СПОСОБ ПОВТОРНОГО СЖИЖЕНИЯ ОТПАРНОГО ГАЗА ДЛЯ СПГ-ТАНКЕРА Российский патент 2020 года по МПК B63B25/16 B63H21/38 F17C13/00 F17C6/00 F17C9/02 F02B43/00 F02M21/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу повторного сжижения отпарного газа, в котором помимо отпарного газа, образующегося в танке-хранилище судна, работающего на сжиженном природном газе (СПГ), который подают в двигатель в качестве топлива, повторно сжижают избыточный отпарной газ сверх топливных потребностей двигателя, используя отпарной газ в качестве хладагента.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последнее время во всем мире быстро растет потребление сжиженного газа, такого как сжиженный природный газ (СПГ). Сжиженный газ, получаемый охлаждением природного газа до исключительно низких температур, характеризуется гораздо меньшим объемом, чем природный газ, и, следовательно, гораздо лучше подходит для хранения и транспортировки. Кроме того, сжиженный газ, такой как СПГ, является экологически чистым топливом, которое характеризуется низкими выбросами, загрязняющими атмосферу при сгорании, поскольку в процессе сжижения природного газа происходит снижение содержания или удаление загрязнителей атмосферы.

[0003] СПГ представляет собой бесцветную и прозрачную жидкость, получаемую охлаждением природного газа, состоящего, главным образом, из метана, до температуры примерно -163°С для сжижения природного газа, и имеет объем примерно 1/600 от объема природного газа. Таким образом, сжижение природного газа обеспечивает возможность весьма эффективной транспортировки.

[0004] Однако поскольку природный газ сжижают до исключительно низкой температуры -163°С при нормальном давлении, СПГ может легко испаряться при незначительном изменении температуры. Несмотря на то, что танк-хранилище СПГ является изолированным, внешнее тепло постоянно переносится к танку-хранилищу, что приводит к естественному испарению СПГ при транспортировке с образованием отпарного газа (ОГ).

[0005] Образование ОГ означает потерю СПГ и, следовательно, оказывает большое влияние на эффективность транспортировки. Кроме того, при накоплении ОГ в танке-хранилище существует риск чрезмерного повышения давления в танке-хранилище, что вызывает повреждение танка. Проведены различные исследования для обработки ОГ, образующегося в танке-хранилище СПГ. Недавно для обработки ОГ был предложен способ, в котором ОГ подвергают повторному сжижению для возврата в танк-хранилище СПГ, и в указанном способе ОГ используют в качестве источника энергии для устройства, потребляющего топливо, такого как судовой двигатель, и т.п.

[0006] Примеры способа повторного сжижения ОГ включают способ применения цикла охлаждения с отдельным хладагентом, в котором обеспечивают возможность теплообмена ОГ с хладагентом, подлежащим повторному сжижению, и способ применения ОГ в качестве хладагента для повторного сжижения ОГ без какого-либо отдельного хладагента. В частности, систему, в которой используют последний способ, называют системой частичного повторного сжижения (PRS).

[0007] Примеры судового двигателя, который может работать на природном газе, включают газовые двигатели, такие как двухтопливный дизель-электрический двигатель (dual-fuel diesel-electric engine, DFDE), двухтопливный двигатель на базе дизелей серии X (dual-fuel generation X engine, X-DF) и двигатель М-типа с газовым впрыском с электронным управлением (M-type electronically controlled gas injection engine, ME-GI).

[0008] Двигатель DFDE представляет собой четырехтактный двигатель на основе цикла Отто, в котором природный газ, имеющий относительно низкое давление, составляющее примерно 6,5 бар, впрыскивают в отверстие подачи воздуха в зону горения, с последующим рабочим ходом поршня вверх для сжатия газа.

[0009] Двигатель X-DF представляет собой двухтактный двигатель на основе цикла Отто, в котором в качестве топлива используют природный газ, имеющий давление примерно 16 бар.

[0010] Двигатель ME-GI представляет собой двухтактный двигатель, работающий на основе цикла Дизеля, в котором природный газ, имеющий высокое давление, составляющее примерно 300 бар, впрыскивают непосредственно в камеру сгорания вблизи верхней мертвой точки хода поршня двигателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] В вариантах реализации настоящего изобретения предложен способ повторного сжижения ОГ, который может характеризоваться стабилизированными показателями повторного сжижения, увеличивая общую эффективность повторного сжижения и количество повторно сжиженного газа.

[0012] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкера включает: 1) компримирование ОГ; 2) охлаждение ОГ, компримированного на стадии 1), с посредством теплообмена между компримированным ОГ и хладагентом с использованием теплообменника; 3) расширение ОГ, охлажденного на стадии 2); и 4) стабильное сохранение характеристик повторного сжижения независимо от изменения скорости потока ОГ, компримированного на стадии 1) и подаваемого в теплообменник для использования в качестве целевого продукта повторного сжижения.

[0013] Характеристики повторного сжижения сохраняются стабильными, даже если теплообменник имеет отношение теплоемкостей от 0,7 до 1,2.

[0014] Количество ОГ, повторно сжиженного на стадиях 1) - 3), сохраняется на уровне 50% или более относительно расчетного значения, полученного в программном пакете для моделирования технологических процессов (HYSYS).

[0015] Предложенный способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров дополнительно включает: 5) разделение флюида, дросселированного на стадии 3), на газообразный компонент и жидкий компонент.

[0016] Газообразный компонент, выделенный на стадии 5), объединяют с ОГ, используемым в качестве хладагента для теплообмена на стадии 2).

[0017] СПГ-судно эксплуатируют на скорости от 10 до 17 узлов.

[0018] Часть ОГ, компримированного на стадии 1), используют в качестве топлива для двигателя, и скорость потока ОГ, используемого в качестве топлива для двигателя, составляет от 1100 кг/ч до 2660 кг/ч.

[0019] Двигатель содержит тяговый двигатель и электрогенерирующий двигатель.

[0020] Скорость потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения, составляет от 1900 кг/ч до 3300 кг/ч.

[0021] Отношение скорости потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения, к скорости потока ОГ, используемого в качестве хладагента для теплообмена на стадии 2), составляет от 0,42 до 0,72.

[0022] ОГ, компримированный на стадии 1) и не подаваемый в двигатель, дополнительно компримируют и направляют в теплообменник.

[0023] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкера включает: 1) компримирование ОГ; 2) охлаждение ОГ, компримированного на стадии 1), в теплообменнике с использованием ОГ в качестве хладагента; 3) расширение ОГ, охлажденного на стадии 2); и 4) стабильное сохранение характеристик повторного сжижения независимо от изменения скорости потока ОГ, используемого в качестве хладагента для теплообмена на стадии 2).

[0024] Количество ОГ, повторно сжиженного на стадиях 1) - 3), сохраняется на уровне 50% или более относительно расчетного значения, полученного в программном пакете для моделирования технологических процессов (HYSYS).

[0025] Предложенный способ повторного сжижения ОГ может дополнительно включать 5) разделение флюида, дросселированного на стадии 3), на газообразный компонент и жидкий компонент, причем газообразный компонент, выделенный на стадии 5), объединяют с ОГ, используемым в качестве хладагента для теплообмена на стадии 2).

[0026] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкера, имеющего газовый двигатель с высоким давлением впрыска, включает: компримирование ОГ, выходящего из танка-хранилища, до высокого давления и принудительную подачу всего или части ОГ, компримированного до высокого давления, в теплообменник для теплообмена с ОГ, выходящим из танка-хранилища; и снижение давления ОГ, компримированного до высокого давления и подверженного теплообмену, причем указанный способ дополнительно включает: стабильное сохранение характеристик повторного сжижения независимо от изменения условий эксплуатации СПГ-танкера или от изменения скорости потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения.

[0027] Характеристики повторного сжижения сохраняются стабильными, даже если теплообменник имеет отношение теплоемкостей от 0,7 до 1,2.

[0028] Количество повторно сжиженного ОГ сохраняется на уровне 50% или более относительно расчетного значения, полученного в программном пакете для моделирования технологических процессов (HYSYS).

[0029] ОГ, компримированный до высокого давления, находится в сверхкритическом состоянии.

[0030] ОГ, компримированный до высокого давления, имеет давление от 100 бар абс. до 400 бар абс.

[0031] ОГ, компримированный до высокого давления, имеет давление от 150 бар абс. до 400 бар абс.

[0032] ОГ, компримированный до высокого давления, имеет давление от 150 бар абс. до 300 бар абс.

[0033] В соответствии с различными вариантами реализации, характеристики повторного сжижения могут сохраняться стабильными независимо от изменения скорости потока ОГ, подлежащего повторному сжижению.

[0034] В соответствии с различными вариантами реализации, флюид, подаваемый в теплообменник или выходящая из него, может рассеиваться, предотвращая накопление потока хладагента на одном диффузионном блоке.

[0035] В соответствии с различными вариантами реализации, хладагент может равномерно рассеиваться внутри одного диффузионного блока, а также равномерно распределяться по множеству диффузионных блоков, и перфорированная пластина может оставаться отделенной от внутреннего элемента. В частности, можно предотвратить контакт перфорированной пластины с внутренним элементом и блокирование пути течения флюида во внутренний элемент.

[0036] В соответствии с различными вариантами реализации, перфорированная пластина соединена с теплообменником так, что может быть уменьшено термическое расширение и сжатие перфорированной пластины. Таким образом, перфорированная пластина может быть защищена от искривления и разрушения, несмотря на сжатие вследствие контакта с ОГ при ультранизкой температуре, и соединение между перфорированной пластиной и теплообменником также может быть защищено от разрушения.

[0037] В соответствии с различными вариантами реализации, теплообменник содержит канал, способный выдерживать поток флюида, уменьшая или предотвращая накопление потока хладагента на одном диффузионном блоке без использования отдельного элемента для рассеивания флюида.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0038] На фиг. 1 представлена базовая модель системы повторного сжижения ОГ в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

[0039] На Фиг. 2а - 2i представлены диаграммы, иллюстрирующие зависимое от теплового потока изменение температуры теплоносителя и хладагента, измеренное при давлении ОГ, подлежащего повторному сжижению, 39 бар абс. и давлении от 50 бар абс. до 120 бар абс. (которое увеличивали с интервалами по 10 бар абс.) в системе повторного сжижения ОГ, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

[0040] На Фиг. 3а - 3i представлены диаграммы, иллюстрирующие зависимое от теплового потока изменение температуры теплоносителя и хладагента, измеренное при давлении ОГ, подлежащего повторному сжижению, от 130 бар абс. до 200 бар абс. (которое увеличивали с интервалами по 10 бар абс.) и давлении 300 бар абс. в системе повторного сжижения ОГ, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

[0041] На фиг. 4 представлено схематическое изображение системы повторного сжижения ОГ в соответствии с тем вариантом реализации настоящего изобретения, в котором давление ОГ, подлежащего повторному сжижению, составляет 39 бар абс.

