專利名稱：液化天然氣的轉化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將液化天然氣轉化成過熱流體的方法和設備。該方法和設備尤其適合于在船或其它遠洋輪船例如FSRU (浮式儲存和再氣化機組)上使用。
背景技術：
天然氣以液態(tài)儲存和運輸很合適。然而，它一般以氣態(tài)使用。因此，有必要將大體積液化天然氣轉化成過熱流體，該過熱流體通常在低于天然氣的臨界壓力下是氣體，但有時在壓力高于臨界壓力時是流體。美國專利6945049公開了一種用于使液化天然氣汽化的方法和設備。液化天然氣被泵送穿過第一熱交換器以實現(xiàn)汽化并穿過第二熱交換器以將蒸汽的溫度升高到環(huán)境溫度或比環(huán)境溫度低一點兒。第一熱交換器被以封閉式循環(huán)流動的熱交換流體如丙烷加熱。 丙烷在第一熱交換器中從氣態(tài)變成液態(tài)并在多個通常是被海水流加熱的熱交換器中再次轉化成氣體。在第二熱交換器中，汽化的天然氣被蒸汽流進一步加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法和設備旨在減小相應熱交換器的表面積而沒有熱力學效率的過度損失。按照本發(fā)明，提供了一種將液化天然氣轉化成過熱流體的方法，該方法包括以下步驟
a.使天然氣流在壓力下通過相互串聯(lián)的第一主熱交換器和第二主熱交換器；
b.在第一主熱交換器中通過與在第一環(huán)形回路中于第一壓力下流動的第一熱交換流體熱交換加熱天然氣流，該第一熱交換流體在上述第一主熱交換器中經(jīng)歷從蒸汽到液體的狀態(tài)變化；
c.在第二主熱交換器中通過與在第二環(huán)形回路中于第二壓力下流動的第二熱交換流體熱交換進一步加熱天然氣流，該第二熱交換流體具有與第一熱交換流體相同的組成并在上述第二主熱交換器中經(jīng)歷從蒸汽到液體的狀態(tài)變化；
d.收集來自第一主熱交換器的液態(tài)第一熱交換流體和來自第二主熱交換器的液態(tài)第二熱交換流體；
e.在第一環(huán)形熱交換流體回路中使液化第一熱交換流體流在第一輔助熱交換器中再汽化，并把所產(chǎn)生的蒸汽作為第一熱交換流體供應給第一主熱交換器；
f.在第二環(huán)形熱交換回路中使第二液態(tài)熱交換流體流在第二輔助熱交換器中再汽化，并把所產(chǎn)生的蒸汽作為第二熱交換流體供應給第二主熱交換器；和其中
g.在第一主熱交換器中第一熱交換流體的冷凝壓力小于第二主熱交換器中第二熱交換流體的冷凝壓力。在某些優(yōu)選實施例中，在上述步驟(e)中產(chǎn)生的蒸汽可以在第一輔助熱交換器和第一主熱交換器的中間被渦輪膨脹。渦輪膨脹使得有可能從蒸汽回收功率(power)。
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本發(fā)明還提供用于將液化天然氣轉化成過熱流體的設備，該設備包括
a.相互串聯(lián)的第一主熱交換器和第二主熱交換器，安排用于分別與冷凝第一熱交換流體和冷凝第二熱交換流體熱交換時加熱液化天然氣；
b.貫穿第一主熱交換器的第一環(huán)形較低冷凝壓力熱交換流體回路；
c.貫穿第二主熱交換器的第二環(huán)形較高冷凝壓力熱交換流體回路；其中
d.第一和第二環(huán)形熱交換流體回路二者都包括用于收集冷凝的熱交換流體的液體收集容器；
e.第一環(huán)形熱交換流體回路貫穿用于使冷凝的第一熱交換流體再汽化的第一輔助熱交換器；
f.第二環(huán)形熱交換流體回路貫穿用于使冷凝的第二熱交換流體再汽化的第二輔助熱交換器；和
