表6-2 海水加熱型LNG氣化器的技術(shù)參數(shù)
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氣化量/(t/h) | 100 | 180 |
壓力/MPa | 設(shè)計(jì)
運(yùn)行 | 10.0
4.5 | 設(shè)計(jì)
運(yùn)行 | 2.50
0.85 |
溫度/℃ | 液體
氣體 | -162
＞0 | 液體
氣體 | -162
＞0 |
海水流量/(m3/h)
海水溫度/℃
管板數(shù)量
尺寸/(長×寬) | 2500
8
18
14m×7m | 7200
8
30
23m×7m |
大型的氣化器裝置可由數(shù)個(gè)管板組組成，使氣化能力達(dá)到預(yù)期的沒計(jì)值，而且可以通過管板組對(duì)氣化能力進(jìn)行調(diào)整。
水膜在沿管板下落的過程中具有很高的傳熱系數(shù)，可達(dá)到5800W/(m2·K)。在傳熱管內(nèi)側(cè)，LNG蒸發(fā)時(shí)的傳熱系數(shù)相對(duì)較低，新型的氣化器對(duì)傳熱管進(jìn)行了強(qiáng)化設(shè)計(jì)。傳熱管分成氣化區(qū)和加熱區(qū)，采用管內(nèi)肋片來增加換熱面積和改變流道的形狀，增加流體在流動(dòng)過程的擾動(dòng)，達(dá)到增強(qiáng)換熱的目的。
管外如果產(chǎn)生結(jié)冰，也會(huì)影響傳熱性能。為了改善管外結(jié)冰的問題，采用具有雙層結(jié)構(gòu)的傳熱管，LNG從底部的分配器先進(jìn)入內(nèi)管，然后進(jìn)入內(nèi)外管之間的夾套。夾套內(nèi)的LNG直接被海水加熱并立即氣化，然而在內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)的LNG是通過夾套中已經(jīng)氣化的LNG蒸氣來加熱，氣化是逐漸進(jìn)行。夾套雖然厚度較薄，但能提高傳熱管外表面的溫度，所以能抑制傳熱管外表結(jié)冰，保持所有的傳熱面積都是有效的，因此提高了海水與LNG之間的傳熱效率。
新型的LNG氣化器具有以下一些特點(diǎn)：設(shè)計(jì)緊湊，節(jié)省空間；提高換熱效率，減少海水量，節(jié)約能源；所有與天然氣接觸的組件都用鋁合金制造，可承受很低的溫度，所有與海水接觸的平板表面鍍以鋁鋅合金，防止腐蝕；LNG管道連接處安裝了過渡接頭，減少泄漏，提高運(yùn)行的安全性；啟動(dòng)速度快，并可以根據(jù)需求的變化遙控調(diào)整天然氣的流量，改善了運(yùn)行操作性能；開放式管道輸送水，易于維護(hù)和清潔。
開架式氣化器使用天然熱源(海水)，因此操作費(fèi)用比較低。
但由于LNG氣化需要大量海水，對(duì)海水的品質(zhì)有一定要求：
(1) 重金屬離子Hg“檢測不出；Cu++≤10×10-9；
(2) 固體懸浮物≤80×10-6；
(3) pH值7.5～8.5；
(4) 要求過濾器在海水取水處能夠去除10mm以上的固體顆粒。
為了防止海水對(duì)基體金屬的腐蝕，可以在金屬表面噴涂保護(hù)層，以增加腐蝕的阻力。涂層材料可采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%Al+15%Zn的鋅鋁合金。
開架式氣化器需要較高的投資，安裝費(fèi)用也很高。與浸沒燃燒式氣化器相比，開架式氣化器是利用海水，操作消耗主要是海水泵的電耗，所以它的優(yōu)點(diǎn)在于操作費(fèi)用很低，兩者之間的運(yùn)行費(fèi)用比為1:10。
2. 浸沒燃燒式氣化器
在燃燒加熱型氣化器中，浸沒式燃燒加熱型氣化器是使用最多的一種。其結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，裝置的初始成本低。它使用了一個(gè)直接向水中排出燃?xì)獾娜紵?，由于燃?xì)馀c水直接接觸，燃?xì)饧ち业財(cái)噭?dòng)水，使傳熱效率非常高。水沿著氣化器的管路向上流動(dòng)，LNG在管路中氣化，氣化裝置的熱效率在98%左右。每個(gè)燃燒器每小時(shí)105GJ的加熱能力，適合于負(fù)荷突然增加的要求，可快速啟動(dòng)，并且能對(duì)負(fù)荷的突然變化作出反應(yīng)。可以在10%～100%的負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，適合于緊急情況或調(diào)峰時(shí)使用。運(yùn)用氣體提升的原理，可以在傳熱管外部獲得激烈的循環(huán)水流，管外的傳熱系數(shù)可以達(dá)到5800～8000W/(m2·K)。表6-3列出了浸沒式燃燒加熱型氣化器的技術(shù)參數(shù)[5]。
表6-3 浸沒式燃燒加熱型LNG氣化器的技術(shù)參數(shù)