[0042] На фиг. 5 представлено схематическое изображение системы повторного сжижения ОГ в соответствии с тем вариантом реализации настоящего изобретения, в котором давление ОГ, подлежащего повторному сжижению, составляет 150 бар абс.

[0043] На фиг. 6 представлено схематическое изображение системы повторного сжижения ОГ в соответствии с тем вариантом реализации настоящего изобретения, в котором давление ОГ, подлежащего повторному сжижению, составляет 300 бар абс.

[0044] На Фиг. 7 и 8 представлены диаграммы, полученные нанесением на график «количества повторно сжиженного газа», представленного в таблице 1, в диапазоне давления от 39 бар абс. до 300 бар абс.

[0045] На фиг. 9 представлено схематическое изображение типичного пластинчатого теплообменника с вытравленными каналами (РСНЕ).

[0046] На фиг. 10 представлено схематическое изображение теплообменника в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения.

[0047] На фиг. 11 представлено схематическое изображение первой перегородки или второй перегородки, входящей в теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0048] На фиг. 12 представлено схематическое изображение первой перегородки и первой перфорированной пластины, входящей в теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0049] На фиг. 13 представлено схематическое изображение второй перегородки и второй перфорированной пластины, входящей в теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0050] На фиг. 14 представлено схематическое изображение третьей перегородки или четвертой перегородки, входящей в теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0051] На фиг. 15 представлено схематическое изображение третьей перегородки и третьей перфорированной пластины, входящей в теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0052] На фиг. 16 представлено схематическое изображение четвертой перегородки и четвертой перфорированной пластины, входящей в теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0053] На фиг. 17(a) представлено схематическое изображение потока хладагента в типичном теплообменнике, на фиг. 17(b) представлено схематическое изображение потока хладагента в теплообменнике согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 17(c) представлено схематическое изображение потока хладагента в теплообменнике согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[0054] На фиг. 18(a) представлено схематическое изображение, демонстрирующее размещение температурных датчиков, установленных для измерения внутренней температуры каждого из типичного теплообменника и теплообменника согласно настоящему изобретению, и на фиг. 18(b) представлены диаграммы, демонстрирующие распределение температуры внутри теплообменников, измеренной с помощью температурных датчиков, установленных в положениях, изображенных на фиг. 18(a).

[0055] На фиг. 19 представлено схематическое изображение части теплообменника в соответствии с третьим вариантом реализации настоящего изобретения.

[0056] На фиг. 20 представлено увеличенное изображение части А, указанной на фиг. 19.

[0057] На фиг. 21 представлено схематическое изображение части теплообменника в соответствии с четвертым вариантом реализации настоящего изобретения.

[0058] На фиг. 22 представлено увеличенное изображение части В, указанной на фиг. 21.

[0059] На фиг. 23(a) представлено схематическое изображение целого теплообменника, на фиг. 23(b) представлено схематическое изображение диффузионного блока, и на фиг. 23(c) представлено схематическое изображение канальной пластины.

[0060] На фиг. 24(a) представлено схематическое изображение канальной пластины хладагента, представленной на фиг. 23(c), при взгляде в направлении «С», на фиг. 24(b) представлено схематическое изображение канала канальной пластины хладагента типичного теплообменника, на фиг. 24(c) представлено схематическое изображение канала канальной пластины хладагента теплообменника согласно пятому варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 24(d) представлено схематическое изображение канала канальной пластины хладагента теплообменника согласно шестому варианту реализации настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0061] Здесь и далее варианты реализации настоящего изобретения описаны со ссылкой на сопроводительные графические материалы. Настоящее изобретение можно использовать в отношении различных кораблей, таких как суда, оснащенные двигателем, работающем на природном газе, и суда, имеющие танк-хранилище сжиженного газа. Следует понимать, что следующие варианты реализации можно различным образом модифицировать, и они не ограничивают объем настоящего изобретения.

[0062] Систему обработки ОГ согласно настоящему изобретению, описанную ниже, можно использовать для всех типов кораблей и морских сооружений, оснащенных танком-хранилищем, содержащим низкотемпературный жидкий груз или сжиженный газ, включая такие суда, как танкеры СПГ, суда для перевозки сжиженного этана и исследовательские СПГ суда (LNG RV), а также морские сооружения, такие как плавучие установки для добычи, хранения и отгрузки СПГ (ENG FPSO) и плавучие установки для хранения и регазификации СПГ (LNG FSRU). В следующих вариантах реализации в качестве примера используют сжиженный природный газ, который является иллюстративным низкотемпературным жидким грузом, и термин «СПГ-танкер (судно)» может включать танкеры СПГ, LNG RV, LNG FPSO и LNG FSRU, не ограничиваясь ими.

[0063] Кроме того, флюид в каждой линии согласно настоящему изобретению может быть в любом состоянии - в жидком состоянии, в состоянии смеси газа и жидкости, в газообразном состоянии, в сверхкритическом флюидном состоянии, в зависимости от условий эксплуатации системы.

[0064]

[0065] На фиг. 1 представлена базовая модель системы повторного сжижения ОГ в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

[0066] Как показано на фиг. 1, в системе повторного сжижения ОГ согласно настоящему изобретению, ОГ , выходящий из танка-хранилища подают в теплообменник, где его используют в качестве хладагента, а затем компримируют с помощью компрессора. Затем компримированный ОГ подают в качестве топлива в двигатель, а избыточный ОГ сверх топливных потребностей двигателя направляют в теплообменник для охлаждения посредством теплообмена с ОГ , выходящим из танка-хранилища, в качестве хладагента.

[0067] ОГ, компримированный в компрессоре и охлажденный в теплообменнике, разделяют на жидкий компонент и газообразный компонент с помощью газожидкостного разделителя после пропускания через средства для понижения давления (например, расширительный клапан, расширитель и т.д.). Жидкий компонент, выделенный с помощью газожидкостного разделителя, возвращают в танк-хранилище, а газообразный компонент, выделенный с помощью газожидкостного разделителя, объединяют с ОГ , выходящим из танка-хранилища, и затем подают в теплообменник для использования в качестве хладагента.

[0068] В системе повторного сжижения ОГ согласно настоящему изобретению повторное сжижение ОГ осуществляют с использованием ОГ, выходящего из танка-хранилища, в качестве хладагента, без применения какого-либо отдельного цикла для повторного сжижения ОГ. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено этим, и при необходимости может быть установлен отдельный цикл охлаждения для обеспечения повторного сжижения всего ОГ. Такой отдельный цикл может обеспечивать повторное сжижение по существу всего ОГ, хотя для этого потребуется отдельное оборудование или дополнительный источник энергии.

[0069] Характеристики повторного сжижения в системе повторного сжижения ОГ с использованием ОГ в качестве хладагента, описанной выше, существенно варьируются в зависимости от давления ОГ, подлежащего сжижению (здесь и далее «целевой ОГ повторного сжижения»). Проводили эксперимент (здесь и далее «Эксперимент 1») для определения изменения характеристик повторного сжижения при изменении давления целевого ОГ повторного сжижения. Результаты представлены ниже:

[0070] <Эксперимент 1>

[0071] Эксперимент 1 проводили при следующих условиях:

[0072] 1. Целевое судно: СПГ-танкер, имеющий газовый двигатель с высоким давлением впрыска в качестве тягового двигателя и двигатель низкого давления в качестве электрогенерирующего двигателя.

[0073] 2. Имитатор процесса: Aspen HYSYS V8.0

[0074] 3. Уравнение для расчета значений свойства: Уравнение Пенга-Робинсона

[0075] 4. Количество ОГ: 3800 кг/ч, с учетом того факта, что в СПГ-танкере объемом 170000 кубических метров (м³) образуется от примерно 3500 кг/ч до примерно 4000 кг/ч ОГ.

[0076] 5. Компоненты ОГ: 10% азота (N₂) и 90% метана (CH₄), характерно для ОГ, выходящего из танка-хранилища, и ОГ, компримируемого компрессором.

[0077] 6. Давление и температура ОГ, выходящего из танка-хранилища: Давление: 1,06 бар абс., температура: -120°С

[0078] 7. Расход топлива в двигателе: Общий расход ОГ тяговым двигателем и электрогенерирующим двигателем принят за 2660 кг/ч, что составляет 70% от общего количества ОГ, образующегося в танке-хранилище (3800 кг/ч), хотя такие двигатели эксплуатируют при низкой нагрузке ввиду экономической эффективности при фактической эксплуатации СПГ-танкера.

[0079] 8. Мощность компрессора: Мощность компрессора предположительно покрывает 120% (3800 кг/ч 4120% = 4650 кг/ч) количества ОГ, образующегося в танке-хранилище в расчете на скорость потока, поступающего в компрессор, с учетом того, что компрессор способен покрывать до 150% от общего количества ОГ, образующегося в танке-хранилище.

[0080] 9. Характеристики теплообменника: Среднелогарифмическая разность температур (LMTD); 13% или более, минимальный интервал: 3°С или более

[0081] В конструкции теплообменника для заданных значений температуры и теплового потока хладагента и теплоносителя, подаваемого в теплообменник, среднелогарифмическую разность температур (LMTD) минимизируют до такой степени, что температура флюида, используемого в качестве хладагента, не выше температуры охлаждаемого флюида (то есть до той степени, когда диаграммы, иллюстрирующие зависимую от теплового потока температуру хладагента и теплоносителя не пересекаются друг с другом).

[0082] Для противоточного теплообменника, в котором теплоноситель и хладагент подают и выгружают в противоположных направлениях, соответственно, LMTD представляет собой значение, выражаемое уравнением (d2-dl)/ln(d2/dl), где di = th2-tcl, и d2 = thl-tc2 (tc1: температура хладагента до теплообменника, tc2: температура хладагента, прошедшего через теплообменник, th1: температура теплоносителя до теплообменника, th2: температура теплоносителя, прошедшего через теплообменник). В данном случае более низкое значение LMTD означает более высокую эффективность теплообменника.

