JP6134384B2 - 液化ストリームを加熱するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、液化ストリームを加熱するための装置および方法に関する。

本文脈の液化ストリームは、周囲環境の温度よりも低い温度を有している。好ましくは、液化ストリームの温度は、２バール（絶対圧）未満の圧力において、液化ストリームのバブルポイント以下であり、そのような圧力においてそれを液相に維持するようになっている。当業界において、加熱を必要とする液化ストリームの例は、液化天然ガス（ＬＮＧ）である。

天然ガスは、有用な燃料供給源である。しかし、天然ガスは市場から遠く離れて生産されることが多い。そのような場合には、天然ガスストリームの供給源にあるか、またはその近傍にある、ＬＮＧプラントの中で天然ガスを液化することが望ましい場合がある。ＬＮＧの形態では、天然ガスは、気体形態よりも、長い距離にわたってより容易に貯蔵および輸送することが可能である。その理由は、より小さい体積しか占有せず、高圧で貯蔵される必要がないからである。

ＬＮＧは、一般的に、燃料として使用される前に再気化させられる。ＬＮＧを再気化させるために、ＬＮＧに熱を加えることが可能である。熱を加える前に、ＬＮＧは、顧客の要件を満たすために加圧されることが多い。顧客によって望まれるガス網の仕様または要件に応じて、望まれる場合には、例えば、所定量の窒素を加えることによって、および／または、Ｃ_２−Ｃ_４の含有量のうちのいくらかを抽出することによって、組成を変化させることも可能である。次いで、再気化された天然ガス製品は、ガス網を介して、適切に顧客に販売することが可能である。

米国特許出願公開第２０１０／００００２３３号は、液化ストリームを気化するための装置および方法を記載している。この装置および方法では、伝熱流体が、閉回路の中で、第１の伝熱ゾーン（第１の伝熱ゾーンにおいて、伝熱流体から、気化されることになる液化ストリームへ、熱が伝達される）と第２の伝熱ゾーン（第２の伝熱ゾーンにおいて、周囲空気から伝熱流体へ熱が伝達される）との間で循環させられる。伝熱流体は、第１の伝熱ゾーンの中で凝縮させられ、第２の伝熱ゾーンの中で気化させられる。伝熱流体は、閉回路の中を循環させられる伝熱流体に働く重力を使用して循環させられる。

また、米国特許出願公開’２３３は、伝熱流体のための閉回路が、第１の伝熱ゾーンが支持される支持フレームの一部を形成することが可能であり、それによって、閉回路が、それらの間の角度を画定する支持脚部を形成することも提案している。しかし、提案されている閉回路を支持フレームとして追加的に使用することによって生じる追加的な要件は、第２の伝熱ゾーンの中で、周囲空気から伝熱流体へ熱を効果的に伝達させるための能力を損なうか、または、その能力に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明の第１の態様によれば、液化ストリームを加熱するための装置であって、伝熱流体を循環させるための閉回路を含み、前記閉回路は、第１の伝熱ゾーン（換言すれば、領域）と、第２の伝熱ゾーンと、下降管とを含み、そのすべてが周囲環境中に配置されており、前記第１の伝熱ゾーンは、前記伝熱流体を含有するシェルの形態の第１の容器を含み、前記第１の容器は、主軸線に沿って長手方向に延びており、第１の伝熱表面は、前記第１の容器の内側に配置されており、前記第１の伝熱表面を横切って、第１の間接熱交換接触が、加熱されることになる液化ストリームと前記伝熱流体との間に確立されており、前記第２の伝熱ゾーンが、前記第１の伝熱ゾーンよりも重力方向に低く位置付けされており、前記第２の伝熱ゾーンは、第２の伝熱表面を含み、前記第２の伝熱表面を横切って、前記伝熱流体が、前記周囲環境と第２の間接熱交換接触をさせられ、前記下降管は、前記第１の伝熱ゾーンを前記第２の伝熱ゾーンに流体接続し、前記下降管は、接続エルボ部分を介して互いに流体接続されている第１の横方向部分および第１の下向き部分を含み、前記接続エルボ部分は、水平面上に垂直投影して見たときに、前記主軸線と比較して前記第１の容器の外部に位置付けされている、液化ストリームを加熱するための装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様において提供される装置の使用が提供され、例えば、液化ストリームを加熱する方法であって、
− 本発明の第１の態様による装置を用意するステップと、前記装置の中において、
− 加熱されることになる前記液化ストリームを、前記伝熱流体と間接熱交換接触させた状態で、前記第１の伝熱ゾーンを通過させるステップであって、熱が、前記伝熱流体から前記液化ストリームへ伝達され、これにより、前記伝熱流体の少なくとも一部を凝縮させ、凝縮部分を形成する、ステップと、
− 前記閉回路の中の前記伝熱流体を、前記第１の伝熱ゾーンから、少なくとも前記下降管を介して、前記第２の伝熱ゾーンへ、そして、前記第１の伝熱ゾーンへ戻すように循環させるステップであって、第１の伝熱ゾーン、第２の伝熱ゾーン及び下降管のすべてが周囲環境中に配置されている、ステップと、を含み、前記伝熱流体を循環させる前記ステップは、前記凝縮部分を、前記下降管を通して前記第２の伝熱ゾーンへ下向きに液相で通すステップと、前記伝熱流体を、前記第２の伝熱ゾーンを通して前記第１の伝熱ゾーンへ通すステップと、を含み、前記第２の伝熱ゾーンにおいて、前記周囲環境と間接的に熱交換し、これにより、前記周囲環境から前記伝熱流体へ熱を伝え、前記伝熱流体を気化させる、液化ストリームを加熱する方法が提供される。

