CN102059042A - 一种多级换热及气液分离的组合设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分段控制多组分气体的换热温度和压力、气液分离、分级回收凝液的组合设备。它是一个塔形设备，分为上、中、下三部分，采用法兰连接；气体在塔内自下而上流动，塔体下部的功能是脱除进塔气体夹带液、收集上段换热设备产生的凝液；塔体中部由多段模块式设备组成，每段模块式设备的换热器为螺旋板式换热器，每段模块式设备的功能是自动控制气体的换热温度和压力、气液分离、并收集上段模块式设备产生的凝液；塔体上部的功能是一级自动控制气体的换热温度和压力、气液分离的设备。其特征在于：可自由灵活选配模块式设备的段数，与塔体上、下部分组合成为一台整体设备，满足气体逐级换热、气液分离并分级回收凝液的生产要求。

Description

一种多级换热及气液分离的组合设备

技术领域

本发明涉及一种具备换热和气液分离功能的设备，尤其是涉及一种用于分段控制多组分气体的换热温度和压力、气液分离、分级回收凝液的组合设备。

背景技术

在工业生产过程中，产生的蒸馏气体中含有多种组分，生产中需要将气体中各种组分分离出来，经常采用的一种工艺方法是根据气体中各种组分的饱和蒸汽压、冷凝点不同，分段控制气体换热的温度和压力，进行气液分离，并分级回收凝液。目前工厂中普遍采用的生产流程是：一级气体冷凝器+一级气液分离器+二级气体冷凝器+二级气液分离器+三级气体冷凝器+三级气液分离器+……，该工艺流程长、设备多、连接管道长、占地广、投资大。

中国国家知识产权局公开了一种实用新型专利：高效复合式气液分离器(授权公告号：CN 201394406Y)，其特征是：在一个塔式容器中，气体由下而上依次流经旋流气液分离器、列管式气水中冷器、高效破沫捕雾器，气体自塔顶流出，冷凝液自塔底流出。该设备具备冷却气体、气液分离功能，但是有一定的使用局限性，首先是设备结构问题：因为高效破沫捕雾器聚集的液滴、列管式气水中冷器冷凝的液滴依靠重力沉降，与上升气体逆向流动，在气体流速高的情况下，会造成气体带液或气体压力降增大的现象；其二列管式气水中冷器换热面积取决于列管数量的多少，换热面积小，换热效率低，一旦换热管束腐蚀穿孔，整台设备即报废；其三该设备作用效果只相当于：一级气体冷凝器+一级气液分离器，当生产要求工艺气体多级冷却和气液分离时，仍然需要多台设备组合来解决。

