CN103438666A - 低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备 - Google Patents
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Abstract
本发明主要应用于合成氨及低温液氮技术领域，涉及低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备技术，应用－191.5℃、1.8MPaH2、－193.4℃、5.19MPaN2—H2合成气、－191.5℃、0.18MPaN2—Ar—CO—CH4污氮冷却42℃、5.9MPaN2至－188℃、5.6MPaLN2及冷却来自低温甲醇工艺的H2—N2—CO—Ar—CH4净化气至－188.2℃、5.21MPa，即应用洗涤后的N2—H2合成气、高压H2及污氮的冷量回热冷却来流高压N2、低温甲醇洗后的净化气，给洗涤塔提供低温液氮洗涤低温净化气的温度条件；采用三段式三级低温多股流缠绕管式换热结构，换热效率高，可用于解决42℃～－197℃低温液氮用三级多股流缠绕管式换热技术难题，提高低温液氮工艺系统的低温回热换热效率。
Description
技术领域
本发明主要应用于合成氨低温液氮工艺设备技术领域，涉及低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备技术，应用低温液氮工艺中气液分离器分离出的－191.5℃、1.8MPa H2、洗涤塔顶流出的－193.4℃、5.19MPa N2—H2合成气及洗涤塔顶流出的－191.5℃、0.18MPa N2—Ar—CO—CH4污氮、补充高压LN2冷却－127.2℃、5.7MPa N2至－188℃、5.6MPa LN2及冷却来自低温甲醇工艺的H2—N2—CO—Ar—CH4净化气至－188.2℃、5.21MPa，即应用洗涤后的N2—H2合成气、高压H2及污氮的冷量回热冷却液化来流高压N2、低温甲醇洗后的净化气，给洗涤塔提供低温液氮洗涤低温净化气的温度条件；其结构紧凑，换热效率高，可用于42℃～－193.4℃气体带相变低温回热换热领域，解决低温液氮一、二、三级连续回热制冷技术难题，提高低温液氮工艺系统的低温回热换热效率。
背景技术
合成氨低温液氮洗工艺中的主换热设备为多股流螺旋缠绕管式换热器，主换热工艺流程主要包括三个阶段，主要由三个不同换热温区的换热器组成，其中，第一个阶段是将压缩后的高压氮气进行预冷，即将42℃高压氮气预冷至－63.6℃，第二个阶段是将高压氮气及低温甲醇工艺来的净化气从－63.6℃冷却至－127.2℃，为低温液化做准备，第三个阶段是将－127.2℃高压氮气冷却至－188℃并液化及将－127.2℃净化气冷却至－188.2℃，三个过程连续运行并连接成为一整体式低温液氮回热换热装备。目前，大多低温液氮洗工艺系统采用整体换热方式，将三段制冷过程连接为一整体，换热器高度可达60～80米，换热效率得到明显提高。此外，由于普通列管式换热器采用管板连接平行管束方式，结构简单，自收缩能力较差，一般为单股流换热，换热效率较低，体积较大，温差较小，若要将高压N2在一个流程内冷却并液化，需要多台列管式换热器连接换热，换热器数量众多，不宜管理。另外，传统的补充液氮的方法是将制氮系统生产的液氮在0.18MPa饱和状态下直接注入污氮中降低整个回流温度，加速启动扩散制冷过程，但汽化后的氮气与污氮一起排出系统燃烧后排入大气，造成氮气浪费。本发明采用5.9MPa高压过冷液氮直接打入壳体反向冷却缠绕管束，气化后与壳程高压氮气混合，可直接起到加速气氮液化作用，推动洗涤塔内扩散制冷过程，补充液氮也可有效应用于合成氨气体的配比这程，节流了氮气的使用量。最后，传统的精配合成气中的氮氢含量方法是另外补充高压氮气配平，本发明直接从二级制冷段引出精配氮气，直接加入到二级合成气管束的方法精确配平合成气氮氢比例，操作方便。本发明根据低温液氮洗工艺技术特点及液氮三级低温液化特点，采用三段各自独立的螺旋缠绕管式换热器做为主要换热设备，分段独立制冷，重点针对低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备回热制冷工艺流程，研究开发温区介于42℃～－188℃之间的三级制冷工艺技术及缠绕管式换热装备结构及回热换热工艺流程，解决三级高压氮气低温回热液化与净化气预冷核心技术问题，即LN2低温液化一、二、三级多股流缠绕管式换热装备结构及工艺流程问题。
发明内容
本发明主要针对高压氮气一、二、三级42℃～－188℃分段低温液化问题，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大、具有自紧收缩调整功能的一、二、三级多股流缠绕管式主回热换热器做为主换热设备，应用－191.5℃、1.8MPa H2、－193.4℃、5.19MPa N2—H2混合气体及－191.5℃、0.18MPa N2—Ar—CO—CH4混合气体回热制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制高压氮气及净化气预冷温度及压力，提高换热效率，解决高压氮气一、二、三级低温回热液化及净化气预冷问题，为低温液氮洗涤提供低温流体条件。
本发明的技术解决方案：