本発明は、単なる例として、および、非限定的な図面を参照して、以下にさらに図示されることになる。

本発明が具現化されている加熱器の横断面である。 本発明が具現化されている加熱器の横断面である。 図１および図２の加熱器の長手方向断面である。

この説明の目的のために、単一の参照数字が、ライン、および、そのラインの中で運ばれるストリームに割り当てられることになる。同じ参照数字は、同様の構成要素を参照している。本発明は、特徴および対策の１つまたは複数の特定の組み合わせを参照して図示されているが、それらの特徴および対策の多くが、他の特徴および対策から機能的に独立しており、それらは、他の実施形態または組み合わせの中に、同等にまたは同様に独立して適用され得ることを、当業者は容易に理解することになる。

以下に説明されているのは、液化ストリームを加熱するための装置である。装置の中において、第１の伝熱ゾーンは、伝熱流体を収容するシェルの形態の第１のボックス（換言すれば、容器）を含み、第１のボックスは、主軸線に沿って長手方向に延びており、第１の伝熱表面は、第１のボックスの内側に配置されている。第２の伝熱ゾーンは、第１の伝熱ゾーンよりも重力方向に低く位置付けされている。下降管は、第１の伝熱ゾーンを第２の伝熱ゾーンに流体接続する。

第２の伝熱ゾーンは、第２の伝熱表面を含み、第２の伝熱表面を横切って、伝熱流体が、周囲環境と第２の間接熱交換接触をさせられる。第２の伝熱ゾーンにおいて周囲環境から伝熱流体へ熱を効果的に伝達させる能力は、閉回路を通る伝熱流体の循環によって、および／または、第２の伝熱ゾーンの中の周囲空気の循環によって、影響を受け得ると現在考えられている。これらの循環のいずれかの欠点は、周囲空気から伝熱流体へ熱を伝達させる有効性にマイナスの影響を与える可能性がある。第２の伝熱ゾーンにおいて、周囲空気から伝熱流体への熱の伝達をさらに改善させることが有益になることになる。

現在提案されている液体を加熱するための装置において、下降管は、第１の横方向部分および第１の下向き部分を含むように構成されている。第１の横方向部分および第１の下向き部分は、接続エルボ部分を介して互いに流体接続されている。接続エルボ部分は、水平面上に垂直投影して見たときに、第１のボックスの外部に位置付けされており、一方、この投影面において、主軸線は、第１のボックスの中に位置付けされ得る。そのような構成によって、下降管の下向き部分が、（説明されている投影面で見たときに）第１のボックスから（水平方向に）変位されることが達成される。結果的に、垂直方向の周囲空気の循環が、第１の伝熱ゾーンがその中に収容されている第１のボックスによってほとんど妨害されないことが可能であり、その理由は、周囲空気が、接続エルボと第１のボックスとの間で垂直方向に循環することが可能であるからである。

そのうえ、下降管を横方向部分および下向き部分に区分化することに起因して、下降管の長さのかなりの部分にわたって、下降管の中の公称流れ方向（換言すれば、名目流れ方向）の傾斜の角度があまり望ましくないものとなることを回避することが可能である。これは、下降管を通る伝熱流体の流れの検討から独立して、支持ベースの、所望のスパンを選択することを可能にする。

第２の伝熱表面は、少なくとも第２の伝熱表面の一部に関して、水平面上に投影して見たときに、接続エルボと第１のボックスとの間の空間内に配置させることが可能である。

提案されている加熱器の修正によって、閉回路は、支持フレームとして機能するためにより適切になるが、閉回路が支持フレームとして用いられない場合にも本発明の利点が適用されることが明確に述べられている。したがって、そのような実施形態は好適な実施形態であるが、本発明は、閉回路が支持フレームとして使用される実施形態に限定されない。

液化ストリームを加熱するための装置の１つの非限定的な例が、液化天然ガスの加熱器の形態で、図１および図３に示されている。また、この加熱器は、液化天然ガスの気化装置として使用することが可能である。図１は、横断面を示しており、図３は、装置の長手方向断面を示している。

装置は、第１の伝熱ゾーン１０と、第２の伝熱ゾーン２０と、下降管３０と、伝熱流体９を循環させるための閉回路（換言すれば、閉流路）５（矢印５ａ、５ｂ、５ｃによって示されている）とを含み、そのすべてが、周囲環境(ambient)１００の中に配置されている。典型的に、周囲環境１００は、空気から構成されている。第１の伝熱ゾーン１０、第２の伝熱ゾーン２０、および下降管３０は、すべて、閉回路５の一部を形成している。第２の伝熱ゾーン２０は、少なくとも１つのライザ管（換言すれば、上昇管）２２を含むことが可能であり、その場合には、伝熱流体９が、少なくとも１つのライザ管２２の中を搬送され得るが、一方、周囲環境は、少なくとも１つのライザ管２２の外側に接触している。

第１の伝熱ゾーン１０は、シェルの形態の第１のボックス（換言すれば、容器）１３を含み、第１のボックス１３は、伝熱流体９を収容する。第１の伝熱ゾーン１０は、第１の伝熱表面１１を含み、第１の伝熱表面１１は、第１のボックス１３の中に配置することが可能である。第１のボックス１３のシェルは、細長い本体部（例えば、本質的に円筒形状のドラムの形態である）とすることが可能であり、それには、前方端部および後方端部に適切なカバーが設けられている。外向きに湾曲したシェルカバーが、適切な選択肢となることが可能である。シェルは、主軸線Ａに沿って、長手方向に延びている。