螺旋板式换热器是由两张金属板分别焊接在中心隔板上，在专用的卷板机上卷制成两个紧密相邻、互不相通的螺旋通道，两种传热介质通过螺旋板壁进行换热的换热器。螺旋板式换热器特点是：传热性能好、传热均匀、传热温差小、流体阻力小、自洁能力强、结构紧凑、造价低、不可拆式结构的密封性能好。我国于2003年3月17日首次发布了《螺旋板式换热器》标准(JB/T-2003)，规定了四种类型的螺旋板式换热器设计、制造、检验与验收要求。国外螺旋板式换热器的发展已经历了近80年的历史，其应用领域比我国深入、广泛，例如：塔上型螺旋板式换热器就是基于四种类型基础上进行变化形式的螺旋板式换热器，是为内置于蒸馏塔顶部而特制的，用于冷却蒸馏塔顶的气体，冷凝液在重力作用下回流塔内，不凝性气体从塔顶排出，从而取代了蒸馏塔外部的塔顶气管壳式换热器、分液罐、冷凝液回流泵，其优越性显而易见；但是对于蒸馏塔抽出的蒸馏气体需要将气体中的各种组分分离回收时，国外依然采用多台气体冷凝器+多台气液分离器组合的方法来解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具备控制气体换热的温度和压力、气液分离、分级回收凝液功能的模块式设备，并能根据生产要求，自由组合上述模块式设备，使之成为一台整体设备，满足蒸馏气体逐段换热、气液分离、分级回收凝液的生产工艺要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：多级换热及气液分离的组合设备是一个圆筒状塔形设备，分为上、中、下三部分，各部分连接均为壳体法兰连接，气体在塔内自下而上流动；塔体下部是一段上端带壳体法兰、下端为椭圆形封头的圆筒形壳体，中间用一块立式隔板与塔壳体内壁焊接，将圆筒分割为脱液室、一级凝液室，脱液室设有上升气流除雾器、气体入口和气体夹带液排液口，一级凝液室设有一级凝液排液口；塔体中部是由多段模块式结构的设备组成，每段模块式设备均是一个两端带壳体法兰的圆筒形壳体，圆筒壳体的下壳体法兰面安装有一块下封闭面板，下封闭面板中间设有半圆形气体入口、边沿设有弧形凝液降液口，下封闭面板上立式安装螺旋板式换热器，螺旋板式换热器内部有热交换介质螺旋通道和气体螺旋通道，热交换介质自圆筒壳体外切向进入螺旋板式换热器的热交换介质螺旋通道，自螺旋板式换热器中心隔板处上端热交换介质出口接出圆筒壳体外，气体自螺旋板式换热器中心隔板处下封闭面板的半圆开孔处进入换热器气体螺旋通道，气体螺旋通道末端与圆筒壳体有一个弧形气液分离空间，其内部安装立式翅片，螺旋板式换热器上端安装一块上封闭面板，上封闭面板边沿设有弧形气体口，上封闭面板上设有一块立式隔板与圆筒壳体内壁焊接，将圆筒壳体上半部分割为气相室和上级凝液室，气相室设有上升气流除雾器、测温仪表和测压仪表，气相室和上级凝液室之间设有圆筒壳体外连通管，上级凝液室内安装有一块与圆筒形壳体内壁焊接的弧形隔板，作为上级凝液降液槽，弧形隔板下端延伸至上级凝液室的冷凝液中，形成一个液封，上级凝液室设有上级凝液排液口、测液位仪表；塔体上部是一段下端带壳体法兰、上端为椭圆形封头的圆筒形壳体，下壳体法兰面安装有一块下封闭面板，下封闭面板中间设有半圆形气体入口、边沿设有弧形凝液降液口，下封闭面板上立式安装螺旋板式换热器，螺旋板式换热器上端安装有一块上封闭面板，上封闭面板边沿设有弧形气体口，圆筒壳体上半部分为气相室，设有上升气流除雾器、测温仪表、测压仪表和不凝性气体出口。

所述的螺旋板式换热器是基于我国《螺旋板式换热器》(JB/T-2003)中不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器改进的：一、将螺旋板式换热器的两块连接板直接焊接在圆筒壳体内壁，并在螺旋板式换热器的上、下端面各增加一块封闭面板；二、取消螺旋板式换热器下封闭端板处的接管和开孔半圆端板，采用支撑环代替，使之成为敞开式半圆形气体入口通道，增加的下封闭面板开同样的半圆形孔；三、取消螺旋板式换热器气体出口的切向接管，将气体螺旋通道尽头(圆筒形塔壳体与两块连接板处形成的半圆弧形空间)的上下封闭堵板取消，形成一个上下贯通、垂直的半圆弧形气液分离空间，增加的上、下封闭面板开同样的半圆弧形孔；四、调整筒体与螺旋板连接板的厚度，加大半圆弧形气液分离空间，在圆筒形塔壳体内壁和螺旋板外壁焊接立式翅片，翅片面对气流方向，用于水平气流的脱液和液体的导流。

本发明所述多级换热及气液分离的组合设备，各部分的功能、气体流动特征、自动控制方法以及组装方法如下：

塔体下部的功能是缓冲进塔气体、脱除气体夹带的液体和固体颗粒、收集上级气体换热后形成的凝液；气体自塔体下部气体入口进入脱液室，气体流速降低，脱除气体夹带的液体和固体颗粒，上升气流经过除雾器，小粒径液滴聚集成液膜，在重力作用下沉降至塔底脱液室，自气体夹带液排液口排出；一级凝液室用于收集上段模块式设备自流下来的一级凝液，自一级凝液排液口排出。

