新一代液化天然气气化器

联盟：IKM Flux、Jiskoot Solutions、Valland、Intertec、ToffeeX、EOS Additive Minds | 案例研究

>50%

GHV测量变异性的降低

在埃尼诺尔公司进行的现场测试期间（2025年3月）

279毫米

铝组件

打印 EOS M 400设备上打印 AlSi10Mg打印

150 巴（表压）

经过验证测试，符合ATEX标准

完全兼容现有液化天然气采样系统的改造需求

生成式设计与金属增材制造如何实现测量变异性降低50%以上

液化天然气（ LNG）的准确计量交接依赖于对总热值（GHV）和沃贝指数（Wobbe Index）的精确稳定测量。这些测量的可靠性本质上受制于液化天然气气化器的性能表现——该设备负责将-160℃的低温液化天然气转化为约+60℃的均匀完全气化气流。气化过程中即使出现微小异常，也可能导致成分分层与预分馏现象，从而引发分析读数漂移，直接影响液化天然气货物的商业价值。

为克服这些限制，由IKM Flux、Intertec、Jiskoot Solutions、ToffeeX、Valland和EOS组成的跨行业联盟开发了一款新一代液化天然气气化器。

IKM Flux: O监督采样系统的设计与测试
Intertec： P提供并认证集成加热器
Jiskoot 解决方案：概念开发与设计领导 概念开发与设计领导
ToffeeX: D交付了生成式设计软件
瓦兰德： 制造了部件采用EOS M 290 与AlSi10Mg 铝合金铝合金
EOS： 提供增材制造技术及增材制造设计专业知识，使物理驱动的生成式设计成为经过认证、可投入现场使用的部件。

最终成果是一款整体增材制造部件，集成了优化螺旋流道、可控湍流结构及真空隔热腔体。2025年3月在埃尼诺公司哈默菲斯特液化天然气终端的现场部署中，新型汽化器将总热值测量误差降低了50%以上，充分展现了采用金属增材制造技术生产的数字化设计热流体系统所带来的性能提升。

挑战

传统液化天然气气化器为何限制测量精度

液化天然气气化是热力学敏感过程。液化天然气以约-160°C的温度进入气化器，必须完全气化并过热，以确保采样具有代表性。传统气化器设计——通常基于同轴加热器概念和常规机械加工部件——对流路沿线的热通量分布、温度梯度和相态行为的控制能力有限。

因此可能出现蒸发不均匀现象，导致质量不稳定并扭曲GHV和沃贝指数测量结果。压降问题更增添复杂性：压力损失不足会降低湍流强度和传热效率，而过大的压降则会影响流体调节效果。环境热损失——尤其在极地或海上设施中——进一步加剧了蒸发器性能的不稳定性。

传统制造工艺限制了通道几何结构、绝缘集成以及功能特征密度。因此，要实现稳定的高精度液化天然气采样，必须重新设计蒸发器，使其能在紧凑型现场就绪系统内优化传热效率、压力稳定性、流量均匀性及热量封装性能——同时保持完全可制造性和改造兼容性。

解决方案

采用生成式设计、支持金属增材制造的液化天然气汽化器

物理驱动的生成式设计

该联合体定义了若干耦合性能目标：最大化加热器接口附近的传热效率，确保早期完全汽化，维持规定压降限值，最小化环境热损失，并通过金属增材制造确保可制造性。
借助ToffeeX生成式设计平台，通过涵盖对流、传导、压力场分布及增材制造约束的多物理场仿真解决了这些目标。
最终形成的双螺旋内部流道几何结构，在加热区域延长了液化天然气停留时间，同时诱导出均匀相变所需的可控湍流。流场调节与混合特性完全源于物理驱动的优化过程，而非工程师人工设计。该方案最大限度消除了滞流区与失控流态，确保在全工况范围内维持稳定的蒸汽品质。
集成隔热与AM-First设计
新设计的核心特征在于将真空隔热腔体直接集成到蒸发器的承重结构中。这显著降低了向环境的热量损失——这对在恶劣环境条件下稳定采集液化天然气至关重要——而这种设计唯有通过增材制造方能实现。
该组件是根据严格的规范开发的。 设计增材制造 (DfAM) 指南。EOS Additive Minds 支持创建完全自支撑的内部结构，在金属增材制造过程中无需任何内部支撑结构。这确保了可靠的粉末清除，减少了材料消耗，并提升了长期运行的稳健性。
拓扑优化的几何结构通过Rhino/Grasshopper进行重建，内部格栅区域则通过nTop中的隐式建模生成，并在EOS构建工作流中进行原生处理。
在EOS系统上进行制造
该雾化器生产于铝硅10镁采用EOS金属激光粉末床熔融技术。早期开发阶段的构建是在一台 EOS M 290最终组件是在一台 EOS M 400-4采用40微米层厚参数组合与跳层策略，在打印区域时以80微米有效层高进行构造，既实现了高表面质量，又显著缩短了构建时间。
尽管该组件高度达279毫米且内部几何结构复杂，但优化的工艺参数确保了卓越的尺寸精度、稳定的打印质量和可靠的热性能。粉末排出端口直接集成于设计中，可彻底清除螺旋流道和绝缘腔体内的残留粉末。
最终的蒸发器采用单体整体铝制结构——无焊接、无接缝、无内部支撑——经150巴（表压）压力验证测试，满足严格的ATEX防爆认证要求，可胜任严苛的工业运行环境。

增材制造液化天然气气化器

在AlSi10Mg材料中，剖面展示了采用生成式设计原理制造的双螺旋流道及集成真空隔热腔体。

成果

液化天然气测量变异性的可量化降低

2025年3月，在埃尼诺公司哈默菲斯特液化天然气终端的现场测试中，增材制造在相同运行条件下与传统设备进行了对比评估。

在高达1400 SL/hr的流量下，总热值(GHV)测量的标准偏差降低了50%以上，表明蒸发稳定性和采样重复性显著提升。集成式500瓦陶瓷加热器可将液化天然气温度从-160°C可靠提升至约+60°C，而优化的螺旋几何结构确保了早期完全气化。操作员反馈称测量漂移现象近乎消除，且在延长采样周期内沃贝指数表现显著更具可预测性。该气化器与现有测量基础设施无缝集成，证实其作为即插即用式改造方案的适用性。

这些结果表明，增材制造物理驱动的生成式设计能够实现性能提升，这是传统气化器技术此前无法企及的。