CN102734591B - 一种低温液体节流阀输送液体的自动提升装置 - Google Patents
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Abstract
一种低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，它至少包括一串接在低温液体输送管路上的低温液体节流阀，所述的低温液体节流阀后一定距离内的输送管路上设置一个一端与被充低温液体节流阀后管路相连、另一端与外部充气气源管路相连的充气管件；所述的充气管件由一套接在输送管路上的充气管套、以及连接在所述充气管套上的充气管道组成，所述的充气管套分为外管和内管，管壁上设置充气小孔的内管与所述输送管路直接对接连通；它具有结构简单，使用方便可靠，能较好地解决精馏塔直接藕合高度增加或下塔压力降低所带来的低温液体节流阀输送流体困难等问题，能够显著地降低空分装置的制氧单耗等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，用于深冷法空分装置中提高低温液体节流阀的输送能力，尤其是适用于大型低能耗空分装置，属于空气分离领域的工艺流程辅助技术。
背景技术
在低温条件下利用精馏原理来分离空气是一种公知的深冷法制氧技术。其基本原理是首先将加工空气液化，然后利用氧、氮等组分的沸点差采用精馏方法使空气分离获得氧气和氮气。典型的空分装置包括以下设备：原料空气过滤器、空气透平压缩机、空冷塔、分子筛吸附器、增压透平膨胀机、换热器、精馏塔以及低温液体节流阀等等。精馏塔则由下塔、上塔和主冷凝蒸发器组成。双级精馏，即同时采用下塔和上塔是典型深冷法制氧技术的核心和显著特点。上塔和下塔通过主冷凝蒸发器以及管路阀门来实现精馏耦合。众所周知，在同一压力下纯氧的饱和温度高于纯氮的饱和温度。比如，在1×105Pa压力条件下，纯氧的饱和温度是-183℃，纯氮的饱和温度是-196℃。这表示氮比氧更容易气化。但是在不同压力下，氮的饱和温度有可能比氧高。在空分装置中，为保证上塔的液氧在冷凝蒸发器蒸发，下塔的气氮在冷凝蒸发器中冷凝，必须使下塔氮的饱和温度高于上塔氧的饱和温度。与此对应，下塔的工作压力要高于上塔的工作压力，因此下塔又称为压力塔，上塔又称为低压塔。当上塔压力一定时，下塔的压力由主冷的温差所决定。如果冷凝蒸发器的温差取得大，下塔的压力也就要提高，使空分装置的空气压缩机所消耗的功率会增加。反之，消耗的功率会降低。
典型的双级精馏空分流程中，来自压力塔(下塔)的较高压力的低温液体(富氧液空或液氮)均通过低温液体节流阀，节流到较低压力后分别送入低压塔(上塔)不同部位进一步实现氧氮精馏。在这里，低温液体节流阀在实现流体输送功能的同时发挥两个作用：一是减压，二是降温(等焓节流正效应)。阀门前后压差的大小对低温液体节流阀的输送能力起到关键作用。低温液体节流阀的前后压差=阀前压力-阀后压力＞0。低温液体节流阀的阀后压力由上塔压力和阀后液柱压差共同确定。而低温液体节流阀的阀前压力由阀门的位置高度和下塔液体出口高度来共同确定，最终由下塔压力决定。
近年来，随着空分市场的不断发展壮大，空分装置越来越趋向于大型化和节能化，同时又要求流程简单一次投资成本少。空分装置的大型化必然带来精馏塔的大型化。随着空分规模等级的升高，精馏塔包括上塔下塔的长度随之加长，双级精馏塔直接藕合的总高度也就越来越高。同时，空分装置的节能化要求下塔操作压力尽可能低一些。精馏塔直接藕合高度的增加和下塔操作压力的降低均将导致低温液体节流阀的阀门前后压差减少。但是，根据低温液体节流阀的工艺特性可以知道， 精馏塔直接藕合高度的增加和下塔操作压力的降低的理论极限是低温液体节流阀的前后压差≈0，且恒为正值，否则双级精馏工况将不能建立；而实际运行中，低温液体节流阀前后压差存在一个最小的正压值；将精馏塔分拆不符合流程简单化的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，主要用于大型低能耗空分装置中解决精馏塔直接藕合高度增加或下塔压力降低所带来的低温液体节流阀输送流体困难问题，它能够显著地降低空分装置的制氧单耗。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：它至少包括一串接在低温液体输送管路上的低温液体节流阀，所述的低温液体节流阀后一定距离内的输送管路上设置一个一端与被充低温液体节流阀后管路相连、另一端与外部充气气源管路相连的充气管件。