[0083] LMTD изображают в виде расстояния между диаграммами, иллюстрирующими зависимую от теплового потока температуру хладагента, используемого в качестве охлаждающей среды, и теплоносителя, охлаждаемого посредством теплообмена с хладагентом. Меньшее расстояние между диаграммами означает более низкое значение LMTD, что в свою очередь означает более высокую эффективность теплообменника.

[0084] Проводили термодинамические расчеты в указанных выше экспериментальных условиях 1-9 для количественной демонстрации влияния компримирования до высокого давления целевого ОГ повторного сжижения на показатели повторного сжижения. Для проверки показателей повторного сжижения ОГ, зависящих от давления, и характеристик кривой охлаждения теплообменника проводили термодинамический расчет количества повторно сжиженного газа и кривой охлаждения теплообменника при давлении целевого ОГ повторного сжижения 39 бар абс., от 50 бар абс. до 200 бар абс. (с интервалами по 10 бар абс.), 250 бар абс. и 300 бар абс.

[0085] На Фиг. 2а - 2i представлены диаграммы, иллюстрирующие зависимое от теплового потока изменение температуры теплоносителя и хладагента, измеренное при давлении целевого ОГ повторного сжижения 39 бар абс. и давлении от 50 бар абс. до 120 бар абс. (которое увеличивали с интервалами по 10 бар абс.) в системе повторного сжижения ОГ, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, а на фиг. 3а - 3i представлены диаграммы, иллюстрирующие зависимое от теплового потока изменение температуры теплоносителя и хладагента, измеренное при давлении целевого ОГ повторного сжижения от 130 бар абс. до 200 бар абс. (которое увеличивали с интервалами по 10 бар абс.) и давлении 300 бар абс. в системе повторного сжижения ОГ в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

[0086] На фиг. 4 представлено схематическое изображение системы повторного сжижения ОГ в соответствии с тем вариантом реализации настоящего изобретения, в котором давление целевого ОГ повторного сжижения составляет 39 бар абс., на фиг. 5 представлено схематическое изображение системы повторного сжижения ОГ в соответствии с тем вариантом реализации настоящего изобретения, в котором давление целевого ОГ повторного сжижения составляет 150 бар абс., и на фиг. 6 представлено схематическое изображение системы повторного сжижения ОГ в соответствии с тем вариантом реализации настоящего изобретения, в котором давление целевого ОГ повторного сжижения составляет 300 бар абс.

[0087] В таблице 1 представлены теоретические ожидаемые значения характеристик повторного сжижения в системе повторного сжижения ОГ согласно одному варианту реализации изобретения, в зависимости от давления целевого ОГ повторного сжижения.

[0089] На Фиг. 7 и 8 представлены диаграммы, полученные нанесением на график «количества повторно сжиженного газа», представленного в таблице 1, в диапазоне давления от 39 бар абс. до 300 бар абс.

[0090] Как показано на фиг. 2 (2а - 2i) - 8 и в таблице 1, даже если целевой ОГ повторного сжижения находится в состоянии сверхкритического флюида, на кривых охлаждения целевого ОГ повторного сжижения, рассчитанных при давлении ОГ от 50 бар абс. до 100 бар абс. все еще присутствует, хотя и постепенно уменьшается горизонтальный сегмент, как и сегмент скрытой теплоты, которое возникает при давлении целевого ОГ повторного сжижения 39 бар абс. Кроме того, количество повторно сжиженного газа имеет максимальное значение при давлении ОГ 160 бар абс. (температура охлаждения до расширения: -122,4°С, количество повторно сжиженного газа: 1174,6 кг/ч, относительное количество повторно сжиженного газа: 208,4%).

[0091] Наибольшая разность между целевым ОГ повторного сжижения при низком давлении и целевым ОГ повторного сжижения при высоком давлении представляет собой «температуру охлаждения до расширения». Как показано на фиг.8, вследствие различия между зависящими от давления кривыми охлаждения, существует предел понижения температуры охлаждения до расширения целевого ОГ повторного сжижения при низком давлении, тогда как целевой ОГ повторного сжижения при высоком давлении можно охлаждать до температуры, близкой к температуре ОГ, выходящего из танка-хранилища.

[0092] Это обусловлено тем, что благодаря свойствам метана (CH4), который является основным компонентом ОГ, на диаграмме зависящего от теплового потока изменения температуры существует сегмент скрытой теплоты, когда давление ОГ ниже критического давления (примерно 47 бар абс. для чистого метана), и при давлении ОГ, которое больше или равно критическому давлению, все еще присутствует сегмент, подобный сегменту скрытой теплоты, хотя и меньшего размера. Таким образом, желательно проводить повторное сжижение ОГ при давлении, которое больше или равно 47 бар абс., т.е. критического давления, с точки зрения увеличения количества повторно сжиженного газа.

[0093] Обычно в двигатель ME-GI подают топливный газ при давлении от 150 бар абс. до 400 бар абс. (в частности, 300 бар абс.). Как показано на фиг. 7 и в таблице 1, количество повторно сжиженного газа имеет максимальное значение, когда целевой ОГ повторного сжижения имеет давление от примерно 150 бар абс. до примерно 170 бар абс., и существует небольшое изменение количества повторно сжиженного газа, если давление целевого ОГ повторного сжижения составляет от 150 бар абс. до примерно 300 бар абс. Таким образом, двигатель ME-GI преимущественно обеспечивает возможность простого контроля повторного сжижения или подачи ОГ.

[0094] В таблице 1 «количество повторно сжиженного газа» означает количество повторно сжиженного СПГ, прошедшего через компрессор 10, теплообменник 20, редуктор давления 30 и газожидкостный разделитель 40, как показано на фиг. 4 - 6, а «относительное количество повторно сжиженного газа» означает количество (в %) повторно сжиженного газа при каждом значении давления целевого ОГ повторного сжижения относительно количества повторно сжиженного газа при давлении целевого ОГ повторного сжижения 39 бар абс.

[0095] Кроме того, характеристики повторного сжижения могут быть представлены «степенью повторного сжижения», которая относится к значению, полученному делением количества повторно сжиженного СПГ на общее количество целевого ОГ повторного сжижения. Другими словами, «количество повторно сжиженного газа» означает абсолютное количество повторно сжиженного СПГ, а «степень сжижения» означает отношение повторно сжиженного СПГ к общему целевому ОГ повторного сжижения.

[0096] Например, если СПГ-танкер эксплуатируют при низкой скорости и, таким образом, расход в тяговом двигателе является сниженным, то количество целевого ОГ повторного сжижения увеличивается, что приводит к увеличению «количества повторно сжиженного газа». Однако в условиях эксперимента 1 «степень повторного сжижения» может быть снижена, поскольку сумма ОГ, выходящего из танка-хранилища, который является флюидом, используемым в качестве хладагента, и газообразного компонента, выделенного в газожидкостном разделителе, является почти постоянным вследствие ограничений компрессора по мощности.

[0097] В эксперименте 1 скорость потока хладагента в компрессор составляет 4560 кг/ч, что составляет 120% от скорости потока (3800 кг/ч) ОГ из танка-хранилища, а скорость потока целевого ОГ повторного сжижения составляет 1900 кг/ч, значение которой получают вычитанием 2660 кг/ч, то есть потребления газа в двигателях (двигатель ME-GI: 2042 кг/ч + двигатель DFDE: 618 кг/ч), из скорости потока хладагента в компрессор.

[0098] Кроме того, не наблюдали большого изменения количества повторно сжиженного газа при увеличении давления целевого ОГ повторного сжижения с 300 бар абс. до 400 бар абс., и разница между количеством повторно сжиженного газа при давлении целевого ОГ повторного сжижения 150 бар абс. и при давлении целевого ОГ повторного сжижения 400 бар абс. составляла менее 4%.

[0099] На каждой диаграмме, изображенной на фиг. 2 (фиг. 2а - 2i) и 3 (фиг. 3а - 3i), теплоноситель, изображенный красным цветом (сверху), представляет собой целевой ОГ повторного сжижения, а хладагент, изображенный синим (снизу), представляет собой ОГ, выходящий из танка-хранилища, т.е. охлаждающий агент.

[00100] На каждой диаграмме, изображенной на фиг. 2 (фиг. 2а - 2i) и 3 (фиг. 3а - 3i) линейная часть, где отсутствует изменение температуры при изменении теплового потока, представляет собой сегмент скрытого тепла. Поскольку сегмент скрытого тепла отсутствует, если метан находится в состоянии сверхкритического флюида, существует значительная разница в количестве повторно сжиженного газа в зависимости от того, находится ли ОГ в состоянии сверхкритического флюида или нет. Другими словами, если целевой ОГ повторного сжижения представляет собой сверхкритический флюид, то в процессе теплообмена не возникает сегмент скрытого тепла, поэтому количество повторно сжиженного газа и степень повторного сжижения имеют высокие значения.

[00101] Таким образом, высокие показатели повторного сжижения могут быть достигнуты, если целевой ОГ повторного сжижения находится в сверхкритическом состоянии, в частности, если давление целевого ОГ повторного сжижения составляет от 100 бар абс. до 400 бар абс., предпочтительно от 150 бар абс. до 400 бар абс., более предпочтительно от 150 бар абс. до 300 бар абс.

[00102] Учитывая, что для двигателя ME-GI необходим топливный газ с давлением в диапазоне от 150 бар абс. до 400 бар абс., при использовании ОГ, компримированного до давления, соответствующего требованиям к давлению для двигателей ME-GI, в качестве целевого ОГ повторного сжижения, могут быть достигнуты высокие показатели повторного сжижения. Таким образом, система, питающая топливом двигатель ME-GI, преимущественно связана с системой повторного сжижения ОГ, в которой ОГ используют в качестве хладагента.

[00103]

[00104] В эксперименте 1 характеристики повторного сжижения, зависящие от давления целевого ОГ повторного сжижения, оценивали с помощью программы-симулятора. Для изучения того, верно ли то же самое для реального устройства повторного сжижения, в котором используют теплообменник, проводили эксперимент с использованием пластинчатого теплообменника с вытравленными каналами (РСНЕ) (здесь и далее «эксперимент 2»).

[00105] <Эксперимент 2>

[00106] В реальных условиях эксплуатации СПГ-танкера выбросы ОГ являются постоянными, но расход ОГ в двигателе изменяется, что приводит к изменению количества избыточного ОГ, т.е. целевого повторно сжиженного газа. В эксперименте 2 оценивали характеристики повторного сжижения реального устройства повторного сжижения при изменении количества целевого ОГ повторного сжижения. Для удобства проведения эксперимента вместо метана, который является взрывоопасным, изначально использовали азот; температуру азота, используемого в качестве хладагента, доводили до значения, равного температуре ОГ, выходящего из танка-хранилища; и все остальные условия также регулировали для соответствия условиям 1-9, указанным в эксперименте 1.

[00107] Учитывая, что расход топлива в двигателе ME-GI варьируется в зависимости от условий эксплуатации, считали, что двигатель ME-GI работает в реальном СПГ-танкере. В условиях, перечисленных в эксперименте 1, принимая, что мощность двигателя ME-GI составляет 25 МВт (две установки по 12,5 МВт), СПГ-танкер может двигаться со скоростью примерно 19,5 узлов при эксплуатации на полной скорости (расход топлива в двигателе: примерно 3800 кг/ч) и может двигаться со скоростью 17 узлов при эксплуатации на экономной скорости (расход топлива в двигателе: примерно 2660 кг/ч). Учитывая реальные условия эксплуатации, полагали, что СПГ-танкер находится в эксплуатации на полной скорости, составляющей примерно 19,5 узлов, находится в эксплуатации на экономной скорости, составляющей 17 узлов, или стоит на якоре (расход топлива в двигателе ME-GI: 0, расход топлива в двигателе DFDG: 618 кг/ч). В эксперименте 2 оценивали характеристики повторного сжижения, полагая, что СПГ -танкер работает в указанных условиях.

[00108] В испытании с использованием азота в качестве хладагента и целевого ОГ повторного сжижения, характеристики повторного сжижения были почти на том же уровне, что и теоретически ожидаемые значения, полученные в эксперименте 1, независимо от количества целевого ОГ повторного сжижения. Другими словами, несмотря на то, что расход ОГ в тяговом двигателе и, следовательно, количество целевого ОГ повторного сжижения варьируется в зависимости от скорости СПГ-танкера, характеристики повторного сжижения оставались стабильными независимо от количества целевого ОГ повторного сжижения при использовании азота в качестве хладагента и целевого ОГ повторного сжижения.

[00109] В испытании с использованием метана (т.е. ОГ, образующегося в реальном танке-хранилище) в качестве хладагента и целевого ОГ повторного сжижения вместо азота в реальной системе повторного сжижения ОГ, характеристики повторного сжижения были почти на том же уровне, что и теоретически ожидаемые значения, полученные в эксперименте 1, когда СПГ-танкер был на якоре или в эксплуатации на полной скорости (во время эксплуатации на полной скорости основная часть ОГ, образующегося в танке-хранилище СПГ, может быть использована в качестве топлива). Однако если СПГ-танкер эксплуатируют на экономной скорости (расход топлива: 70% от расхода топлива при эксплуатации на полной скорости) или при эксплуатации со скоростью ниже экономной скорости, показатели повторного сжижения составляли ниже 70% от теоретически ожидаемых значений и, в частности, были гораздо ниже, чем их уровень в конкретном диапазоне скоростей. Другими словами, в испытании с использованием метана (т.е. ОГ, образующегося в реальном танке-хранилище) в качестве хладагента и целевого ОГ повторного сжижения характеристики, повторного сжижения не достигали теоретически ожидаемых значений, когда количество целевого ОГ повторного сжижения было в определенном диапазоне.

[00110] В частности, характеристики повторного сжижения не достигали теоретически ожидаемых значений при следующих условиях:

[00111] 1. При эксплуатации СПГ-танкера, работающего на двигателе ME-GI мощностью 25 МВт, при скорости от 10 до 17 узлов.

[00112] 2. Если количество ОГ, образующегося в танке-хранилище, составляло 3800 кг/ч, а количество ОГ, используемого в качестве топлива в двигателях (двигатель ME-GI для хода + двигатель DFDG для выработки электричества), составляло от 1100 кг/ч до 2660 кг/ч.

[00113] 3. Если количество ОГ, образующегося в танке-хранилище, составляло 3800 кг/ч, а количество целевого ОГ повторного сжижения составляло от 1900 кг/ч до 3300 кг/ч.

[00114] 4. Если отношение количества целевого ОГ повторного сжижения к ОГ, используемому в качестве хладагента (включая газообразный компонент, выделенный в газожидкостном разделителе), составляло от 0,42 до 0,72.

[00115] Как описано выше, наблюдали существенное различие между фактическим значением и теоретически ожидаемым значением количества повторно сжиженного газа, в зависимости от условий эксплуатации СПГ-танкера или от количества целевого ОГ повторного сжижения. Таким образом, необходимо решить данную проблему. Если количество ОГ, который невозможно подвергать повторному сжижению, увеличивается вследствие неудовлетворительных показателей повторного сжижения, то ОГ необходимо сбрасывать за пределы системы или сжигать, что приводит к потере энергии или к необходимости в отдельном цикле повторного сжижения. Такое различие между азотом и ОГ с точки зрения степени схожести реального значения количества повторно сжиженного газа относительно теоретически ожидаемого значения предположительно обусловлено различием свойств между азотом и ОГ.

[00116] На основании представленных выше результатов можно видеть, что существует потребность в способе, который может обеспечивать стабильное сохранение характеристик повторного сжижения, независимо от изменения условий эксплуатации СПГ-танкера, например, от изменения количества целевого ОГ повторного сжижения.

[00117] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкера, имеющего газовый двигатель с высоким давлением впрыска, включает: компримирование ОГ, выходящего из танка-хранилища, до высокого давления и принудительную подачу всего или части ОГ, компримированного до высокого давления, на теплообмен с ОГ, выходящим из танка-хранилища; и снижение давления ОГ, компримированного до высокого давления и подверженного теплообмену, причем указанный способ дополнительно включает стабильное сохранение характеристик повторного сжижения, независимо от изменения условий эксплуатации СПГ-танкера или от изменения количества целевого ОГ повторного сжижения.

[00118] Если двигатель, установленный на СПГ-танкере, представляет собой двигатель, работающий на ОГ при низком давлении, такой как двигатель X-DF, а не газовый двигатель с высоким давлением впрыска, то способ повторного сжижения ОГ согласно настоящему изобретению преимущественно используют для дополнительного компримирования и повторного сжижения избыточного ОГ, помимо ОГ, компримируемого для подачи в двигатель низкого давления.

[00119] Предложенный способ повторного сжижения ОГ преимущественно используют при эксплуатации СПГ-танкера при скорости от 10 до 17 узлов, при скорости потока ОГ, используемого в качестве топлива для двигателей (тягового двигателя + электрогенерирующего двигателя), от 1100 кг/ч до 2660 кг/ч, при скорости потока целевого ОГ повторного сжижения от 1900 кг/ч до 3300 кг/ч или при отношении количества целевого ОГ повторного сжижения к ОГ, используемому в качестве хладагента (включая газообразный компонент, выделенный в газожидкостном разделителе), составляющем от 0,42 до 0,72.

[00120] В предложенном способе повторного сжижения ОГ стабильное сохранение характеристик повторного сжижения включает стабильное сохранение характеристик повторного сжижения при отношении теплоемкостей в теплообменнике от 0,7 до 1,2.

[00121] Если отношение теплоемкостей представляет собой CR, скорость потока теплоносителя (в данном случае целевого ОГ повторного сжижения) представляет собой m1, удельная теплоемкость теплоносителя представляет собой c1, скорость потока хладагента (в данном случае ОГ, используемого в качестве хладагента) представляет собой m2, и удельная теплоемкость хладагента представляет собой с2, то удовлетворяется следующее уравнение:

[00122] CR=(m1×c1)/(m2×c2)

[00123] В эксперименте 2 было подтверждено, что характеристики повторного сжижения не достигают теоретически ожидаемых значений, если количество ОГ, используемого в качестве хладагента (включая газообразный компонент, полученный в газожидкостном разделителе), сохраняется постоянным, а количество целевого ОГ повторного сжижения изменяется, то есть при сохранении постоянного m2 и при изменении m1 в представленном выше уравнении. Кроме того, было также подтверждено, что характеристики повторного сжижения не достигают теоретически ожидаемых значений при изменении количества ОГ, используемого в качестве хладагента (включая газообразный компонент, полученный в газожидкостном разделителе), т.е. при изменении m2 в представленном выше уравнении.

[00124] Таким образом, в способе повторного сжижения ОГ согласно настоящему изобретению стабильное сохранение характеристик повторного сжижения дополнительно включает стабильное сохранение характеристик повторного сжижения, если отношение теплоемкостей в теплообменнике составляет от 0,7 до 1,2 вследствие изменения по меньшей мере одного из количества ОГ, используемого в качестве хладагента (включая газообразный компонент, полученный в газожидкостном разделителе), и количества целевого ОГ повторного сжижения.

[00125] В предложенном способе повторного сжижения ОГ стабильное сохранение характеристик повторного сжижения дополнительно включает обеспечение возможности сохранения количества повторно сжиженного газа на уровне более 50% от теоретически ожидаемого значения в условиях эксперимента 1. Предпочтительно, количество повторно сжиженного газа сохраняется на уровне более 60% от теоретически ожидаемого значения, более предпочтительно более 70% от теоретически ожидаемого значения. Если количество повторно сжиженного газа составляет меньше или ровно 50% от теоретически ожидаемого значения, то существует проблема, заключающаяся в необходимости сжигания избыточного ОГ в установке для сжигания газа (GCU) в процессе эксплуатации СПГ-танкера при определенных условиях работы СПГ-танкера.

[00126] На основании представленных выше результатов можно видеть, что необходимо стабильное сохранение характеристик повторного сжижения, независимо от условий эксплуатации СПГ-танкера, то есть независимо от изменения скорости потока целевого ОГ повторного сжижения.

[00127]

[00128] Кроме того, было обнаружено, что теплообменник, содержащий по меньшей мере два блока, соединенных друг с другом, способствует существенной разнице между реальным значением и теоретически ожидаемым значением характеристик повторного сжижения.

