使用间接换热器的方法和包含此类换热器的用于处理液化天然气的设备技术

本发明专利技术涉及使用间接换热器(1)的方法，所述间接换热器包括多个布置成矩形网格的换热模块(10)。每个换热模块(10)包括多个在第一方向和第二方向上延伸的第一和第二流体流动通道(11、21)。所述间接换热器(1)包括第一和第二歧管(12、22)，所述歧管将一个换热模块的第一和第二流体流动通道(11、21)与相邻换热模块(10)的第一和第二流体流动通道(11、21)流体连接，从而形成一个或多个第一流体路径。本发明专利技术还涉及一种包括至少一个如上所述的间接换热器的用于处理液化天然气的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用间接换热器的方法和包含此类换热器的用于处理液化天然气的设备
本专利技术涉及一种设计间接换热器的方法。本专利技术还涉及一种用于处理液化天然气的设备，该设备包括根据所述方法设计的换热器。
技术介绍
间接换热器是其中两种流体流可以在流体被一个或多个换热表面隔开时而无需直接接触就进行热交换的换热器。流体流可以是液体、蒸气、气态或多相流。间接换热器可以用于不同的目的。例如，间接换热器可用于制冷循环中，以允许制冷剂与周围环境(例如冷却制冷剂的冷凝器)进行热交换，并允许制冷剂与另一间接换热器中的工艺物料流进行热交换(冷却工艺物料流)。此类制冷剂循环例如用于液态天然气装置中冷却和液化天然气工艺物料流以及用于将液态天然气加热以进行再气化/汽化的再气化装置中。当前在石油和天然气行业中使用的间接换热器的熟知类型是板式换热器和管壳式换热器。这些换热器通常相对较大。当前在石油和天然气行业中使用的最紧凑的换热器是印刷电路换热器(PCHE)。随着诸如增材制造(也称为3D打印)等制造技术的不断发展，从制造的角度对设计施加的限制变得不那么重要了。例如，WO2008079593描述了使用最小的表面或最小的骨架制成换热器部件的方法，并且描述了相对复杂的结构。US20150007969描述了一种包括肋和缝的换热器，其可以例如使用超声增材制造(UAM)形成。例如在US20160108814、GB2521913A、US20160114439、WO2013163398A1和CN204830955中提到了增材制造。在现有技术中，着重于使换热器的表面积最大化，以使进行热交换的流体之间的传导性热接触最大化，同时避免过度的流动阻力以便促进对流去除多余热量。Bejan(Dendriticconstructalheatexchangerwithsmall-scalecrossflowsandlarger-scalecounterflows,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,November2002)描述了设计每单位体积具有最大传热率的双流式间接换热器。除其他外，Bejan建议小型平行板通道，其长度与流经该通道的小物料流的热入口长度相匹配，从而消除了在完全展开的层流中发生的纵向温度升高，并且使完全展开的层流相关的传热系数翻倍。通道中的热流和冷流以错流方式放置。在大于基本元件的长度规模下，热流体和冷流体的物料流以逆流方式布置。每种物料流都浸浴着换热器的体积，就像树冠相连的两棵树一样。一棵树使物料流遍布整个体积中(如河流三角洲)，而另一棵树则收集相同的物料流(如河流盆地)。请注意，Bejan描述的设计需要相对复杂的分配和收集装置来分配和收集流量，而没有说明其设计。这些分配/收集装置可能会导致显著的压力损失。而且，复杂的分配和收集装置可能需要大量材料，因此不会产生成本效益高、重量轻的设计。另外，根据需要设计换热器的整体形状和尺寸的自由度受到限制。US-3986549公开了一种用于在第一气体和第二气体之间进行热交换，例如用于预热从排出空气进入气体加热单元的入口空气的换热器。该交换器包括一堆大体上平坦的蛇形散热片，每个蛇形散热片在散热片的相邻侧部之间限定了并排的气体流动通路，并且交换器包括用于固定这堆散热片的装置，这些通路中的一些在一个方向上延伸用于第一气体而其他通路大致在第一气体通路的横向延伸，以供与第一气体呈换热关系的第二气体流动。四个换热器核心单元以间隔布置的方式保持在支撑框架内，并在边缘处通过垫圈适当地垫压。US-2013/125545-A1公开了一种通过克劳修斯-朗肯循环过程(Clausius-Rankinecycleprocess)利用内燃机的废热的系统。在一个实施例中，换热器总共包括三个单元。这三个单元具有单独的壳体，从而相对于工作介质液压串联连接。由于在被输送出多个流动管道部分之后，被引入到后续蒸发器换热器单元的另外多个流动管道部分中之前工作介质在连接后续单元的混合管道中混合，工作介质可以基本上完全均匀地蒸发。尽管上述换热器可以在其各自的