所述的充气管件由一套接在输送管路上的充气管套、以及连接在所述充气管套上的充气管道组成，所述的充气管套由外管和内管组成，管壁上设置充气小孔的内管与所述输送管路直接对接连通。
所述充气管件一端相连的外部充气气源管路上至少设置一个调节阀、一个安全阀和一个止逆阀；所述充气调节阀在阀门位置标高上高于被充气的低温液体节流阀。
管外充气气源以一定流速通过充气小孔，带动低温液体节流阀后管内低温液体加速气化上升，从而降低低温液体节流阀的阀后压力，到达节流阀要求的最小正压差(含)以上数值，最终使低温液体节流阀后管内低温液体顺利进入上塔建立精馏工况。
作为特例，所述的充气管件可以由一段直接插接在输送管路内部的充气管道组成，其内插管段流向与低温液体流向必须同轴同向。此时，内插充气管段出口相当于起到充气小孔的作用。
充气气源的最小充气压力根据被充气的低温液体节流阀阀前压力确定，充气气源的温度为常温或者下塔压力下对应的饱和温度，充气气源的气量大小根据低温液体节流阀要求的最小正压差、阀后允许的最大气化率以及上塔精馏最小回流比等等变量综合计算确定。
对于上塔精馏回流比要求严格的场合，本发明提出一个“充气+气液分离”综合使用的解决方案，即在输送管路1进入低压塔C2之前设置有一气液分离器PV1，见图2所示。
本发明不限于解决下塔(压力塔)和上塔(低压塔)之间的低温液体节流阀输送流体问题，同时适用于解决下塔(压力塔)与其他低压设备之间的低温液体节流阀输送流体问题，比如下塔与粗氩冷凝器间液空节流阀，下塔与纯氩冷凝器间液氮节流阀等等。
它具有结构简单，使用方便可靠，能较好地解决精馏塔直接藕合高度增加或下塔压力降低所带来的低温液体节流阀输送流体困难等问题，能够显著地降低空分装置的制氧单耗等特点。
附图说明
图1是典型空分装置工艺流程示意图；
图2是本发明的充气流程示意图；
图3是本发明所述的充气管件结构示意图；
图4是本发明所述的充气管件结构示意图的一个特例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示是现有典型的空分装置工艺流程示意图；图中所示的有：原料空气过滤器AF，空气压缩机TC，空冷塔AC，分子筛吸附器MS1/MS2，增压透平膨胀机BT1/ET1，主换热器E1，过冷器E2，压力塔C1，主冷凝蒸发器K1，低压塔C2，低温液体节流阀V，电加热器EH，放空消声器SL，水泵WP1/WP2，水冷塔WC。
图2所示是本发明的充气流程示意图，图中所示的有：压力塔C1，低压塔C2，主冷凝蒸发器K1，过冷器E2，低温液体节流阀V1，气液分离器PV1，外部气源调节阀Va，止逆阀Vb，安全阀Vc，距离长度A，低温液体进出料高度差B，阀门高度差C。
本发明所述的低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，它至少包括一串接在低温液体输送管路上的低温液体节流阀V1，所述的低温液体节流阀V1后一定距离内的输送管路1上设置一个一端与被充低温液体节流阀后管路相连、另一端与外部充气气源管路相连的充气管件2。所述充气管件2一端相连的外部充气气源管路上至少设置一个调节阀Va、一个安全阀Vc和一个止逆阀Vb；所述充气调节阀Va在阀门位置标高上高于被充气的低温液体节流阀V1。
图3所示，所述的充气管件2由一套接在输送管路上的充气管套21、以及连接在所述充气管套上的充气管道22组成，所述的充气管套21由外管211和内管212组成，管壁上设置充气小孔213的内管212与所述输送管路直接对接连通。
图4所示为本发明的另一个实施特例，其中所述的充气管件2由一段直接插接在输送管路内部的充气管道23组成。其内插管段流向与低温液体流向必须同轴同向。
管外充气气源以一定流速通过充气管件2，带动低温液体节流阀V1后管内低温液体加速气化上升，从而降低低温液体节流阀的阀后压力，到达节流阀要求的最小正压差(含)以上数值，最终使低温液体节流阀后管内低温液体顺利进入上塔建立精馏工况。
