气化器技术综述「河北泰燃能源科技」

LNG加气站的主要设备除去***的LNG储罐，气化器，高压气瓶外，其它设备由具体工作流程决定。在这三个主要设备中气化器是整个加气站的核心，加气站的设计实际上就是根据需要设计合适的LNG气化器。现在国际上通用的气化器总体上来说分为四大类：空气加热型气化器，开架式气化器，燃烧式气化器以及有中间流体的气化器。下面就分别详细介绍这四类气化器的原理与大体结构。

1.1空气加热型气化器

    所谓空气加热型气化器就是指直接利用空气中蕴含的热能气化LNG的技术。传统的空气加热型气化器多采用翅片管的外型或其它伸展体表面直接与空气进行热交换，达到把液态天然气气化的目的。管外利用翅片加强换热，管内LNG自下而上流过气化器，这样就可以吸收空气中的热量实现LNG的气化。但这种类型的气化器受环境条件的影响较大，比如温度和湿度的影响。另外，这种气化器的气化能力还受到当地的***温度和湿度的影响，它无法避免结冰现象的发生，结冰过多会减少***传热面积和堵塞空气的流动。空气加热型气化器的上限一般在标准状况下是1400。由于没有燃料消耗，所以结构简单，运行费用低，但单位容量的投入费用较高，而且气化能力相对是比较低的。

图1-1  日本空气加热型气化器内部结构

国内河北泰燃公司生产的系列气化器是利用空气自然对流加热换热管中的LNG，其工作压力：0.8-25.0MPa单台流量：50-3000，其主要优点在于：
    ◆ 无能耗、***、绿色环保
    ◆ 安装简便、维护方便
    ◆ 专用铝材换热，高效、轻量化设计、使用寿命长
    ◆ 特殊的Φ160或Φ200超大直径专用铝制换热管，化霜速度极快，***内翅片结构，大大提高换热管的换热效果
    ◆ “桥”式连接元件美观大方，工作时消除各部位热胀冷缩产生的应力；
    ◆ 进行特殊的换热管表面抗氧化处理工艺；
    ◆ 优化流程设计，使压降降到***，绝无偏流现象，***流速控制在安全范围以内；
    ◆ 充足的设计裕量；
    ◆ 所有气化器完全按照服务标准进行清洗和制造，使用更安全；
    ◆ 可按电子级标准设计、制造；
    ◆ 设计条件：温度-10°C、相对温度70%，连续使用8-12小时的气化量。        

图1-2   国产空气加热型气化器外观

1.2开架式气化器

用水作热源的LNG气化器应用很广，特别是海水中蕴含着大量的低品位热能，这种热能虽不能当作能源，但对天然气气化来说却有着积极的意义。开架式气化器ORV（Open Rack Vaporizer）就是以海水为能量来源的大型天然气气化装置。整个气化器用铝合金支架固定安装。气化器的基本单元是传热管，由若干传热管组成板状排列，两端与集气管或集液管焊接形成一个管板，再由若干个管板组成气化器。气化器顶部有海水分布喷淋装置，海水喷淋在管板外表面上，依靠重力作用自上而下流动。液化天然气在管内自下而上反向流动，在这个过程中通过管壁换热气化LNG。与空气式气化器相比，ORV的气化能力大增，天然气流量可达180t/h，气化成本相似，操作也很简单 。它的问题主要是对地理位置要求高，厂址要求临近海边或者大型湖泊，河流，而且这种气化器的气化能力也会受到气候等因素的影响，随着水温的降低，气化能力下降。通常气化器的进口水温的下限大约为5℃，开架式气化器对水质也有要求，为了避免水产生物在气化器管壁上生长还需要对进入的水进行预处理，而这一过程加入到水中的氯离子会对环境产生不良影响，设计时需要详细了解当地水文资料还有水产生物的生长情况。开架式气化器基本的工作流程和大体结构可以参看图1-3。

图1-3  开架式气化器原理示意图

1.3有中间流体的气化器

所谓有中间流体的气化器就是指在气化天然气过程中在液化天然气与空气或者与水换热之间加入中间介质，这里的中间介质可以是盐水，丙烷，丁烷，氟利昂等。有中间流体的气化器***避免了结冰现象和冒“白烟”现象。实际使用的气化器典型传热过程是由两级换热组成：***级是由LNG和中间流体进行换热；***级是中间流体和热源换热。这样热源就不存在结冰问题，可以采用多种热源比如工厂废热产生的热水，同时对海水温度的要求也不存在了。

