用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于海上制氢技术领域，提出了一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器及其工作方法，本发明专利技术中制冷剂通过分离器将冷剂分为液相和气相，分别通过流入气相制冷剂管路与液相制冷剂管提供冷能后，再流入壳侧制冷剂流动机构进行冷能提供，提高了冷剂分配的均匀性和对冷能的利用率，并且将冷剂分为液相和气相进行独立输送，减小了气相冷剂压力等对液相冷剂输送的影响，在一定程度上避免了低温液相冷剂回流等问题；同时，在原料氢管路内设置正仲氢转化催化剂，使得原料氢管路内氢气在液化的同时完成正仲氢转化，实现将绕管式换热器与正

【技术实现步骤摘要】
用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器及其工作方法


[0001]本专利技术属于海上制氢
，尤其涉及一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着海上制氢和碳捕获、利用与封存(Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS)技术的发展，利用海上风电资源或天然气制备氢气，并通过储运技术送到氢能源市场，为解决海上风电并网和消纳的难题、促进深海天然气资源的低碳发展、构建深海能源的互联互通体系提供了可行的思路。国际海洋工程界提出一种参考浮式液化天然气生产装置(Floating Liquefied Natural Gas，FLNG)的浮式氢气液化装置(FLH2)，浮式氢气液化装置通过将氢气直接在海上液化并装船运输，简化了海上氢能的储运过程，极大的提高了设备使用的灵活性和安全性。
[0003]专利技术人发现，受海上风浪的影响，应用于浮式氢气液化装置的低温工质在热质耦合传递过程中，会出现冷剂分配不均和低温液体回流等问题，进而影响液化工艺的性能指标，并且现有的浮式氢气液化工艺系统体积大、占用甲板面积大，造成设计成本高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器及其工作方法，实现将绕管式换热器与正
‑
仲氢转化反应器一体化的目的，减少了工艺系统的甲板占地面积，降低了浮式氢气液化装置的设计和投资成本，将正
‑
仲氢转化和低温换热过程相结合，可以降低氢气液化过程中的损失。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，采用如下技术方案：
[0006]一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，包括换热器壳体和分离器；所述壳体内设置有气相制冷剂管路、液相制冷剂管路和原料氢管路；所述壳体内壁处设置有壳侧制冷剂流动机构；
[0007]所述气相制冷剂管路的入口和所述液相制冷剂管路的入口与所述分离器连接，所述气相制冷剂管路的出口和所述液相制冷剂管路的出口与所述壳侧制冷剂流动机构的入口连接；由所述分离器分离出的气相制冷剂和液相制冷剂，分别通过流入气相制冷剂管路与液相制冷剂管后，再流入所述壳侧制冷剂流动机构，实现对所述原料氢管路的冷能提供；
[0008]所述原料氢管路内设置有正仲氢转化催化剂，使得所述原料氢管路内氢气在液化的同时完成正仲氢转化。
[0009]进一步的，所述液相制冷剂管路的出口与所述壳侧制冷剂流动机构之间设置有低温一级节流阀。
[0010]进一步的，所述气相制冷剂管路的出口与所述壳侧制冷剂流动机构之间设置有低温二级节流阀。
[0011]进一步的，所述换热器壳体和分离器设置在模拟平台上，所述模拟平台为多自由度的晃荡平台。
[0012]进一步的，所述原料氢管路连接有原料氢循环系统，所述原料氢循环系统包括氢气原料瓶、通过管道与所述氢气原料瓶连接的第二缓冲罐、通过管道与所述第二缓冲罐连接的第一质量流量计、通过管道与所述第一质量流量计连接的第一压缩机、通过管道与所述第一压缩机连接的第一水冷器以及通过管道与所述第一水冷器连接的第一缓冲罐，所述第一缓冲罐通过管道与所述原料氢管路的入口连接；所述原料氢循环系统还包括通过管道与所述原料氢管路的出口连接的第一气化器，所述第一气化器与所述第二缓冲罐通过管道连接。
[0013]进一步的，所述第一缓冲罐和所述原料氢管路之间的管道上设置有预冷循环系统；所述第一缓冲罐和所述原料氢管路之间的管道，以及所述第一气化器和所述原料氢管路之间的管道通过第一深冷换热器。
[0014]进一步的，所述预冷循环系统包括主低温换热器、通过管道与所述主低温换热器连接的第三气化器、通过管道与所述第三气化器连接的第五缓冲罐、通过管道与所述第五缓冲罐连接的第三质量流量计、通过管道与所述第三质量流量计连接的第三压缩机、通过管道与所述第三压缩机连接的第二水冷器以及通过管道与所述第二水冷器连接的第六缓冲罐。
[0015]进一步的，所述分离器和所述壳侧制冷剂流动机构连接有深冷循环系统；所述深冷循环系统包括通过管道与所述壳侧制冷剂流动机构的出口连接的第二气化器、通过管道与所述第二气化器连接的第二质量流量计、通过管道与所述第二质量流量计连接的第四缓冲罐、通过管道与所述第四缓冲罐连接的第二压缩机、通过管道与所述第二压缩机连接的第三缓冲罐、通过管道与所述第三缓冲罐连接的氟利昂预冷器以及通过管道与所述氟利昂预冷器连接的液氮预冷器，所述液氮预冷器通过管道与所述分离器的入口连接；所述深冷循环系统还包括与所述第四缓冲罐连接的氢气瓶、氖气瓶和氦气瓶。
