用于加熱液化的流體的裝置以及方法
【專利摘要】在全部布置在外部環(huán)境中的情況下，在閉合回路中熱傳遞流體通過下導(dǎo)管從第一熱傳遞區(qū)域循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域。所述第一熱傳遞區(qū)域包括第一熱傳遞表面，要被加熱的液化的流體經(jīng)過該第一熱傳遞表面與所述熱傳遞流體進(jìn)行第一間接熱交換接觸。所述第二熱傳遞區(qū)域根據(jù)重力作用方向布置成低于所述第一熱傳遞區(qū)域。所述第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，所述熱傳遞流體經(jīng)過所述第二熱傳遞表面與所述外部環(huán)境進(jìn)行第二間接熱交換接觸。所述下導(dǎo)管使所述第一熱傳遞區(qū)域與所述第二熱傳遞區(qū)域流體連通，其中，所述下導(dǎo)管與所述外部環(huán)境熱隔絕。
【專利說明】用于加熱液化的流體的裝置以及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于加熱液化的流體的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]本說明書中的一種液化的流體具有的溫度低于環(huán)境溫度。優(yōu)選地，在低于2bar的絕對壓強的情況下，該液化的流體的溫度處于或低于該液化的流體的沸點，以便在該壓強下使其保持處于液相。在產(chǎn)業(yè)中需要加熱的液化的流體的一種示例是液化天然氣(LNG)。
[0003]天然氣是一種有用的燃料來源。然而，其通常在距離市場相對遠(yuǎn)的地方生產(chǎn)。在這樣的情況下，可能需要在位于或靠近天然氣源的液化天然氣廠中使天然氣液化。液化天然氣形式的天然氣較氣態(tài)形式的天然氣可以更容易地儲存并且進(jìn)行長距離的運輸，原因在于，液化天然氣形式的天然氣占據(jù)的體積更小，并且不需要儲存在高壓下。
[0004]液化天然氣通常在其被用作燃料前會被再汽化。為將液化天然氣再汽化，可能需要給液化天然氣加熱。在加熱之前，所述液化天然氣通常被加壓以滿足客戶的要求。基于客戶所需要的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的規(guī)格或要求，在需要的情況下氣體的組分可能也會被改變，例如通過加入一定量的氮氣和/或抽出一些C2-C4成分來實現(xiàn)。被再汽化的天然氣產(chǎn)品隨后可以合適地通過氣體供應(yīng)系統(tǒng)賣給客戶。
[0005]專利申請公開文件US2010/0000233描述了一種用于汽化液化的流體的裝置和方法。在該裝置和方法中，在第一熱傳遞區(qū)域和第二熱傳遞區(qū)域之間、在閉合回路中循環(huán)熱傳遞流體，其中，在第一熱傳遞區(qū)域中，熱量從熱傳遞流體傳遞至要汽化的液化的流體，而在第二熱傳遞區(qū)域中，熱量從環(huán)境空氣傳遞至熱傳遞流體。該熱傳遞流體在第一熱傳遞區(qū)域中冷凝，而在第二熱傳遞區(qū)域中部分地汽化。該熱傳遞流體利用在閉合回路中循環(huán)的熱傳遞流體的重力進(jìn)行循環(huán)。
[0006]然而，需要預(yù)先知道的是，在如專利申請公開文件US2010/0000233中描述的裝置和方法的正常操作過程中，該熱傳遞流體的流通可能會被中斷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于加熱液化的流體的裝置，在全部布置在外部環(huán)境中的情況下，該裝置包括用于循環(huán)熱傳遞流體的閉合回路，所述閉合回路包括第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域以及下導(dǎo)管，其中，第一熱傳遞區(qū)域包括第一熱傳遞表面，要被加熱的液化的流體經(jīng)過該第一熱傳遞表面與熱傳遞流體發(fā)生第一間接熱交換接觸，其中，第二熱傳遞區(qū)域根據(jù)重力作用方向布置成低于第一熱傳遞區(qū)域，并且其中，該第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，熱傳遞流體經(jīng)過該第二熱傳遞表面與外部環(huán)境發(fā)生第二間接熱交換接觸，并且其中，下導(dǎo)管使第一熱傳遞區(qū)域與第二熱傳遞區(qū)域流體連通，其中，下導(dǎo)管與外部環(huán)境熱隔絕。
[0008]在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種加熱液化的流體的方法，所述方法包括:
[0009]使要加熱的液化的流體流通過第一熱傳遞區(qū)域、與熱傳遞流體發(fā)生間接熱交換接觸，由此，熱量從熱傳遞流體傳遞至液化的流體，由此使熱傳遞流體的至少一部分發(fā)生冷凝以形成冷凝部分；