第１の伝熱表面１１は、加熱されることになる液化ストリームを、伝熱流体９と第１の間接熱交換接触させるように機能し、伝熱流体９は、第１の熱交換表面１１の反対側に位置付けされている。第１の熱交換表面１１の反対側とは、加熱されることになる液化ストリームから離れた方向に面する第１の熱交換表面の側である。

第２の伝熱ゾーン２０は、第１の伝熱ゾーン１０よりも重力方向に低く位置付けされている。第２の伝熱ゾーン２０は、第２の伝熱表面２１を含み、第２の伝熱表面２１を横切って、伝熱流体９が、周囲環境１００と第２の間接熱交換接触をさせられる。

下降管３０は、第１の伝熱ゾーン１０を第２の伝熱ゾーン２０に流体接続する。下降管３０は、第１の伝熱ゾーン１０から下降管３０の中への伝熱流体の通過を可能にするための上流端部と、下降管３０から第２の伝熱ゾーン２０に向けての伝熱流体９の通過を可能にするための下流端部とを有している。

より詳細には、下降管３０は、横方向部分３４および下向き部分３６を有しており、それらは、接続エルボ部分３８を介して、互いに流体接続されている。接続エルボ部分３８は、水平面の上に垂直投影して見たときに、主軸線Ａと比較して第１のボックス１３の外部に位置付けされている。下降管３０の下向き部分３６は、第１のボックス１３から、（投影面において）水平方向に変位させることが可能である。従って、周囲環境は、接続エルボ３８と第１のボックス１３との間で垂直方向に循環することが可能であるので、垂直方向の周囲空気の循環（５２）は、第１の伝熱ゾーン１０が収容されている第１のボックス１３によって妨害される必要が少なくなる。

第２の伝熱表面２１は、好ましくは、少なくとも第２の伝熱表面２１の一部に関して、水平面の上に投影して見たときに、接続エルボ３８と第１のボックス１３との間の空間内に配置されている。

下降管３０は、様々な形態をとることが可能である。例えば、非限定的な例として、下降管は、共通のセクション３１を含むことが可能であり、共通のセクション３１は、第１の伝熱ゾーン１０をＴ字接合部分２３に流体接続し、Ｔ字接合部分２３において、伝熱流体９が、２つの分岐流３２に分割される。

弁３３（例えば、バタフライ弁の形態である）は、任意選択で、下降管３０の中に、および／または、下降管３０の分岐流３２のそれぞれの中に設けられ得る。これは、手動操作弁とすることが可能である。この弁によって、閉じたサイクルを通した伝熱流体の循環を調整することが可能である。下降管３０の中に大きな垂直方向の差がある場合には、バブルポイント（沸点）に対して液体静水頭のかなりの影響が存在することが可能であり、その影響は、弁３３を通して摩擦的な圧力降下を作り出すことによって弱められ得る。

図１に図示されているような実施形態のグループでは、下降管３０は、下向き部分３６にわたって、ライザ管２２に対しておおよそ平行に延びている。

しかし、代替的な実施形態のグループでは、少なくとも下降管３０の（または、下降管３０のそれぞれの分岐流３２の）下向き部分３６は、より垂直方向の流れ方向に位置付けされており、例えば、３０°未満の角度だけ垂直方向から偏位している。ここで図２を参照すると、そのような代替的な実施形態の例の、図１と同様の断面が概略的に示されている。代替的な実施形態は、上記に説明されているものと同じ特徴の多くを有している。強調されるべき１つの相違点は、それぞれの分岐流３２の下向き部分３６の中の伝熱流体９の矢印５ｂに沿う流れ方向が、ライザ管２２の概して直線部分の中の伝熱流体９の矢印５ｃに沿う流れ方向よりも、垂直方向からの偏位が少ないことである。好ましくは、それぞれの分岐流３２の下向き部分３６の中の矢印５ｂに沿う流れ方向は、垂直方向から約１０°内に延びている。

図２に示されているような例では、第２の伝熱表面２１は、（水平面の上に投影して見たときに）接続エルボ３８と第１のボックス１３との間の空間内にほとんどが配置されている。

横方向部分３４の中の第１の伝熱ゾーン１０から第２の伝熱ゾーン２０への伝熱流体９の第１の公称流れ方向（矢印５ａによって示されている）は、下向き部分３６の中の第１の伝熱ゾーン１０から第２の伝熱ゾーン２０への伝熱流体９の第２の公称流れ方向（後者の公称流れ方向は、５ｂによって示されている）よりも、垂直方向でない方向（換言すれば、垂直方向から偏位された方向）に適切に方向付けすることが可能である。好ましくは、第１の公称流れ方向（５ａ）は、垂直方向から６０°〜９０°の範囲内に、より好ましくは、垂直方向から８０°〜９０°の範囲内に偏位されている。好ましくは、第２の公称流れ方向（５ｂ）は、垂直方向から０°〜４０°の範囲内に、より好ましくは、垂直方向から０°〜３０°の範囲内に、および、最も好ましくは、垂直方向から０°〜１０°の範囲内に偏位されている。理論に限定されることを意図しないが、このように配向されている下降管部分（すなわち、垂直方向またはほぼ垂直方向の下降流れ）の中の圧力勾配は、それが垂直方向から１０°〜６０°の傾斜の角度で配向されているときよりも、蒸気発生に対して感度が高くはないことが見出された。下降管の中の圧力勾配は、この傾斜範囲内で、蒸気の存在に対してとりわけ感度が高く、それによって、二層流の領域（ｒｅｇｉｍｅ）が波状に層化されることが、現在理解されている。閉回路を通した熱交換流体９の循環の、下降管の中の蒸気の存在に対する感度は、３０°〜６０°の範囲の中の傾斜の角度で、驚くほど感度が高い。