塔体中部由多段模块式设备组成，每段模块式设备的功能是自动控制气体换热的温度和压力、气液分离、并收集上段模块式设备产生的上级凝液；塔体下部气体自螺旋板式换热器中心隔板下封闭面板的半圆开孔处进入换热器气体螺旋通道，气体由内向外沿螺旋气体通道流动；热交换介质自塔壳体外切向进入螺旋板式换热器的热交换介质螺旋通道，热交换介质由外向内沿螺旋通道流动，自螺旋板式换热器中心隔板处上端热交换介质出口接出塔壳体外；两种流体在各自的螺旋通道内呈全逆流方式流动，通过螺旋板壁进行热交换，气体与凝液的混合物在螺旋板式换热器半圆筒体与两块连接板处形成的半圆弧形空间内分离，半圆筒体内壁和螺旋板外壁焊接立式翅片，用于水平气流的脱液和液体的导流，该半圆弧形通道上下是贯通的，凝液在重力作用下沉降，流入塔体下部的一级凝液室，不凝性气体向上进入圆筒形壳体上半部分的气相室，气相室内安装有除雾器，用于除去上升气流中的小粒径液滴；热交换介质入口管道上安装流量调节阀，由气相室的测温仪表信号控制其运行，调节热交换介质的流量，从而控制气体换热的温度；气相室与上级凝液室之间设有圆筒壳体外连通管，连通管上安装气体压力调节阀，由气相室内的测压仪表信号控制，用于调节气相室内气体的压力；上级凝液室内安装有一块弧形隔板与圆筒壳体内壁焊接，形成一个上级凝液降液槽，用于收集上段模块式设备自流下来的凝液，弧形隔板下端延伸至上段凝液室的凝液中，形成一个液封，防止上级凝液室内气体反串进上级凝液降液槽；上级凝液自上级凝液室的排液口排出。

塔体上部的功能是一段自动控制气体换热的温度和压力、气液分离的设备；其气体换热过程、气体温度控制方法与模块式设备相同；不同点在于螺旋板式换热器的上封闭面板上方只有气相室，上升气流经过除雾器，除去气体夹带的小粒径液滴，气体自椭圆形封头顶部气体出口排出，气体出口管道上安装气体压力调节阀，由气相室内的测压仪表信号控制，调节气相室内气体的压力。

塔体下部与塔体中部安装对接时，要保证上段模块式设备的气体入口在塔体下部的的脱液室上方，保证上段模块式设备的一级凝液降液口在塔体下部的一级凝液室内；塔体中部多段模块式设备的安装对接时，需要水平旋转角度，保证上段设备的气体入口在下段设备的的上级凝液室上方，保证上段设备的凝液降液口在下段设备的上级凝液降液槽内；塔体上部与塔体中部安装对接时，同样需要水平旋转角度，保证塔体上部的气体入口在下段设备的的上级凝液室上方，保证塔体上部的凝液降液口在下段设备的上级凝液降液槽内。

本发明所述的螺旋板式换热器与不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器相比：设备部件有所减少、加工更简单；气体进出口面积加大，气体流动阻力更小；增加了上、下封闭面板，增强了螺旋板式换热器的密封性能；增加了气液分离空间和水平气流脱液功能。

本发明所述的两种流体在螺旋板式换热器各自的螺旋通道内呈全逆流方式流动，适合于小温差介质之间的传热，与管壳式换热器相比：可准确控制气体换热的温度，提高气体中组分回收的质量和产量；传热效率高，可用于低温热源的利用，为工厂的节能提供了条件。