g.設備還包括用于控制第一熱交換流體穿過第一主熱交換器的流速和第二熱交換流體穿過第二主熱交換器的流速的機構。本發(fā)明的設備還可以在第一環(huán)形熱交換流體回路中第一輔助熱交換器和第一主熱交換器之間包括一渦輪膨脹機。渦輪膨脹機可以操作式與發(fā)電機構相關，因而使回收功率成為可能。在第一和第二熱交換流體回路中應用不同的冷凝壓力使減少第一和第二主熱交換器的表面積而沒有熱力學效率的過度損失變?yōu)榭赡?。?yōu)選地，第一熱交換流體在其通向第一主熱交換器的入口處的溫度與天然氣在其從第一主熱交換器出來的出口處的溫度之間的溫差大于第二熱交換流體在其通向第二主熱交換器的入口處的溫度與天然氣在其從第二主熱交換器出來的出口處的溫度之間的溫差。在本發(fā)明的方法和設備中，每個主熱交換器和輔助熱交換器都可以包括一個單一的主體或芯件或者多個主體或芯件。如果是多個熱交換主體或芯件，則它們可以串聯(lián)或并聯(lián)排列。本發(fā)明的設備優(yōu)選地另外包括至少一個液體泵，該液體泵用于從收集容器中取出液態(tài)熱交換流體并使其穿過第一和第二環(huán)形熱交換回路循環(huán)。第一和第二熱交換回路中的液態(tài)熱交換流體優(yōu)選地被收集在一由第一和第二熱交換流體回路共享的共用收集容器中。因此，第一熱交換流體優(yōu)選地與第二熱交換流體相同?？晒┻x擇地，每個回路都可以有它自己的收集容器和它自己的液體泵。在這種情況下，第一熱交換流體可以與第二熱交換流體不同。第一和第二熱交換流體分別穿過第一和第二主熱交換器的流速優(yōu)選地根據(jù)其上熱負荷的任何變化而改變。因此，控制機構優(yōu)選地包括第一閥機構，該第一閥機構適合于如此操縱，以便根據(jù)其上熱負荷的任何變動改變第一熱交換流體穿過第一主熱交換器的流速。同樣，控制機構優(yōu)選地包括第二閥機構，該第二閥機構適合于如此操縱，以便根據(jù)其上熱負荷的任何變化改變第二熱交換流體穿過第二主熱交換器的流速。如果第一環(huán)形熱交換回路包括渦輪膨脹機，則流速可以由渦輪膨脹機的入口導向葉片控制。在本發(fā)明的方法和設備的一些實施例中，其中第一環(huán)形熱交換回路包括渦輪膨脹機，該回路優(yōu)選地另外包括具有變頻驅動裝置的液體泵，上述變頻驅動裝置可操縱以便改變橫穿渦輪膨脹機的壓力比。這使回路能為不同的再汽化溫度和冷凝溫度提供必要的條件。第一閥機構優(yōu)選地位于第一環(huán)形熱交換流體回路中液體泵和第一熱交換流體通向第一輔助熱交換器的入口的中間。第二閥機構優(yōu)選地位于第二環(huán)形熱交換流體回路中用于第二熱交換流體從第二主熱交換器出來的出口和共用收集容器的中間。本發(fā)明的設備優(yōu)選地還包括導管和在管道中的第三閥機構，該導管用于使冷凝的熱交換流體再循環(huán)到共用收集容器，而第三閥門機構用于在萬一設備上的熱負荷降到低于選定的最小值時打開上述導管(或增加穿過上述導管的流速)。優(yōu)選地，在共用收集容器的未滿空間中的壓力基本上是第一環(huán)行回路交換流體的冷凝壓力。第一和第二熱交換流體可以在第一和第二輔助熱交換器中被任何合適的介質加熱，但該介質的溫度影響熱交換流體的選擇。海水通常是在遠洋輪船上使用的合適介質，但其它介質如淡水、發(fā)動機冷卻水或水和乙二醇的混合物也能代替海水使用。通常，如果上述介質在近似環(huán)境溫度下被供應，則丙烷是用于第一和第二熱交換流體二者的優(yōu)先選擇。丙烷在市場上很容易買到，并有能將第一和第二主熱交換器中的冷凝溫度選定到高于-40°C 但低于+15°C的熱力學性能。別的熱交換流體能代替丙烷或在與丙烷的混合物中使用。這些可供選擇的或額外的熱交換流體包含乙烷、丁烷、其它烴類和氟碳化合物致冷劑，尤其是 R134(a)。選定的熱交換流體優(yōu)選地具有低至_30°C或_40°C的正平衡壓力。如果海水(或可供選擇的介質)的溫度特別低，則第一和第二熱交換流體二者可以包括相同的丙烷和乙烷的混合物。另一方面，如果這種溫度特別高，則第一和第二熱交換流體二者可以包括相同的丙烷和丁烷的混合物。第一和第二熱交換流體可以完全汽化，且如果需要，在第一和第二輔助熱交換器中可以過熱。如果需要，可以有過熱部分與汽化部分分開。這兩個部分可以設在不同主體中?？晒┻x擇地，它們可以在第一和第二輔助熱交換器中部分地汽化，在這種情況下，第一和第二熱交換回路二者可以包括分相器以便將未汽化的熱交換流體與其蒸汽分開。產(chǎn)生的液體可以返回到與熱交換回路相關的收集容器中。在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例中，其中上述在壓力下的天然氣流取自儲罐并在其穿過第一主熱交換器的通道的上游應用，以便冷凝從儲罐中汽化的蒸汽。用于實施優(yōu)選實施例的設備可以包括用于液化天然氣的儲罐、在儲罐中用于抽出液化天然氣流的液下泵、 用于進一步升高液化天然氣的壓力和將加壓的液化天然氣供應給第一主熱交換器的增壓泵，其中液下泵經(jīng)由吸入容器與增壓泵連通，以便保持足夠的用于增壓泵的凈正吸入壓頭， 其中吸入容器還與用于從儲罐抽出汽化的天然氣的壓縮機連通，且其中吸入容器包含用于使汽化的天然氣與液化天然氣密切接觸的液-汽接觸表面，以便實現(xiàn)汽化的天然氣的冷凝作用。