[00129] Примеры типичного теплообменника, используемого в системе повторного сжижения ОГ для СПГ-танкера, включают РСНЕ, доступные в продаже у компании KOBELCO Construction Machinery Co., Ltd., Alfa Laval Co., Ltd., Heatric Corporation и т.п. Такой PCHE обычно содержит по меньшей мере два диффузионных блока, соединенных друг с другом, поскольку один диффузионный блок имеет ограниченную производительность.

[00130] Если производительность по отпарному газу, который подлежит использованию в по меньшей мере двух диффузионных блоках, соединенных друг с другом, равна «А или более и В или менее (А~В)», то А может иметь одно из значений 1500 кг/ч, 2000 кг/ч, 2500 кг/ч, 3000 кг/ч или 3500 кг/ч, и В может иметь одно из значений 7000 кг/ч, 6000 кг/ч и 5000 кг/ч. Например, производительность по отпарному газу, который подлежит использованию в по меньшей мере двух диффузионных блоках, соединенных друг с другом, может составлять 2500 кг/ч или более и 5000 кг/ч или менее (2500 кг/ч ~ 5000 кг/ч).

[00131]

[00132] На фиг. 9 представлено схематическое изображение типичного пластинчатого теплообменника с вытравленными каналами (РСНЕ).

[00133] Как показано на фиг. 9, типичный РСНЕ содержит входную трубу 110 теплоносителя, входной коллектор теплоносителя, внутренний элемент 190, выходной коллектор 130 теплоносителя, выходную трубу 140 теплоносителя, входную трубу 150 хладагента, выходной коллектор 160 хладагента, выходной коллектор 170 хладагента и выходную трубу 180 хладагента.

[00134] Теплоноситель подают в теплообменник по входной трубе 110 теплоносителя, а затем рассеивают с помощью входного коллектора 120 теплоносителя для подачи во внутренний элемент 190. Затем теплоноситель охлаждают во внутреннем элементе 190 посредством теплообмена с хладагентом, а затем собирают в выходном коллекторе 130 теплоносителя для вывода за пределы теплообменника по выходной трубе 140 теплоносителя.

[00135] Хладагент подают в теплообменник по входной трубе 150 хладагента, а затем рассеивают с помощью входного коллектора 160 хладагента для подачи во внутренний элемент 190. Затем хладагент используют в качестве охлаждающей среды во внутреннем элементе 190 для охлаждения теплоносителя посредством теплообмена, а затем собирают в выходном коллекторе 170 хладагента для вывода за пределы теплообменника по выходной трубе 180 хладагента.

[00136] Согласно настоящему изобретению, хладагент, используемый в теплообменнике в качестве охлаждающей среды, представляет собой ОГ, выходящий из танка-хранилища (включая газообразный компонент, выделяемый в газожидкостном разделителе), а теплоноситель, охлажденный в теплообменнике, представляет собой компримированный целевой ОГ повторного сжижения.

[00137] В типичном РСНЕ внутренний элемент может содержать множество диффузионных блоков (на фиг. 9 внутренний элемент показан как содержащий три диффузионных блока. Несмотря на то, что далее в качестве примера использован внутренний элемент, содержащий три диффузионных блока, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено этим). Если внутренний элемент теплообменника содержит два или более диффузионных блоков, то между диффузионными блоками существует пространство, так что воздух в указанном пространстве действует как теплоизоляционный слой, вызывающий уменьшение теплопроводности между диффузионными блоками.

[00138] Как показано на диаграмме на фиг. 18(b), теплоизоляционные слои между диффузионными блоками способствуют неравномерному распределению температуры между диффузионными блоками.

[00139] Кроме того, при использовании в качестве хладагента ОГ поток хладагента, вероятно, будет концентрироваться на любом из множества диффузионных блоков, в который первоначально поступит хладагент, в результате чего температура данного диффузионного блока станет ниже температуры других диффузионных блоков.

[00140] При одновременном концентрировании хладагента в одном диффузионном блоке, в который первоначально поступит хладагент, со снижением теплопроводности между диффузионными блоками может возникать большая разность температур между блоками, что снижает характеристики повторного сжижения. То есть хотя хорошая теплопроводность между блоками может обеспечивать незначительную разность температур между блоками, несмотря на концентрирование хладагента в одном блоке, разность температур между блоками может увеличиваться, если воздух в пространстве между блоками действует как термоизоляционный слой.

[00141]

[00142] На фиг. 10 представлено схематическое изображение теплообменника в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения.

[00143] Как показано на фиг. 10, теплообменник согласно данному варианту реализации дополнительно содержит по меньшей мере одну из первой перфорированной пластины 210, расположенной между входным коллектором 120 теплоносителя и внутренним элементом 190, второй перфорированной пластины 220, расположенной между выходным коллектором 130 теплоносителя и внутренним элементом 190, третьей перфорированной пластины 230, расположенной между входным коллектором 160 хладагента и внутренним элементом 190, и четвертой перфорированной пластины 240, расположенной между выходным коллектором 170 хладагента и внутренним элементом 190, помимо компонентов обычного теплообменника, изображенного на фиг.9.

[00144] Теплообменник согласно данному варианту реализации характеризуется наличием средств для рассеивания флюида, подаваемого в теплообменник или выходящей из него, в частности, средств для противодействия потоку флюида с целью рассеивания флюида. Несмотря на то, что перфорированные пластины 210, 220, 230, 240 изображены в данном документе как средства для рассеивания флюида или как средства для противодействия потоку флюида, следует понимать, что средства для рассеивания флюида не ограничены перфорированными пластинами.

[00145] В данном варианте реализации каждая из перфорированных пластин 210, 220, 230, 240 представляет собой тонкий пластинчатый элемент, имеющий множество отверстий. Предпочтительно, первая перфорированная пластина имеет такой же размер и форму поперечного сечения, как входной коллектор 120 теплоносителя, вторая перфорированная пластина 220 имеет такой же размер и форму поперечного сечения, как выходной коллектор 130 теплоносителя, третья перфорированная пластина 210 имеет такой же размер и форму поперечного сечения, как входной коллектор 160 хладагента, и четвертая перфорированная пластина 210 имеет такой же размер и форму поперечного сечения, как выходной коллектор 120 хладагента.

[00146] В данном варианте реализации множество отверстий, сформированных в каждой из перфорированных пластин 210, 220, 230, 240 могут иметь одинаковую площадь поперечного сечения. Альтернативно, множество отверстий могут иметь площади поперечного сечения, которые увеличиваются с ростом расстояния от трубы 110, 140, 150 или 180, по которой подают или выгружают флюид.

[00147] Кроме того, множество отверстий, сформированных в каждой из перфорированных пластин 210, 220, 230, 240 могут иметь одинаковую плотность. Альтернативно, множество отверстий могут иметь плотность, которая увеличивается с ростом расстояния от трубы 110, 140, 150 или 180, по которой подают или выгружают флюид. Более низкая плотность отверстий означает меньшее количество отверстий на единицу площади.

[00148] Предпочтительно, перфорированные пластины 210, 220, 230, 240 отстоят на заданное расстояние от внутреннего элемента 190, так что флюид, проходящий через первую перфорированную пластину 210 и третью перфорированную пластину 230 в сторону внутреннего элемента 190, может эффективно рассеиваться, и флюид, выходящий из внутреннего элемента 190 в сторону второй перфорированной пластины 220 и четвертой перфорированной пластины 240, может эффективно рассеиваться. Например, каждая из перфорированных пластин 210, 220, 230, 240 может отстоять от внутреннего элемента 190 на расстояние от 20 мм до 50 мм.

[00149] Теплообменник согласно данному варианту реализации обеспечивает возможность рассеивания флюида с помощью по меньшей мере одной из первой-четвертой перфорированных пластин 210, 220, 230, 240, уменьшая концентрирование потока хладагента в одном из диффузионных блоков.

[00150]

[00151] Теплообменник согласно второму варианту реализации настоящего изобретения дополнительно содержит первую перегородку 230, расположенную между первой перфорированной пластиной 210 и внутренним элементом 190, вторую перегородку 320, расположенную между второй перфорированной пластиной 220 и внутренним элементом 190, третью перегородку 330, расположенную между третьей перфорированной пластиной 230 и внутренним элементом 190, и четвертую перегородку 340 между четвертой перфорированной пластиной 240 и внутренним элементом 190, помимо компонентов теплообменника согласно первому варианту реализации.

[00152] На фиг. 11 представлено схематическое изображение первой перегородки или второй перегородки, входящей в состав теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, на фиг. 12 представлено схематическое изображение первой перегородки и первой перфорированной пластины, входящей в состав теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 13 представлено схематическое изображение второй перегородки и второй перфорированной пластины, входящей в состав теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[00153] В данном варианте реализации каждая из первой-четвертой перегородок 310, 320, 330, 340 служит для предотвращения повторного объединения флюида, рассеиваемого с помощью каждой из первой-четвертой перфорированной пластин 210, 220, 230, 240.

[00154] Как показано на фиг. 11 и 12, первая перегородка 310 согласно данному варианту реализации может иметь заданную высоту и может быть выполнена с возможностью вмещения первой перфорированной пластины 210 и разделения окруженного внутреннего пространства на множество секций. На фиг. 11(a) и 12(a) внутреннее пространство первой перфорированной пластины 210, окруженное первой перегородкой, имеющей заданную высотку, показано как разделенное на 4 секции, а на фиг. 11(b) и 12(b) внутреннее пространство показано как разделенное на 8 секций.

[00155] В отличие от первой перегородки, показанной на фиг. 11(a) и 12(a), которая имеет решетчатую структуру, состоящую только из параллельных реек, первая перегородка 310, представленная на фиг. 11(b) и 12(b), имеет решетчатую структуру, состоящую из пересекающихся реек. Другими словами, при упоминании параллельных реек первой разделительной перегородки 310, представленной на фиг. 11(a) и 12(a), как вертикальных элементов 1, первая перегородка 310, представленная на фиг. 11(b) и 12(b), дополнительно содержит множество горизонтальных элементов 2, каждый из которых горизонтально делит пространство между парой соседних вертикальных элементов 1, помимо вертикальных элементов 1, которые вертикально делят внутреннее пространство, окруженное первой перегородкой, имеющей заданную высоту.