本发明所述的模块式设备结构特点：在一个圆筒壳体内下部立式安装上述螺旋板式换热器，作为换热的内件，并在其上下端面各增加一块封闭面板，与上部的一块立式隔板、一块弧形隔板，将模块式设备分割为换热室、气液分离室、气相室、上级凝液降液槽、上级凝液室，使得设备内气体通道和凝液通道分开，在流体自然流动过程中，完成气体换热温度和压力的自动控制、水平气流和上升气流的两级脱液、气液分离、凝液重力沉降收集工序。与高效复合式气液分离器相比：设备结构更加紧凑、简单；换热面积更大、传热效率更高；气体通道与凝液通道分开，气体流动阻力小，最大限度减少了气体带液的现象；具有水平气流和上升气流两级脱液功能，提高了产品的产率；可快速分段更换设备的组件，检修费用低。

本发明所述的组合设备能够根据不同的生产工艺要求，配置模块式设备的段数，与塔体上、下部分组合，使之成为一台整体设备，目前尚无先例。与目前采用多台气体冷凝器+多台气液分离器的工艺相比，具有显著的进步：首先是设备台数、连接管道、占地面积均大大减少、工程投资降低；其次是工作介质的流动阻力减少，生产能耗降低，运行费用降低；生产操作、控制更加简单，产品质量更有保证；泄露点明显减少，有利于安全生产、劳动人员的保护和环境保护。

本发明所述的模块式设备也可以根据不同的生产工艺要求进行改进，当生产工艺不要求分段控制气体压力进行气液分离时，只要取消模块式设备的气相室与上级凝液室之间的圆筒壳体外连通管、连通管上安装的气体压力调节阀、上级凝液降液槽，调整圆筒壳体上部中的立式隔板安装位置，使得上段设备的气体入口在下段设备的的气相室上方即可。

附图说明

图1：是本发明一种多级换热和气液分离的组合设备的主视图；

图2：是沿图1中A-A线的剖视图；图3：是沿图1中B-B线的剖视图；

图4：是沿图1中C-C线的剖视图；图5：是沿图1中D-D线的剖视图；

图6：是沿图1中E-E线的剖视图；图7：是沿图1中F-F线的剖视图；

图8：是沿图1中G-G线的剖视图；图9：是沿图1中H-H线的剖视图；

图10：是沿图1中I-I线的剖视图；图11：是沿图1中J-J线的剖视图；

图12：是沿图1中K-K线的剖视图；图13：是沿图1中M-M线的剖视图。

图中：1-组合塔一段，11-脱液室，12-一级凝液室，2-组合塔二段，20-一级螺旋板式换热器，21-一级气相室，22-二级凝液室，23-二级凝液降液槽，3-组合塔三段，30-二级螺旋板式换热器，31-二级气相室，32-三级凝液室，33-三级凝液降液槽，4-组合塔四段，40-三级螺旋板式换热器，41-三级气相室。

具体实施方式

下面通过一个实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例：某厂蒸馏塔侧线抽出一股蒸馏气体，采用“一级管壳式冷凝器+一级气液分离器”在温度T1和压力P1条件下提取一级凝液；采用“二级管壳式冷凝器+二级气液分离器”在温度T2和压力P2条件下提取二级凝液；采用“三级管壳式冷凝器+三级气液分离器”在温度T3和压力P3条件下提取三级凝液和不凝性气体。

本发明采用的优选实施方式：在不改变实施例工艺流程及工艺条件的情况下，将具备换热、气液分离、凝液收集功能的模块式设备进行组合成一台塔形整体设备，满足生产工艺要求。如图1所示，该组合塔分由四段圆筒状设备组成，各部分连接均为法兰连接。蒸馏气体自组合塔下部进入，在塔内自下而上流动，依次流经组合塔一段1、组合塔二段2、组合塔三段3、组合塔四段4，并分别由组合塔一段1得到一级凝液、由组合塔二段2得到二级凝液、由组合塔三段3得到三级凝液、由组合塔四段4得到不凝性气体。