充气气源的最小充气压力根据被充气的低温液体节流阀阀前压力确定，充气气源的温度为常温或者下塔压力下对应的饱和温度，充气气源的气量大小根据低温液体节流阀要求的最小正压差、阀后允许的最大气化率以及上塔精馏最小回流比等等变量综合计算确定。
对于上塔精馏回流比要求严格的场合，本发明提出一个“充气+气液分离”综合使用的解决方案，即在输送管路1进入低压塔C2之前设置有一气液分离器PV1，见图2所示。
本发明不限于解决下塔(压力塔)和上塔(低压塔)之间的低温液体节流阀输送流体问题，同时适用于解决下塔(压力塔)与其他低压设备之间的低温液体节流阀输送流体问题，比如下塔与粗氩冷凝器间液空节流阀，下塔与纯氩冷凝器间液氮节流阀等等。
实施例：
图2所示,典型的双级精馏塔直接耦合模型中压力塔C1抽出的低温液体经过低温液体节流阀V1送入低压塔。根据节能降耗需求某大型空分装置精馏塔参数如下：压力塔C1操作压力为0.5MPa(A)，低压塔C2操作压力为0.14 MPa(A)，压力塔的低温液体出口至低压塔的低温液体进口高度差值B为50m，低温液体节流阀V1至压力塔的低温液体出口高度差C为10m，低温液体密度为850kg/m3。重力加速度取为10m/s2，则根据初步试算，低温液体节流阀V1阀前压力=压力塔C1操作压力-阀前低温液体液柱压力≈0.5-850*10*10/1000000=0.415(MPa(A)),而低温液体节流阀V1阀后压力=低压塔C2操作压力+阀后低温液体液柱压力≈0.14+850*10*(50-10)/1000000=0.48(MPa(A))。阀前压力0.415 MPa(A)＜阀后压力0.48 MPa(A)，此时低温液体不能通过节流阀V1，双级精馏工况不能建立。
采用本发明发明在低温液体节流阀V1阀后一定距离长度A的位置设置一个充气管件2(见图3)或充气管件2(见图4)后，依靠充入一定流量的外界气体，可使V1阀后低温液体加速强制气化，在降低阀后液体密度的同时带动液体顺利上升进入低压塔C2。阀后液体密度降低，阀后压力随之降低。如充入某流量的外界气体后，阀后液体混合密度减少到600kg/m3，则低温液体节流阀V1阀后压力=低压塔C2操作压力+阀后低温液体液柱压力≈0.14+600*10*(50-10)/1000000=0.38(MPa(A))，阀前压力0.415 MPa(A)＞阀后压力0.38 MPa(A)，此时低温液体能够通过节流阀V1，双级精馏工况可以顺利建立。
如图2所示，采用本发明发明后的流程简述如下，压力塔C1抽出的低温液体经过过冷器过冷到达低温液体节流阀V1阀前，外界充气气源经过充气调节阀Va和止逆阀Vb到达低温液体节流阀V1阀后。打开V1阀，低温液体在外界气体的作用下快速强制气化并随气流同步上升，(一起进入气液分离器，)最后送入低压塔C2。
Claims (3)
1.一种低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，它至少包括一串接在低温液体输送管路上的低温液体节流阀，其特征在于所述的低温液体节流阀后一定距离内的输送管路上设置一个一端与被充低温液体节流阀后管路相连、另一端与外部充气气源管路相连的充气管件；
所述充气管件一端相连的外部充气气源管路上至少设置一个调节阀、一个安全阀和一个止逆阀；所述充气调节阀在阀门位置标高上高于被充气的低温液体节流阀。
2.根据权利要求1 所述的低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，其特征在于所述的充气管件由一套接在输送管路上的充气管套、以及连接在所述充气管套上的充气管道组成，所述的充气管套分为外管和内管，管壁上设置充气小孔的内管与所述输送管路直接对接连通。
3.根据权利要求1 所述的低温液体节流阀输送液体的自动提升装置，其特征在于所述的充气管件可以由一段直接插接在输送管路内部的充气管道组成，其内插管段流向与低温液体流向必须同轴同向。
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