该汽化器是由水箱、加热盘管、气体燃烧器以及其他附件四部分组成,燃料气体在燃烧器中充分燃烧,并将热气喷至水箱中的水中从而将水加热,LNG在流经盘管时被水加热而完成汽化过程[16]。该类汽化器的设计紧凑,安装时占用空间小,水箱中热水保持恒定的温度,同时系统可以很好的匹配由负载波动产生的水流的变化,也能迅速的实现系统的开停车。此外,由于燃料气体的燃点在水温之上,即使燃料气体发生泄漏,气体也会被水流带走,不会发生爆炸,因此,其安全性也得到了很好的保证。2014年4月渤海装备辽河热采机械公司和江苏液化天然气有限公司以及中国寰球工程公司正式启动了浸没燃烧式汽化器装置国产化的联合研发工作。并于今年三月自主研发成功了浸没燃烧式汽化器。但是浸没燃烧式汽化器一个明显的短板是要消耗一部分能源,因此并不作为主要负荷汽化器使用[16]。同时,由于浸没燃烧式汽化器配置有大量的设备部件和移动部件,所以与其他类型的汽化器相比控制、维护和保养困难许多。因此,此类汽化器也不适用于LNG动力船。
4带中间传热介质的汽化器
带中间传热介质的汽化器在30年前首先由Osaka天然气公司提出,后经日本神户制钢所下属的机械部门和住友精密工业株式会联合开发,其原理如图1-4所示,即LNG与中间传热介质进行换热,中间传热介质与海水或其他热源进行换热,由于中间传热介质选用低凝固点的介质,从而保证了系统的稳定的运行。
带中间传热介质的汽化器原理图
中间传热介质若采用丙烷,海水通过下部的传热管将热量传递给丙烷,丙烷在一定的压力下发生沸腾,然后汽化的丙烷与装有LNG的流动管束接触,并在管束外凝结放出热量。这样海水的热量就通过丙烷间接的传递给了LNG,同时有效的避免了换热介质结冰的问题。我们可以将带中间传热介质的汽化器分为三个流程:(1)热源与中间传热介质的换热过程;(2)中间传热介质与LNG换热过程;(3)NG过热过程。总的来说,这种汽化器有效的避免了热源的冰点问题,适用于循环加热系统和海上浮动储存与汽化系统以及冷能发电系统[17-18]。
国内航天科工哈尔滨风华有限公司已经成功自主设计开发出我国首台LNG中间介质汽化器。目前已经通过性能测试,预计今年年底前满载运行[19]。虽然带中间传热介质的汽化器的优点很多,但是其关键技术要求较高,主要表现在:(1)结构,如何组合好中间换热介质和海水的换热部分以及与LNG的换热部分;中间换热介质与LNG的换热部分、海水对NG的过热部分是否要设计成独立结构;(2)材料的选择,汽化器在选材上要在满足耐腐蚀性、耐低温和耐高压的同时考虑到经济性上的要求;
(3)传热与流体的流动工艺,首先是选择中间传热介质,得到其相关的物性参数[16]。带中间传热介质的汽化器对热源流体的适用温度范围较为宽泛,所以可以最大限度地发挥出潜热等热物理性质,然后选择所匹配的中间传热介质;其次就是选择并优化热源流体的串联流程,再次是改善其换热管的表面特性,如添加翅片等手段,以达到实现强化传热的目的。总的来说,带中间传热介质的汽化器相对其他汽化器有效的避开了结冰,结霜等问题,同时不需要消耗其他燃料,在结构上也相对紧凑,但是带中间传热介质的汽化器在设计上需要大量的思考以及实验作为基础,若应用在LNG动力船上,则需要进一步的设计与研究。