現(xiàn)在參照附圖作為例子說明本發(fā)明的方法和設備。圖1-4是LNG蒸發(fā)設備的不同形式的一般示意工藝流程圖，而圖5示出設備的上游部分。
具體實施例方式參見圖1，LNG裝置2通常包括至少一個具有液下LNG泵6的絕熱儲罐4。泵6的出口與導管8連通，該導管8具有沿著其設置在裝置2外部的第二 LNG泵9。泵9的出口與本發(fā)明的設備連通用于加熱LNG流。裝置通常位于遠洋輪船上，該遠洋輪船可以例如是所謂的FSRU (浮式儲存和再氣化機組)。常常有在高壓和非低溫(通常溫度接近環(huán)境溫度)下從裝置2輸送天然氣的需要。如圖1中所示的設備能在選定的壓力、速率和溫度下輸送天然氣。該設備包括第一主熱交換器10、第二主熱交換器12、第一輔助熱交換器14和第二輔助熱交換器16。第一和第二主熱交換器10和12 二者適合于被逆流式流到天然氣的普通冷凝熱交換流體加熱。有使熱交換流體流過第一主熱交換器10和第一輔助熱交換器14的第一環(huán)形熱交換流體回路20和使熱交換流體流過第二主熱交換器12和第二輔助熱交換器16的第二這樣的回路22?；芈?0和22有共用的液態(tài)熱交換流體收集容器M和用于升高液態(tài)熱交換流體經(jīng)受的壓力的泵沈。然而，每個回路都有它自己的專用收集容器也是可行的。第一環(huán)形熱交換器流體回路20從第一主熱交換器10的液體出口延伸到液體收集容器M并包括泵26。在泵沈的下游，第一熱交換流體回路20貫穿液態(tài)熱交換流體在其中再轉化成蒸汽的第一輔助熱交換器14。熱交換流體回路20通過導管完成，該導管把從第一輔助熱交換器14中出來的用于汽化的熱交換流體的出口放置成與用于汽化的熱交換流體通向主熱交換器10的入口連通。如果需要，兩個熱交換回路可以與一備用熱交換流體源連通或者能放置成與備用熱交換流體源連通，以便能補充回路中熱交換流體的任何損失。提供足夠的穿過第一主熱交換器10的熱交換流體流，以便將流經(jīng)該處的所有液化天然氣汽化并將其過熱到選定的溫度。然而，應該意識到，泵8通常可以將液化天然氣的壓力升高到高于其臨界壓力也就是說約100巴，在這種情況下，進入第一主熱交換器10的天然氣是超臨界流體，因此嚴格地說，未被汽化。無論是否把液化天然氣作為超臨界流體提供給第一主熱交換器10，圖1所示的設備都如此工作以便保證液化天然氣離開第一主熱交換器10的溫度是在稍低于o°c的選定溫度范圍內(nèi)。第二熱交換回路22如此工作以便將天然氣的溫度進一步升高到選定的輸送值。 在第二熱交換流體回路22中，一部分液態(tài)熱交換流體從泵沈的下游區(qū)中的第一熱交換流體回路20中被轉移并穿過該流體在其中汽化的第二輔助熱交換器16。所產(chǎn)生的蒸汽流到用于熱交換流體通向第二主熱交換器12的入口。該熱交換流體在第二主熱交換器12中通過與天然氣熱交換被冷凝，由此將天然氣加熱到所需溫度。這樣冷凝的熱交換流體經(jīng)由管道或導管34從第二主熱交換器轉到共用收集容器M。為第一和第二輔助熱交換器14和16所必需的熱量由任何合適的輔助熱交換介質提供。液體容器M設一再循環(huán)導管觀。導管觀的一端收尾于熱交換回路20和22的共用區(qū)，該共用區(qū)是泵沈的出口的下游，但卻是第二熱交換回路22從第一熱交換回路20分出支路處的上游。導管觀的另一端終止在液體收集容器M內(nèi)。導管洲內(nèi)設一閥30。當打開閥30時能將冷凝的熱交換流體從熱交換回路20和22中抽出。如果主熱交換器10和 12上的熱負荷降到低于選定的水平，則可以實施這種抽出。