[0010]在全部布置在外部環(huán)境中的情況下，使所述熱傳遞流體在閉合回路中循環(huán)，通過至少一個下導(dǎo)管從第一熱傳遞區(qū)域循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域并且回到第一熱傳遞區(qū)域，其中，所述熱傳遞流體的循環(huán)包括將處于液相并且與外部環(huán)境熱隔絕的所述冷凝部分向下通過下導(dǎo)管送至第二熱傳遞區(qū)域，并且使熱傳遞流體流通過第二熱傳遞區(qū)域流至第一熱傳遞區(qū)域，由此，熱傳遞流體在第二熱傳遞區(qū)域中與外部環(huán)境發(fā)生間接熱交換，由此，將熱量從外部環(huán)境傳遞至熱交換流體，并且使熱交換流體部分地的汽化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下文將通過單純示例的方式，以及借助參考非限制性的附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明，在所述附圖中:
[0012]圖1顯示了實施本發(fā)明的加熱器的橫向截面視圖；
[0013]圖2顯示了圖1中的加熱器的縱向截面視圖；
[0014]圖3顯示了實施本發(fā)明的加熱器的橫向截面視圖；

【具體實施方式】
[0015]為實現(xiàn)該本說明書的目的，將使用單個的附圖標(biāo)記表示管線以及該管線中輸送的流體。相同的附圖標(biāo)記表示相同的組件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地理解的是，盡管通過參考結(jié)構(gòu)和尺寸的一個或更多個特定的組合來說明本發(fā)明，但是很多這些結(jié)構(gòu)和尺寸在功能上獨立于其他的結(jié)構(gòu)和尺寸，使得他們能夠等同地或類似地獨立應(yīng)用于其他實施例或組入口 ο
[0016]下文將描述進(jìn)一步改進(jìn)熱傳遞流體流通通過閉合回路的方法。已經(jīng)明確的是，在下導(dǎo)管中存在蒸汽可能會阻斷熱傳遞流體在閉合回路中的流通。
[0017]在目前提供的裝置中，形成第一熱傳遞區(qū)域和第二熱傳遞區(qū)域之間的流體連接部分的下導(dǎo)管與外部環(huán)境熱隔絕。在與外部環(huán)境熱隔絕的情況下，所述熱傳遞流體的冷凝部分從第一熱傳遞區(qū)域向下行進(jìn)至第二熱傳遞區(qū)域。
[0018]由此，避免了被向下傳輸通過下導(dǎo)管的熱傳遞流體的冷凝部分發(fā)生汽化。結(jié)果是，熱傳遞流體通過閉合回路的循環(huán)將不會因為下導(dǎo)管中產(chǎn)生蒸汽而被阻斷。由此，可以建立以下的循環(huán):熱傳遞流體的一部分能夠在整個流通循環(huán)中保持處于液相。通過將完全液相的熱傳遞流體保持在下導(dǎo)管中，而將兩相式流體保持在第二熱傳遞區(qū)域中(這在向下流動的熱傳遞流體和向上流動的熱傳遞流體之間產(chǎn)生了密度差)來形成壓頭(head)，該壓頭對于將熱傳遞流體的一部分從第二熱傳遞區(qū)域輸送至第一熱傳遞區(qū)域而言是必要的。
[0019]對于所需隔熱件的量沒有絕對的要求。建議隔熱件的量要足以實現(xiàn)以下目標(biāo):在熱傳遞流體通過下導(dǎo)管時，由于下導(dǎo)管內(nèi)的熱傳遞流體與下導(dǎo)管外部之間的溫度差(這是例如受環(huán)境空氣的溫度和太陽輻射的吸收的影響)導(dǎo)致的熱量泄露到熱傳遞流體中的程度將不會導(dǎo)致下導(dǎo)管中的熱傳遞流體發(fā)生任何汽化。所需隔熱件的量由此將基于具體的設(shè)計構(gòu)造(包括，例如，下導(dǎo)管的豎直高度、熱傳遞流體在下導(dǎo)管中的停留時間、熱傳遞流體的組分以及熱傳遞流體的實際操作壓力)，其將根據(jù)不同的設(shè)計而不同。由此，建議的是，對泄入的熱量的影響要根據(jù)具體情況進(jìn)行評估。然而，作為指導(dǎo)原則，其熱阻值R為0.3m2K/W或更高的隔熱件是建議的示例。
[0020]在熱傳遞流體在第二熱傳遞區(qū)域的所述汽化過程中，熱傳遞流體向上升起的情況甚至更有助于熱傳遞流體的流通，原因在于蒸汽將有助于向上驅(qū)動任何存留的液體。優(yōu)選地，第二熱交換區(qū)域包括與第一熱傳遞區(qū)域流體連通的至少一個上升管。
[0021]清楚地，下導(dǎo)管和/或至少一個上升管可以合適地具有環(huán)形的橫截面(相于它們相應(yīng)的流動方向而言在橫向上的)。然而，對于下導(dǎo)管或至少一個上升管中的一者或兩者而言，在需要的情況下，可以布置非環(huán)形的橫截面。
[0022]典型地，可以僅通過重力來維持上述流通，而不需要使用泵，特別是當(dāng)在第一熱傳遞區(qū)域中熱傳遞流體發(fā)生冷凝，而在第二熱傳遞區(qū)域中熱傳遞流體發(fā)生汽化的情況下。
[0023]在一組實施例中，下導(dǎo)管和第二熱傳遞區(qū)域通過分配集管彼此流體連通，在此，第二熱傳遞區(qū)域包括使分配集管與第一熱傳遞區(qū)域流體連通的多個上升管。該多個上升管可以優(yōu)選地布置成排以形成排列成排的上升管。離開下導(dǎo)管的所述冷凝部分可以分配至該多個上升管，在該多個上升管中所述熱傳遞流體向上升起。這是實現(xiàn)下述內(nèi)容的一種合適的方法:在第二熱傳遞區(qū)域暴露至外部環(huán)境、用于進(jìn)行間接熱交換的累計面積可以大于暴露至外部環(huán)境的下導(dǎo)管的面積。可以除使用多個上升管之外或不使用多個上升管的另一方法是應(yīng)用熱接觸改進(jìn)器，例如從至少一個上升管向外伸出到外部環(huán)境中的鰭片。