中得到有利的应用，但后一种的这些换热器的具体构造与石油和天然气行业的换热器所需的工业规模和尺寸不符。换句话说，当按比例扩大到例如天然气液化所需的工业尺寸时，上述换热器无法与用于工业规模冷却的常规换热器竞争。因此，US-2013/125545-A1和US-3986549的换热器不适于按比例扩大并应用于处理液化天然气的设备中。
技术实现思路
一个目的是提供一种克服上述至少一个或多个缺点的换热器，诸如为换热器提供改良结构，在最大化每单位体积的热传递与最小化压降之间改善的平衡。一方面，本专利技术涉及使用间接换热器(1)的方法，所述间接换热器包括：用于接收第一流体流的第一入口，用于排放所述第一流体流的第一出口，用于接收第二流体流的第二入口，用于排放所述第二流体流的第二出口，布置成矩形网格的多个换热模块(10)，所述网格具有第一方向、第二方向和第三方向，所述换热模块各自包括在所述第一方向上彼此相对的第一模块面和第二模块面，所述换热模块各自包括在所述第二方向上彼此相对的第三模块面和第四模块面，其中所述换热模块(10)各自包括多个在所述第一模块面和所述第二模块面之间延伸以容纳所述第一流体流的第一流体流动通道(11)，以及多个在所述第三模块面和所述第四模块面之间延伸以容纳所述第二流体流的第二流体流动通道(21)，第一歧管(12)，其将其中一个换热模块的所述多个第一流体流动通道(11)与相邻换热模块(10)的所述多个第一流体流动通道(11)流体连接，从而形成连接所述第一入口与所述第一出口并穿过两个或更多个换热模块(10)的一个或多个第一流体路径，以及第二歧管(22)，其将其中一个换热模块的所述多个第二流体流动通道(21)与相邻换热模块(10)的所述多个第二流体流动通道(21)流体连接，从而形成连接所述第二入口与所述第二出口并穿过两个或更多个换热模块(10)的一个或多个第二流体路径。在使用中，第一歧管从换热模块，即从该换热模块的所有第一流体流动通道收集第一流体，将至少一部分第一流体输送到不同的相邻换热模块，并将第一流体供入这个相邻换热模块的第一流体流动通道。第一、第二和第三方向彼此垂直。换热模块布置成矩形网格。该矩形网格优选包括在第一方向上的Nx个换热模块(10)，在第二方向上的Ny个换热模块(10)和在第三方向上的Nz个换热模块(10)。间接换热器因而包括N个换热模块，N＝Nx*Ny*Nz。因此，每个换热模块可以用坐标nx、ny、nz来标识，其中nx＝1、…、Nx，ny＝1、…、Ny且nz＝1、…Nz(n和N为整数)。根据一个实施例，N>1。根据另一实施例，Nx>1且Ny>1且Nz>1且N>8。为了限制间接换热器的整体尺寸，优选将布置有所述多个换热模块(10)的矩形网格制成小室(在所有三个方向上的长度基本相等)，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.使用间接换热器(1)的方法，所述间接换热器包括：/n用于接收第一流体流的第一入口，/n用于排放所述第一流体流的第一出口，/n用于接收第二流体流的第二入口，/n用于排放所述第二流体流的第二出口，/n布置成矩形网格的多个换热模块(10)，所述网格具有第一方向、第二方向和第三方向，所述换热模块各自包括在所述第一方向上彼此相对的第一模块面和第二模块面，所述换热模块各自包括在所述第二方向上彼此相对的第三模块面和第四模块面，并且所述换热模块(10)各自包括多个在所述第一模块面和所述第二模块面之间延伸以容纳所述第一流体流的第一流体流动通道(11)，以及多个在所述第三模块面和所述第四模块面之间延伸以容纳所述第二流体流的第二流体流动通道(21)，/n第一歧管(12)，其将其中一个换热模块的所述多个第一流体流动通道(11)与相邻换热模块(10)的所述多个第一流体流动通道(11)流体连接，从而形成连接所述第一入口与所述第一出口并穿过两个或更多个换热模块(10)的一个或多个第一流体路径，以及/n第二歧管(22)，其将其中一个换热模块的所述多个第二流体流动通道(21)与相邻换热模块(10)的所述多个第二流体流动通道(21)流体连接，从而形成连接所述第二入口与所述第二出口并穿过两个或更多个换热模块(10)的一个或多个第二流体路径。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170530 EP 17173558.21.使用间接换热器(1)的方法，所述间接换热器包括：