[00156] Если внутреннее пространство первой перфорированной пластины 210 разделено решеткой из пересекающихся реек, как показано на фиг. 11(b) и 12(b), то может быть обеспечено лучшее рассеивание флюида и, в частности, может быть предотвращено повторное скапливание хладагента внутри одного диффузионного блока, а также его концентрирование на одном из множества диффузионных блоков.

[00157] Кроме того, разделение внутреннего пространства первой перфорированной пластины 210 решеткой из пересекающихся реек преимущественно обеспечивает возможность удерживания первой перфорированной пластины 210 на расстоянии от внутреннего элемента 190. В частности, может быть предотвращена деформация первой перфорированной пластины 210 и ее контакт с внутренним элементом 190 под действием давления флюида, проходящего через первую перфорированную пластину 210. Если первая перфорированная пластина 210 приведена в контакт с внутренним элементом 190, то флюид, вероятно, не будет в достаточной степени поступать во внутренний элемент в зоне контакта, что приводит к снижению эффективности теплообмена.

[00158] Как показано на фиг. 10 и 12, теплоноситель, поступающий по входной трубе 110 теплоносителя, затем проходит через входной коллектор 120 теплоносителя, первую перфорированную пластину 210 и первую перегородку 310 перед попаданием во внутренний элемент 190.

[00159] Как показано на фиг. 11 и 13, вторая перегородка 320 согласно данному варианту реализации может иметь заданную высоту и может быть выполнена с возможностью вмещения второй перфорированной пластины 220 и разделения окруженного внутреннего пространства на множество секций. На фиг. 11(a) и 13(a) внутреннее пространство второй перфорированной пластины 220, окруженное второй перегородкой, имеющей заданную высотку, показано как разделенное на 4 секции, а на фиг. 11(b) и 13(b) внутреннее пространство показано как разделенное на 8 секций.

[00160] В отличие от второй перегородки, показанной на фиг. 11(a) и 13(a), которая имеет решетчатую структуру, состоящую только из параллельных реек, вторая перегородка 320, представленная на фиг. 11(b) и 13(b), имеет решетчатую структуру, состоящую из пересекающихся реек. Другими словами, при упоминании параллельных реек второй разделительной перегородки 320, представленной на фиг. 11(a) и 13(a), как вертикальных элементов 1, вторая перегородка 320, представленная на фиг. 11(b) и 13(b), дополнительно содержит множество горизонтальных элементов 2, каждый из которых горизонтально делит пространство между парой соседних вертикальных элементов 1, помимо вертикальных элементов 1, которые вертикально делят внутреннее пространство, окруженное второй перегородкой, имеющей заданную высоту.

[00161] Если внутреннее пространство второй перфорированной пластины 220 разделено решеткой из пересекающихся реек, как показано на фиг. 11(b) и 13(b), то может быть обеспечено лучшее рассеивание флюида и, в частности, может быть предотвращено повторное скапливание хладагента внутри одного диффузионного блока, а также его концентрирование на одном из множества диффузионных блоков.

[00162] Кроме того, разделение внутреннего пространства второй перфорированной пластины 220 решеткой из пересекающихся реек преимущественно обеспечивает возможность удерживания второй перфорированной пластины 220 на расстоянии от внутреннего элемента 190. В частности, может быть предотвращена деформация второй перфорированной пластины 220 и ее контакт с внутренним элементом 190 под действием давления флюида, проходящего через вторую перфорированную пластину 220. Если вторая перфорированная пластина 220 приведена в контакт с внутренним элементом 190, то флюид, вероятно, не будет в достаточной степени поступать во внутренний элемент в зоне контакта, что приводит к снижению эффективности теплообмена.

[00163] Как показано на фиг. 10 и 13, теплоноситель, выходящий из внутреннего элемента 190, затем проходит через вторую перегородку 320, вторую перфорированную пластину 220 и выходной коллектор 130 теплоносителя перед его выгрузкой по выходной трубе 140 теплоносителя.

[00164] На фиг. 14 представлено схематическое изображение третьей перегородки или четвертой перегородки, входящей в состав теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, на фиг. 15 представлено схематическое изображение третьей перегородки и третьей перфорированной пластины, входящей в состав теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 16 представлено схематическое изображение четвертой перегородки и четвертой перфорированной пластины, входящей в состав теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[00165] Как показано на фиг. 14 и 15, третья перегородка 330 согласно данному варианту реализации может иметь заданную высоту и может быть выполнена с возможностью вмещения третьей перфорированной пластины 230 и разделения окруженного внутреннего пространства на множество секций. На фиг. 14(a) и 15(a) внутреннее пространство третьей перфорированной пластины 230, окруженное третьей перегородкой, имеющей заданную высотку, показано как разделенное на 4 секции, а на фиг. 14(b) и 15(b) внутреннее пространство показано как разделенное на 8 секций.

[00166] В отличие от первой перегородки, показанной на фиг. 14(a) и 15(a), которая имеет решетчатую структуру, состоящую только из параллельных реек, третья перегородка 330, представленная на фиг. 14(b) и 15(b), имеет решетчатую структуру, состоящую из пересекающихся реек. Другими словами, при упоминании параллельных реек третьей разделительной перегородки 330, представленной на фиг. 14(a) и 15(a), как вертикальных элементов 1, третья перегородка 330, представленная на фиг. 14(b) и 15(b), дополнительно содержит множество горизонтальных элементов 2, каждый из которых горизонтально делит пространство между парой соседних вертикальных элементов 1, помимо вертикальных элементов 1, которые вертикально делят внутреннее пространство, окруженное третьей перегородкой, имеющей заданную высоту.

[00167] Если внутреннее пространство третьей перфорированной пластины 230 разделено решеткой из пересекающихся реек, как показано на фиг. 14(b) и 15(b), то может быть обеспечено лучшее рассеивание флюида и, в частности, может быть предотвращено повторное скапливание хладагента внутри одного диффузионного блока, а также его концентрирование на одном из множества диффузионных блоков.

[00168] Кроме того, разделение внутреннего пространства третьей перфорированной пластины 230 решеткой из пересекающихся реек преимущественно обеспечивает возможность удерживания третьей перфорированной пластины 230 на расстоянии от внутреннего элемента 190. В частности, может быть предотвращена деформация третьей перфорированной пластины 230 и ее контакт с внутренним элементом 190 под действием давления флюида, проходящего через третью перфорированную пластину 230. Если третья перфорированная пластина 230 приведена в контакт с внутренним элементом 190, то флюид, вероятно, не будет в достаточной степени поступать во внутренний элемент в зоне контакта, что приводит к снижению эффективности теплообмена.

[00169] Как показано на фиг. 10 и 15, хладагент, поступающий по входной трубе 150 хладагента, затем проходит через входной коллектор 160 хладагента, третью перфорированную пластину 230 и третью перегородку 330 перед попаданием во внутренний элемент 190.

[00170] Как показано на фиг. 14 и 16, четвертая перегородка 340 согласно данному варианту реализации может иметь заданную высоту и может быть выполнена с возможностью вмещения четвертой перфорированной пластины 240 и разделения окруженного внутреннего пространства на множество секций. На фиг. 14(a) и 16(a) внутреннее пространство четвертой перфорированной пластины 240, окруженное четвертой перегородкой, имеющей заданную высотку, показано как разделенное на 4 секции, а на фиг. 14(b) и 16(b) внутреннее пространство показано как разделенное на 8 секций.

[00171] В отличие от четвертой перегородки, показанной на фиг. 14(a) и 16(a), которая имеет решетчатую структуру, состоящую только из параллельных реек, четвертая перегородка 340, представленная на фиг. 14(b) и 16(b), имеет решетчатую структуру, состоящую из пересекающихся реек. Другими словами, при упоминании параллельных реек четвертой разделительной перегородки 340, представленной на фиг. 14(a) и 16(a), как вертикальных элементов 1, четвертая перегородка 340, представленная на фиг. 14(b) и 16(b), дополнительно содержит множество горизонтальных элементов 2, каждый из которых горизонтально делит пространство между парой соседних вертикальных элементов 1, помимо вертикальных элементов 1, которые вертикально делят внутреннее пространство, окруженное четвертой перегородкой, имеющей заданную высоту.

[00172] Если внутреннее пространство четвертой перфорированной пластины 240 разделено решеткой из пересекающихся реек, как показано на фиг. 14(b) и 16(b), то может быть обеспечено лучшее рассеивание флюида и, в частности, может быть предотвращено повторное скапливание хладагента внутри одного диффузионного блока, а также его концентрирование на одном из множества диффузионных блоков.

[00173] Кроме того, разделение внутреннего пространства четвертой перфорированной пластины 240 решеткой из пересекающихся реек преимущественно обеспечивает возможность удерживания четвертой перфорированной пластины 240 на расстоянии от внутреннего элемента 190. В частности, может быть предотвращена деформация четвертой перфорированной пластины 240 и ее контакт с внутренним элементом 190 под действием давления флюида, проходящего через четвертую перфорированную пластину 240. Если четвертая перфорированная пластина 240 приведена в контакт с внутренним элементом 190, то флюид, вероятно, не будет в достаточной степени поступать во внутренний элемент в зоне контакта, что приводит к снижению эффективности теплообмена.

[00174] Как показано на фиг. 10 и 16, хладагент, выходящий из внутреннего элемента 190, затем проходит через четвертую перегородку 340, четвертую перфорированную пластину 240 и выходной коллектор 170 хладагента перед его выгрузкой по выходной трубе 180 хладагента.

[00175]

[00176] На фиг. 17(a) представлено схематическое изображение потока хладагента в типичном теплообменнике, на фиг. 17(b) представлено схематическое изображение потока хладагента в теплообменнике согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 17(c) представлено схематическое изображение потока хладагента в теплообменнике согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[00177] Как показано на фиг. 17(a), в обычном теплообменнике входящий поток хладагента, поступающего по входной трубе 150 хладагента, концентрируется на среднем диффузионном блоке вблизи входной трубы 150 хладагента. В обычном теплообменнике, содержащем три диффузионных блока, примерно 70% хладагента поступает в средний диффузионный блок вблизи входной трубы 150 хладагента, и примерно по 15% хладагента попадает на каждый из остальных диффузионных блоков. Другими словами, количество хладагента, поступающего в средний диффузионный блок, более чем в 4 раза превышает количество хладагента, поступающего в каждый из остальных диффузионных блоков.