第１の公称流れ方向（５ａ）が、垂直方向から６０°〜９０°の範囲内に、好ましくは、垂直方向から８０°〜９０°の範囲内に偏位されるように、横方向部分３４を配置することによって、および、第２の公称流れ方向（５ｂ）が、０°〜４０°の範囲内に、好ましくは、垂直方向から０°〜３０°の範囲内に、より好ましくは、垂直方向から０°〜１０°の範囲内に偏位されるように、下向き部分３６を配置することによって、３０°〜６０°の傾斜範囲内の下降管３０のすべての部分を通る平均的な流れ方向を、接続エルボ部分３８の中での比較的小さい期間を除いて伝熱流体９がこの傾斜範囲内の角度で下降管３０を通って流れることを必要とせずに達成することが可能である。そのような実施形態では、接続エルボ部分３８は横方向部分３４と下向き部分３６との間の下降管の一部として画定され、ここで、流れ方向は、３０°〜６０°の傾斜である。

第２の伝熱表面２１は、少なくとも１つのライザ管２２の概して直線状の部分に位置付けさせることが可能である。伝熱流体９は、ライザ管２２の概して直線状の部分の中を、第３の公称流れ方向に沿って（矢印５ｃに沿って）循環させられる。概して直線部分の内側の伝熱流体９の第３の公称流れ方向（矢印５ｃで示されている）は、第１の公称流れ方向（５ａ）の垂直方向からの偏位の量よりも少ない傾斜角度だけ、および、第２の公称流れ方向（５ｂ）の垂直方向からの偏位の量よりも多い傾斜角度だけ、垂直方向から偏位させることが可能である。例えば、第３の公称流れ方向（５ｃ）は、２０°〜７０°の傾斜角度だけ、好ましくは、３０°〜６０°の傾斜角度だけ、垂直方向から偏位させることが可能である。

少なくとも１つのライザ管２２の概して直線状の部分は、上記に特定されているような第３の公称流れ方向（５ｃ）に対応する角度を含む、任意の所望の角度とすることが可能である。１つの例では、伝熱流体９は、垂直方向から約３０°の角度だけ偏位しているライザ管２２の概して直線部分の中を、矢印５ｃに沿う方向に循環させられている。

任意選択で、すべての実施形態および図１〜図３に図示されている実施形態では、閉回路５は、下降管３０および第２の伝熱ゾーン２０を互いに流体接続するために、分配ヘッダ４０を含むことが可能である。そのような分配ヘッダ４０は、第２の伝熱ゾーン２０が複数のライザ管２２を含む場合に有用である可能性がある。少なくとも１つのライザ管２２、または複数のライザ管２２が、第１の伝熱ゾーン１０に流体接続されている。随意的な分配ヘッダ４０は、好ましくは、第２の伝熱ゾーン４０よりも重力方向に低く配置されている。

上記に説明されているように下降管３０が２つの分岐流３２を含む実施形態では、２つの分岐流３２は、１つの分配ヘッダ４０にそれぞれ接続することが可能であり、それによって、これらの分配ヘッダのうちの一方の内部の伝熱流体９が、Ｔ字接合部分２３を介することを除いては、または、第１の伝熱ゾーン１０を介することを除いては、他方へ流れることができないという意味において、これらの分配ヘッダのそれぞれは分離されている。Ｔ字接合部分２３は、第１のボックス１３の重力方向に下方に位置付けさせることが可能である。

第１のボックス１３が、主軸線Ａに沿って延びる細長いハル（ｈｕｌｌ）の形態で提供される場合には、分岐流３２は、主軸線Ａの方向に対して横断方向に適切に延在することが可能である。複数のライザ管のライザ管２２は、主軸線Ａに平行な主方向に分配されるように、分配ヘッダ４０にわたって配置させることが可能である。また、この場合には、それぞれの分配ヘッダ４０は、適切には、主軸線Ａと本質的に同じ方向に細長い形状を有しており、その場合には、ライザ管２２は、主軸線Ａに平行な平面の中に適切に構成することが可能である。とりわけ有利な実施形態では、ライザ管は、主方向、および、主方向に対して横断方向に延在する横方向の両方に、二次元のパターンにわたって配置されている。また、本発明は、下降管３０のそれぞれの分岐流の下向き部分３６がライザ管２２と同じ平面の中に配置されている実施形態を包含する。

選択された分配ヘッダ４０を第１の伝熱ゾーン１０に流体接続するライザ管２２の数は、第１の伝熱ゾーン１０を同じ分配ヘッダ４０に流体接続する下降管の数（および／または、単一の下降管の分岐流の数）よりも大きい。例えば、１つの例では、第１の伝熱ゾーン１０と単一の分配ヘッダ４０との間に配置されている８４本のライザ管２２が存在しており、単一の分配ヘッダ４０には、単一の下降管３０の単一の分岐流３２だけによって、伝熱流体９が供給される。複数のライザ管２２は、２つのサブセットに分割されるように適切に配置させることが可能であり、第１のサブセットは、分配ヘッダ４０を第１の伝熱ゾーン１０に接続する下降管３０（または、分岐流３２）の一方の側に配置されており、一方、その第２のサブセットは、下降管３０（または、分岐流３２）のもう一方の側に配置されている。空気シール５７が、下降管３０（または、分岐流３２）とライザ管２２のサブセットのそれぞれとの間に、下降管３０の両側に位置付けされており、空気が下降管３０とライザ管２２のサブセットのそれぞれとの間のギャップを通って第２の伝熱ゾーンをバイパスすることを回避することが可能である。