用于接收第一流体流的第一入口，
用于排放所述第一流体流的第一出口，
用于接收第二流体流的第二入口，
用于排放所述第二流体流的第二出口，
布置成矩形网格的多个换热模块(10)，所述网格具有第一方向、第二方向和第三方向，所述换热模块各自包括在所述第一方向上彼此相对的第一模块面和第二模块面，所述换热模块各自包括在所述第二方向上彼此相对的第三模块面和第四模块面，并且所述换热模块(10)各自包括多个在所述第一模块面和所述第二模块面之间延伸以容纳所述第一流体流的第一流体流动通道(11)，以及多个在所述第三模块面和所述第四模块面之间延伸以容纳所述第二流体流的第二流体流动通道(21)，
第一歧管(12)，其将其中一个换热模块的所述多个第一流体流动通道(11)与相邻换热模块(10)的所述多个第一流体流动通道(11)流体连接，从而形成连接所述第一入口与所述第一出口并穿过两个或更多个换热模块(10)的一个或多个第一流体路径，以及
第二歧管(22)，其将其中一个换热模块的所述多个第二流体流动通道(21)与相邻换热模块(10)的所述多个第二流体流动通道(21)流体连接，从而形成连接所述第二入口与所述第二出口并穿过两个或更多个换热模块(10)的一个或多个第二流体路径。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一流体流动通道(11)在所述第一方向上具有第一通道长度L1，对于所述间接换热器(1)的预定设计工作参数而言所述第一通道长度L1小于或等于所述第一流体流动通道(11)中所述第一流体的热入口长度LTL,1。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二流体流动通道(21)在所述第二方向上具有第二通道长度L2，对于所述间接换热器(1)的预定设计工作参数而言所述第二通道长度L2小于或等于所述第二流体流动通道(21)中所述第二流体的热入口长度LTL,2。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一通道长度L1比所述第二通道长度L2更长或更短。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述第一方向上相邻的所述换热模块(10)相对于彼此定位在中间距离(dx)，从而产生所述第一歧管(12)，并且其中在所述第二方向上相邻的换热模块(10)相对于彼此定位在中间距离(dy)，从而产生所述第二歧管(22)。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述换热模块(10)内，所述多个第一流体流动通道(11)和所述多个第二流体流动通道(21)在第三方向上堆叠。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一歧管(12)流体连接在所述第一方向上相邻的两个换热模块(10)，并且所述第二歧管(22)流体连接在所述第一方向上相邻的两个换热模块(10)。


8.根据权利要求1-6所述的方法，其中所述第一歧管(12)流体连接在所述第三方向上相邻的两个换热模块，并且所述第二歧管(22)流体连接在所述第三方向上相邻的两个换热模块(10)。


9.根据权利要求1-6所述的方法，其中所述间接换热器(1)包括多个流体连接在所述第一方向上相邻的换热模块的第一歧管，和多个流体连接在所述第二或第三方向上相邻的两个换热模块的第一歧管。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
所述间接换热器(1)包括多个流体连接在所述第二方向上相邻的两个换热模块的第二歧管，和多个流体连接在所述第一或第三方向上相邻的两个换热模块的第二歧管。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一入口包括第一分配集管(101)，所述第一出口包括第一收集集管(102)，所述第二入口包括第二分配集管(103)并且所述第二出口包括第二收集集管(104)。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括使用3D打印技术或化学蚀刻技术生产所述多个换热模块(10)的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·波特曼，J·布林克特，M·德维里斯，R·尼科克，R·J·肖尔滕，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL