一种半潜式海上平台lng气化装置及气化方法
阅读说明：本技术 一种半潜式海上平台lng气化装置及气化方法 (LNG gasification device and method for semi-submersible offshore platform ) 是由 陈海平 黄宇 张超 明红芳 毕晓星 张娜 郝思佳 郭琦 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种半潜式海上平台LNG气化装置及气化方法,包括：半潜式海上平台,半潜式海上平台包括气化平台；LNG气化器,设置于气化平台上,LNG气化器包括：箱体,箱体的底部设置有海水入口,箱体的侧壁上设置有海水出口；LNG输液管,LNG输液管的上端穿过箱体的顶部并设置有LNG入口,其下端安装在箱体内,用于将LNG输送到箱体中；NG输气管,NG输气管的进气口与LNG输液管的出气口连接,用于将气化的LNG输送至外部输气管道；鼓风管,鼓风管的上端穿过箱体的顶部并设置有空气入口,其下端安装在LNG输液管的下方,且鼓风管上设置有若干鼓风孔。本发明装置具有结构简单、节省成本、操作灵活、适用于海洋环境。(The invention relates to a semi-submersible type offshore platform LNG gasification device and a gasification method, comprising the following steps: the semi-submersible offshore platform comprises a gasification platform; LNG vaporizer sets up on the gasification platform, and LNG vaporizer includes: the seawater-collecting box comprises a box body, wherein the bottom of the box body is provided with a seawater inlet, and the side wall of the box body is provided with a seawater outlet; the upper end of the LNG liquid conveying pipe penetrates through the top of the box body and is provided with an LNG inlet, and the lower end of the LNG liquid conveying pipe is arranged in the box body and is used for conveying LNG into the box body; the gas inlet of the NG gas pipe is connected with the gas outlet of the LNG liquid conveying pipe and used for conveying gasified LNG to an external gas conveying pipeline; the upper end of the blast pipe penetrates through the top of the box body and is provided with an air inlet, the lower end of the blast pipe is installed below the LNG liquid conveying pipe, and the blast pipe is provided with a plurality of blast holes. The device has the advantages of simple structure, cost saving, flexible operation and suitability for marine environment.)
技术领域
本发明涉及一种半潜式海上平台LNG气化装置及气化方法，属于LNG输配技术领域。
背景技术
目前国际上一般采用海运的形式进行LNG的输送，通过陆地LNG接收终端进行接收，再将其储存、再气化后分配给用户，这种由海上运输到陆地再气化模式较为繁琐，随着国内环保要求的提高和LNG行业的迅速发展，对于这种海上输送LNG的方式可以采用海上LNG气化工艺方案，实现海上运输、海上气化，不需要占用陆地面积。但是要想实现海上LNG气化还存在诸多困难，比如海洋环境情况的不确定性，海上平台的稳定性都会影响LNG的气化效率。针对一般的海上平台缺少LNG接收终端这一情况，根据LNG项目条件的不同，科学合理的利用资源条件，提供一种适合海洋环境的LNG气化器设计思路，开展海上LNG气化装置的研发，符合我国大力发展自主创新、发展高端装备制造业的要求。因此，完成上海LNG气化工艺方案，开发自主专利技术，实现不同环境条件下LNG气化的技术更将成为发展的必然趋势。
发明内容
针对上述突出问题，本发明提供一种半潜式海上平台LNG气化装置及气化方法，本发明将LNG气化器与一种半潜式海上平台相结合，以传统气化器和换热方式为基础，发明了一种半潜式海上平台LNG气化装置，该装置具有结构简单、节省成本、操作灵活、适用于海洋环境的特点。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种半潜式海上平台LNG气化装置，包括：
半潜式海上平台，所述半潜式海上平台包括气化平台；
LNG气化器，设置于所述气化平台上，所述LNG气化器包括：
箱体，所述箱体的底部设置有海水入口，所述箱体的侧壁上设置有海水出口；
LNG输液管，所述LNG输液管的上端穿过所述箱体的顶部并设置有LNG入口，其下端安装在所述箱体内，用于将LNG输送到所述箱体中；
NG输气管，所述NG输气管的进气口与所述LNG输液管的出气口连接，用于将气化的LNG输送至外部输气管道；
鼓风管，所述鼓风管的上端穿过所述箱体的顶部并设置有空气入口，其下端安装在所述LNG输液管的下方，且所述鼓风管上设置有若干鼓风孔，用于产生气泡，加速海水流动以提高LNG换热效率。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，还包括：
支撑架，所述支撑架设置于所述箱体的底部；
所述LNG输液管的下端分成若干换热管，若干所述换热管盘绕成蛇形管并排设置在所述支撑架内或盘绕成多层蛇形管设置在所述支撑架内。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，所述NG输气管的进气口与若干所述换热管的出气口连接，所述NG输气管的上端穿过所述箱体的顶部并设置有NG出口(1)，用于与外部输气管道连接。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，所述鼓风管的下端分成若干鼓风支管，若干所述鼓风支管固定在所述支撑架的底部，且位于若干所述换热管的下方，若干所述鼓风孔均匀分布在若干所述鼓风支管的上管壁上。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，还包括氯气输气管，所述氯气输气管的上端穿过所述箱体的顶部并设置有氯气入口，所述氯气输气管的下端与所述鼓风管气流导通连接。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，还包括溢流堰，所述溢流堰为梳齿型结构，其由一挡板及若干均匀分布在所述挡板上的扰流槽组成，所述溢流堰固定在所述支撑架的底部并位于若干所述换热管的外围，用于使整个管束区域的液体充分流动进行换热。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，若干所述换热管采用等腰三角形的排列方式，用于增强对气泡的破碎效果，使得直径相对较小的气泡数量增多，在相同进气量的条件下，液体受扰动加强，传热效果加强。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，还包括滤网，所述滤网设置于所述海水入口处，用于过滤大颗粒泥沙以及海洋生物。
所述的半潜式海上平台LNG气化装置，优选地，还包括工作平台，所述工作平台上设置有鼓风机、安全设施以及所述LNG输液管、所述NG输气管、所述鼓风管和所述氯气输气管。
基于上述半潜式海上平台LNG气化装置，本发明还提供该装置的气化方法，包括如下步骤：
半潜式海上平台通过增加底座压载水舱的储水量来实现平台的下潜，打开所述海水入口以及所述海水出口，使海水经过所述滤网初步过滤后，浸没所述换热管，此时海水处于静止状态；打开所述鼓风机使其处于工作状态，空气通过所述空气入口进入所述LNG气化器，输送至所述鼓风管，最终分散至所述LNG气化器底部的所述鼓风支管中，通过所述鼓风支管上的所述鼓风孔以气泡的形式上升，所述LNG气化器内部的海水通过气泡涌升力的作用进行流动；同时打开所述氯气入口，通过所述氯气输气管注入氯气，氯气与空气混合后进入所述LNG气化器中，起到消杀海生物的作用；LNG从所述LNG入口进入，通过所述LNG输液管进入所述换热管，并与管外流动的海水形成对流，达到换热气化的目的；气化后的天然气通过所述NG输气管达到所述NG出口，然后通过外部管道输送出去；换热后流体通过所述海水出口排出。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明的半潜式海上平台LNG气化装置是一种工作在浅水域的海上结构，无需占用陆地资源，基础平台采用浮式结构，可以实现LNG的气化及其衍生功能，从而既解决了陆上LNG气化站选址困难、建造周期长和建造成本高的问题，也能保证在不同海洋环境下LNG的稳定气化，解决因海面波动对LNG气化造成的影响。
2、本发明将LNG气化器放置在近海处的海水中，可以直接对LNG运输船上的LNG进行气化后从管道进行输送，从而有效地节省陆上LNG气化器需要将LNG和海水运输到接收站的成本。利用鼓风机将空气注入，通过排气孔以气泡的形式上升，换热管外的海水通过气泡涌升力的作用进行流动并达到与管内LNG换热使其气化的目的，替代水泵动力。此LNG气化器将换热部件放置于箱体中，操作灵活，结构简单紧凑，节省占地面积。
3、LNG换热管完全浸没在海水中，部分海洋微生物可附着在材料上引起微生物腐蚀，本申请在空气输入LNG气化器前混合了氯气用来杀死海洋微生物，降低了LNG气化器与海水接触部分材料的腐蚀速度。
4、传统LNG气化器相比，本发明中包含的新型LNG气化器不需要燃烧器、海水泵以及中间介质，其结构更加简单，操作更加方面，成本更加低廉，安装位置更加灵活。
5、发明具有一套完整的LNG气化系统，这种海上结构既可以作为一个海上平台单独进行LNG的气化工艺，也可以与海上LNG储卸船串联进行工作。半潜式海上平台LNG气化装置中间部分的基础结构采用固定式平台大型平板，根据LNG气化工艺需求来确定放置LNG气化器的数量。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的半潜式海上平台LNG气化装置的正视图；
图2为本发明该实施例提供的半潜式海上平台LNG气化装置的俯视图；
图3为本发明该实施例提供的LNG气化器的结构示意图；
图4为本发明该实施例提供的LNG气化器的另外一种结构示意图；
图5为本发明该实施例提供的溢流堰及挡板的示意图；
图6为本发明该实施例提供的鼓风管的结构示意图；
图中各附图标记如下：
1-NG出口，1-1为NG出口法兰；2-NG输气管；3-换热管；4-鼓风管；5-LNG输液管；6-氯气输气管；7-LNG入口，7-1为LNG入口法兰；8-空气入口，8-1为空气入口法兰；9-氯气入口，9-1为氯气入口法兰；10-鼓风支管，10-1为鼓风孔；11-箱体；12-溢流堰，12-1为扰流槽；13-海水入口；14-海水出口；15-支撑架；16-滤网；17-工作平台；18-气化平台；19-底座；20-肋板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如图1、2所示，本发明涉及一种半潜式海上平台LNG气化装置，包括：半潜式海上平台，半潜式海上平台包括气化平台18；LNG气化器，设置于气化平台18上，LNG气化器包括：箱体11，箱体11的底部设置有海水入口13，箱体11的侧壁上设置有海水出口14；LNG输液管5，LNG输液管5的上端穿过箱体11的顶部并设置有LNG入口7，其下端安装在箱体11内，用于将LNG输送到箱体11中；NG输气管2，NG输气管2的进气口与LNG输液管5的出气口连接，用于将气化的LNG输送至外部输气管道；鼓风管4，鼓风管4的上端穿过箱体11的顶部并设置有空气入口8，其下端安装在LNG输液管5的下方，且鼓风管4上设置有若干鼓风孔10-1，用于产生气泡，加速海水流动以提高LNG换热效率。本发明的半潜式海上平台LNG气化装置是一种工作在浅水域的海上结构，无需占用陆地资源，基础平台采用浮式结构，可以实现LNG的气化及其衍生功能，从而既解决了陆上LNG气化站选址困难、建造周期长和建造成本高的问题，也能保证在不同海洋环境下LNG的稳定气化，解决因海面波动对LNG气化造成的影响。
