新型空温式LNG気化器

1. はじめに

日本国内のLNGサテライト設備で数多く採用されている空温式LNG気化器(以下「従来型AFV」と表記)は、連続運転の長時間化と信頼性向上に対する強いニーズがあります。これに応えるため、株式会社神戸製鋼所殿(以下「神戸製鋼所」と表記)では、新しい構造の空温式LNG気化器(以下「新型AFV」と表記)を開発・試作しました。東邦ガスでは、新型AFVの採用を見据えて神戸製鋼所と共同で実液（LNG）による実証試験を行い、優れた性能を確認したうえで、津LNGステーションに実機を採用しています。

2. 新型AFVの概要

新型AFVは、流速を速めるため伝熱管を小口径に変更し、さらに蒸発管内部にツイストテープ(伝熱促進体)を入れ、LNGと蒸発管内壁との接触を強制的に促進させることにより、LNGの気化を安定させ、伝熱性能を高めた構造としています。また、外形寸法は従来型AFVと同等であり、リプレイスも容易にできます。 従来型AFVと新型AFVの比較を表1に示します。

表1 従来型AFVと新型AFVの比較(1t/hユニット)

従来型AFV	新型AFV
蒸発部並列管方式	上下屈曲管方式
並列管（蒸発部）+ 上下屈曲管（加温部） 伝熱管：φ31mm 12列×13本(156本) 蒸発管8本、加温管5本 フィン：8枚/伝熱管1本 伝熱面積 726m2 管ピッチ：200mm 寸法（W×D×H）：2,350×2,900×5,890	上下屈曲管+ ツイストテープ（蒸発部） 伝熱管：φ25mm 12列×12本(144本) 蒸発管7本、加温管5本 蒸発部8枚/伝熱管1本 加温部8 または12枚/伝熱管1本 伝熱面積 840m2 管ピッチ：220mm 寸法（W×D×H）：2,690×2,910×5,855

※横スクロールにてご確認いただけます。

3. 実証試験概要

当社津LNGステーションに新型AFVの試作機（1t/h × 1ユニット）を設置し、連続運転性能、熱量変動等を確認するための実証試験を行いました。
実証試験項目を表2に示します。

表2　実証試験項目

4. 実証試験結果

1. （1）気化能力
   連続運転試験にて100％負荷運転を実施し1t/hの気化能力を確認しました。また、熱電対を伝熱管に設置して温度測定を実施した結果、新型AFVは部分負荷時、100％負荷時のいずれの場合も、伝熱管後流に向かって温度上昇し、前流と後流の温度逆転現象は発生ないことを確認しました。
2. （2）連続運転性能
   連続運転試験結果を表3に示します。新型AFVは、従来型AFVと比べて気化ガス出口ガス温度の低下が少ない結果となりました。 新型AFVを長時間連続運転した結果を図1に示します。気化ガス出口ガス温度と大気温度の差が10℃に到達したのは運転開始10時間後であり、従来型AFVに比べ大幅に連続運転できることを確認しました。

表3 連続運転試験結果(同時運転比較)
（気化ガス出口ガス温度と大気温度の差）（℃）

図1 新型AFV連続運転試験
（冬季100％負荷連続運転、消霧装置運転停止時）

1. （3）熱量変動
   100％負荷連続運転および負荷変動運転（部分負荷→100％負荷、100％負荷→部分負荷）における熱量変動量を表4に示します。新型AFVの熱量変動は、従来型AFVに比べ非常に小さく、特に100％負荷連続運転時では熱量変動がほとんどありませんでした。

表4 熱量変動量（MJ/Nm³）

1. （4）運転中の伝熱管ひずみ
   従来型AFVは、蒸発管上部マニホールド部で最大4.0×10^-3程度のひずみが発生しますが、新型AFVは、100％負荷運転時における耐圧溶接部の最大ひずみは1.345×10^-3であり、目標値2.0×10^-3以下となることを確認しました。
2. （5）圧力損失
   新型AFVは、伝熱管の口径変更と蒸発管内部のツイストテープ挿入の影響で、表5のとおり従来型AFVと比較し圧力損失が大きくなります。

表5 100％負荷運転時の圧力損失（MPa）（運転圧力1.0MPa時）

5. 新型AFVの特長と効果

実証試験の結果、新型AFVは従来型AFVと比較し、以下のような優れた性能を保有しています。

1. （1）連続運転時間が大幅に延長できる
2. （2）定常運転における熱量変動が小さい
3. （3）運転中における溶接部の熱歪が小さく設備の信頼性が高い

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