如图1所示，组合塔一段1由上端壳体法兰101、下端椭圆形封头102、圆筒壳体103构成，中间用一个立式隔板104与壳体103内壁焊接，将组合塔一段1分割为两个相互封闭的室(脱液室11、一级凝液室12)。蒸馏塔侧线抽出气体自气体入口105进入脱液室11，气体流速降低，在脱液室11内脱除气体夹带的液体和固体颗粒；气体向上流经除雾器106，小粒径液滴聚集成液膜，在重力作用下沉降至塔底，气体夹带液和杂质自塔底气体夹带液排液口107排出。一级凝液室12用于收集组合塔二段2自流下来的一级凝液，通过一级凝液排液口108排出。脱液室11与一级凝液室12分割开，即保证了一级凝液的质量，又减少了气体的带液量，可使得热交换介质耗量的降低。图2直观的表示了组合塔一段1内部构造。

如图1所示，组合塔二段2由下端壳体法兰201、上端壳体法兰202、圆筒壳体203构成。圆筒壳体203下部立式安装一级螺旋板式换热器20，一级螺旋板式换热器20是基于我国《螺旋板式换热器》(JB/T-2003)中不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器改进的，如图1和图4所示，一级螺旋板式换热器20是由两张金属板501、502分别焊接在中心隔板503上，在专用的卷板机上卷制成两个紧密相邻、互不相通的螺旋通道，图中阴影部分表示热交换介质流动的螺旋通道，白色部分表示气体流动的螺旋通道；一级螺旋板式换热器20内部构造和加工工艺均同于不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器，改进之处在于：其一采用圆筒壳体203取代不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器的半圆筒体，将螺旋板式换热器的两块连接板504、505直接焊接在圆筒壳体203内壁；其二取消了不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器下端处的接管和开孔半圆端板，采用支撑环506代替，使之成为敞开式气体入口507；其三取消不可拆式带半圆筒体的螺旋板式换热器气体出口的切向接管，将气体螺旋通道外圈板508与两块连接板504、505之间的上下封闭堵板取消，在气体螺旋通道外圈板508与圆筒形壳体203之间，形成一个半圆弧形上下贯通、垂直的气液分离空间509，下半圆弧形通道口为凝液降液口510，上半圆弧形通道口为气体口511；其四调整两块连接板504、505的厚度，从而调整半圆弧形气液分离空间509大小，降低气体的流速，在圆筒形壳体203内壁和气体螺旋通道外圈板508外壁上焊接立式翅片512，翅片512面对气流方向，气体自螺旋通道出来后，先是水平向运动，后是向上运动，水平气体中小粒径凝液在翅片512的凹槽中聚集成液滴，沿翅片垂直向下流动，降低了上升气流二次带液的可能性；其五在一级螺旋板式换热器20下端增加一块封闭面板513与其焊接，下封闭面板513四周与圆筒形壳体203内壁焊接，下封闭面板513留有气体入口507和弧形降液口510的开孔，图3表示了组合塔二段2下封闭面板513的构造；其六在一级螺旋板式换热器20上端增加一块封闭面板514与其焊接，封闭面板四周与圆筒形壳体203内壁焊接，上封闭面板514留有弧形气体口511，图5表示了组合塔二段2上封闭面板514的构造。

