lng汽化器(LNG气化器的分类与介绍)

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LNG气化器是种专门用于液化天然气气化的换热器,主要应用于沿海大型LNG接收站、LNG液化工厂、LNG气化站、LNG加液站等,是实现气化功能的关键设备。

本文主要介绍各种LNG气化器的分类、结构、工作原理、特点及使用环境等,并对不同类型的LNG气化器进行分析比较,为实际工程的需要提供借鉴;同时着重介绍空温式气化器。

二、LNG气化器的分类

根据使用的频率

LNG气化器可以分为基本负荷型和应急调峰型。基本负荷型使用频率高、气化量大,选型时主要考虑的是设备的运行成本。

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应急调峰型是为了补充用气高峰时供气量的不足或应急需要,其工作特点是使用率低、工作时间是随机性的,具有紧急启动的功能,选型时要求设备投资小,而对运行费用则不太苛求。

根据LNG气化的热媒不同来进行分类

常见的LNG气化热媒有空气、河水或海水、天然气燃烧、电加热、工厂废热等。美国标准NFPA59A将LNG气化器分为加热气化器、环境气化器和工艺气化器3类。

根据气化量不同来对LNG气化器进行分类

气化量小于50t/h的是小型LNG气化器,一般用于气化量较小的场合,如各种小型的LNG卫星接收站、气化站;而我国沿海都是大型的LNG接收站,必须采用气化量大的LNG气化器。

根据结构不同进行分类

1、开架式气化器

开架式气化器是一种水加热型气化器,以海水为热源,其气化量最大可达180t/h,在0^100%的负荷范围内运行,同时根据需求的变化遥控调整气化量。特点是投资较大,运行费用较低,操作和维护容易,比较适用于基本负荷型LNG接收站。以海水热源,对海水质量要求高,同时在外表面应做好涂层保护等防腐措施。

开架式气化器的基本单元是铝合金传热管,传热管内部有星形断面、外部有翅片,同时管内有螺旋杆,以增加LNG传热;若干传热管按板状排列后两端与集气管或集液管焊接形成管板,再由若干管板组成气化器。

工作原理是LNG在管内向上流动,由气化器顶部喷淋装置喷淋的海水在管板外表面自上而下流动,将管内LNG气化。开架式气化器运行时在板型管束的下部其是集液管外表面会结冰,影响气化器的传热性能, Osakagaskobel和 Steel联合研发采用了局部双层结构的传热管,有效改善了结冰的状况,被称为 Superorv。

2、浸没燃烧式气化器

浸没燃烧式气化器属燃料加热型气化器,它以燃料燃烧产生的烟气为热源,由于烟气与水直接接触,加热水的同时激烈地搅动水,热水再与管内LNG进行热交换,大大提高了传热效率。

浸没燃烧式气化器的热效率在98%左右,可快速启动,能对负荷的突然变化作出反应,适用于紧急情况或者调峰用气。

特点是整体投资和安装费用很低,占地面积小,操作灵活;但是操作费用很高。浸没燃烧式气化器的结构是换热管束浸泡在池水中,下部与LNG总管焊接,上部与LNG不锈钢热交换器总管焊接,LNG下进上出。工作时燃料气体和空气按比例混合均匀后进入燃烧器内充分燃烧,产生的高温烟气经分配管上的小孔喷射到池水中,烟气进入池水形成大量气泡,迅速上升加热并剧烈搅动池水,有效地加热管束中的LNG使之气化。

充分利用天然气燃烧产生的高温烟气为热源,烟气直接加热水,热水加热浸没池中的LNG盘管,需要消耗燃料,传热效率极高、设备占地小、自动化程度高、气化量不受气候影响。气化负荷可从10~100%之间任意调节。

3、中间介质式气化器

中间介质顾名思义除了一种介质气化外还有另外一种中间介质介入。中间介质可以是丙烷或醇(甲醇或乙二醇)水溶液,加热介质可为海水、热水、空气等,可以改善结冰带来的影响。

(1)管壳式气化器(STV)

采用管壳式换热器作为气化器,水或甲醇(或乙二醇)水溶液作为中间热媒气化LNG,初始热源可以用热水、海水或空气。先用初始热源将中间热媒加热,再用已被加热的中间热媒通过管壳式气化器去气化LNG。中间热媒需用循环泵强制循环,因此耗能较高。

(2)中间流体式气化器(IFV)