[0016]进一步的，所述壳侧制冷剂流动机构的出口和所述第二气化器之间的管道，以及所述液氮预冷器和所述分离器之间的管道通过第二深冷换热器。
[0017]为了实现上述目的，第二方面，本专利技术还提供了一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器工作方法，采用如下技术方案：
[0018]一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器工作方法，采用了如第一方面中所述的用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，包括由所述分离器分离出的气相制冷剂和液相制冷剂，分别通过流入气相制冷剂管路与液相制冷剂管后，再流入所述壳侧制冷剂流动机构，实现对所述原料氢管路的冷能提供；所述原料氢管路内设置有正仲氢转化催化剂，使得所述原料氢管路内氢气在液化的同时完成正仲氢转化。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]1、本专利技术中在壳体内壁处设置有壳侧制冷剂流动机构，气相制冷剂管路的出口和液相制冷剂管路的出口与壳侧制冷剂流动机构的入口连接，由分离器分离出的气相制冷剂和液相制冷剂，分别通过流入气相制冷剂管路与液相制冷剂管后，再流入壳侧制冷剂流动机构，实现对原料氢管路的冷能提供，通过分离器将冷剂分为液相和气相，分别通过流入气相制冷剂管路与液相制冷剂管提供冷能后，再流入壳侧制冷剂流动机构进行冷能提供，提
高了冷剂分配的均匀性和对冷能的利用率，并且将冷剂分为液相和气相进行独立输送，减小了气相冷剂压力等对液相冷剂输送的影响，在一定程度上避免了低温液相冷剂回流等问题；同时，在原料氢管路内设置正仲氢转化催化剂，使得原料氢管路内氢气在液化的同时完成正仲氢转化，实现将绕管式换热器与正
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仲氢转化反应器一体化的目的，减少了工艺系统的甲板占地面积，降低了浮式氢气液化装置的设计和投资成本，将正
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仲氢转化和低温换热过程相结合，可以降低氢气液化过程中的损失；
[0021]2、本专利技术中通过将换热器壳体和分离器设置在模拟平台上，实现了海洋环境模拟下对绕管式换热器工作的验证，提高了绕管式换热器的可靠性。
附图说明
[0022]构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，其特征在于，包括换热器壳体和分离器；所述壳体内设置有气相制冷剂管路、液相制冷剂管路和原料氢管路；所述壳体内壁处设置有壳侧制冷剂流动机构；所述气相制冷剂管路的入口和所述液相制冷剂管路的入口与所述分离器连接，所述气相制冷剂管路的出口和所述液相制冷剂管路的出口与所述壳侧制冷剂流动机构的入口连接；由所述分离器分离出的气相制冷剂和液相制冷剂，分别通过流入气相制冷剂管路与液相制冷剂管后，再流入所述壳侧制冷剂流动机构，实现对所述原料氢管路的冷能提供；所述原料氢管路内设置有正仲氢转化催化剂，使得所述原料氢管路内氢气在液化的同时完成正仲氢转化。2.如权利要求1所述的一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，其特征在于，所述液相制冷剂管路的出口与所述壳侧制冷剂流动机构之间设置有低温一级节流阀。3.如权利要求1所述的一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，其特征在于，所述气相制冷剂管路的出口与所述壳侧制冷剂流动机构之间设置有低温二级节流阀。4.如权利要求1所述的一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，其特征在于，所述换热器壳体和分离器设置在模拟平台上，所述模拟平台为多自由度的晃荡平台。5.如权利要求1所述的一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，其特征在于，所述原料氢管路连接有原料氢循环系统，所述原料氢循环系统包括氢气原料瓶、通过管道与所述氢气原料瓶连接的第二缓冲罐、通过管道与所述第二缓冲罐连接的第一质量流量计、通过管道与所述第一质量流量计连接的第一压缩机、通过管道与所述第一压缩机连接的第一水冷器以及通过管道与所述第一水冷器连接的第一缓冲罐，所述第一缓冲罐通过管道与所述原料氢管路的入口连接；所述原料氢循环系统还包括通过管道与所述原料氢管路的出口连接的第一气化器，所述第一气化器与所述第二缓冲罐通过管道连接。6.如权利要求5所述的一种用于海上浮式氢气液化装置的绕管式换热器，其特征在于，所述第一缓冲罐和所述原料氢管路之间的管道上设置有预冷循环系统；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙崇正，卢晓，李玉星，杨鑫，于昊，张国新，韩辉，宋光春，边志国，王玉玉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：