如图1和图4所示，组合塔一段1上升气体自一级螺旋板式换热器20下端的气体入口507进入气体螺旋通道，气体由内向外沿螺旋气体通道流动，至气液分离空间509处；热交换介质自热交换介质入口管口515切向进入一级螺旋板式换热器20的热交换介质螺旋通道，由外向内沿螺旋通道流动，至中心隔板503上端热交换介质出口管516，接出组合塔二段2；蒸馏气体与热交换介质在各自的螺旋通道内呈全逆流方式流动，通过螺旋板壁进行热交换，形成的气液混合物在气液分离空间509处分离，水平气流中的小粒径液滴在翅片512的凹槽中聚集成凝液，沿翅片垂直向下流动，通过降液口510流入组合塔一段1的一级凝液室12收集，不凝性气体向上通过气体口511进入组合塔二段2的上部。如图1和图5所示，组合塔二段2上部用一个立式隔板206两端与圆筒形壳体203内壁焊接，底部与一级螺旋板式换热器20上封闭面板514焊接，将其分割为两个相互封闭的室(一级气相室21、二级凝液室22)，一级气相室21内安装有除雾器207，如图6所示，除雾器207除去上升气体中夹带的小粒径液滴；一级气相室21内安装有测温仪表208，其温度信号控制热交换介质入口管道上设置的流量调节阀，调节热交换介质的流量，从而控制气体换热后温度为T1；一级气相室21的气体出口209与二级凝液室22的气体入口210之间设有塔壳体外水平连通管，水平连通管上安装一级气体压力调节阀，一级气相室21内安装有测压仪表211，其压力信号控制一级气体压力调节阀，调节一级气相室21内气体的压力达到P1；二级凝液室22内安装有一块弧形隔板212与圆筒形壳体203内壁焊接，形成一个二级凝液降液槽23，用于收集组合塔三段3自流下来的二级凝液，其上端与上端壳体法兰202面平齐，下端延伸至二级凝液室22的冷凝液中，形成一个液封，防止二级凝液室22中的气体反串至二级凝液降液槽23；二级凝液通过二级凝液排液口204排出，二级凝液排放管道上安装二级凝液液位调节阀，由二级凝液室22的液位仪表205信号控制液位调节阀运行，保证二级凝液室22的液位高度。

蒸馏气体经过上述组合塔二段2的换热、温度控制、压力控制和两级脱液，在温度T1和压力P1条件下气液分离得到一级凝液，一级气相室21与一级凝液室12压力是相等的，一级凝液重力沉降至组合塔一段1的一级凝液室12。

组合塔三段3内部结构形式均同于组合塔二段2的内部结构形式，如图1所示，组合塔三段3由下端壳体法兰301、上端壳体法兰302、圆筒壳体303构成；圆筒壳体303下部立式安装二级螺旋板式换热器30；圆筒形壳体303上部利用二级螺旋板式换热器30上封闭面板614和立式隔板306，将其分割为两个相互封闭的室(二级气相室31，三级凝液室32)，图9表示了组合塔三段3上封闭面板614的构造；二级气相室31内安装除雾器307，详见图10；三级凝液室32安装有一块弧形隔板312与圆筒形壳体203内壁焊接，形成一个三级凝液降液槽33。组合塔三段3与组合塔二段2安装对接时，组合塔三段3需要旋转一定的角度，保证组合塔三段3下封闭面板613的气体入口607在组合塔二段2的二级凝液室22上方，保证下封闭面板613的降液口610在组合塔二段2的三级凝液降液槽23内，图7表示了组合塔三段3下封闭面板613的构造。

组合塔三段3的工艺过程和自动控制仪表均同于组合塔二段2，如图1和图8所示，组合塔二段2上升气体自二级螺旋板式换热器30下端的气体入口607进入气体螺旋通道，热交换介质自热交换介质入口管口615切向进入二级螺旋板式换热器30的热交换介质螺旋通道，至中心隔板603上端热交换介质出口管616，接出组合塔三段3；蒸馏气体与热交换介质通过螺旋板壁进行热交换，形成的气液混合物自气体螺旋通道出来，至气液分离空间609处，水平气流中的小粒径液滴在翅片612的凹槽中聚集成凝液，沿翅片垂直向下流动，通过降液口610流入组合塔二段2的二级凝液降液槽23，进二级凝液室22收集。不凝性气体向上通过气体口611进入组合塔三段3上部的二级气相室31，上升气流经除雾器307除去气体中夹带的小粒径液滴；二级气相室31内安装有测温仪表308，其温度信号控制热交换介质入口管道上设置的流量调节阀，调节热交换介质的流量，从而控制二级气体换热的达到温度T2；二级气相室31的气体出口309与三级凝液室32的气体入口310之间设有壳体303外水平连通管，水平连通管上安装二级气体压力调节阀，二级气相室31内安装有测压仪表311，其压力信号控制二级气体压力调节阀运行，调节二级气相室31内气体的压力达到P2；三级凝液室32内的三级凝液降液槽33，用于收集组合塔四段4自流下来的三级凝液，其上端与上端壳体法兰302面平齐，下端延伸至三级凝液室32的冷凝液中，形成一个液封，防止三级凝液室32中的气体反串至三级凝液降液槽33；三级凝液通过三级凝液排液口304排出，三级凝液排放管道上安装三级凝液液位调节阀，由三级凝液室32的液位仪表305信号控制液位调节阀运行，保证三级凝液室32的液位高度。

