一种采用梯级汽化技术的lng汽化器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽化器，尤其是涉及一种采用梯级汽化技术的LNG汽化器，属于换热器领域。
【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°C低温液体(LNG)，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°C左右温度的LNG提高到5°C左右的天然气(NG)；
[0003]目前，用于LNG汽化汽化器主要包括以下类型:
[0004](I)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。
[0007]申请号为200910307503.2的专利公开了一种制冷技术领域的组合热管换热器，该系统主要由箱体、隔板、若干热管和热管固定结构组成，其中:箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口管路、液化天然气进口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制冷剂出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天然气出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并于隔板相垂直。本发明将换热流程划分为三个温区，根据每个温区工作温度的要求选取不同沸点的热管工质，用以避免因为工作温度过低而引起热管工质的凝固，该技术从理论上解决大温差下LNG汽化。但是由于换热器内的工作温度会随着LNG汽化量和制冷剂的流量变化产生巨大波动，导致理论上划分的温区被破坏，使得在该工作温区内的热管由于工质沸点的局限使其失效，无法进行热量传递，进而使换热器效率降低影响LNG的汽化。
[0008]申请号为201310120847.9的专利公开了一种小型液化天然气汽化器，其结构包括壳体，壳体上设置有LNG进口、NG出口、冷媒进口及冷媒出口，壳体内设置有与LNG进口相连通的内管，其特征在于，内管外侧设置有套管，流经内管的液化天然气汽化生成天然气气体，天然气气体进入套管，作为中间介质运行于内管和套管形成的间隙内，并通过NG出口输出。但根据其所描述运行时是采用将通过绕管与冷媒换热温升后的NG作为中间冷媒用来再一次与LNG进行换热，由于LNG换热冷量释放大，在内管和套管形成的间隙内NG可能将会再一次被冷却为LNG，整个过程并不能满足LNG汽化的要求；若需满足LNG汽化要求该系统在运行时必须保证时必须要NG需具有较高温度且NG的生成量与LNG的汽化量完全匹配。但如该专利所描述，实际操作中这两方面是互相制约的，若在LNG汽化需求较高时，该系统由于LNG流量大，但NG在绕管得到热量不足以提供LNG的汽化，整个系统将会无法运行，且若冷媒温度过低，保证不了 NG温度的需求，该系统也无法正常运行。而且该发明中设置有套管，而且采用绕管式换热器，设备较为庞大却无法达到相应的换热效率，因此本发明中提到的冷能损失少以及换热效率尚的说法有待商権。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是针对上述现有技术所存在的局限，提供了一种采用梯级汽化技术的LNG汽化器。该汽化器采用热管作为传热体，利用第一换热介质作为中间冷媒，通过合理利用热管的蒸发端和冷凝端，并采用梯级温升方法，解决了 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等问题，保证了 LNG汽化的稳定进行；通过调节第二换热介质的流量，匹配LNG汽化量，进而实现运行工况的调节。
[0010]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种采用梯级汽化技术的LNG汽化器，包括壳体4，所述壳体4内采用分别开设有多行多列通孔的第一隔板8和第二隔板14，将其依次隔分为在壳体4上分别对应设置有进、出口的LNG换热腔7、第一换热介质换热腔17和第二换热介质换热腔12 ;所述第一隔板8和第二隔板14 一端的通孔中固定安装有贯穿LNG换热腔7、第一换热介质换热腔17和第二换热介质换热腔12的第一热管2 ;另一端，所述第一隔板8的通孔中固定安装有贯穿LNG换热腔7和第一换热介质换热腔17的第二热管5，所述第二隔板14的通孔中固定安装有贯穿第一换热介质换热腔17和第二换热介质换热腔12的第三热管13。