图1-4  中间流体气化器原理示意

成熟的中间流体技术主要有三菱公司的闭式循环液化天然气气化装置（Closed-Circulation LNG Vaporization Equipment）。该设备的工作流程图如图1-5。工作过程中盐水在加热塔中先行加热然后进入盐水储罐，再经过盐水泵进到盐水加热器再次加热，***进入气化器与干空气换热；LNG则直接进入气化器通过与干空气的换热，吸热气化成天然气。整个过程避免了LNG与热源的接触，同时采用易得的干空气作为中间流体，既解决了结冰问题又使得成本比起采用乙二醇，丙烷，丁烷等小得多，而且不存在中间流体有毒带来的诸多问题。闭式循环空气汽化器在改进空气加热型气化器原有缺点的同时保持了固有优点，在总本增加不多的情况下较好的解决了经济性和环境适应性的矛盾。整套装置结构紧凑，效***（1t/h/unit）。

图1-5  闭式循环工作流程图

图1-6  闭式循环气化器外型（2300mm x 2600mm x 1100mm）

1.4 燃烧加热型气化器

 燃烧加热型气化器主要用途是在大型气化站中充当调峰型气化器的角色。现在的成熟技术主要是日本住友公司的SMV浸没式燃烧气化器(Submerged Combustion type )，其原理是采用一个燃烧器，直接向水中喷射，由于燃气与水直接接触，燃气激烈的搅动水，使传热效率非常的高。水沿着气化器的管路向上流动，LNG在盘在水中的蛇管中吸收热量气化，气化装置的总的热效率在98%左右。每个燃烧器每小时有105GJ的加热能力，因而生产能力大，燃烧气化器的启动相当迅速，负荷在10%-***内可调。当然运行成本方面的先天问题使它只能成为调峰型气化器。其主要工作示意图参看图1-7。

图1-7  浸没燃烧式气化器

1.5 蒸气加热型气化器

蒸气加热型气化器是液化天然气运输船上的重要装置，它的气化能力不是最主要设计的指标。它具有多功能的特点，可以置换惰性气体，紧急供应少量天然气，加压卸货，气化惰性气体。由于其不是毕设的主要方向故不做过多介绍。

1.6 ***新技术

作为21世纪清洁能源的天然气，世界上有很多公司个人都致力于解决天然气汽车推广使用当中存在的一系列问题。这其中有很多***技术可以为气化站的设计提供解决问题的思路。

1.6.1  空温LNG气化装置的改良（申请号200610017337.9）

图1-8  改良气化器结构

（1-LNG  2-混合器  3-混合流体   4-空气气化器  5-控制阀    6-输出管线  7-天然气回流管  8-循环泵）

空温式液化天然气气化器又称空气加热型气化器主要有混合器，液化天然器气化器，循环压缩机，安全阀及管线阀门阀件等连接而成。该项技术在原有气化器的工作流程上游增加了一个使已经气化的天然气回流与低温液化天然气混合的混合器，从而提高液化天然气操作温度，防止结冰现象的出现，***了空温式液化天然气气化器的气化效果和连续运行。

1.6.2  LNG气化器（申请号200480037440.9）

该技术实际上还是采用中间流体的又一种形式，通过两个换热器的搭配，避免了水与低温的液化天然气接触，***了结冰的出现。同时它的流程比较详尽，冷凝器的引入实际上起到辅助气化器的作用，通过***控制可以节省加热水塔中水的能耗。

具体的流程是这样的，水塔中间的水通过泵驱动进入***换热器与中间循环流体接触后回到水塔，水塔中的水可以采用各种手段加热或者直接为环境水。而通过加热的中间循环流体在通过泵的驱动进入***换热器与LNG直接换热。回流的中间循环流体分两路，一路通过冷凝器与空气换热，一路直接回到***换热器。LNG则在***换热器中直接气化为天然气同时分出一个回路与进入***换热器的LNG混合。