蒸馏气体经过上述组合塔三段3的换热、温度控制、压力控制和两级脱液，在温度T2和压力P2条件下气液分离得到二级凝液。二级凝液室22压力高于二级气相室31压力，压差为气体螺旋通道的阻力降，螺旋通道的曲率是均匀的，阻力降小，二级气相室31安装在二级凝液室22上方，高差大于压差，二级凝液可重力沉降、流入二级凝液室22。

如图1所示，组合塔四段4由下端壳体法兰401、上端椭圆形封头402、圆筒形壳体403构成；圆筒壳体403下部立式安装三级螺旋板式换热器40，其内部结构形式均同于一级螺旋板式换热器20的内部结构形式；圆筒形壳体403上部是三级气相室41，安装有除雾器407。组合塔四段4与组合塔三段3安装对接时，组合塔四段4需要旋转一定的角度，保证组合塔四段4下封闭面板713的气体入口707在组合塔三段3的三级凝液室32的上方，保证下封闭面板713的降液口710在组合塔三段3的三级凝液降液槽33范围内，图11表示了组合塔四段4下封闭面板713的构造；图13表示了组合塔四段4上封闭面板614的构造。

组合塔四段4的工艺过程和自动控制仪表均同于组合塔二段2，如图1和图12所示，组合塔三段3上升气体自三级螺旋板式换热器40下端的气体入口707进入气体螺旋通道，热交换介质自热交换介质入口管口715切向进入三级螺旋板式换热器40的热交换介质螺旋通道，至中心隔板703上端热交换介质出口管716，接出组合塔四段4；蒸馏气体与热交换介质通过螺旋板壁进行热交换，形成的气液混合物自螺旋通道出来，至气液分离空间709处，水平气流中的小粒径液滴在翅片712的凹槽中聚集成凝液，沿翅片垂直向下流动，通过降液口710流入组合塔三段3的三级凝液降液槽33，进三级凝液室32收集。不凝性气体向上通过气体口711进入组合塔四段4上部的三级气相室41，上升气流经除雾器407除去气体中夹带的小粒径液滴；三级气相室41内安装有测温仪表408，其温度信号控制热交换介质入口管道上设置的流量调节阀，调节热交换介质的流量，从而控制三级气体冷却的达到温度T3；三级气相室41内安装有测压仪表411，其压力信号控制三级气体出口409管道上的三级气体压力调节阀运行，从而控制三级气相室41内气体的压力达到P3。

蒸馏气体经过上述组合塔四段4的换热、温度控制、压力控制和两级脱液，在温度T3和压力P3条件下气液分离得到三级凝液。三级凝液室32压力高于三级气相室41压力，压差为气体螺旋通道的阻力降，螺旋通道的曲率是均匀的，阻力降小，三级气相室41安装在三级凝液室32上方，高差大于压差，三级凝液重力沉降、流入三级凝液室32。

Claims (4)