第２の伝熱表面２１が１つまたは複数のライザ管２２を含む場合には、伝熱流体９は、１つまたは複数のライザ管２２の中を搬送させられ得るが、一方、周囲環境は、１つまたは複数のライザ管２２の外側に接触している。１つまたは複数のライザ管２２の外側の表面には、面積拡大装置などのような伝熱向上装置を、都合よく設けることが可能である。これらは、フィン２９、溝部（図示せず）、または、他の適切な手段の形態とすることが可能である。フィン２９は、ライザ管２２のすべての上に存在することが可能であるが、明確化の理由のために、フィンは、図３のライザ管２２のうちの１つの上にだけ描かれていることに留意されたい。

第２の伝熱ゾーン２０および／またはライザ管２２がどのように構成されているかにかかわらず、ファン５０（１つまたは複数）が、第２の伝熱ゾーン２０に対して位置付けされ、図１において矢印５２によって示されているように、第２の伝熱ゾーン２０に沿って、周囲空気の循環を増加させることが可能である。これによって、第２の間接熱交換接触の伝熱率を増加させることが可能である。好ましくは、ファンが、空気ダクト５５の中に収容されており、空気ダクト５５は、ファン５０から第２の伝熱ゾーン２０へ（または、その逆も同様）周囲空気を案内するように配置されている。好適な実施形態では、周囲空気は、第２の伝熱ゾーン２０から、空気ダクト５５の中へ、および、ファン５０へ、概して下向きに循環する。

第１のボックス１３は、液相である伝熱流体９の液体層６と、液体層６の上方の蒸気ゾーン８とを含むことが可能である。公称液体レベル７は、加熱器の通常動作の間の、液体層６と蒸気ゾーン８との間の境界面のレベルとして定義される。第１の熱交換表面１１は、好ましくは、公称液体レベル７の上方において、第１の伝熱ゾーン１０の中の蒸気ゾーン８の中に配置されている。これによって、加熱されることになる液化ストリームと伝熱流体９との間の第１の熱交換接触の伝熱は、蒸気ゾーン８の中で利用可能な伝熱流体９の凝縮の熱から、最も効果的に利益を得ることが可能である。

第１の伝熱表面１１は、適切には、１つまたは複数のチューブ１２から形成されることが可能であり、任意選択で、チューブの束１４にして配置されている。そのような場合には、加熱されることになる液化ストリームは、１つまたは複数のチューブ１２の中を搬送させることが可能であり、一方、伝熱流体は、１つまたは複数のチューブ１２の外側と接触している。シェルアンドチューブ式熱交換器と同様に、チューブ１２は、シングルパスまたはマルチパスに配置させることが可能であり、必要に応じて、前方端部および／または後方端部に任意の適切な固定式ヘッドを備えている。

１つの例として、ここで、図３を主に参照すると、Ｕ字形チューブの束の形態の２パスのチューブの束１４が示されている。しかし、本発明は、このタイプの束に限定されない。この特定のシェルの前方端部１５にあるシェルカバーには、ヘッドフランジ１７を含むカバーノズル１６が設けられており、ヘッドフランジ１７には、任意のタイプの適切な（好ましくは、固定式の）ヘッドおよびチューブシートを装着することが可能である。１つまたは複数のパスのパーティションを、マルチパスのチューブの束のためのヘッドの中に設けることが可能である。典型的には、２パスのチューブの束に対してはシングルパスのパーティションで十分である。本発明は、カバーノズル１６のこの特定のタイプに限定されない。例えば、その代わりに、固定されたチューブシートを備えるカバーノズルを選択することが可能である。適切なヘッドは、一体式ボンネットヘッド、または、取り外し可能なカバーを備えるヘッドである。チューブは、１つまたは複数の横断方向バッフルまたは支持プレートによって、互いに対して相対的な位置に固定することが可能である。第１のボックス１３の内側の機械的な構造物を、例えば、チューブの束の下方に位置付けされている構造の形態で、チューブの束を支持するように設けることが可能である。チューブ端部は、チューブシートの中に固定することが可能である。

また、任意選択で、後方端部に、カバーノズルを設けることが可能であり、Ｕ字形チューブの代わりに、チューブシートが後方端部にも設けられ得るようになっている。

第１の伝熱ゾーン１０と下降管３０との間のインターフェースは、第１のボックス１３のシェルの中の貫通開口部によって形成されることが可能である。インターフェースは、好ましくは、第１のボックス１３の中の伝熱流体９の公称液体レベル７よりも重力方向に低く位置付けされている。

第２の伝熱ゾーン２０は、好ましくは、公称液体レベル７の重力方向に上方にある場所において、第１の伝熱ゾーン１０の中へ開口する。このように、伝熱流体９は、第１のボックス１３の中に蓄積された熱交換流体９の液相の層をバイパスしながら、第２の伝熱ゾーン２０から第１の伝熱ゾーン１０へ戻って循環させられ得る。これは、ライザ端部ピース２４によって、図１および図２に図示されているように達成することが可能であり、ライザ端部ピース２４は、ライザ管に流体接続されており、および、ライザ管２２と蒸気ゾーン８との間で、第１の伝熱ゾーン１０の内側で、公称液体レベル７の上方に延在しており、ライザ端部ピース２４は、液体層６を横切っている。