[0024]與下導(dǎo)管相比，第二熱傳遞區(qū)域的熱交換面積的差別進(jìn)一步地驅(qū)動熱傳遞流體的流通，原因在于，由于自環(huán)境傳遞至熱傳遞流體的傳熱率更高，第二熱傳遞區(qū)域中的汽化得到增強。
[0025]當(dāng)在下導(dǎo)管中甚至僅產(chǎn)生了少量的蒸汽時，熱傳遞流體通閉合回路的流通會被限制，可能被限制到根本無法流通的程度。由此，優(yōu)選地是，在下導(dǎo)管中根本不產(chǎn)生和/或不允許有任何蒸汽。
[0026]優(yōu)選地，不僅下導(dǎo)管，分配集管也與外部環(huán)境熱隔絕。這進(jìn)一步保證了在熱傳遞流體進(jìn)入第二熱傳遞區(qū)域(例如，在上升管中)之前，熱傳遞流體不會發(fā)生汽化。
[0027]此外，分配集管優(yōu)選地根據(jù)重力作用方向布置成低于第二熱傳遞區(qū)域。由此實現(xiàn)了在至少一個上升管中產(chǎn)生的蒸汽無法進(jìn)入下導(dǎo)管，原因在于，在至少一個上升管中產(chǎn)生的任何蒸汽都預(yù)期地向上流動。
[0028]可以在第一熱傳遞區(qū)域和下導(dǎo)管之間優(yōu)選地布置防渦器。該防渦器可以有助于在冷凝的熱傳遞流體的液體進(jìn)入下導(dǎo)管的同時，減少和/或避免攜帶任何蒸汽。
[0029]在圖1和2中顯示了用于加熱液化的流體的裝置的一個非限制性的示例，該裝置是液化天然氣的加熱器的形式。該加熱器還用作液化天然氣的蒸發(fā)器。圖1顯示了該裝置的橫向截面的視圖，而圖2顯示了該裝置的縱向截面的視圖。
[0030]所述裝置包括全部布置在外部環(huán)境100中的第一熱傳遞區(qū)域10、第二熱傳遞區(qū)域20、下導(dǎo)管30以及用于循環(huán)熱傳遞流體9的閉合回路5 (用箭頭5a、5b、5c表示)。典型地，外部環(huán)境100包括空氣。第一熱傳遞區(qū)域10、第二熱傳遞區(qū)域20以及下導(dǎo)管30全部形成為閉合回路5的部分。第二熱傳遞區(qū)域20可以包括至少一個上升管22，在該情況中，可以在該至少一個上升管22中傳輸熱傳遞流體9的同時使外部環(huán)境與所述至少一個上升管22的外部接觸?？蛇x地，閉合回路5可以包括分配集管40以將下導(dǎo)管30與第二熱傳遞區(qū)域20彼此流體連通。在第二熱傳遞區(qū)域20包括多個上升管22的情況下，這樣的分配集管40可以是有用的。所述至少一個上升管22，或多個上升管與第一熱傳遞區(qū)域10流體連通。
[0031]可選的分配集管40優(yōu)選地根據(jù)重力作用方向布置成低于第二熱傳遞區(qū)域20.
[0032]第一熱傳遞區(qū)域10可以包括容納有熱傳遞流體9的第一盒體13 (例如，殼體的形式)。第一熱傳遞區(qū)域10包括可以布置在第一盒體13內(nèi)的第一熱傳遞表面11。第一盒體13的殼體可以是細(xì)長型主體(例如，大體為圓筒形鼓的形式)，其在前端和后端設(shè)置有合適的遮蓋。向外彎曲的殼體遮蓋可以是合適的選擇。所述殼體可以合適地沿主軸線A縱向地伸展。
[0033]第一熱傳遞表面11用于使要被加熱的液化的流體與熱傳遞流體9發(fā)生第一間接熱交換接觸，由此，該熱傳遞流體9位于第一熱傳遞表面11的相反的一側(cè)上，該相反的一側(cè)是第一熱傳遞表面的背離要被加熱的液化的流體的那一側(cè)。可選地，第一熱傳遞表面11可以由可選地布置成管束14的一個或更多個管體12形成。在該情況中，要被加熱的液化的流體可以在一個或更多個管體12中傳輸，同時熱傳遞流體與所述一個或更多個管體12的外部接觸。
[0034]類似于殼形或管形熱交換器，管體12可以布置成單線程或多線程的，在必要的情況下，同時在所述前端和/或后端可以設(shè)置任何合適的固定頭。
[0035]第二熱傳遞區(qū)域20根據(jù)重力作用方向布置成低于第一熱傳遞區(qū)域10。第二熱傳遞區(qū)域20包括第二熱傳遞表面21，熱傳遞流體9經(jīng)過該第二熱傳遞表面與外部環(huán)境100發(fā)生第二間接熱交換接觸。在第二熱交換表面21包括一個或更多個上升管22的情況下，熱傳遞流體9可以在所述一個或更多個上升管22中傳輸，同時外部環(huán)境與所述一個或更多個上升管22的外部接觸。所述一個或更多個上升管22的外表面可以便利地設(shè)置有熱交換增強件，例如面積增大裝置。這些熱交換增強件可以是鰭片29、凹槽(未顯示)或其他合適的裝置的形式。需要注意的是，鰭片29可以布置在所有的上升管22上，但為清楚起見，在圖2中僅在上升管22中的一個上升管上畫有鰭片。