本发明的半潜式海上平台整体由四个柱腿支撑，柱腿沿垂直方向与半潜式海上平台上(工作平台17)、中(气化平台18)、下(底座19)三个部分相连接，底座19由两个近似椭圆形的柱体结构组成，用以控制整个平台的上升和下降；半潜式海上平台中间部分(气化平台18)是一个大的固定平板，平板下方正面有10个肋板20连接，侧面有9个肋板20连接，中间一层放置新型LNG气化器，并需要保证LNG换热管13被海水浸没；半潜式海上平台最上面部分为工作平台17，工作平台17包括固定在平台上的大型鼓风机、LNG气化器的气液管道和安全设施。大型鼓风机优先采用罗茨风机，其由机壳、墙板、叶轮、油箱和消音器五大部分组成；气液管道包括鼓风管4、氯气输气管6、LNG输液管5、NG输气管2；安全设施包括消防、检测、安保和紧急处理设施，工作平台17下方正面有11个肋板20连接，侧面有9个肋板20连接，平台四周有护栏结构，中间开口便于人工作业。
本具体实施方式中，优选地，如图3、4所示，还包括：
支撑架15，支撑架15设置于箱体11的底部；
LNG输液管5的下端分成若干换热管3，若干换热管3盘绕成蛇形管并排设置在支撑架15内或盘绕成多层蛇形管设置在支撑架15内。
本具体实施方式中，优选地，如图3、4所示，NG输气管2的进气口与若干换热管3的出气口连接，NG输气管2的上端穿过箱体11的顶部并设置有NG出口1，用于与外部输气管道连接。
本具体实施方式中，优选地，如图3、4所示，鼓风管4的下端分成若干鼓风支管10，若干鼓风支管10固定在支撑架15的底部，且位于若干换热管3的下方，若干鼓风孔10-1均匀分布在若干鼓风支管10的上管壁上。
本具体实施方式中，优选地，如图3、4所示，还包括氯气输气管6，氯气输气管6的上端穿过箱体11的顶部并设置有氯气入口9，氯气输气管6的下端与鼓风管4气流导通连接。
本具体实施方式中，优选地，如图3-5所示，还包括溢流堰12，溢流堰12为梳齿型结构，其由一挡板及若干均匀分布在挡板上的扰流槽12-1组成，溢流堰12固定在支撑架15的底部并位于若干换热管3的外围，用于使整个管束区域的液体充分流动进行换热。如图5所示，其为LNG气化器溢流堰及水堰挡板的局部示意图，如图所示，水堰挡板上设置波浪形扰流槽12-1，扰流槽12-1还可以为“矩形”、“梯形”等结构形式。
本具体实施方式中，优选地，若干换热管3采用等腰三角形的排列方式，用于增强对气泡的破碎效果，使得直径相对较小的气泡数量增多，在相同进气量的条件下，液体受扰动加强，传热效果加强。如图6所示，鼓风支管10可以为“锥形”、“柱形”等结构形式，鼓风支管10优选为圆形且表面均匀分布的气孔，鼓风支管10的气孔直径优选为20mm，锥形鼓风支管10的气孔直径优选18mm～22mm，气孔直径可以根据实际情况变化。
本具体实施方式中，优选地，还包括滤网16，滤网16设置于海水入口13处，用于过滤大颗粒泥沙以及海洋生物。
本具体实施方式中，优选地，还包括工作平台17，工作平台17上设置有鼓风机、安全设施以及LNG输液管5、NG输气管2、鼓风管4和氯气输气管6。
基于上述半潜式海上平台LNG气化装置，本发明还提供该装置的气化方法，包括如下步骤：
半潜式海上平台通过增加底座19压载水舱的储水量来实现平台的下潜，打开海水入口13以及海水出口14，使海水经过滤网16初步过滤后，浸没换热管3，此时海水处于静止状态；打开鼓风机使其处于工作状态，空气通过空气入口8进入LNG气化器，输送至鼓风管4，最终分散至LNG气化器底部的鼓风支管10中，通过鼓风支管10的鼓风孔10-1以气泡的形式上升，LNG气化器内部的海水通过气泡涌升力的作用进行流动；同时打开氯气入口9，通过氯气输气管6注入氯气，氯气与空气混合后进入LNG气化器中，起到消杀海生物的作用；LNG从LNG入口7进入，通过LNG输液管5进入换热管3，并与管外流动的海水形成对流，达到换热气化的目的；气化后的天然气通过NG输气管2达到NG出口1，然后通过外部管道输送出去；换热后流体通过海水出口14排出。
基于安全和规范考虑，本发明设有必要的消防、检测、安保和紧急处理设施，包括消防系统，如海水消防系统、水喷淋系统、干粉灭火系统、泡沫灭火系统、CO2灭火系统或其他适用于LNG的气体灭火系统等等，这几种消防系统是基于规范对LNG设备灭火的常规处理方式；检测和安保设施，如检测气体泄漏系统、检测液体泄漏系统、压力温度监控系统等等；紧急处理设施，如管路泄漏处理设施、应急救援设施、逃生和避难设施等等。这些系统保证了整个海上平台安全、有序的运营。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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