熱交換流體穿過主熱交換器10和12的流速分別由第一閥32和第二閥36控制。 第一閥32位于泵沈的出口和用于熱交換流體通向第一輔助熱交換器14的入口的中間。第二閥36位于導管34中。閥32和36如此工作以便隨著第一和第二主熱交換器10和12上熱負荷的任何變化分別改變熱交換流體穿過第一和第二主熱交換器10和12的流速。在運行時，熱交換流體在輔助熱交換介質和液化天然氣之間產(chǎn)生間接熱交換。在船或者FSRU上，海水是特別合適的輔助熱交換介質。海水能例如取自船或FSRU的周圍。 另一些介質如淡水、發(fā)動機冷卻水、水和乙二醇的混合物也能代替海水使用。輔助熱交換介質可以在開式或閉式回路中流動。如果在閉式回路中，則輔助熱交換介質的溫度可以通過外加的熱源例如鍋爐很容易控制，且熱交換流體按該溫度選擇。優(yōu)選的熱交換流體是丙烷。 丙烷很容易在市場上買到并具有能使第一和第二主熱交換器10和12中的冷凝溫度達到高于_40°C但低于+15°C的熱力學性能。然而，如果輔助熱交換介質例如海水在開式回路中流動，則它的溫度在全年中和隨著船或FSRU地理位置不同而可能變化。海水的進入溫度因此可以在比如說10和27°C之間變化。如果需要，丙烷可以與乙烷混合用于較低的輔助熱交換介質溫度及與丁烷混合用于較高的溫度。通常，熱交換流體的選擇必需根據(jù)這些因素進行， 而同時應考慮到熱交換介質理想地具有一低至_30°C而優(yōu)選地低至_40°C的正平衡壓力。在典型的運行中，熱交換器10和12上的熱負荷，也就是說它們?yōu)閷NG的溫度從其低于_150°C的儲存溫度升高到選定的供應溫度(例如+5°C)所需要提供的熱量可能變動。圖1中所示的設備能滿足這些變化。穿過第一輔助熱交換器14的熱交換流體流通常是將海水或其它介質冷卻5-7°C。熱交換流體在第一輔助熱交換器14中的狀態(tài)從液態(tài)變成蒸汽且可以稍微過熱。這種蒸汽用來在第一主熱交換器10中加熱LNG。熱交換流體在第一主熱交換器10中再次冷凝。第二主熱交換器12的運行類似于第一主熱交換器10的運行。 其中天然氣通過與冷凝的熱交換流體間接熱交換時被加熱。閥32和36的操作具有使第二主熱交換器12中的冷凝壓力高于第一主熱交換器10中冷凝壓力的效果。冷凝壓力的差值等于橫跨泵26的差壓減去相關管道和熱交換器中的壓降。另外，第一主熱交換器中的冷凝壓力等于共用收集容器的未滿空間中的冷凝壓力。該壓力不固定，但往往會隨著熱交換回路適應熱負荷變化而浮動。對于較高的負荷，第一主熱交換器10中的冷凝壓力較低，這些壓力改變由根據(jù)熱交換器10上熱負荷的變化調節(jié)閥門32引起。如果需要，閥32的調節(jié)可以根據(jù)隨熱負荷的變化而變動的參數(shù)自動地進行。閥36可以進行類似地調節(jié)，且由于第一主熱交換器10中的冷凝壓力浮動，所以第二主熱交換器12中的冷凝壓力也如此。由于第二主熱交換器12中的冷凝壓力大于第一主熱交換器10中的冷凝壓力，所以兩個熱交換器的尺寸可以很容易減小，甚至在低的海水(或其它輔助交換介質)溫度下都沒有熱力學效率的過度損失。通常，要求第一主熱交換器10滿足比第二主熱交換器更大的熱負荷。優(yōu)選的是，進入第一主熱交換器10的熱交換流體與從第一主熱交換器10排出的天然氣之間的溫差大于進入第二主熱交換器12的熱交換流體與從第二主熱交換器12排出的天然氣之間的溫差。應該能夠理解，橫過泵沈的壓差是決定兩個主熱交換器10和12之間的冷凝壓力差和因此冷凝溫度差的重要因素。通常，泵沈具有恒定頻率驅動裝置并因此差壓不能改變。這不是缺點，因為圖1中所示的設備一般能解決所遇到的熱負荷的正常變化。如果熱負荷下降太多而引起控制閥32和36節(jié)流太多，則閥30能自動地調節(jié)以保持為泵沈運行
9所必需的穿過泵26的最小流量。如果熱負荷升高太多，則能調節(jié)LNG管路中的閥(未示出) 以減少LNG流量。然而在較低的海水入口溫度(比如說約為10°C)下，則利用變頻泵沈并使它在稍微增加的壓差下運行，以便在較高熱負荷下降低第一主熱交換器10中的冷凝溫度也許是有利的。在典型例子中，第一主熱交換器10將LNG的溫度升高到_40至_20°C以便LNG汽化(在超臨界壓力下除外)，而第二主熱交換器12進一步將LNG溫度升高到0-5°C。第一主熱交換器10通?？梢詽M足熱負荷的80%，而第二主熱交換器12滿足其余20%的熱負荷。在這個例子中，熱交換流體是丙烷，而輔助熱交換介質是海水。圖1中所示的設備基本上是自動調整以改變放置于其上的LNG汽化負荷。如果LNG 流量減少，則在熱交換器10和12中有較低的丙烷的冷凝速率，而在輔助熱交換器14和16 及共用收集容器中丙烷壓力將增加。