低温液氮用多股流缠绕管式主换热装备，包括一级氮气进口（1）、一级合成气出口（2）、一级污氮出口（3）、一级污氮缠绕管束（4）、一级上支撑圈（5）、一级筒体（6）、一级下支撑圈（7）、一级污氮进口（8）、二级污氮出口（9）、二级净化气进口（10）、二级上支撑圈（11）、二级筒体（12）、二级下支撑圈（13）、二级净化气缠绕管束（14）、二级净化气进口（15）、二级污氮缠绕管束（16）、二级污氮进口（17）、三级污氮出口（18）、三级污氮缠绕管束（19）、三级净化气进口（20）、三级净化气缠绕管束（21）、三级上支撑圈（22）、三级筒体（23）、三级下支撑圈（24）、三级净化气出口（25）、三级污氮进口（26）、三级补充液氮进口（27）、三级裙座（28）、三级液氮出口（29）、三级下封头（30）、三级合成气进口（31）、三级氢气进口（32）、三级螺旋盘管（33）、三级中心筒（34）、三级氢气缠绕管束（35）、三级氢气出口（36）、三级合成气缠绕管束（37）、三级合成气出口（38）、二级精配氮气出口（39）、二级合成气进口（40）、二级合成气缠绕管束（41）、二级氢气进口（42）、二级氢气缠绕管束（43）、二级螺旋盘管（44）、二级中心筒（45）、二级氢气出口（46）、二级合成气出口（47）、一级氢气进口（48）、一级合成气进口（49）、一级中心筒（50）、一级螺旋盘管（51）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）、一级氢气出口（54）、一级上封头（55），其特征在于：一级污氮缠绕管束（4）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）、绕一级中心筒（50）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（51）安装于一级筒体（6）内；一级中心筒（50）一端安装一级上支撑圈（5），一端安装一级下支撑圈（7），一级上支撑圈（5）固定于一级筒体（6）上部，一级下支撑圈（7）固定于一级筒体（6）下部，一级污氮缠绕管束（4）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）缠绕于一级上支撑圈（5）与一级下支撑圈（7）之间；一级筒体（6）上部左侧安装一级污氮出口（3）；一级筒体（6）上部中间安装一级合成气出口（2）；一级筒体（6）上部右侧安装一级氢气出口（54）；一级筒体（6）下部左侧安装一级污氮进口（8）；一级筒体（6）下部中间安装一级合成气进口（49）；一级筒体（6）下部右侧安装一级氢气进口（48）；二级污氮缠绕管束（16）、二级合成气缠绕管束（41）、二级净化气缠绕管束（14）、二级氢气缠绕管束（43）绕二级中心筒（45）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（44）安装于二级筒体（12）内；二级中心筒（45）一端安装二级上支撑圈（11），一端安装二级下支撑圈（13），二级上支撑圈（11）固定于二级筒体（12）上部，二级下支撑圈（13）固定于二级筒体（13）下部，二级污氮缠绕管束（16）、二级合成气缠绕管束（41）、二级净化气缠绕管束（14）、二级氢气缠绕管束（43）缠绕于二级上支撑圈（11）与二级下支撑圈（13）之间；二级筒体（12）上部左侧安装二级净化气进口（10）、二级污氮出口（9）；二级筒体（12）上部右侧安装二级氢气出口（46），二级合成气出口（47）；二级筒体（12）下部左侧安装二级净化气出口（15），二级污氮进口（17）；二级筒体（12）下部右侧安装二级氢气进口（42），二级合成气进口（40）；二级筒体（12）下部中间安装二级精配氮气出口（39）；三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级净化气缠绕管束（21）、三级氢气缠绕管束（35）绕三级中心筒（34）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（33）安装于三级筒体（23）内；三级中心筒（34）一端安装三级上支撑圈（22），一端安装三级下支撑圈（24），三级上支撑圈（22）固定于三级筒体（23）上部，三级下支撑圈（24）固定于三级筒体（23）下部，三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级净化气缠绕管束（21）、三级氢气缠绕管束（35）缠绕于三级上支撑圈（22）与三级下支撑圈（24）之间；三级筒体（23）上部左侧安装三级净化气进口（20）、三级污氮出口（18）；三级筒体（23）上部右侧安装三级氢气出口（36），三级合成气出口（38）；三级筒体（23）下部左侧安装三级净化气出口（25），三级污氮进口（26）；三级筒体（23）下部右侧安装三级氢气进口（32），三级合成气进口（31）；三级筒体（23）下部中间安装三级补充液氮进口（27）；一级筒体（6）上部与一级上封头（55）连接，一级上封头（55）顶部安装一级氮气进口（1）；一级筒体（6）下部与二级筒体（12）上部连接；二级筒体（12）下部与三级筒体（23）上部连接；三级筒体（23）下部与三级下封头（30）连接，三级下封头（30）顶部安装三级液氮出口（29）；三级下封头（30）下部连接三级裙座（28）。