[00178] Как показано на фиг. 17(b), в теплообменнике согласно первому варианту реализации настоящего изобретения хладагент, подаваемый во входную трубу 150 хладагента, рассеивается с помощью третьей перфорированной пластины 230 и относительно равномерно распределяется по множеству диффузионных блоков, по сравнению с его распределением в обычном теплообменнике. Однако поступающий поток хладагента все еще до некоторой степени концентрируется на среднем диффузионном блоке вблизи входной трубы 150 хладагента.

[00179] Как показано на фиг. 17(c), в теплообменнике согласно второму варианту реализации настоящего изобретения хладагент, подаваемый во входную трубу 150 хладагента, рассеивается с помощью третьей перфорированной пластины 230, затем проходит через третью перегородку 330 и относительно равномерно распределяется по множеству диффузионных блоков, по сравнению с его распределением в теплообменнике согласно первому варианту реализации, а также по сравнению с его распределением в обычном теплообменнике.

[00180] Теплообменник согласно данному варианту реализации характеризуется тем, что разность между скоростями потока флюида, поступающего в каждый из множества блоков или выходящей из них, может составлять менее 4 крат. То есть для теплообменника согласно данному варианту реализации наибольшая скорость потока флюида, поступающего в каждый из множества блоков, может быть менее чем в 4 раза больше наименьшей скорости потока флюида, поступающего в каждый из множества блоков, или наибольшая скорость потока флюида, выходящего из каждого из множества блоков, может быть менее чем в 4 раза больше наименьшей скорости потока флюида, выходящего из каждого из множества блоков.

[00181]

[00182] На фиг. 18(a) представлено схематическое изображение, демонстрирующее размещение температурных датчиков, установленных для измерения внутренней температуры каждого из типичного теплообменника и теплообменника согласно настоящему изобретению, и на фиг. 18(b) представлены диаграммы, демонстрирующие распределение температуры внутри теплообменников, измеренной с помощью температурных датчиков, установленных в положениях, изображенных на фиг. 18(a). В частности, диаграмма (1) на фиг. 18(b) демонстрирует распределение температуры внутри обычного теплообменника, а диаграмма (2) на фиг. 18(b) демонстрирует распределение температуры внутри теплообменника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения.

[00183] Как показано на фиг. 18(b), в обычном теплообменнике температура среднего диффузионного блока гораздо ниже температуры остальных диффузионных блоков, и, таким образом, существует большая разность между температурами множества диффузионных блоков. В частности, в обычном теплообменнике разность между максимальным значением и минимальным значением на диаграмме составляет от примерно 130°С до примерно 140°С.

[00184] Напротив, в теплообменнике согласно второму варианту реализации существует относительно небольшая разность температур среди множества диффузионных блоков. В частности, в теплообменнике согласно второму варианту реализации разность между максимальным значением и минимальным значением на диаграмме составляет от примерно 40°С до примерно 50°С, что гораздо меньше, чем в обычном теплообменнике.

[00185] В соответствии с настоящим изобретением, если ОГ используют в качестве хладагента теплообменника, и теплообменник содержит множество диффузионных блоков, то может быть обеспечено относительно равномерное распределение хладагента по диффузионным блокам; может быть уменьшена разность температур между диффузионными блоками для повышения эффективности теплообмена; и могут быть обеспечены стабильные характеристики повторного сжижения, независимо от количество целевого ОГ повторного сжижения.

[00186]

[00187] Каждая из перфорированных пластин может быть изготовлена из нержавеющей стали для обеспечения сжатия, когда ОГ при сверхнизкой температуре, т.е. хладагент приводят в контакт с перфорированной пластиной, и для обеспечения возврата к исходной форме после выхода хладагента из перфорированной пластины. Тонкая перфорированная пластина имеет гораздо более низкую теплоемкость, чем теплообменник. Если перфорированная пластина приварена к теплообменнику, то перфорированная пластина, вероятно, будет разрушаться, поскольку теплообменник, имеющий более высокую теплоемкость, при приведении в контакт с ОГ расширяется в меньшей степени, а перфорированная пластина, имеющая более низкую теплоемкость, при приведении в контакт с ОГ расширяется в большей степени.

[00188] Таким образом, необходимо, чтобы перфорированная пластина была соединена с теплообменником таким образом, чтобы можно было ослабить тепловое расширение и сжатие перфорированной пластины. Далее описаны способы соединения перфорированной пластины согласно четвертому и пятому вариантам реализации настоящего изобретения, которые могут обеспечивать ослабление теплового расширения и сжатия перфорированной пластины.

[00189]

[00190] На фиг. 19 представлено схематическое изображение части теплообменника согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 20 представлено увеличенное изображение части А, показанной на фиг. 19.

[00191] Как и теплообменник согласно первому варианту реализации, теплообменник согласно данному варианту реализации дополнительно содержит по меньшей мере одну из первой перфорированной пластины 210, расположенной между входным коллектором 120 теплоносителя и внутренним элементом 190, второй перфорированной пластины 220, расположенной между выходным коллектором 130 теплоносителя и внутренним элементом 190, третьей перфорированной пластины 230, расположенной между входным коллектором 160 хладагента и внутренним элементом 190, и четвертой перфорированной пластины 240, расположенной между выходным коллектором 170 хладагента и внутренним элементом 190, помимо компонентов обычного РСНЕ, изображенного на фиг. 9.

[00192] Как показано на фиг. 19 и 20, четвертая перфорированная пластина 240 смонтирована на выходном коллекторе 170 хладагента и вставлена между двумя поддерживающими элементами 420, отстоящими друг от друга на заданное расстояние и приваренными (см. 410 на фиг. 20) к выходному коллектору 170 хладагента, а не приварена напрямую к выходному коллектору 170 хладагента.

[00193] Поскольку четвертая перфорированная пластина 24 вставлена между двумя поддерживающими элементами 420 и закреплена на выходном коллекторе хладагента непрочно, то четвертая перфорированная пластина защищена от деформации или разрушения, несмотря на ее сжатие вследствие приведения в контакт с ОГ при сверхнизкой температуре, и также может быть защищен от разрушения стык между четвертой перфорированной пластиной и выходным коллектором хладагента.

[00194] Предпочтительно, поддерживающие элементы 420 имеют минимально возможный размер при сохранении способности поддерживающих элементов выдерживать сжатие четвертой перфорированной пластины 240, и расстояние между поддерживающими элементами 420 является минимально возможным при сохранении возможности незначительного движения четвертой перфорированной пластины 240 при ее сжатии.

[00195] Подобно четвертой перфорированной пластине 240, первая перфорированная пластина 210 вставлена между двумя поддерживающими элементами, отстоящими друг от друга на заданное расстояние и приваренными к входному коллектору 120 теплоносителя, вторая перфорированная пластина 220 вставлена между двумя поддерживающими элементами, отстоящими друг от друга на заданное расстояние и приваренными к выходному коллектору 130 теплоносителя, и третья перфорированная пластина 230 вставлена между двумя поддерживающими элементами, отстоящими друг от друга на заданное расстояние и приваренными к входному коллектору 160 хладагента.

[00196]

[00197] На фиг. 21 представлено схематическое изображение части теплообменника согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 22 представлено увеличенное изображение части В, показанной на фиг. 21.

[00198] Как и теплообменник согласно первому варианту реализации, теплообменник согласно данному варианту реализации дополнительно содержит по меньшей мере одну из первой перфорированной пластины 210, расположенной между входным коллектором 120 теплоносителя и внутренним элементом 190, второй перфорированной пластины 220, расположенной между выходным коллектором 130 теплоносителя и внутренним элементом 190, третьей перфорированной пластины 230, расположенной между входным коллектором 160 хладагента и внутренним элементом 190, и четвертой перфорированной пластины 240, расположенной между выходным коллектором 170 хладагента и внутренним элементом 190, помимо компонентов обычного РСНЕ, изображенного на фиг. 9.

[00199] Как показано на фиг. 21 и 22, как и в третьем варианте реализации, четвертая перфорированная пластина 240 согласно данному варианту реализации не приварена напрямую к выходному коллектору 170 хладагента, хотя и смонтирована на выходном коллекторе 170 хладагента.

[00200] Четвертая перфорированная пластина 240 согласно данному варианту реализации выступает параллельно внутреннему элементу 190 за оба его конца и отстоит от внутреннего элемента 190. Кроме того, четвертая перфорированная пластина 240 согласно данному варианту реализации вставлена между одним поддерживающим элементом 420 и внутренним элементом 190, а не вставлена между двумя поддерживающими элементами 410, как в третьем варианте реализации.

[00201] Другими словами, один поддерживающий элемент 420 приварен к выходному коллектору 170 хладагента, который отстоит на заданное расстояние от внутреннего элемента 190, так что оба конца четвертой перфорированной пластины 240, проходящие параллельно внутреннему элементу 190, вставлены между поддерживающим элементом 420 и внутренним элементом 190, и четвертая перфорированная пластина 240 отстоит от внутреннего элемента 190 в той его части, которая находится во внутреннем положении относительно каждого из концов, вставленных между поддерживающим элементом 420 и внутренним элементом 190.

[00202] Поскольку четвертая перфорированная пластина 24 согласно данному варианту реализации вставлена между поддерживающим элементом 420 и внутренним элементом 190 и закреплена на выходном коллекторе 170 хладагента непрочно, то четвертая перфорированная пластина защищена от деформации или разрушения, несмотря на ее сжатие вследствие приведения в контакт с ОГ при сверхнизкой температуре, и также может быть защищен от разрушения стык между четвертой перфорированной пластиной и выходным коллектором хладагента.

[00203] Предпочтительно, поддерживающий элемент 420 имеет минимально возможный размер при сохранении способности поддерживающего элемента выдерживать сжатие четвертой перфорированной пластины 240, и расстояние между поддерживающим элементом 420 и внутренним элементом 190 является минимально возможным при сохранении возможности незначительного движения четвертой перфорированной пластины 240 при ее сжатии. Кроме того, предпочтительно оба конца четвертой перфорированной пластины 240, проходящие параллельно внутреннему элементу, являются максимально короткими при сохранении возможности вставки четвертой перфорированной пластины между поддерживающим элементом 420 и внутренним элементом 190 и при сохранении возможности деформации и движения четвертой перфорированной пластины вследствие сжатия.