這種壓力增加通過減小熱交換器14和16中輔助熱交換介質和汽化丙烷之間的溫差而對丙烷汽化速率有補充作用。熱交換回路20或22能調節(jié)以便保持汽化丙烷的溫度不比其沸點高幾。C。同樣，如果LNG流量增加，則在熱交換器10 和12中有較高的丙烷冷凝速率且輔助熱交換器14和16及共用收集容器M中丙烷壓力下降。這種壓力減小通過增加熱交換器14和16中輔助熱交換介質與汽化丙烷之間的溫差而對丙烷汽化速率有補充作用。熱交換回路20和22能調節(jié)以便保持汽化丙烷的溫度不比其沸點高幾。C。圖2中所示的設備能避免丙烷(或其它熱交換流體)在輔助熱交換器14和16中過熱?，F(xiàn)在熱交換回路20和22 二者都包括分相器，而輔助熱交換器14和16僅實現(xiàn)丙烷或其它熱交流流體的部分汽化。第一分相器40設在第一熱交換回路20中第一輔助熱交換器14的丙烷出口端和第一主熱交換器10的丙烷入口端的中間。如果需要，如圖2中所示，第一輔助熱交換器14 可以分開并包括兩個并聯(lián)的熱交換器單元14 (a)和14 (b)。第一分相器40具有用于液-汽丙烷混合物通向液相收集于其中的容器44的入口 42。分相器容器44具有第一出口 46和第二出口 48，該第一出口 46在容器44的頂部處用于蒸汽與通向第一主熱交換器10的丙烷入口連通，而第二出口 48在容器44的底部處用于液態(tài)丙烷與共用收集容器M連通。流量控制閥52位于導管50處并操作式與容器44 中液位檢測器M相關，以便在其上能保持恒定的液態(tài)丙烷液位。除霧器56位于容器44中， 以便將液滴與流到第一主熱交換器10的蒸汽分開。第二分相器60設在第二熱交換回路22中第二輔助熱交換器16的丙烷出口端和第二主熱交換器12的丙烷出口端的中間。第二分相器60具有入口 62、第一出口 66、和第二出口 68，該入口 62用于液-汽混合物通向容器64，第一出口 66在分相器60的頂部處用于蒸汽與通向第二主熱交換器12的丙烷入口連通，而第二出口 68在分相器60的底部處用于液態(tài)丙烷經(jīng)由導管70與共用液態(tài)丙烷收集容器M連通。流量控制閥72位于導管70中并操作式與容器64中液位檢測器74相關，以便能在其中保持恒定的液位。除霧器76位于容器64中以便將液滴與流到第二主熱交換器12的蒸汽分開。熱交換器14和16可以分成兩個或多個并聯(lián)的部分。由于采取了分相器40和60的措施，所以將再循環(huán)回路28和閥30從圖2所示的
10設備中省掉。圖2所示設備的操作類似于圖1所示設備的操作，但在熱交換器14和16中沒有過熱丙烷。與圖1所示的設備相比，圖2所示的設備具有外加的液體泵80以便幫助液態(tài)丙烷的循環(huán)。泵26和80可操縱以便如果需要可以改變熱交換回路20和22中丙烷之間的壓差。在運行時，熱交換回路20和22用與圖1中所示設備的對應回路類似的方式自動調節(jié)。 設備可以經(jīng)由導管78裝滿丙烷，該導管78具有設在其中并收尾在收集容器M中的停止閥 79?，F(xiàn)在參見附圖的圖3，示出了在圖2所示設備上的變化，其中代替有一共用收集容器對，熱交換回路20和22 二者分別有專用的液態(tài)丙烷收集容器82和84。因此回路20和 22相互分開，且回路20有它自己的液態(tài)丙烷供應管路86，有一設于其中的停止閥88，收尾在容器82中，而回路22有液態(tài)丙烷供應管路90、有一設于其中的停止閥92，收尾于容器64 中。圖3所示的設備運行時，泵沈和80簡單地產(chǎn)生液態(tài)丙烷的必要循環(huán)并補償設備中的壓降。在其它方面，圖3所示的設備的運行類似于圖2所示的設備?，F(xiàn)在參見附圖的圖4，示出了圖1所示的設備的變體，其中代替有一共用收集容器對，熱交換回路20和22 二者分別有專用的液體收集容器82和84。因此回路20和22分別具有專用的液體收集容器82和84。因此回路20和22相互分開。回路20有它自己的液態(tài)熱交換流體供應管路86，有一設置于其中的停止閥88、收尾于容器82中，而回路22有液態(tài)熱交換流體供應管路90、有設于其中的停止閥92、收尾于容器84中?；芈?0中的熱交換流體能與回路22中的熱交換流體有相同或不同的組成?