ライザ端部ピース２４の開放端部は、第１の熱交換表面１１よりも重力方向に高く、または、第１の熱交換表面１１よりも重力方向に低く、位置付けさせることが可能である。任意選択で、特に後者の場合には、作動中に第１の熱交換表面１１から落ちる凝縮した熱交換流体９からライザ端部ピース２４をシールドするために、１つまたは複数の液体分流（ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ）手段を設けることが可能である。そのような液体分流手段は、多くの方式で具現化することが可能であり、そのうちの１つが、第１の熱交換表面１１（例えば、チューブ１２に設けられている）とライザピース２４の開放端部との間に配置されている堰（ｗｅｉｒ）プレート２５の形態で、図１および図２に図示されている。図示されている堰プレート２５は、主軸線Ａに平行に配置されており、水平方向軸線から約３０°傾いており、凝縮した伝熱流体９をボックス１３の長手方向中央に向かって案内する。堰プレートの垂直方向の配置（それによって、第１の熱交換表面が、堰プレートが配置されている垂直方向の平面の一方の側にあり、ライザ端部ピースが、垂直方向の平面のもう一方の側にある）、および／または、蒸留トレイにおいて使用されるものと同様の、ライザ端部ピースの上のバブルキャップなどのような、他の配置が可能である。また、これらの方式および／または他の方式の組み合わせを用いることも可能である。

上記に説明されているような、垂直方向に対する流れ方向の角度の特定の範囲は、下降管３０を通して二層流が（時々）存在し得る場合に、とりわけ有益である。しかし、上記に説明されているような閉回路を通る流れ方向の好適な範囲に加えて、他の対策が、任意選択で実施され、下記に提案するように、下降管３０が二層流を支持しなければならないことになる可能性を低減することが可能である。

第１に、下降管３０は、周囲環境１００から熱的に絶縁させることが可能である。これは、下降管３０の外部表面に適用されている断熱層３５によって、図１に概略的に示されている。断熱層３５は、任意の適切なパイプもしくはダクト断熱材料から形成されることが可能であり、および／または、任意の適切なパイプもしくはダクト断熱材料を含むことが可能であり、それは、任意選択で、断熱材下腐食に対する保護を提供することが可能である。適切には、断熱層は、フォーム材料、好ましくは、独立気泡フォーム材料を含み、パーコレーション凝縮（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｅｎｓｅ）を回避する。１つの例は、任意選択でＡｒｍａｃｈｅｋ−Ｒ（商標）クラッディングが設けられたＡｒｍａｆｌｅｘ（商標）パイプ断熱材であり、両方とも、Ａｒｍａｃｅｌｌ ＵＫ Ｌｔｄ．から商業的に入手可能である。Ａｒｍａｃｈｅｋ−Ｒ（商標）は、高密度のゴムベースのカバーライニングである。

第２に、好ましくは、装置が、第１の伝熱ゾーン１０の中に蓄積された液相の伝熱流体９の液体層６を含む状態で、装置は動作させられる。液体層６からの液体だけが、下降管３０を通して第２の伝熱ゾーン２０へ液相で渡される。

第３に、ボルテックスブレーカ６０を、下降管３０の上流端部に、例えば、第１の伝熱ゾーン１０と下降管３０との間のインターフェースに、または、インターフェースの近くに、設けることが可能である。図１から図３の実施形態では、ボルテックスブレーカ６０は、適切には、第１の伝熱ゾーン１０と下降管３０の共通のセクション３１との間のインターフェースの近くにある。ボルテックスブレーカは、液体層６の中の旋回渦の発生を回避するために適用される公知のデバイスである（これは、下降管３０の中へ流れる液体の中に蒸気を取り込む可能性があるためである）。

図１から図３にはそのように示されていないが、例えば、下降管３０と同じ方式で、随意的な分配ヘッダ４０を、周囲環境から熱的に絶縁させることが可能である。分配ヘッダ４０の断熱材は、分配ヘッダ４０の上に断熱材料の層（好ましくは、下降管３０に関して使用されているものと同じ断熱材料）を含むことが可能である。

動作時には、上記に説明されているような実施形態のいずれかによる装置は、液化ストリームを加熱する方法の中で使用するのに適切である。加熱されることになる液化ストリームの主要な例は、ＬＮＧストリームである。結果として生じる加熱ストリームは、（液化天然ガスを加熱および気化させることによって生成される）再気化された天然ガスストリームとなることが可能であり、天然ガス網のパイプネットワークを介して分配することが可能である。

ＬＮＧは、通常、主としてメタンの混合物であり、比較的少量（例えば、２５ｍｏｌ％未満の）のエタン、プロパン、ブタン（Ｃ_２−Ｃ_４）、ならびに、ペンタンを含む微量のより重い炭化水素（Ｃ_５＋）、および、場合により、例えば、窒素、水、二酸化炭素、および／または二硫化水素を含むいくらかの非炭化水素成分（典型的に２ｍｏｌ％未満）を伴う。ＬＮＧの温度は、２バール（絶対圧）未満の圧力において液相でそれを維持するために十分に低い。そのような混合物は、天然ガスに由来することが可能である。

