[发明专利]使用间接换热器的方法和包含此类换热器的用于处理液化天然气的设备

说明书

本发明涉及使用间接换热器(1)的方法，所述间接换热器包括多个布置成矩形网格的换热模块(10)。每个换热模块(10)包括多个在第一方向和第二方向上延伸的第一和第二流体流动通道(11、21)。所述间接换热器(1)包括第一和第二歧管(12、22)，所述歧管将一个换热模块的第一和第二流体流动通道(11、21)与相邻换热模块(10)的第一和第二流体流动通道(11、21)流体连接，从而形成一个或多个第一流体路径。本发明还涉及一种包括至少一个如上所述的间接换热器的用于处理液化天然气的设备。

技术领域

本发明涉及一种设计间接换热器的方法。本发明还涉及一种用于处理液化天然气的设备，该设备包括根据所述方法设计的换热器。

背景技术

间接换热器是其中两种流体流可以在流体被一个或多个换热表面隔开时而无需直接接触就进行热交换的换热器。流体流可以是液体、蒸气、气态或多相流。间接换热器可以用于不同的目的。例如，间接换热器可用于制冷循环中，以允许制冷剂与周围环境(例如冷却制冷剂的冷凝器)进行热交换，并允许制冷剂与另一间接换热器中的工艺物料流进行热交换(冷却工艺物料流)。此类制冷剂循环例如用于液态天然气装置中冷却和液化天然气工艺物料流以及用于将液态天然气加热以进行再气化/汽化的再气化装置中。

当前在石油和天然气行业中使用的间接换热器的熟知类型是板式换热器和管壳式换热器。这些换热器通常相对较大。当前在石油和天然气行业中使用的最紧凑的换热器是印刷电路换热器(PCHE)。

随着诸如增材制造(也称为3D打印)等制造技术的不断发展，从制造的角度对设计施加的限制变得不那么重要了。

例如，WO2008079593描述了使用最小的表面或最小的骨架制成换热器部件的方法，并且描述了相对复杂的结构。US20150007969描述了一种包括肋和缝的换热器，其可以例如使用超声增材制造(UAM)形成。例如在US20160108814、GB2521913A、US20160114439、WO2013163398A1和CN204830955中提到了增材制造。

在现有技术中，着重于使换热器的表面积最大化，以使进行热交换的流体之间的传导性热接触最大化，同时避免过度的流动阻力以便促进对流去除多余热量。

Bejan(Dendritic constructal heat exchanger with small-scalecrossflows and larger-scale counterflows,International Journal of Heat andMass Transfer,November 2002)描述了设计每单位体积具有最大传热率的双流式间接换热器。除其他外，Bejan建议小型平行板通道，其长度与流经该通道的小物料流的热入口长度相匹配，从而消除了在完全展开的层流中发生的纵向温度升高，并且使完全展开的层流相关的传热系数翻倍。通道中的热流和冷流以错流方式放置。在大于基本元件的长度规模下，热流体和冷流体的物料流以逆流方式布置。每种物料流都浸浴着换热器的体积，就像树冠相连的两棵树一样。一棵树使物料流遍布整个体积中(如河流三角洲)，而另一棵树则收集相同的物料流(如河流盆地)。

请注意，Bejan描述的设计需要相对复杂的分配和收集装置来分配和收集流量，而没有说明其设计。这些分配/收集装置可能会导致显著的压力损失。而且，复杂的分配和收集装置可能需要大量材料，因此不会产生成本效益高、重量轻的设计。另外，根据需要设计换热器的整体形状和尺寸的自由度受到限制。

US-3986549公开了一种用于在第一气体和第二气体之间进行热交换，例如用于预热从排出空气进入气体加热单元的入口空气的换热器。该交换器包括一堆大体上平坦的蛇形散热片，每个蛇形散热片在散热片的相邻侧部之间限定了并排的气体流动通路，并且交换器包括用于固定这堆散热片的装置，这些通路中的一些在一个方向上延伸用于第一气体而其他通路大致在第一气体通路的横向延伸，以供与第一气体呈换热关系的第二气体流动。四个换热器核心单元以间隔布置的方式保持在支撑框架内，并在边缘处通过垫圈适当地垫压。