；芈?0在輔助熱交換器14的熱交換蒸汽出口和通向主熱交換器10的熱交換蒸汽入口的中間有一渦輪膨脹機100。渦輪膨脹機100操作式與連接到電網(wǎng)106上的發(fā)電機 104用常規(guī)方式相關，因此能從熱交換流體回收功率。循環(huán)泵沈相應地設計用于較高的差壓以便適合渦輪設計壓力比，并裝備有變頻驅動裝置110以便使壓力比適合于不同的再汽化溫度和冷凝溫度。圖4所示的設備運行時，泵沈產(chǎn)生為渦輪膨脹機100的運行所必需的壓差以便除了使熱交換流體在回路20中循環(huán)之外還產(chǎn)生電力。泵80使熱交換流體在回路22中循環(huán)。 此外，泵沈和80 二者補償設備中的壓降。在其它方面，圖4所示的設備的運行類似于圖1 和3中所示的設備。現(xiàn)在參見圖5，示出了安裝在船上的改良的LNG過熱設備的上游部分，其中在再氣化操作期間汽化的過量天然氣被再冷凝。再冷凝作用通過與取自一個或多個儲罐的過冷 LNG接觸實施。把冷凝器加到吸入鼓或吸入罐中，該吸入鼓或吸入罐提供足夠的凈正吸入壓頭(NPSH)給增壓泵或若干將LNG的壓力升高到合適的水平用于通過本發(fā)明的設備的第一和第二主熱交換器的泵。參見圖5，LNG裝置502典型地包括至少一個而通常是若干個絕熱的儲罐504，每個儲罐504都具有一液下LNG泵506 (圖5中僅示出一個包含其相關的液下LNG泵506的絕熱儲罐504)。泵506的出口與導管508連通。導管508收尾在容器510中，該容器510如下面說明的為下游增壓泵提供凈正吸入壓頭并作為從儲罐504汽化的天然氣用的冷凝器。 由于從其周圍環(huán)境吸收熱量的結果，所以有一從儲存在罐504中的LNG自然汽化速率。自然汽化速率在運行期間可以增強以便由于功率被LNG泵506消耗的結果而從罐504供應天然氣。在運行時，汽化的天然氣被壓縮機520從罐504中抽出。一部分壓縮的汽化天然氣通常經(jīng)由導管522供應給儲存裝置502位于其上的再氣化船或者FSRU的發(fā)動機。汽化的天然氣的其余部分轉到通向容器510的入口 524。從導管508流入容器510的LNG流量預先確定，以便保證所有進入容器510的汽化的天然氣都在其中通過與填料512的表面上的 LNG或位于容器510內(nèi)的另外液-汽接觸介質接觸而被冷凝。應該理解，LNG由于泵506運行而在過冷狀態(tài)下進入容器510以便升高其壓力。因此，能實現(xiàn)汽化的天然氣的必要的冷凝作用。所產(chǎn)生的LNG通過出口 514從容器510出來轉到分配管路516。在容器510中不要求冷凝的LNG可以旁通這個容器并與來自容器510的LNG合并在分配管路516中。控制閥5 設在導管508中以便控制過冷LNG流到容器510的流量。旁通容器510的LNG的流量可以用另一個流量控制閥5 控制。任何過量的汽化天然氣都可以經(jīng)由導管533通到氣體燃燒單元531。分配管路516與多個增壓泵519連通。為了圖示方便起見，圖5中僅示出一個這樣的泵，但在典型的安裝中可以設置若干這樣的泵，而一個泵或若干對泵供應本發(fā)明的用于汽化和過熱LNG的第一和第二主熱交換器的分開的陣列。為了圖示方便起見，熱交換器在圖5中未示出，但圖1-4中所示的任何一種安排都可以應用。每個泵519都具有與汽化和過熱設備(未示出)連通的出口 530。每個泵519都可以安排成將可變的LNG流量供應給設備。過量的LNG可以穿過管路532返回到容器510。 如果感測的泵流速變得比所需的最小流速小，則流量控制閥534可以自動地打開。在每個泵519內(nèi)汽化的天然氣也可以經(jīng)由管路536返回到容器510。為此在管路 536中設一排氣閥538。如圖5中所示的設備還包括從容器510的頂部到儲罐504的返回管路M0。管路 540有一設于其中的控制閥M2。閥542通常保持閉合。萬一在容器510中檢測出低液位， 則閥M2自動地打開。萬一在容器510中檢測出高液位，則在連接到較高壓力氣源的管路 560中的控制閥562自動地打開。圖5中所示的設備因此能用本發(fā)明的方法提供必需的在壓力下的液化天然氣的流量用于下游汽化和過熱。
權利要求