ＬＮＧの加熱を達成するために適切な伝熱流体は、ＣＯ_２である。伝熱流体９は、閉回路５の中を循環させられる。前記循環の間に、伝熱流体９は、第１の伝熱ゾーン１０において、気相から液相への第１の相転移を経験し、第２の伝熱ゾーン２０において、液相から気相への第２の相転移を経験する。

とりわけ好適な実施形態によれば、伝熱流体は、少なくとも９０ｍｏｌ％のＣＯ_２を含み、より好ましくは、それは、１００ｍｏｌ％または約１００ｍｏｌ％のＣＯ_２からなる。ＬＮＧを加熱するために使用されるときのＣＯ_２の重要な利点は、伝熱流体９に関する閉回路５の中でリークが起こる場合に、ＣＯ_２は、漏出点において凝固することになり、それによって、漏出点を低減するか、または、さらには漏出点を閉鎖することである。そのうえ、ＣＯ_２は、閉回路から漏出したとしても、結果として可燃性の混合物にはならない。ＣＯ_２の沸点は、３０〜３５バールの範囲の圧力において、−５．８〜−０．１℃の範囲にある。

液化ストリームを加熱する方法において、加熱されることになる液化ストリームは、伝熱流体９と間接熱交換接触をして、第１の伝熱ゾーン１０を通過させられ、それによって、伝熱流体９から、第１の伝熱ゾーン１０を通過する液化ストリームへ、熱が伝達される。それによって、伝熱流体９の少なくとも一部が凝縮させられ、凝縮部分を形成する。好ましくは、間接熱交換は、加熱されることになる液化ストリームと、蒸気ゾーン８の中の伝熱流体９の蒸気との間で起こる。

適切には、加熱されることになる液化ストリームが、随意的なチューブの束１４の１つまたは複数のチューブ１２の中へ給送される。液化ストリームが高い圧力である場合には、それは、超臨界状態の状態にある可能性があり、超臨界状態では、加熱をしても相転移が起こらない。臨界圧力以下では、液化ストリームは、第１の伝熱ゾーン１０を通過するときに、そのバブルポイントより低い状態のままでいることが可能であるか、または、１つまたは複数のチューブ１２の中で、部分的にもしくは完全に気化することが可能である。第１の熱交換表面１１は、好ましくは、第１の伝熱ゾーン１０の中の蒸気ゾーン８の中で、公称液体レベル７の上方に配置されている。

好ましくは、伝熱流体９の凝縮部分は、第１の伝熱ゾーン１０の中に蓄積し、液相の伝熱流体９の液体層６を形成することが可能となる。凝縮部分は、第１の伝熱表面１１（好ましくは、公称液体レベル７の上方にある）から液体層６の中へ、場合によっては、堰プレート２５のうちの１つなどの液体分流手段を介して落ちることが可能である。

同時に、液体層６の中に存在する液体熱交換流体９の一部が、下降管３０の中へ流入する。これは、閉回路５の中の伝熱流体９の循環の一部を形成する。液相は、下降管３０を通って下向きに流れ、好ましくは、周囲環境から熱的に絶縁され、第１の伝熱ゾーン１０から下降管３０を介して第２の伝熱ゾーン２０へ流れ、第１の伝熱ゾーン２０へ戻る。下降管３０を通る伝熱流体の流量、または、好ましくは、下降管３０のそれぞれの分岐流３２を通る相対流量は、弁３３によって調整される。

第２の伝熱ゾーン２０では、伝熱流体９は、周囲環境と間接的に熱交換し、それによって、周囲環境から伝熱流体９へ熱が渡され、伝熱流体９が気化させられる。随意的なファン５０が利用され、第２の伝熱ゾーン２０に沿って周囲空気の循環を増加させることが可能である。周囲空気は、図１において、矢印５２によって示されているように、第２の伝熱ゾーン２０を下向き方向に横切ることが可能である。

伝熱流体９は、好ましくは、第２の伝熱ゾーン２０の中での伝熱流体９の前記気化の間に、上向きに上昇する。この上向きに上昇することは、少なくとも１つのライザ管２２の中で、好ましくは複数のライザ管２２の中で起こり得る。後者の場合には、下降管３０を離れる凝縮部分は、好ましくは、複数のライザ管２２にわたって分配される。

下降管３０の中の任意の蒸気は、閉回路５の内側の伝熱流体９の流れの挙動に悪影響を及ぼす可能性があるので、下降管３０の内側では、蒸気が発生させられず、および／または、蒸気が存在しないことが好ましい。特に、閉回路５を通した伝熱流体９の循環が、もっぱら重力だけによって駆動されるときには、下降管３０の中の任意の蒸気を回避することが有利である。閉回路５を通した伝熱流体９の前記循環のそれぞれのシングルパスの間に、液相の凝縮部分は、好ましくは、第１の伝熱ゾーン１０から下降管３０へ、ボルテックスブレーカ６０を介して渡され、それは、下降管３０の中への蒸気のアクセスを回避することをさらに助ける。

本発明は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの様々な方式で実施することが可能であることを、当業者は理解することになる。

Claims (15)

