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)相對較低,新型的氣化器對傳熱管進(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)獾娜紵鳎捎谌細(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。