工作原理是以海水或近邻工厂的热水作为热源,并用此热源去加热中间介质(丙烷)并使其气化,再用丙烷蒸气去气化LNG。

该气化器由三部分组成:①海水(或其他热源流体)和丙烷进行换热:②丙烷和LNG进行换热:③天然气过热,即用海水对LNG气化后的NG加热。

工作原理上图所示,这种气化器解决了海水(或其他热源流体)的冰点问题,在海上浮动储存FSRU与气化、循环加热、冷能发电等得到广泛的应用。

4、缠绕管式气化器

缠绕管式气化器工作原理是加热介质走壳程,LNG走管程,管程为螺旋缠绕式换热器结构:从底部管箱进入的LNG在管程由受热气化后从顶部排出,循环水在壳程加热管程内天然气,结构如下图所示。气化器能力主要由壳程介质的温度和流量决定,主要特点是在相同的体积内拥有较大的换热面积,同时可实现多股流体一起换热。

5、空温式气化器

LNG空温式气化器即为空气源式气化器(AAV)

空温式气化器原理是利用空气自然对流加热低温LNG,使其气化成常温气体的换热设备。其核心部分就是换热装置,在尽可能小的空间内从大气中获取强大的热能。

AAVs是由翅片管按照一定的间距并联而成的,一般是单程式,实际运行中的LNG空温式换热管一般较长,为了增大空气侧的换热面积,在换热管的外侧加装翅片。8翅片星型翅片

管下图,目前最常用的是8翅片结构,另外还有12翅片与4翅片结构。

目前,LNG卫星站都离市区较远,土地资源影响不大,同时可通过增加水浴式LNG气化器来解决环境温度的影响,所以LNG空温式气化器是小型LNG接收站、气化站、加注站等的主要气化器类型。空温式气化器根据用途可以分为增压式和供气式两类,两者结构基本相同,只有些微差别。主要是增压式空温气化器只具有蒸发部,而供气式空温气化器包含蒸发部和加热部。

LNG空温式气化器虽然换热效率低,但是制造成本和运行成本也很低,经常作为LNG卫星站(指在中小城市及距离气源地较远的小型天然气接收站和气化站)内的主气化器。

缺点是其对环境温度很敏感,冬天易结冰,在我国北方使用受到一定的限制:同时占地面积大,在土地资源少的区域也受到限制。

6、水浴式气化器

水浴式气化器是以水为热媒的气化器,在大型LNG接收站中,开架式气化器ORV、浸没燃烧式SCV气化器以及管壳式STV气化器中以海水IFV为热媒的气化器,均属于水浴式气化器。

在LNG卫星站中,水浴式气化器主要包括电加热式、燃料燃烧式等,它具有传热效率高,结构紧凑,占地面积小等优点。

这里介绍的水浴式气化器主要是用于LNG卫星站的小型气化器,它广泛应用于LNG卫星站的天然气加热,在土地资源有限的地方还可以代替空温式气化器作为主气化器。

在以空温式气化器为主气化器的LNG气化站中,常常将BOG气化器和水浴式气化器集成撬,从而缩小了空间,如上图所示。水浴式气化器的主要功能是当空温式气化器BOG气化器出口温度不能满足管网需求时,将开启该装置,将空温式气化器及BOG气化器的天然气加热后送入下游装置。

三、LNG气化器的选型及现场运用

四、总结

(1)ING气化器的分类方法较多,常见的分类方法包括:使用的频率、热媒的不同、气化量大小、结构差异等。其中大型LNG接收站一般采用ORV、SCV、IFV等;而大部分LNG卫星站采用空温式气化器和电加热水浴式气化器。

(2)LNG卫星站的气化器选型应综合考虑环境条件、设计规模、占地面积、投资成本、运营成本、运行稳定性、辅助设备等因素,选出最优的气化方案。空温式气化器和水浴式复热器串联的方式,既有效地利用了环境热量,又保证了储气温度稳定。因此得到广泛应用。

(3)空温式气化器结构设计时应充分考虑设计裕量、结构形式、翅片管换热计算、运行条件和时间、温差补偿措施及气化器用途等因素。目前国内外已对空温式气化器做了大量研究分析,主要包括LNG空温式气化器的结构设计传热研究及安全性研究。我国空温式气化器生产规模和装备量较大,但由于没有国家标准和行业标准,使得空温式气化器的设计、制造和使用处于没有依据和约束的状态,制造厂停留在比较初级的水平,大多仅仅是进行模仿性生产,设计上也仅采用经验方法计算,几乎不考虑气化器在使用过程中的传热问题。

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