一种船用新型低阻力LNG自增压器制造技术

本发明专利技术涉及一种船用新型低阻力LNG自增压器，其特征在于，包括外壳以及设于外壳内的N根直管式换热管一，N≥1；外壳设有热源介质出口以及热源介质入口；低温冷冻液体经由低温冷冻液体入口管进入直管式换热管，低温冷冻液体受热气化后的天然气出直管式换热管后经由天然气出口管出所述船用新型低阻力LNG自增压器；低温冷冻液体入口管与直管式换热管之间和/或直管式换热管与天然气出口管之间设有用于补偿热胀冷缩带来的变形伸缩量的弯管。本发明专利技术用于船舶LNG液罐增压，可大幅降低LNG自增压器的内部阻力、顺畅气液分离、提高进液量，以此实现LNG自增压器低阻力、高增压效率的有益效果。高增压效率的有益效果。高增压效率的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种船用新型低阻力LNG自增压器


[0001]本专利技术涉及一种新型低阻力、高效率的LNG自增压器，该LNG自增压器可用于气化LNG用于提升船舶LNG液罐的压力。

技术介绍

[0002]随着日趋严格的船舶环保要求，采用清洁能源液化天然气(Liquefied NaturalGas，LNG)代替传统燃油已成为船舶燃料的主要方向之一。LNG通常存储在真空绝热形式或者保温材料包覆的低温LNG液罐内，当需要提升LNG液罐的压力时，通常会采用一种叫LNG自增压器的LNG气化器，用于提高LNG液罐的压力。
[0003]典型的船用LNG气化器方案形式参见公开发表的论文：上海交通大学制冷与低温工程研究所的田雅洁、林文胜在2018年化工学报第69卷第S2期论文《船用绕管式LNG气化器方案比较》。该论文中绕管式LNG气化器的结构形式见图1。
[0004]传统船上的LNG自增压器通常采用热水、热油、蒸汽等各种介质作为热源的管壳式换热器，其换热器内的盘管通常采用细管进行螺旋缠绕制造。LNG自增压器属于LNG气化器的大类别，但由于其使用场合的特殊性，LNG换热管的阻力大小直接影响LNG自增压器的实际效果，采用传统绕管式LNG气化器形式设计制造的LNG自增压器在实际使用时时常会出现自增压效果不明显的问题，特别当LNG增压器阻力过大时，会大大影响LNG自增压器的工作效率。
[0005]传统船舶LNG液罐增压的技术方案见图2，其中，1为LNG液罐，2为机械弹簧自力式增压阀，3为螺旋绕管式LNG自增压器。
[0006]LNG通过LNG液罐1和LNG自增压器3之间的高度差，依靠自重流入LNG 自增压器3内，因此LNG自增压器3的内部阻力大小直接决定了LNG自增压器的液体流入量以及LNG自增压的增压效率。
[0007]传统LNG自增压器为在有限的空间尽可能增大换热面积、提高换热效率，同时考虑补偿LNG自增压器进出口巨大温差引起的管道冷热膨胀变形量，往往采用将一组或者多组小口径管道，以螺旋缠绕盘管形式来设计。这类LNG自增压器在船舶实际工程应用时往往会出现增压能力不足或增压缓慢的现象，其原因在于：
[0008]首先，由于LNG液罐1的液体仅仅依靠液位高度差产生的自重流入LNG自增压器3，尤其是LNG液罐液位低时，高度差产生的入口净压头小，LNG流入 LNG自增压器3的动力本身很小；
[0009]其次，液变气的过程中，体积大幅膨胀，导致流速迅速提高，从而引起管道阻力也大幅提高。冷冻液体进入LNG自增压器3后气化，螺旋管形式的设计造成气液分离不及时，从而气液混流阻力大，甚至出现气体反窜回流将液体从入口吹出，导致LNG难以持续流入LNG自增压器3；
[0010]最后，LNG自增压器3内的小口径螺旋盘管设计方式本身管道阻力过大，当其阻力与LNG自增压器3入口由液位高度差产生净压头相抵消时，LNG自增压器会明显出现进液不
足，导致增压效果变差，出现增压能力不足或者增压过程非常缓慢的现象。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是：提供一种用于船用LNG液罐增压的新型低阻力、高效率的LNG自增压器。
[0012]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种船用新型低阻力LNG 自增压器，其特征在于，包括外壳以及设于外壳内的N根直管式换热管一，N≥1；
[0013]外壳设有热源介质出口以及热源介质入口；
[0014]低温冷冻液体经由低温冷冻液体入口管进入直管式换热管，低温冷冻液体受热气化后的天然气出直管式换热管后经由天然气出口管出所述船用新型低阻力 LNG自增压器；低温冷冻液体入口管与直管式换热管之间和/或直管式换热管与天然气出口管之间设有用于补偿热胀冷缩带来的变形伸缩量的弯管。
[0015]优选地，所述弯管采用同一水平面内弯曲结构或者上下立体弯曲结构。