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氣化量/(t/h) | 100 | 180 |
壓力/MPa | 設(shè)計(jì)
運(yùn)行 | 1O.0
4.5 | 設(shè)計(jì)
運(yùn)行 | 2.50
O.85 |
溫度/℃ | 液體
氣體 | -162
＞O | 液體
氣體 | -162
＞O |
燃燒器供熱能力/×103kW
槽內(nèi)溫度/℃
空氣量①/(m3/h)
尺寸(長×寬) | 2.3
25
26000
8m×7m | 2.1? 2臺(tái)
25
47000
11m×10m |
① 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣體積流量。
浸沒式燃燒加熱型氣化器的工作原理如圖6-4所示，燃料氣和壓縮空氣在氣化器的燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒后的氣體通過噴嘴進(jìn)入水中，將水加熱。LNG經(jīng)過浸沒在水中的盤管，由熱水加熱而蒸發(fā)。
浸沒燃燒式氣化器優(yōu)越性在于整體投資和安裝費(fèi)用很低，與海水氣化器相比，外形較小，操作靈活。但是浸沒式燃燒氣化器的缺點(diǎn)是操作費(fèi)用很高。
3. 中間介質(zhì)式氣化器
采用中間傳熱流體的方法可以改善結(jié)冰帶來的影響，通常采用丙烷、丁烷或氟利昂等介質(zhì)作中間傳熱流體。這樣加熱介質(zhì)不存在結(jié)冰的問題。由于水在管內(nèi)流動(dòng)，因此可以利用廢熱產(chǎn)生的熱水。換熱管采用鈦合金管，不會(huì)產(chǎn)生腐蝕，，對(duì)海水的質(zhì)量要求也沒有過多的限制。
中間介質(zhì)式氣化器也有壓同的形式，但皆有一個(gè)共同之處，就是用中間介質(zhì)作為熱媒，其中間介質(zhì)可以是丙烷或醇(甲醇或乙二醇)水溶液，加熱介質(zhì)可為海水、熱水、空氣等，采用特殊形式的換熱器或管殼式換熱器來氣化LNG。
(1) 丙烷熱媒中間介質(zhì)氣化器(IFV)
該技術(shù)由日本神戶制鋼(Kobelco)提供。圖6-5所示是這種氣化器的工作原理，該類氣化器以海水或鄰近工廠的熱水作為熱源，并用此熱源去加熱中間介質(zhì)(丙烷)并使其氣化，再用丙烷蒸氣去氣化LNG。該氣化器由兩部分組成，一部分為利用丙烷氣化冷凝的LNG氣化器，第二部分為LNG氣化后NG的加熱器。在LNG氣化部分，丙烷在管殼式氣化器的殼程以氣液兩相形式循環(huán)。當(dāng)使用海水為加熱介質(zhì)時(shí)采用鈦管，海水在管程流動(dòng)，所以抗海水中固體懸浮物的磨蝕較好。
(2) 中間介質(zhì)管殼式氣化器(STV)
該技術(shù)是采用一般管殼式換熱器作氣化器，水或甲醇(乙二醇)水溶液作為中間熱媒氣化LNG，初始熱源可以用熱水、海水或空氣。先用初始熱源將中間熱媒加熱，再用已被加熱的中間熱媒通過管殼式氣化器去氣化LNG。中間熱媒需用循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)，因此能耗棼IFV高。到目前為止，僅有兩家供應(yīng)商對(duì)此技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)。
目前在LNG接收站共建設(shè)有5套，其中4套已投入使用，1套未開車。
上述氣化器的比較見表6-4。
表6-4 LNG氣化器比較
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項(xiàng)目 | 內(nèi)容 |
氣化器形式 | ORV | SCV | IFV | STV |
中間介質(zhì) | — | 水 | 丙烷 | 丙烷或醇類溶液 |
加熱介質(zhì) | 海水 | 燃料氣 | 海水 | 空氣/海水/燃料氣 |
工藝流程 | 簡單 | 簡單 | 較復(fù)雜 | 復(fù)雜 |
設(shè)備結(jié)構(gòu) | 簡單 | 簡單 | 較復(fù)雜 | 組合、復(fù)雜 |
運(yùn)行控制 | 簡單 | 簡單 | 簡單 | 較復(fù)雜 |
占地 | 較少 | 最少 | 較少 | 較大 |
使用情況 | 廣泛使用 | 多用于調(diào)縫 | 日本用于能量回收20套 | 用于能量回收僅5套 |
4. 氣化器配置
接收站氣化器的選用要根據(jù)工藝要求和各種形式氣化器的特點(diǎn)合理配置。按照區(qū)域穩(wěn)定供氣的要求，接收站氣化設(shè)備既要保證常年正常供氣，又要滿足調(diào)峰供氣的要求。開架式氣化器由于流程簡單、運(yùn)行費(fèi)用低，通常用作常年運(yùn)行的氣化設(shè)備。浸沒燃燒式氣化器由于啟動(dòng)快、但運(yùn)行費(fèi)用高，一般作為調(diào)峰或開架式氣化器維修時(shí)使用。