1. 液化ストリームを加熱するための装置であって、伝熱流体を循環させるための閉回路を含み、前記閉回路は、第１の伝熱ゾーンと、第２の伝熱ゾーンと、下降管とを含み、前記第１の伝熱ゾーン、第２の伝熱ゾーン及び下降管のすべてが周囲環境中に配置されており、前記第１の伝熱ゾーンは、前記伝熱流体を収容するシェルの形態の第１の容器を含み、前記第１の容器は、主軸線に沿って長手方向に延びており、第１の伝熱表面は、前記第１の容器の内側に配置されており、前記第１の伝熱表面を横切って、第１の間接熱交換接触が、加熱されることになる液化ストリームと前記伝熱流体との間に確立されており、前記第２の伝熱ゾーンが、前記第１の伝熱ゾーンよりも重力方向に低く位置付けされており、前記第２の伝熱ゾーンは、第２の伝熱表面を含み、前記第２の伝熱表面を横切って、前記伝熱流体が、前記周囲環境と第２の間接熱交換接触をさせられ、前記下降管は、前記第１の伝熱ゾーンを前記第２の伝熱ゾーンに流体接続し、前記下降管は、接続エルボ部分を介して互いに流体接続されている第１の横方向部分および第１の下向き部分を含み、前記接続エルボ部分は、水平面上に垂直投影して見たときに、前記主軸線と比較して前記第１の容器の外部に位置付けされている、液化ストリームを加熱するための装置。
2. 前記第２の伝熱表面が、少なくとも前記第２の伝熱表面の一部に関して、水平面上に投影して見たときに、前記接続エルボと前記第１の容器との間の空間内に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の伝熱ゾーンから前記第２の伝熱ゾーンへの、前記下降管の前記横方向部分の中の前記伝熱流体の第１の公称流れ方向が、前記第１の伝熱ゾーンから前記第２の伝熱ゾーンへの、前記下向き部分の中の前記伝熱流体の第２の公称流れ方向よりも、垂直方向でない方向に方向付けされている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第２の伝熱ゾーンが、前記第１の伝熱ゾーンに流体接続されている少なくとも１つの上昇管を含み、前記第２の伝熱表面が、前記少なくとも１つの上昇管の概して直線状の部分に位置付けされており、前記少なくとも１つの上昇管の中の前記伝熱流体の第３の公称流れ方向が、前記第１の公称流れ方向の垂直方向に対する偏位量よりも少なく、且つ、前記第２の公称流れ方向の垂直方向に対する偏位量よりも大きい傾斜角度だけ、垂直方向に対して偏位されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記第３の公称流れ方向が、２０°〜７０°の傾斜角度だけ、垂直方向から偏位されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記第３の公称流れ方向が、３０°〜６０°の傾斜角度だけ、垂直方向から偏位されている、請求項４に記載の装置。
7. 前記第１の公称流れ方向が、前記下降管の前記横方向部分の中において、垂直方向に対して６０°〜９０°の範囲内に偏位されている、請求項３から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記第１の公称流れ方向が、前記下降管の前記横方向部分の中において、垂直方向に対して８０°〜９０°の範囲内に偏位されている、請求項３から６のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記第２の公称流れ方向が、前記下降管の前記下向き部分の中において、垂直方向に対して０°〜４０°の範囲内に偏位されている、請求項３から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記第２の公称流れ方向が、前記下降管の前記下向き部分の中において、垂直方向に対して０°〜３０°の範囲内に偏位されている、請求項３から８のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記下降管および前記第２の伝熱ゾーンが、分配ヘッダを介して互いに流体接続されており、前記第２の伝熱ゾーンが、前記分配ヘッダを前記第１の伝熱ゾーンに流体接続する複数の上昇管を含み、前記複数の上昇管の上昇管が、前記主軸線に平行な主方向に分配されるように、前記分配ヘッダに配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記上昇管が、前記主方向、および、前記主方向に対して横断方向に延在する横方向の両方に、二次元のパターンで配置されている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記主方向で見たときに、前記複数の上昇管のうちの少なくとも１つの上昇管から構成される第１のサブセットが、前記分配ヘッダを前記第１の伝熱ゾーンに接続する前記下降管の一方の側に配置されており、前記複数の上昇管の前記上昇管のうちの少なくとも１つから構成される第２のサブセットが、前記下降管の他方の側に配置されている、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 液化ストリームを加熱する方法であって、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置を用意するステップと、
    加熱されることになる前記液化ストリームを、前記伝熱流体と間接熱交換接触させた状態で、前記装置の前記第１の伝熱ゾーンを通過させるステップであって、熱が、前記伝熱流体から前記液化ストリームへ伝達され、これにより、前記伝熱流体の少なくとも一部を凝縮させ、凝縮部分を形成する、ステップと、
    前記閉回路の中の前記伝熱流体を、前記第１の伝熱ゾーンから、少なくとも前記下降管を介して、前記第２の伝熱ゾーンへ、そして、前記第１の伝熱ゾーンへ戻すように循環させるステップであって、前記第１の伝熱ゾーン、第２の伝熱ゾーン及び下降管のすべてが周囲環境中に配置されている、ステップと、を含み、
    前記伝熱流体を循環させる前記ステップは、前記凝縮部分を、前記下降管を通して前記第２の伝熱ゾーンへ下向きに液相で通すステップと、前記伝熱流体を、前記第２の伝熱ゾーンを通して前記第１の伝熱ゾーンへ通すステップと、を含み、前記第２の伝熱ゾーンにおいて、前記周囲環境と間接的に熱交換し、これにより、前記周囲環境から前記伝熱流体へ熱を伝え、前記伝熱流体を気化させる、方法。
15. 加熱されることになる前記液化ストリームが、液化天然ガスを含み、前記液化天然ガスを加熱し、加熱によって前記液化天然ガスを気化させることによって、再度気化された天然ガスストリームが生成される、請求項１４に記載の方法。

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