[0036]下導(dǎo)管30使第一熱傳遞區(qū)域10與第二熱傳遞區(qū)域20流體連通。更詳細(xì)地，下導(dǎo)管30具有上游端和下游端，所述上游端用于允許熱傳遞流體從第一熱傳遞區(qū)域10流通至下導(dǎo)管30，而所述下游端用于允許熱傳遞流體9從下導(dǎo)管30向著第二熱傳遞區(qū)域20流通。下導(dǎo)管30與外部環(huán)境100熱隔絕。在圖1中通過設(shè)置在下導(dǎo)管30的外表面的隔熱層35示意性地顯示了這一點。隔熱層35可以包括任何合適的管道或?qū)Ч芨魺岵牧虾?或由任何合適的管道或?qū)Ч芨魺岵牧闲纬?，并且該隔熱層可以可選地提供有防止隔熱層下腐蝕的保護(hù)措施。合適地，該隔熱層包括泡沫材料，優(yōu)選地包括閉孔式泡沫材料，以避免滲透凝結(jié)。一個示例是可選地設(shè)置有Armachek-R(TM)覆層的Armaflex(TM)管式隔熱件，上述管式隔熱件與覆層兩者可以從阿樂斯(Armacell)英國有限責(zé)任公司獲得。Armachek-R(TM)是高密度的橡膠基包覆襯里。
[0037]風(fēng)機50 ( 一個或更多個)可以相對于第二熱傳遞區(qū)域20布置，以加強環(huán)境空氣沿第二熱傳遞區(qū)域20的流通，如圖1中箭頭52表示的。由此，可以增強第二間接熱交換接觸中的傳熱率。優(yōu)選地，該風(fēng)機容納在空氣導(dǎo)管55中，該空氣導(dǎo)管布置成用于將環(huán)境空氣從風(fēng)機50引導(dǎo)至第二熱傳遞區(qū)域20，或反之亦然。在優(yōu)選的實施例中，環(huán)境空氣總體上從第二熱傳遞區(qū)域20向下流通進(jìn)空氣導(dǎo)管55，抵達(dá)風(fēng)機50。
[0038]下導(dǎo)管30可以有多種形式。例如，作為非限制性的示例，下導(dǎo)管可以包括公共段31，該公共段使第一熱傳遞區(qū)域10與T形接頭23流體連通，在該T形接頭處熱傳遞流體9分到兩個支流管32中。兩個支流管32可以各連接至一個分配集管40，在此，這些分配集管中的每個分配集管分隔成使得，除非通過T形接頭23，或者通過第一熱傳遞區(qū)域10，這些分配集管中的一個分配集管內(nèi)的熱傳遞流體9無法流到另一個分配集管中。T型接頭23可以根據(jù)重力作用方向布置成低于第一盒體13。
[0039]閥33(例如蝴蝶閥的形式)能夠可選地設(shè)置在下導(dǎo)管30中，和/或設(shè)置在下導(dǎo)管30的支流管32中的每個支流管中。所述閥可以是手動操作的閥。在具有該閥的情況下，熱傳遞流體通過閉合回路的流通能夠被調(diào)節(jié)；在下導(dǎo)管中存在巨大的豎直落差的情況下，液體的靜壓水頭會對泡點(沸點)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，這可以通過所述閥形成摩擦壓降來抵消。
[0040]在第一盒體13設(shè)置成沿主軸線A延伸的細(xì)長殼體的形式的情況下，支流管32可以合適地相對主軸線A的方向橫向延伸。多個上升管中的上升管22可以布置成沿平行于主軸線A的主方向分布在分配集管40的上方。在該情況下，各分配集管40也合適地具有基本上沿與主軸線A相同的方向延伸的細(xì)長形狀，在該情況中，上升管22能夠合適地構(gòu)造在平行于主軸線A的平面中。在一特別有利的實施例中，上升管以二維模式布置，即:其沿主方向以及相對于主方向橫向延伸的橫向方向兩個方向延伸。
[0041]使特選的分配集管40與第一熱傳遞區(qū)域10流體連通的上升管22的數(shù)量大于將第一熱傳遞區(qū)域10與所述特選的分配集管40流體連通的下導(dǎo)管的數(shù)量(和/或單個下導(dǎo)管的支流管的數(shù)量)。例如，在一個實例中，有84個上升管22布置在第一熱傳遞區(qū)域10和單個分配集管40之間，該單個分配集管僅通過單個下導(dǎo)管30的單個支流管32供給熱傳遞流體9。所述多個上升管22能夠合適地布置成分為兩組，第一組上升管布置在連接所述分配集管40和第一熱傳遞區(qū)域10的下導(dǎo)管30 (或支流管32)的一側(cè)，同時第二組上升管布置在下導(dǎo)管30 (或支流管32)的另一側(cè)。空氣密封件57可以布置在下導(dǎo)管30 (或支流管32)和多組上升管22中的每組上升管之間且位于下導(dǎo)管30的兩側(cè)上，以避免空氣繞過第二熱傳遞區(qū)域而穿過下導(dǎo)管30和多組上升管22中的每組上升管之間的間隙。
[0042]在正常的操作過程中，所述加熱器包括在第一熱傳遞區(qū)域10中積累的處于液相的熱傳遞流體9的液體層6。優(yōu)選地，只有來自液體層6的液體以液相通過下導(dǎo)管30抵達(dá)第二熱傳遞區(qū)域20。
[0043]在第一熱傳遞區(qū)域10內(nèi)，在液相的熱傳遞流體9的液體層6的上方是蒸汽區(qū)域8。標(biāo)稱液面7限定為在加熱器的正常操作中液體層6與蒸汽區(qū)域8之間的界面的高度面。第一熱傳遞表面11優(yōu)選地布置在第一熱傳遞區(qū)域10內(nèi)的蒸汽區(qū)域8中、位于標(biāo)稱液面7上方。由此，在要被加熱的液化的流體和熱傳遞流體9之間發(fā)生的第一熱交換接觸中的熱交換能夠從在蒸汽區(qū)域8中可獲得的熱傳遞流體9的凝結(jié)熱來最有效地獲益。
[0044]第一熱傳遞區(qū)域10和下導(dǎo)管30之間的界面可以由第一盒體13的殼體中的貫通開口形成。該界面優(yōu)選地根據(jù)重力作用方向布置成低于第一盒體13中的熱傳遞流體9的標(biāo)稱液面7.
