，但實(shí)際的換熱效果還有待商榷，尤其在流速較小的情況下，凹肋球面易形成流體沉積，反而會(huì)造成液膜厚度增加從而產(chǎn)生降低換熱效率的負(fù)面影響。最后，板式換熱器的使用壓力受限較大，一般不超過IMpa，最高操作壓強(qiáng)也只能達(dá)到2?3Mpa。而用于實(shí)現(xiàn)LNG汽化的汽化器對(duì)其耐溫性能和受壓能力要求都非常高，通常LNG流入汽化器的溫度會(huì)達(dá)到_160°C左右，而壓力范圍則在4?40Mpa。顯然大大超出了一般板式換熱器的適應(yīng)性范圍。另一方面，LNG汽化過程中涉及到的龐大的換熱量對(duì)換熱設(shè)備的換熱面積和換熱效率的要求也很高。因此，對(duì)LNG汽化器的選擇和優(yōu)化具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有LNG汽化器所存在的不足和缺陷，提供一種高效緊湊式LNG汽化器，以提升汽化器的換熱效率，減小汽化站的成本和空間。
[0007]本發(fā)明是通過采用微細(xì)槽道、超高壓下LNG的超臨界流動(dòng)以及多介質(zhì)強(qiáng)化換熱技術(shù)，提升汽化器的換熱效率，解決汽化器汽化效率低，汽化設(shè)備巨大的技術(shù)瓶頸。本發(fā)明從結(jié)構(gòu)上而言，能夠有效的減少換熱介質(zhì)的泄露和減少汽化器運(yùn)動(dòng)部件的振動(dòng)，提高使用壽命；連續(xù)的換熱通道及超臨界流體流動(dòng)換熱技術(shù)能夠有效減少壓降，降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，并且可以實(shí)現(xiàn)從-160°C到10°C的大溫差，4?25Mpa高壓力下的高效運(yùn)行，完全能夠適應(yīng)LNG汽化過程中的工作溫度和工作壓力要求。從傳熱上來說，采用微細(xì)通道的換熱介質(zhì)換熱單板組成的換熱芯體，換熱面積顯著增加，加之微細(xì)槽道中LNG的超臨界流動(dòng)，可以大大增加其換熱效率。另外，通過采用正六邊形的換熱單板組成的換熱芯體可以實(shí)現(xiàn)三種不同流體介質(zhì)的同時(shí)換熱，能夠顯著減小LNG汽化器的體積和重量，進(jìn)而極大地減小了海洋平臺(tái)或陸地汽化站的空間占用。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]一種高效緊湊式LNG汽化器，包括殼體I和換熱芯體2。所述殼體I為具有空腔的六瓣花形柱體，所述六瓣花形弧面上分別開設(shè)有用于換熱介質(zhì)的流入、流出口 ；所述換熱芯體2由若干組，每組4塊疊置式的正六邊形單板組成，所述正六邊形單板任一對(duì)應(yīng)兩條邊之間的一平面上開設(shè)有若干條槽道，每組4塊正六邊形單板相對(duì)槽道口互成60°交錯(cuò)緊貼疊置連接在所述殼體I中，正六邊形單板的六個(gè)角與殼體I焊接連接，形成六個(gè)相互獨(dú)立的分別對(duì)應(yīng)流入、流出口的豎向密閉空腔。
[0010]所述的每組4塊疊置式的正六邊形單板的疊置順序?yàn)榈谝粨Q熱介質(zhì)換熱單板9，第二換熱介質(zhì)換熱單10，LNG換熱單板11和第二換熱介質(zhì)換熱單板10，構(gòu)成分別對(duì)應(yīng)第一換熱介質(zhì)流入口 7，第一換熱介質(zhì)流出口 8，第二換熱介質(zhì)流入口 3，第二換熱介質(zhì)流出口 4，LNG流入口 5和LNG流出口 6的三種換熱介質(zhì)通道；其中兩兩相鄰的換熱介質(zhì)換熱單板之間采用擴(kuò)散焊接的工藝相連。
[0011]所述正六邊形單板任一對(duì)應(yīng)兩條邊還分別設(shè)置有凹弧面，對(duì)應(yīng)凹弧面之間一平面上加工有不同結(jié)構(gòu)和尺寸的微細(xì)槽道，槽道的截面形狀為圓形、半圓形、矩形中的任一種；槽道的流道為直線型或曲線形。正六邊形單板的材質(zhì)為金屬，厚度為2?8mm，正六邊形單板上的槽道的當(dāng)量直徑為1.5—7.5mm。
[0012]所述殼體I還可為具有空腔和開設(shè)有用于換熱介質(zhì)的流入、流出口的圓柱體。
[0013]本發(fā)明中所需的第二換熱介質(zhì)是與LNG直接換熱，因此第二換熱介