1.一種將液化天然氣轉化成過熱流體的方法，包括以下步驟a.使天然氣流在壓力下通過相互串聯(lián)的第一主熱交換器和第二主熱交換器；b.在第一主熱交換器中通過與在第一壓力下于第一環(huán)形回路中流動的第一熱交換流體熱交換加熱天然氣流，而第一熱交換流體在上述第一主熱交換器中經(jīng)歷從蒸汽到液體的狀態(tài)變化；c.在第二主熱交換器中通過與在第二壓力下于第二環(huán)形回路中流動的第二熱交換流體熱交換進一步加熱天然氣流，而第二熱交換流體具有與第一熱交換流體相同的組成并在上述第二主熱交換器中經(jīng)歷從蒸汽到液體的狀態(tài)變化；d.收集來自第一主熱交換器的液態(tài)第一熱交換流體和來自第二主熱交換器的液態(tài)第二熱交換流體；e.在第一環(huán)形熱交換流體回路中將第一輔助熱交換器中的液化第一熱交換流體流再汽化，并把所產(chǎn)生的蒸汽作為第一熱交換流體供應給第一主熱交換器；f.在第二環(huán)形熱交換回路中將第二輔助熱交換器中的第二液態(tài)熱交換流體流再汽化，并把所產(chǎn)生的蒸汽作為第二熱交換流體供應給第二主熱交換器；及其中g.在第一主熱交換器中第一熱交換流體的冷凝壓力小于在第二主熱交換器中第二熱交換流體的冷凝壓力。
2.按照權利要求1所述的方法，其中來自第一和第二熱交換器的液態(tài)熱交換流體被收集在共用收集容器中。
3.按照權利要求2所述的方法，其中在共用收集容器的未滿空間中的壓力基本上是第一熱交換流體的冷凝壓力。
4.按照上述權利要求其中之一所述的方法，其中第一熱交換流體穿過第一主熱交換器的流速按照其上熱負荷的任何變化而變動。
5.按照上述權利要求其中之一所述的方法，其中第一熱交換流體在其通向第一主熱交換器的入口處的入口溫度和天然氣在其從第一主熱交換器出來的出口處的溫度之間的溫差大于第二熱交換流體在其通向第二主熱交換器的入口處的溫度和天然氣在其從第二主熱交換器出來的出口處的溫度之間的溫差。
6.按照上述權利要求其中之一所述的方法，其中第一和第二熱交換流體分別在第一和第二輔助熱交換器中完全被汽化。
7.按照權利要求6所述的方法，其中第一和第二熱交換流體分別在第一和第二輔助熱交換器中被過熱。
8.按照權利要求6所述的方法，其中第一和第二熱交換流體在各輔助熱交換器的下游被過熱。
9.按照權利要求1-5其中之一所述的方法，其中第一和第二熱交換流體分別在第一和第二輔助熱交換器中部分地被汽化。
10.按照權利要求9所述的方法，另外包括將未汽化的熱交換流體與汽化的熱交換流體分開的步驟。
11.按照上述權利要求其中之一所述的方法，其中第一和第二熱交換流體二者都包括丙烷。
12.按照上述權利要求其中之一所述的方法，其中液態(tài)熱交換流體在第一和第二輔助熱交換器中被海水加熱。
13.按照權利要求1或不從屬于權利要求2或權利要求3時的權利要求4-12其中之一所述的方法，其中第一熱交換流體具有與第二熱交換流體不同的組成。
14.按照權利要求12所述的方法，其中海水在閉式回路中流動。
15.按照權利要求14所述的方法，其中海水在開式回路中流動。
16.按照權利要求1，或不從屬于權利要求2或權利要求3時的權利要求4-12其中之一所述的方法，其中上述在步驟(e)中產(chǎn)生的蒸汽在第一輔助熱交換器和主熱交換器的中間被渦輪膨脹。
17.按照上述權利要求其中之一所述的方法，其中上述在壓力下的天然氣流取自儲罐并在其穿過第一主熱交換器的通道的上游被應用以便冷凝從儲罐沸騰的蒸汽。
18.用于將液化天然氣轉化成過熱流體的設備，包括a.相互串聯(lián)安排用于分別同冷凝的第一熱交換流體和冷凝的第二熱交換流體熱交換加熱液化天然氣的第一主熱交換器和第二主熱交換器；b.貫穿第一主熱交換器延伸的第一環(huán)形較低冷凝壓力熱交換流體回路；c.貫穿第二主熱交換器延伸的第二環(huán)形較高冷凝壓力熱交換流體回路；其中d.第一和第二環(huán)形熱交換流體回路二者都包括用于收集冷凝的熱交換流體的液體收集容器；e.第一環(huán)形熱交換流體回路貫穿用于再汽化冷凝的第一熱交換流體的第一輔助熱交換器延伸；f.第二環(huán)形熱交換流體回路貫穿用于再汽化冷凝的第二熱交換流體的第二輔助熱交換器延伸；和g.設備還包括用于控制第一熱交換流體穿過第一主熱交換器的流速和第二熱交換流體穿過第二主熱交換器的流速的機構。
19.按照權利要求18所述的設備，其中第一和第二環(huán)形熱交換回路具有一共用液體收集容器。