[0016]优选地，所述外壳及所述直管式换热管一的布置形式均为与水平方向小角度倾斜布置，使得所述热源介质出口位于低处而所述热源介质入口位于高处，并且使得所述低温冷冻液体入口管位于低处而所述天然气出口管位于高处，来自低温冷冻液体液罐底部的低温冷冻液体经由所述低温冷冻液体入口管从所述船用新型低阻力LNG自增压器底部进入，气化后的蒸发气经由所述天然气出口管从所述船用新型低阻力LNG自增压器顶部透出，从而避免气液混合流动导致增压器阻力过大。
[0017]优选地，所述外壳及所述直管式换热管一与水平面夹角在30
°
以内。
[0018]优选地，所述低温冷冻液体入口管的内径小于所述直管式换热管一的内径；在所述低温冷冻液体入口管与所述直管式换热管一之间设有扩径接头，扩径接头的内径大于所述低温冷冻液体入口管的内径，经由所述低温冷冻液体入口管进入的所述低温冷冻液体流经扩径接头后再进入所述直管式换热管一内。
[0019]本专利技术增大换热管的管径，增大进液量，减少管道流速及管道阻力，经过扩径后的冷冻液体管道再进入LNG自增压器的内部进行换热气化。
[0020]优选地，所述低温冷冻液体入口管、所述直管式换热管一、所述天然气出口管、所述弯管及所述扩径接头之间采用对接焊形式连接成为整体。
[0021]优选地，在所述N根所述直管式换热管一外部套上M组缠绕螺旋管式的换热管，M≥1，换热管具有独立的进出所述外壳的接口。
[0022]优选地，还包括M组直管式换热管二，M≥1，M组直管式换热管二与所述 N根直管式换热管一并排布置，M组直管式换热管二具有独立的进出所述外壳的接口。
[0023]本专利技术将M组缠绕螺旋管式的换热管或M组直管式换热管二与N根所述直管式换热管一组合在一起形成一体式的多功能换热器，其中，N根所述直管式换热管一用于船舶LNG液罐的压力提升用途，M组缠绕螺旋管式的换热管或M组直管式换热管二则可扩展用于其他用途。
[0024]优选地，所述热源为热水、热油、蒸汽或乙二醇
‑
水。对于采用热油、蒸汽、乙二醇
‑
水、或其他防冻液等各种形式的热源，只要采用相同或相似的LNG自增压器设计方法，均属于本专利技术保护范围内。
[0025]优选地，所述低温冷冻液体为LNG、液氮、液化石油气、液氢或液氨。对于液氮、液化石油气、液氢、液氨及其他各种低温冷冻液体，只要采用相同或相似的LNG自增压器的设计方法，均属于本专利技术保护范围内。
[0026]本专利技术用于船舶LNG液罐增压，可大幅降低LNG自增压器的内部阻力、顺畅气液分离、提高进液量，以此实现LNG自增压器低阻力、高增压效率的有益效果。与现有技术相比，本专利技术具体具有如下有益效果：
[0027](1)LNG自增压器的布置形式为与水平方向小角度倾斜布置，与水平面夹角一般在30
°
以内，液体从底部流入LNG自增压器入口，气化后的蒸发气从上部透气至LNG自增压器出口。传统螺旋绕管式的LNG自增压器由于始终处于气液混合状态、且气液均随着螺旋管上下旋转出气，液体对气体透气会产生明显的阻塞作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用新型低阻力LNG自增压器，其特征在于，包括外壳以及设于外壳内的N根直管式换热管一，N≥1；外壳设有热源介质出口以及热源介质入口；低温冷冻液体经由低温冷冻液体入口管进入直管式换热管，低温冷冻液体受热气化后的天然气出直管式换热管后经由天然气出口管出所述船用新型低阻力LNG自增压器；低温冷冻液体入口管与直管式换热管之间和/或直管式换热管与天然气出口管之间设有用于补偿热胀冷缩带来的变形伸缩量的弯管。2.如权利要求1所述的一种船用新型低阻力LNG自增压器，其特征在于，所述弯管采用同一水平面内弯曲结构或者上下立体弯曲结构。3.如权利要求1所述的一种船用新型低阻力LNG自增压器，其特征在于，所述外壳及所述直管式换热管一的布置形式均为与水平方向小角度倾斜布置，使得所述热源介质出口位于低处而所述热源介质入口位于高处，并且使得所述低温冷冻液体入口管位于低处而所述天然气出口管位于高处，来自低温冷冻液体液罐底部的低温冷冻液体经由所述低温冷冻液体入口管从所述船用新型低阻力LNG自增压器底部进入，气化后的蒸发气经由所述天然气出口管从所述船用新型低阻力LNG自增压器顶部透出，从而避免气液混合流动导致增压器阻力过大。4.如权利要求3所述的一种船用新型低阻力LNG自增压器，其特征在于，所述外壳及所述直管式换热管一与水平面夹角在30
°
以内。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑健，叶爱君，
申请(专利权)人：中国船舶工业集团公司第七零八研究所，
类型：发明
国别省市：