[0045]第二熱傳遞區(qū)域20優(yōu)選地從根據(jù)重力作用方向而高于標(biāo)稱液面7的位置釋放到第一熱傳遞區(qū)域10中。以這樣的方式，熱傳遞流體9能夠從第二熱傳遞區(qū)域20循環(huán)回第一熱傳遞區(qū)域10，同時繞過已經(jīng)積累在第一盒體13中的熱傳遞流體9的液相層。這可以通過如圖1至3中顯示的上升端部件24實現(xiàn)，該上升端部件與上升管流體連通，并且在上升管22和第一熱傳遞區(qū)域10內(nèi)位于標(biāo)稱液面7之上的蒸汽區(qū)域8之間延伸，該上升端部件24越過液體層6。
[0046]上升端部件24的開口端可以根據(jù)重力作用方向布置成高于第一熱傳遞表面11，或者根據(jù)重力作用方向布置成低于第一熱傳遞表面11?？蛇x地，特別是在布置得低于第一熱傳遞表面的情況中，可以設(shè)置一個或更多個液體轉(zhuǎn)向裝置，以在操作過程中阻止凝結(jié)的熱傳遞流體9從第一熱傳遞表面11滴落到上升端部件24上。這樣的液體轉(zhuǎn)向裝置可以以多種方式實現(xiàn)，在圖1和2中以堰板25的形式顯示了該多種方式中的一種方式，該堰板布置在第一熱傳遞表面11 (例如，布置在管體12上的表面)和上升端部件24的開口端之間。所顯示的堰板25平行于主軸線A布置，并且自水平面傾斜了大致30°以引導(dǎo)凝結(jié)的熱傳遞流體9流向盒體13的縱向中心。其他的布置是可行的，例如，豎直地布置堰板，在此，第一熱傳遞表面位于布置堰板的豎直平面的一側(cè)，而上升端部件位于該豎直平面的另一側(cè)，并且/或者，例如在上升端部件上設(shè)置類似于那些在蒸餾塔板中使用的泡罩。這些和/或其他方式的組合也是可行的。
[0047]防渦器60可以布置在下導(dǎo)管30的上游端處，例如，位于或靠近第一熱傳遞區(qū)域10和下導(dǎo)管30之間的界面處。在圖1和圖2顯示的實施例中，防渦器60合適地靠近第一熱傳遞區(qū)域10和下導(dǎo)管30的公共段31之間的界面處。防渦器是已知的裝置，用于避免在液體層6中產(chǎn)生渦流漩，原因在于，該渦流漩可能會將蒸汽帶入流入下導(dǎo)管30的液體中。
[0048]盡管沒有在圖1和2中如此顯示，但分配集管40可以與外部環(huán)境熱隔絕(例如，以與下導(dǎo)管30相同的方式)。分配集管40的熱隔絕件可以包括布置在分配集管40上的隔熱材料層，優(yōu)選地是與用于下導(dǎo)管30的隔熱材料相同的隔熱材料。
[0049]如一個示例所示，現(xiàn)在主要參考圖2，該圖中顯示有U形管束形式的雙程管束14。然而，本發(fā)明不局限于這種類型的管束。封蓋在該特定的殼體的前端15上的殼體蓋設(shè)置有封蓋噴嘴16，該封蓋噴嘴包括頭部凸緣17，對于該頭部凸緣而言任何形式都是合適的，在頭部凸緣上可安裝適當(dāng)?shù)?優(yōu)選地為固定的)安裝頭部或管板。針對多程管束，可以在上述頭部中設(shè)置一個或更多個線程的隔離件。典型地，單程隔離件足以用于雙程管束。本發(fā)明不局限于該特別類型的封蓋噴嘴16 ;例如，替代的，可以選擇具有固定管板的封蓋噴嘴。一種合適的頭部是一體化的閥帽式頭部，或者一種具有可拆卸的封蓋的頭部。管束中的管體可以通過一個或更多個橫向隔板或支撐板彼此固定在相關(guān)位置上?？梢栽诘谝缓畜w13內(nèi)設(shè)置機械結(jié)構(gòu)以支撐所述管束，例如，所述機械結(jié)構(gòu)為布置在管束下方的結(jié)構(gòu)的形式。所述管體的端部可以固定在管板中。
[0050]可選地，所述特定的殼體的后端也可以設(shè)置有封蓋噴嘴，使得也可以在該后端設(shè)置管板，從而不采用U形管。
[0051]盡管本發(fā)明沒有要求，但是在上述的實施例中，下導(dǎo)管30的各個支流管32具有橫向部分34，以及向下部分36，所述向下部分和橫向部分通過彎肘連接部分38彼此流體連通。熱傳遞流體9的第一標(biāo)稱流動方向較熱傳遞流體9的第二標(biāo)稱流動方向?qū)蚋蛴谒?，熱傳遞流體的第一標(biāo)稱流動方向為:熱傳遞流體在橫向部分34中從第一熱傳遞區(qū)域10流至第二熱傳遞區(qū)域20 (用箭頭5a表示)；而熱傳遞流體的第二標(biāo)稱流動方向為:熱傳遞流體在向下部分36中從第一熱傳遞區(qū)域10流至第二熱傳遞區(qū)域20 (該后一種標(biāo)稱流動方向用箭頭5b表示)。優(yōu)選地，第一標(biāo)稱流動方向(5a)從豎直方向偏離的量在60°至90°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，處于偏離豎直方向80°至90°的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，第二標(biāo)稱流動方向(5b)從豎直方向偏離的量在0°至30°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，處于偏離豎直方向0°至10°的范圍內(nèi)。所發(fā)現(xiàn)的令人驚訝地是，熱傳遞流體9通過閉合回路的流通對下導(dǎo)管中存在蒸汽的敏感性在30°和60°之間的范圍內(nèi)的傾斜角度處十分靈敏。在不局限于理論的情況下，通常被理解的是，在上述的傾斜角度范圍內(nèi)，下導(dǎo)管中的壓力梯度對存在的蒸汽特別敏感，由此，該兩相的流動狀態(tài)是層狀起伏式的。
[0052]通過布置橫向部分34使得第一標(biāo)稱流動方向(5a)從豎直方向偏離的量在60°至90°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，從豎直方向偏離的量在80°至90°的范圍內(nèi)，而布置向下部分36使得第二標(biāo)稱流動方向(5b)從豎直方向偏離的量在0°至30°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，從豎直方向偏離的量在0°至10°的范圍內(nèi)，由此則可實現(xiàn)了下述效果:通過下導(dǎo)管30的傾斜角度落在30°和60°之間的傾斜范圍內(nèi)的所有部分的平均流動方向可以在不需要熱傳遞流體9以位于所述傾斜范圍內(nèi)的角度流動通過下導(dǎo)管30(除了在彎肘連接部分38中持續(xù)了相對少的時間)的情況下實現(xiàn)。在該實施例中，彎肘連接部分38限定為橫向部分34和向下部分36之間的下導(dǎo)管的部分，在該處，流動方向的傾斜角度在30°和60°之間的傾斜范圍內(nèi)。
[0053]上升管22的第二熱傳遞表面21可以布置在上升管22的總體伸直部分中。上升管22的該總體伸直部分可以處于任何所需要的角度，包括處于30°和60°之間的傾斜范圍內(nèi)的角度。熱傳遞流體9沿箭頭5c的方向在上升管22的總體伸直部分中循環(huán)，該總體伸直部分從豎直方向偏離的角度為大約30°。沿著各支流管32的向下部分36，下導(dǎo)管30的各支流管32沿大致平行于上升管22的方向延伸。
[0054]然而，在一組可選的實施例中，下導(dǎo)管30的各支流管32的至少向下部分36以更加豎直的流動方向布置，例如，相對于豎直方向偏離的角度小于30°。現(xiàn)在參考圖3，該圖示意性地顯示了該可替代的實施例的示例的類似于圖1的截面部分。該可替代的實施例具有與上述特征相同的多個特征。需要說明的不同之處在于，在各支流管32的向下部分36中的熱傳遞流體9沿箭頭5b的流動方向從豎直方向偏離的量少于在上升管22的總體伸直部分中的熱傳遞流體9沿箭頭5c的流動方向從豎直方向偏離的量。優(yōu)選地，各支流管32的向下部分36中沿箭頭5b的流動方向以相對于豎直方向偏離的量在大致10°以內(nèi)的角度延伸。已發(fā)現(xiàn)的是，在下導(dǎo)管的支流管32中以這樣的方式(即，豎直地向下流動或接近豎直地向下流動)定向的壓力梯度對產(chǎn)生蒸汽的敏感度要低于當(dāng)該壓力梯度以相對于豎直方向傾斜的量在10°和60°之間的角度定向時對產(chǎn)生蒸汽的敏感度。
[0055]顯然，這些考慮因素能夠可選地用作額外的安全保障措施，原因在于，在下導(dǎo)管中產(chǎn)生蒸汽或蒸汽進(jìn)入下導(dǎo)管的情況下，這些安全保障措施將100%地發(fā)揮效用，從而在下導(dǎo)管中典型地將不存在任何兩相流體。
[0056]當(dāng)從水平面上的豎直投影視角觀察時，彎肘連接部分38優(yōu)選地處于第一盒體13的外部，同時在該豎直投影中主軸線A可以處于第一盒體13內(nèi)。在具有該構(gòu)造的情況下，下導(dǎo)管30的向下部分36能夠從第一盒體13水平地偏移(當(dāng)從所述的豎直投影中觀察時)。從而，環(huán)境空氣(52)沿豎直方向的流通必然會更少地被容納有第一熱傳遞區(qū)域10的第一盒體13阻礙，原因在于，所述外部空氣能夠在彎肘連接部分38和第一盒體13之間沿豎直方向流通。在該實施例中，當(dāng)從水平面上的投影觀察時，第二熱傳遞表面21 (至少對第二熱傳遞表面21的一部分而言)優(yōu)選地布置在彎肘連接部分38和第一盒體13之間的空間內(nèi)。
[0057]如圖1所示，下導(dǎo)管的向下部分36平行于所述至少一個上升管22布置。本發(fā)明還包括以下的實施例:其中，下導(dǎo)管30的各支流管的向下部分36與上升管22布置在同一平面中。取代具有接頭23和橫向部分34的情況，各下導(dǎo)管可以通過噴嘴而在與上升管處于同一平面的位置處從第一盒體的直接連接，使得下導(dǎo)管和上升管處于同一平面，而不需要橫向部分。這也將允許具有兩個獨立的流通回路(左腿回路和右腿回路，各回路具有單獨的下導(dǎo)管)。
[0058]在操作中，根據(jù)上述的實施例中的一個或多個實施例的裝置適于在加熱液化的流體的方法中使用。要被加熱的液化的流體的優(yōu)選示例是液化天然氣流。最終獲得的已加熱的流體可以是再汽化的天然氣流體(通過加熱并且汽化液化天然氣生產(chǎn))，且所述再汽化的天然氣流體可以通過天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的管線網(wǎng)絡(luò)分配。
[0059]液化天然氣通常是甲烷為主、并混合有具有相對低(例如，低于25mol% )含量的乙烷、丙烷和丁烷(C2-C4)的混合物，該混合具有包括戊烷的微量的較重的烴類(C5+)，以及可能具有包括例如氮氣、水、二氧化碳和/或氫硫化物的一些非烴類組分(典型地低于2mol%)。液化天然氣的溫度低到足以在低于2bar的絕對壓強下使其保持液相的狀態(tài)。該混合物可以從天然氣中獲取。
[0060]用于實現(xiàn)加熱液化天然氣的合適的熱傳遞流體是C02。熱傳遞流體9在閉合回路5中循環(huán)。在所述循環(huán)的過程中，熱傳遞流體9在第一熱傳遞區(qū)域10中實現(xiàn)從氣相至液相的第一相轉(zhuǎn)變過程，而在第二熱傳遞區(qū)域20中實現(xiàn)從液相至氣相的第二相轉(zhuǎn)變過程。然而，僅一部分的液體發(fā)生汽化，使得在整個第二熱傳遞區(qū)域20中和上升端部件24中存在向上流動的液相，直到該液相流動通過上升端部件24的開口端進(jìn)入液體層6。由此，熱傳遞流體9以純粹的液相狀態(tài)進(jìn)入第二熱傳遞區(qū)域20，并且當(dāng)熱傳遞流體行進(jìn)通過第二熱傳遞區(qū)域20時變?yōu)閮上嗔黧w(液-氣混合物)。由此，熱傳遞流體的流通量高于第二熱傳遞區(qū)域20中的蒸發(fā)量(與第一熱傳遞流體10中的冷凝量相等)。
[0061]兩相流體中的氣相的相對量應(yīng)當(dāng)足夠低以避免僅通過氣相形成任何自第二熱傳遞區(qū)域20通過上升端部件24進(jìn)入蒸汽區(qū)域8的逾滲通路。
[0062]根據(jù)特別優(yōu)選的實施例，熱傳遞流體包括至少90mol % CO2，更優(yōu)選地，熱傳遞流體包括10mol %或大致10mol %的C02。當(dāng)用于加熱液化天然氣時，0)2的重要優(yōu)點在于，在用于熱傳遞流體9的閉合回路5發(fā)生泄漏的情況下，CO2將在泄露點固化，由此縮減或甚至封住泄露點。此外，在CO2從閉合回路泄漏的情況下，其不會產(chǎn)生可燃的混合物。在30至35bar的壓強范圍內(nèi)，CO2的沸點在-5.8°C至-0.1°C的范圍內(nèi)。
[0063]在加熱液化的流體的方法中，要被加熱的液化的流體通過第一熱傳遞區(qū)域10與熱傳遞流體9發(fā)生間接熱交換接觸，由此，熱量從熱傳遞流體9傳遞至經(jīng)過第一熱傳遞區(qū)域10的所述液化的流體。由此，熱傳遞流體9的至少一部分凝結(jié)以形成冷凝部分。優(yōu)選地，要被加熱的液化的流體和熱傳遞流體9的蒸汽之間的間接熱交換發(fā)生在蒸汽區(qū)域8內(nèi)。
[0064]合適地，要被加熱的液化的流體充注進(jìn)可選的管束14的一個或更多個管體12中。在液化的流體處于高壓的情況下，所述液化的流體可以處于超臨界狀態(tài)，其中，在加熱時無相轉(zhuǎn)發(fā)生。在臨界壓力以下，液化的流體可以保持在其沸點以下的狀態(tài)，或者當(dāng)液化的流體經(jīng)過第一熱傳遞區(qū)域10時，所述液化的流體在一個或更多個管體12中部分或完全地汽化。第一熱傳遞表面11優(yōu)選地布置在第一熱傳遞區(qū)域10中的蒸汽區(qū)域8內(nèi)、位于標(biāo)稱液面7上方。
[0065]優(yōu)選地，熱傳遞流體9的冷凝部分以及從上升端部件24排入第一熱傳遞區(qū)域10的未汽化的液相部分允許在第一熱傳遞區(qū)域10中累積以形成液相的熱傳遞流體9的液體層6。所述冷凝部分可以從第一熱傳遞表面11 (優(yōu)選地，位于標(biāo)稱液面7上方)上滴落，然后可能地通過液體轉(zhuǎn)向裝置(例如堰板25中的一個堰板)進(jìn)入液體層6。
[0066]同時，液體層6中的液體的熱傳遞流體9的一部分流入下導(dǎo)管30。這形成了熱傳遞流體9在閉合回路5中的循環(huán)部分。液相的熱傳遞流體向下流動通過下導(dǎo)管30，并且與外部環(huán)境熱隔絕，所述液相的熱傳遞流體通過下導(dǎo)管30從第一熱傳遞區(qū)域10流至第二熱傳遞區(qū)域20，然后回到第一熱傳遞區(qū)域10。熱傳遞流體通過下導(dǎo)管30的流量，或者優(yōu)選地，熱傳遞流體通過下導(dǎo)管30的各支流管32的相對流量通過閥33來調(diào)節(jié)。
[0067]在第二熱傳遞區(qū)域20中，熱傳遞流體9與外部環(huán)境進(jìn)行間接地?zé)峤粨Q，由此，熱量從外部環(huán)境傳遞至熱傳遞流體9，從而熱傳遞流體9發(fā)生汽化。可選的風(fēng)機50可以用于增強環(huán)境空氣沿第二熱傳遞區(qū)域20的流通。如圖1中用箭頭52表示的，環(huán)境空氣可以沿向下的方向穿過第二熱傳遞區(qū)域20。
[0068]在熱傳遞流體9在第二熱傳遞區(qū)域20中的所述氣化過程中，熱傳遞流體9優(yōu)選地向上升起。該向上升起的過程可以在至少一個上升管22中進(jìn)行，優(yōu)選地，在多個上升管22中進(jìn)行。在該向上升起的過程在多個上升管中進(jìn)行的情況中，離開下導(dǎo)管30的所述冷凝部分優(yōu)選地在多個上升管22之上進(jìn)行分配。
[0069]優(yōu)選地，在下導(dǎo)管30中不產(chǎn)生并且/或者不存在任何蒸汽，原因在于，下導(dǎo)管30中的任何蒸汽可能會不利地影響閉合回路5內(nèi)熱傳遞流體9的流動行為。特別是當(dāng)熱傳遞流體9通過閉合回路5的循環(huán)僅由重力驅(qū)動時，避免在下導(dǎo)管30有任何蒸汽是有利的。在熱傳遞流體9在閉合回路5中的所述循環(huán)的各單個行程過程中，液相的冷凝部分優(yōu)選地通過防渦器60從第一熱傳遞區(qū)域10行進(jìn)至下導(dǎo)管30，這進(jìn)一步有助于避免蒸汽進(jìn)入下導(dǎo)管30 ο
[0070]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明能夠在不脫離附屬的權(quán)利要求的范圍的情況下，以多種不同的方式實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加熱液化的流體的裝置，所述裝置包括用于循環(huán)熱傳遞流體的閉合回路，所述閉合回路包括第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域以及下導(dǎo)管，所述第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域以及下導(dǎo)管全部布置在外部環(huán)境中，其中，所述第一熱傳遞區(qū)域包括第一熱傳遞表面，要被加熱的液化的流體經(jīng)過所述第一熱傳遞表面與所述熱傳遞流體進(jìn)行第一間接熱交換接觸，其中，所述第二熱傳遞區(qū)域根據(jù)重力作用方向布置成低于所述第一熱傳遞區(qū)域，并且其中，所述第二熱傳遞區(qū)域包括第二熱傳遞表面，所述熱傳遞流體經(jīng)過所述第二熱傳遞表面與所述外部環(huán)境進(jìn)行第二間接熱交換接觸，并且其中，所述下導(dǎo)管使所述第一熱傳遞區(qū)域與所述第二熱傳遞區(qū)域流體連通，其中，所述下導(dǎo)管與所述外部環(huán)境熱隔絕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二熱傳遞區(qū)域包括與所述第一熱傳遞區(qū)域流體連通的至少一個上升管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述下導(dǎo)管和所述第二熱傳遞區(qū)域通過分配集管彼此流體連通，由此，所述第二熱傳遞區(qū)域包括將所述分配集管與所述第一熱傳遞區(qū)域流體連通的多個上升管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，將所述分配集管和所述第一熱傳遞區(qū)域流體連通的上升管的數(shù)量大于使所述第一熱傳遞區(qū)域和所述分配集管流體連通的下導(dǎo)管的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4中的任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述分配集管與所述外部環(huán)境熱隔絕，并且/或者其中，所述分配集管根據(jù)重力作用方向布置成低于所述第二熱傳遞區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中的任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述第一熱傳遞區(qū)域包括沿主軸線縱向延伸的第一盒體，其中，所述多個上升管中的上升管布置成沿平行于所述主軸線的主方向分布在所述分配集管上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述上升管沿所述主方向以及相對于所述主方向橫向延伸的橫向方向這兩個方向來布置成二維模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，沿所述主方向觀察，第一組上升管包括所述多個上升管中的至少一個上升管，所述第一組上升管布置在連接所述分配集管和所述第一熱傳遞區(qū)域的所述下導(dǎo)管的一側(cè)，并且其中，第二組上升管包括所述多個上升管中的至少一個上升管，所述第二組上升管布置在所述下導(dǎo)管的另一側(cè)。
9.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中，所述下導(dǎo)管具有上游端和下游端，所述上游端用于允許所述熱傳遞流體從所述第一熱傳遞區(qū)域流通進(jìn)入所述下導(dǎo)管，而所述下游端用于允許所述熱傳遞流體從所述下導(dǎo)管流通向所述第二熱傳遞區(qū)域，其中，在所述下導(dǎo)管的所述上游端處設(shè)置有防渦器。
10.一種加熱液化的流體的方法，所述方法包括: 使要被加熱的所述液化的流體行進(jìn)通過第一熱傳遞區(qū)域、與熱傳遞流體進(jìn)行間接熱交換接觸，由此，熱量從所述熱傳遞流體傳遞至所述液化的流體，由此，所述熱傳遞流體的至少一部分發(fā)生冷凝以形成冷凝部分； 使所述熱傳遞流體在閉合回路中循環(huán)，通過至少一個下導(dǎo)管從所述第一熱傳遞區(qū)域循環(huán)至第二熱傳遞區(qū)域，然后回到所述第一熱傳遞區(qū)域，所述第一熱傳遞區(qū)域、第二熱傳遞區(qū)域以及下導(dǎo)管全部布置在外部環(huán)境中，其中，所述熱傳遞流體的循環(huán)包括，使呈液相的所述冷凝部分與所述外部環(huán)境熱隔絕地向下行進(jìn)通過所述下導(dǎo)管至所述第二熱傳遞區(qū)域，并且使所述熱傳遞流體行進(jìn)通過所述第二熱傳遞區(qū)域而流至所述第一熱傳遞區(qū)域，在此，在所述第二熱傳遞區(qū)域中，所述熱傳遞流體與所述外部環(huán)境發(fā)生間接熱交換接觸，由此，熱量從所述外部環(huán)境傳遞至所述熱傳遞流體，并且使所述熱傳遞流體部分地汽化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述熱傳遞流體在所述第二熱傳遞區(qū)域中的上述汽化過程中，所述熱傳遞流體向上升起。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，離開所述下導(dǎo)管的冷凝部分分配至多個上升管，所述向上升起的過程在所述多個上升管中進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一熱傳遞區(qū)域包括沿主軸線縱向延伸的第一盒體，其中，所述多個上升管中的上升管布置成沿平行于所述主軸線的主方向分布在所述分配集管上，由此，沿所述主方向觀察，第一組上升管包括所述多個上升管中的至少一個上升管，所述第一組上升管布置在連接所述分配集管和所述第一熱傳遞區(qū)域的所述下導(dǎo)管的一側(cè)，并且其中，第二組上升管包括所述多個上升管中的至少一個上升管，所述第二組上升管布置在所述下導(dǎo)管的另一側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述下導(dǎo)管中不存在蒸汽。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述熱傳遞流體在所述閉合回路中的所述循環(huán)的各單個行程包括，使呈液相的所述冷凝部分通過防渦器從所述第一熱傳遞區(qū)域行進(jìn)至所述下導(dǎo)管。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中的任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中，要被加熱的所述液化的流體包括液化天然氣，并且其中，通過加熱并且由此汽化所述液化天然氣來生產(chǎn)再汽化的天然氣流。
【文檔編號】F28B1/02GK104428619SQ201380037172
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】G·M·P·珀金斯, R·肯普斯, R·蘭辛克, L·J·A·佐特邁耶 申請人:國際殼牌研究有限公司