[0012]本发明为保证热管换热高效性，在其外壁上套装有若干翅片，根据热管所处位置不同其上所套装翅片也有所不同:所述第一热管2的外壁上套装有若干水平翅片3 ;所述第二热管5贯穿在LNG换热腔7中一段的外壁上和所述第三热管13贯穿在第二换热介质换热腔12中一段的外壁上各自套装有若干水平翅片3 ;由于第一换热介质状态在换热过程中会发生改变，为防止液体滞留以及保障换热能够高效进行，所述第二热管5和所述第三热管13贯穿在第一换热介质换热腔17中一段的外壁上套装有垂直翅片9，其断截面形状为花瓣形。
[0013]本发明根据LNG在LNG换热腔7中温度变化(梯级温升)分为I级换热区和II级换热区:其中，I级换热区内LNG吸收来自第二换热介质的热量从-163°C液态升温为低温气态NG，II级换热区域内低温气态NG吸收来自第二换热介质的热量的升温为常温NG并由NG出口 I排出，LNG通过在两换热区域的换热实现梯级换热。I级换热区位于所述一端，其长度为所述第一隔板8和第二隔板14总长的1/3 ; II级换热区位于所述另一端，其长度为所述第一隔板8和第二隔板14总长的2/3。
[0014]本发明所述第一隔板8和第二隔板14与壳体4为焊接连接，且壳体4为两端设有凸球面的圆筒形。本发明所述的第一换热介质通过热管与LNG直接进行换热，由于LNG汽化时释放冷量大，为保证第一换热介质在换热过程不会结冰，则需采用低沸点相变换热工质如丙烷；而所述第二换热介质无需考虑上述问题，即采用一般换热介质，如海水。
[0015]本发明为保证三种介质能够充分进行换热且实现LNG温度的逐步提高和避免第二换热介质因温度过低而导致凝固，LNG与两种换热介质在各自换热腔中流动时应为:第一换热介质与LNG为顺向流动，第二换热介质与LNG为逆向流动且所述第一隔板(8)和第二隔板(14)上的通孔的排列为交错网格式排列，其优选为正三角形或品字形排列。
[0016]本发明根据LNG汽化过程的汽化特性，通过合理组合和布置在不同换热腔内作为换热体的热管的蒸发端以及冷凝端来保证LNG汽化的稳定进行；总体来说，置于LNG换热腔7内第一热管2，第二热管5为热管的冷凝端；置于第一换热介质换热腔17内第二热管5为热管的蒸发端，第一热管2和第三热管13为热管的冷凝端；置于第二换热介质换热腔12内的第一热管2和第三热管13为热管的蒸发端。
[0017]本发明所述的LNG在LNG换热腔7中流动，与作为热管冷凝端的第一热管2和第二热管5进行换热，从而温度升高，实现LNG汽化；所述第二换热介质在第二换热介质换热腔12中流动，与作为热管蒸发端的第一热管2和第三热管13进行换热，热管吸收来自第二换热介质的热量，并将其传递给LNG和第一换热介质。
[0018]本发明所述第一换热介质以气态形式进入第一换热介质换热腔17中通过热管作为换热体直接与LNG进行换热，由于LNG在汽化时释放冷量大，会导致换热过程中第一换热介质吸收过多冷量而冷凝为液体，若在后续换热过程中不提供热量给第一换热介质保证其为气态，则会大大降低换热效率；因此在该换热腔中采用第二热管5和第三热管13依次交错排列，且位于该换热腔中的第二热管5为第二热管5的蒸发端而位于该换热腔中的第三热管13为第三热管13的冷凝端；气态第一换热介质通过首先通过第二热管5的蒸发段释放热量并通过第二热管5将其传递给LNG，由于释放热量导致温度降低从而冷凝为液体随后流过第三热管13的冷凝端吸收来自第二换热介质的热量从而温度升高变为气态。第一换热介质通过由第二热管5和第三热管13组成的换热单元实现从气态-液态-气态的状态的循环改变，从而实现将第二换热介质的热量传递给LNG，实现LNG的汽化；避免LNG汽化过程中由于LNG释放大量冷量若采用直接与第二换热介质换热而导致其凝固，使得LNG汽化不能稳定进行的问题。
[0019]本发明所述LNG在第二换热区域由低温NG变为常温NG并由NG出口 I排除，在该阶段NG升温无需消耗太多热量；但II级换热区由于第二换热介质具有较高的热量，足以使得低温NG升温为常温NG ;为有效的利用第二换热介质的热量，该系统充分考虑到由于I级换热区换热过程中第一换