1.一种多级换热及气液分离的组合设备是一个圆筒状塔形设备，分为上、中、下三部分，各部分连接均为壳体法兰连接，气体在塔内自下而上流动；塔体下部是一段上端带壳体法兰、下端为椭圆形封头的圆筒形壳体，中间用一块立式隔板与塔壳体内壁焊接，将圆筒分割为脱液室、一级凝液室，脱液室设有上升气流除雾器、气体入口和气体夹带液排液口，一级凝液室设有一级凝液排液口；塔体中部是由多段模块式结构的设备组成，每段模块式设备均是一个两端带壳体法兰的圆筒形壳体，圆筒壳体的下壳体法兰面安装有一块下封闭面板，下封闭面板中间设有半圆形气体入口、边沿设有弧形凝液降液口，下封闭面板上立式安装螺旋板式换热器，螺旋板式换热器内部有热交换介质螺旋通道和气体螺旋通道，热交换介质自圆筒壳体外切向进入螺旋板式换热器的热交换介质螺旋通道，自螺旋板式换热器中心隔板处上端热交换介质出口接出圆筒壳体外，气体自螺旋板式换热器中心隔板处下封闭面板的半圆开孔处进入换热器气体螺旋通道，气体螺旋通道末端与圆筒壳体有一个弧形气液分离空间，其内部安装立式翅片，螺旋板式换热器上端安装一块上封闭面板，上封闭面板边沿设有弧形气体口，上封闭面板上设有一块立式隔板与圆筒壳体内壁焊接，将圆筒壳体上半部分割为气相室和上级凝液室，气相室设有上升气流除雾器、测温仪表和测压仪表，气相室和上级凝液室之间设有圆筒壳体外连通管，上级凝液室内安装有一块与圆筒形壳体内壁焊接的弧形隔板，作为上级凝液降液槽，弧形隔板下端延伸至上级凝液室的冷凝液中，形成液封，上级凝液室设有上级凝液排液口、测液位仪表；塔体上部是一段下端带壳体法兰、上端为椭圆形封头的圆筒形壳体，下壳体法兰面安装有一块下封闭面板，下封闭面板中间设有半圆形气体入口、边沿设有弧形凝液降液口，下封闭面板上立式安装螺旋板式换热器，螺旋板式换热器上端安装有一块上封闭面板，上封闭面板边沿设有弧形气体口，圆筒壳体上半部分为气相室，设有上升气流除雾器、测温仪表、测压仪表和不凝性气体出口。

2.根据权利要求1中所述的螺旋板式换热器，其特征在于：将螺旋板式换热器的两块连接板直接焊接在圆筒壳体内壁，并在螺旋板式换热器的上、下端面各增加一块封闭面板；取消螺旋板式换热器下封闭端板处的接管和开孔半圆端板，采用支撑环代替，使之成为敞开式半圆形气体入口通道；取消螺旋板式换热器气体出口的切向接管，将气体螺旋通道尽头(圆筒形塔壳体与两块连接板处形成的半圆弧形空间)的上下封闭堵板取消，形成一个上下贯通、垂直的半圆弧形气液分离空间；在气体螺旋通道末端，两块连接板之间的圆筒形塔壳体内壁和螺旋板外壁焊接立式翅片，用于水平气流的脱液和液体的导流。

3.根据权利要求1中所述的具备自动控制气体换热温度和压力功能的模块式设备，其特征在于：利用安装在气相室的测温仪表，控制热交换介质入口管道上设置的流量调节阀，调节热交换介质的流量，从而控制气体换热的温度；利用安装在气相室的测压仪表，控制设置在气相室与上段凝液室之间圆筒壳体外水平连通管上的气体压力调节阀，从而控制气相室内气体的压力。

4.根据权利要求1中所述的一种多级换热及气液分离的组合设备，其特征在于：将几段具备气体换热、气液分离、凝液收集功能的模块式设备，与塔体上、下部分组合，使之成为一台整体设备，设备连接均为壳体法兰连接，每段模块式设备下壳体法兰面均有一块封闭面板，留有两个开孔，一个是螺旋板式换热器的半圆形气体入口，一个是螺旋板式换热器的半圆弧形凝液降液口，两段设备安装对接时，要求上段设备的螺旋板式换热器半圆形气体入口在下段设备的凝液室上方，要求上段设备的螺旋板式换热器半圆弧形凝液降液口在下段设备的凝液降液槽内。

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