[00204] Подобно четвертой перфорированной пластине 240, каждая из первой-третьей перфорированных пластин 210, 220, 230 выступает параллельно внутреннему элементу 190 с обоих его концов и отстоит от внутреннего элемента 190. В частности, первая перфорированная пластина 210 вставлена на обоих ее концах между поддерживающим элементом, приваренным к входному коллектору 120 теплоносителя, и внутренним элементом 190, вторая перфорированная пластина 220 вставлена на обоих ее концах между поддерживающим элементом, приваренным к выходному коллектору 130 теплоносителя, и внутренним элементом 190, и третья перфорированная пластина вставлена на обоих ее концах между поддерживающим элементом, приваренным к входному коллектору 160 хладагента, и внутренним элементом 190.

[00205]

[00206] На фиг. 23(a) представлено схематическое изображение целого теплообменника, на фиг. 23(b) представлено схематическое изображение диффузионного блока, и на фиг. 23(c) представлено схематическое изображение канальной пластины. Блок, изображенный на фиг. 23(b), может представлять собой диффузионный блок.

[00207] Как показано на фиг. 23, внутренний элемент 190, в котором происходит теплообмен между хладагентом и теплоносителем, содержит множество диффузионных блоков 192, и каждый из диффузионных блоков 192 имеет структуру, в которой друг на друге поочередно расположено множество канальных пластин 194 хладагента и множество канальных пластин 196 теплоносителя. Каждая из канальных пластин 194, 196 содержит множество каналов течения флюида.

[00208] На фиг. 24(a) представлено схематическое изображение канальной пластины хладагента, представленной на фиг. 23(c), при взгляде в направлении «С», на фиг. 24(b) представлено схематическое изображение канала канальной пластины хладагента типичного теплообменника, на фиг. 24(c) представлено схематическое изображение канала канальной пластины хладагента теплообменника согласно пятому варианту реализации настоящего изобретения, и на фиг. 24(d) представлено схематическое изображение канала канальной пластины хладагента теплообменника согласно шестому варианту реализации настоящего изобретения.

[00209] Как показано на фиг. 24, хотя канал 198, вытравленный в канальной пластине, имеет по существу постоянную ширину и является прямым, на фиг. 24(a) показано, что каждый из теплообменников согласно пятому и шестому вариантам реализации настоящего изобретения содержит канал, выполненный с возможностью противодействия потоку флюида.

[00210] Как показано на фиг. 24(c), теплообменник согласно пятому варианту реализации содержит множество каналов 198, которые на входе имеют меньшую ширину. Другими словами, канал 198 согласно данному варианту реализации имеет на входе меньшую площадь поперечного сечения, как можно видеть в направлении «С» на фиг. 23(c).

[00211] Канал 198, имеющий на входе меньшую площадь поперечного сечения, обеспечивает возможность противодействия флюиду, поступающего в канал, и его течения рассеянным образом, уменьшая или препятствуя концентрированию подаваемого флюид в одном из множества диффузионных блоков.

[00212] Как показано на фиг. 24(d), теплообменник согласно шестому варианту реализации содержит множество зигзагообразных каналов 198. Зигзагообразный канал 198 обеспечивает возможность противодействия флюиду, поступающего в канал, и его течения рассеянным образом, уменьшая или препятствуя концентрированию подаваемого флюида в одном из множества диффузионных блоков.

[00213] Как описано выше, каждый из теплообменников согласно пятому и шестому вариантам реализации настоящего изобретения содержит канал, выполненный с возможностью противодействия потоку флюида и, следовательно, может уменьшать или препятствовать концентрированию подаваемого хладагента в одном из множества диффузионных блоков без специального элемента для рассеивания флюида.

[00214]

[00215] Следует понимать, что специалисты в данной области техники могут делать различные модификации, изменения, отклонения и осуществлять эквивалентные варианты реализации без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

[00216] <Список условных обозначений>

10: компрессор 20: теплообменник 30: редуктор давления 40: газожидкостный разделитель 110: входная труба теплоносителя 120: входной коллектор теплоносителя 130: выходной коллектор теплоносителя 140: выходная труба теплоносителя 150: входная труба хладагента 160: входной коллектор хладагента 170: выходной коллектор хладагента 180: выходная труба хладагента 190: внутренний элемент 192: диффузионный блок 194: канальная пластина хладагента 196: канальная пластина теплоносителя 198: канал 210, 220, 230, 240: перфорированная пластина 310, 320, 330, 340: перегородка 420: поддерживающий элемент.

Изобретение относится к способу повторного сжижения отпарного газа (ОГ) для СПГ-танкеров. Осуществляют компримирование ОГ, охлаждение теплоносителя, соответствующего компримированному ОГ, используемому в качестве целевого продукта повторного сжижения, посредством теплообмена между теплоносителем и хладагентом, соответствующим некомпримированному ОГ, используемому в качестве хладагента, с помощью теплообменника; и расширение охлажденного ОГ. Теплообменник содержит внутренний элемент, в котором происходит теплообмен между теплоносителем и хладагентом. Внутренний элемент содержит множество диффузионных блоков. Охлаждение теплоносителя включает рассеивание теплоносителя и/или хладагента, подаваемого во внутренний элемент, для сохранения характеристик повторного сжижения независимо от изменения скорости потока теплоносителя и/или хладагента. Отношение скорости потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения, к скорости потока ОГ, используемого в качестве хладагента для теплообмена при охлаждении теплоносителя, составляет от 0,42 до 0,72. В результате увеличивается общая эффективность повторного сжижения и количество повторно сжиженного газа. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Способ повторного сжижения отпарного газа (ОГ) для СПГ-танкеров, включающий:

компримирование ОГ;

охлаждение теплоносителя, соответствующего компримированному ОГ, используемому в качестве целевого продукта повторного сжижения, посредством теплообмена между теплоносителем и хладагентом, соответствующим некомпримированному ОГ, используемому в качестве хладагента, с помощью теплообменника; и

расширение охлажденного ОГ,

причем указанный теплообменник содержит внутренний элемент, в котором происходит теплообмен между теплоносителем и хладагентом, и указанный внутренний элемент содержит множество диффузионных блоков, и

охлаждение теплоносителя включает рассеивание теплоносителя и/или хладагента, подаваемого во внутренний элемент, для сохранения характеристик повторного сжижения независимо от изменения скорости потока теплоносителя и/или хладагента,

при этом отношение скорости потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения, к скорости потока ОГ, используемого в качестве хладагента для теплообмена при охлаждении теплоносителя, составляет от 0,42 до 0,72.

2. Способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 1, в котором характеристики повторного сжижения сохраняются стабильными, даже если теплообменник имеет отношение теплоемкостей от 0,7 до 1,2.

3. Способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 1, в котором количество повторно сжиженного ОГ сохраняется на уровне 50% или более относительно расчетного значения, полученного с помощью HYSYS.

4. Способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 1, в котором танкер СПГ эксплуатируют со скоростью от 10 до 17 узлов.

5. Способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 1, в котором часть компримированного ОГ используют в качестве топлива для двигателя, и скорость потока ОГ, используемого в качестве топлива для двигателя, составляет от 1100 кг/ч до 2660 кг/ч.

6. Способ повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 1, в котором скорость потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения, составляет от 1900 кг/ч до 3300 кг/ч.

7. Система повторного сжижения отпарного газа (ОГ) для СПГ-танкеров, содержащая:

компрессор для компримирования ОГ;

теплообменник, охлаждающий теплоноситель, соответствующий компримированному ОГ, посредством теплообмена между теплоносителем и хладагентом, соответствующим некомпримированному ОГ; и

расширительную установку, обеспечивающую расширение жидкости, охлажденной в теплообменнике,

причем указанный теплообменник содержит:

внутренний элемент, в котором происходит теплообмен между теплоносителем и хладагентом, и указанный внутренний элемент содержит множество диффузионных блоков; и

средства для рассеивания флюида, обеспечивающие рассеивание флюида, поступающего во внутренний элемент, или флюида, выходящего из внутреннего элемента, и

характеристики повторного сжижения сохраняются благодаря указанным средствам для рассеивания флюида, независимо от изменения скорости потока теплоносителя и/или хладагента,

при этом отношение скорости потока ОГ, используемого в качестве целевого продукта повторного сжижения, к скорости потока ОГ, используемого в качестве хладагента для теплообмена при охлаждении теплоносителя, составляет от 0,42 до 0,72.

8. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 7, в которой средства для рассеивания флюида противодействуют потоку теплоносителя и/или хладагента для рассеивания флюида.

9. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 8, в которой средства для рассеивания флюида соединены с теплообменником с обеспечением возможности ослабления термического расширения и сжатия.

10. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 8, в которой указанные средства для рассеивания флюида представляют собой перфорированную пластину.

11. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 10, в которой перфорированная пластина выполнена с одним или более отверстиями, и указанные отверстия имеют площадь поперечного сечения, увеличивающуюся с ростом расстояния от трубы, по которой подают или выводят теплоноситель и/или хладагент.

12. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 10, в которой перфорированная пластина выполнена с одним или более отверстиями, и указанные отверстия имеют плотность, увеличивающуюся с ростом расстояния от трубы, по которой подают или выводят теплоноситель и/или хладагент.

13. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 10, в которой теплообменник содержит по меньшей мере одну перегородку, расположенную между перфорированной пластиной и внутренним элементом, для предотвращения повторного объединения флюида, рассеянного на перфорированной пластине.

14. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 13, в которой указанная перегородка разделяет внутреннее пространство на множество зон.

15. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 7, в которой скорость потока флюида, подаваемого в каждый из множества диффузионных блоков, менее чем в 4 раза превышает скорость потока, выходящего из каждого из множества диффузионных блоков.

16. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 9, в которой теплообменник содержит множество поддерживающих элементов, отстоящих друг от друга на одинаковые интервалы и соединённых с теплообменником, и средства для рассеивания флюида вставлены между поддерживающими элементами, отстоящими друг от друга.

17. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 16, в которой средства для рассеивания флюида выступают с обоих их концов параллельно внутреннему элементу и отстоят от внутреннего элемента.

18. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 9, в которой средства для рассеивания флюида представляют собой диффузионный канал течения, сформированный в каждом из диффузионных блоков.

19. Система повторного сжижения ОГ для СПГ-танкеров по п. 18, в которой диффузионный канал течения имеет меньшую площадь поперечного сечения на его входе, по которому флюид поступает в диффузионный канал течения, чем в других его частях.