20.按照權利要求19所述的設備，另外包括用于從共用收集容器取出熱交換流體和用于使該熱交換流體穿過第一和第二環(huán)形熱交換流體回路循環(huán)的液體泵。
21.按照權利要求19或權利要求20所述的設備，其中上述控制機構包括適合于如此操作以便根據(jù)其上熱負荷的任何變動改變第一熱交換流體穿過第一主熱交換器的流速的第一閥機構。
22.按照從屬于權利要求20時的權利要求21所述的設備，其中第一閥機構具有一個位置在第一環(huán)形熱交換流體回路中在上述泵和第一熱交換流體通向第一輔助熱交換器的入口中間。
23.按照權利要求18-22其中之一所述的設備，其中控制機構包括用于控制穿過第二閥機構的流速用于控制穿過第二主熱交換器的流速的第二閥機構。
24.按照權利要求23所述的設備，其中第二閥機構適合于如此操作以便根據(jù)第二主熱交換器上熱負荷的變化改變第二熱交換流體穿過第二主熱交換器的流速。
25.按照從屬于權利要求18時的權利要求23或權利要求M所述的設備，其中第二閥機構具有一個位置在第二環(huán)形熱交換回路中在用于第二熱交換流體從第二主熱交換器出來的出口和共用收集容器中間。
26.按照從屬于權利要求18時的權利要求20-25其中之一所述的設備，包括用于將冷凝的熱交換流體再循環(huán)到共用收集容器的導管，和在導管中用于在設備上的熱負荷降到低于選定的最小值時打開或增加上述導管中流速的第三閥機構。
27.按照權利要求18或權利要求19所述的設備，其中第一和第二環(huán)形熱交換回路二者都包括用于將未汽化的熱交換流體與汽化的熱交換流體分開的分相器。
28.按照權利要求18所述的設備，其中第一環(huán)形熱交換回路與第二環(huán)形熱交換回路無關并包括一在第一輔助熱交換器和第一主熱交換器中間的渦輪膨脹機。
29.按照權利要求觀所述的設備，其中渦輪膨脹機包括可操縱成控制第一環(huán)形熱交換回路中蒸汽流的可控導向葉片。
30.按照權利要求觀或權利要求四所述的設備，其中渦輪膨脹機操作式與發(fā)電機構相聯(lián)。
31.按照權利要求觀-30其中之一所述的設備，其中第一環(huán)形熱交換回路包括可操縱成改變橫過渦輪膨脹機的壓力比的具有變頻驅動裝置的泵。
32.按照權利要求18-31其中之一所述的設備，包括用于液化天然氣的儲罐、在儲罐中用于從中抽出液化天然氣流的液下泵、用于進一步升高液化天然氣的壓力并將加壓的液化天然氣供應給第一主熱交換器的增壓泵，其中液下泵經(jīng)由吸入容器與增壓泵連通以便保持足夠的用于增壓泵的凈正吸入壓頭，其中吸入容器還與用于從儲罐抽出沸騰天然氣的壓縮機連通，及其中吸入容器包含用于使沸騰的天然氣形成與液化天然氣密切接觸以便實現(xiàn)沸騰天然氣的冷凝的液-汽接觸表面。
33.按照權利要求19所述的設備，包括串聯(lián)的第一泵和第二泵，第一泵是兩個熱交換回路共用的，而第二泵位于第二熱交換回路中。
34.按照權利要求18所述的設備，其中第一熱交換回路具有第一液態(tài)熱交換流體收集容器和第一液態(tài)熱交換循環(huán)泵，而第二熱交換回路具有第二液態(tài)熱交換流體收集容器和第二液態(tài)熱交換流體循環(huán)泵。
全文摘要
一種應用串聯(lián)的第一主熱交換器10與第二主熱交換器12通過液化天然氣(LNG)的汽化和過熱將LNG轉化成過熱流體的方法和設備。第一主熱交換器10通過包括用于使第一熱交換流體再汽化的第一輔助熱交換器14的第一熱交換回路20中流動的第一熱交換流體(丙烷)冷凝而加熱，而第二主熱交換器12通過包括用于使第二熱交換流體汽化的第二輔助熱交換器16的第二熱交換回路22中流動的第二熱交換流體冷凝而加熱?；芈?0和22可以共享一用于收集冷凝液的共用容器。第一回路20中熱交換流體的冷凝壓力小于第二回路22中熱交換流體的冷凝壓力。穿過第一主熱交換器10和第二主熱交換器12的熱交換流體流分別用閥32和36控制。
文檔編號F17C7/04GK102216668SQ200980135979
公開日2011年10月12日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月15日
發(fā)明者J·波茲維爾, M·拉戈 申請人:克里奧斯塔股份有限公司