氢气在－191.5℃、1.8MPa时通过三级氢气进口（32）进入三级氢气缠绕管束（35）各支管，三级氢气缠绕管束（35）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至1.78MPa，再经三级氢气出口（36）、二级氢气进口（42）进入二级氢气缠绕管束（43）各支管；二级氢气缠绕管束（43）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）壳程的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至1.77MPa，再经二级氢气出口（46）、一级氢气进口（48）进入一级氢气缠绕管束（53）各支管；一级氢气缠绕管束（53）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至1.75MPa，再经一级氢气出口（54）离开主换热装置。
合成气在－193.4℃、5.19MPa时通过三级合成气进口（31）进入三级合成气缠绕管束（37）各支管，三级合成气缠绕管束（37）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至5.14MPa，再经三级合成气出口（38）、二级合成气进口（40）进入二级合成气缠绕管束（41）各支管；二级合成气缠绕管束（41）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至5.10MPa，再经二级合成气出口（47）、一级合成气进口（49）进入一级合成气缠绕管束（52）各支管；一级合成气缠绕管束（52）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至5.04MPa，再经一级合成气出口（2）离开主换热装置。
污氮在－191.5℃、0.18MPa时通过三级污氮进口（26）进入三级污氮缠绕管束（19）各支管，三级污氮缠绕管束（19）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至0.15MPa，再经三级污氮出口（18）、二级污氮进口（17）进入二级污氮缠绕管束（16）各支管；二级污氮缠绕管束（16）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）壳程的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至0.13MPa，再经二级污氮出口（9）、一级污氮进口（8）进入一级污氮缠绕管束（4）各支管；一级污氮缠绕管束（4）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至0.11MPa，再经一级污氮出口（3）离开主换热装置。
净化气在－66.3℃、5.26MPa时通过二级净化气进口（10）进入二级净化气缠绕管束（14）各支管，二级净化气缠绕管束（14）经螺旋缠绕后在二级内压筒体（12）内被－130.2℃、1.78MPa 氢气、－130.2℃、5.14MPa合成气及－130.2℃、0.15MPa污氮冷却至－127.2℃、5.24MPa，再经二级净化气出口（15）、三级净化气进口（20）进入三级净化气缠绕管束（21）各支管；三级净化气缠绕管束（21）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被－191.5℃、1.8MPa 氢气、－193.4℃、5.19MPa合成气及－191.5℃、0.18MPa污氮冷却至－188.2℃、5.21MPa，再经三级净化气出口（25）流出主换热器并进入洗涤塔。
高压氮气在42℃、5.9MPa时经一级氮气进口（1）进入一级筒体（6）壳程，被一级污氮缠绕管束（4）内污氮、一级合成气缠绕管束（52）内合成气、一级氢气缠绕管束（53）内氢气冷却至－63.3℃、5.8MPa时进入二级筒体（12）壳程；高压氮气在二级筒体（12）壳程被二级污氮缠绕管束（16）内污氮、二级合成气缠绕管束（41）内合成气、二级氢气缠绕管束（43）内氢气冷却至－127.2℃、5.7MPa时进入三级筒体（23）壳程；高压氮气在三级筒体（23）壳程被三级污氮缠绕管束（19）内污氮、三级合成气缠绕管束（37）内合成气、三级氢气缠绕管束（35）内氢气冷却至－188.2℃、5.6MPa液氮后经三级液氮出口（29）流出主换热器并进入洗涤塔。
补充过冷液氮在－193.4℃、5.9MPa时经三级补充液氮进口（27）进入三级简体（23）下部，并向上喷淋冷却三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级氢气缠绕管束（35）、三级净化气缠绕管束（21），再与三级简体（23）内高压氮混合后经三级液氮出口（29）流出主换热器并进入洗涤塔。
精配高压氮气在－127.2℃、5.7MPa时经二级精配氮气出口（39）引出壳体，通过连接管路打入二级合成气进口（40）进行氮氢比例1：3精配，精配后的氮氢合成气进入二级合成气缠绕管束（41），与原合成气形成精配合成气后，再经二级换热、一级换热后流出主换热器。
方案所涉及的原理问题：
首先，传统的低温LN2液化系统多采用板翅式整体换热方式，换热效率较级联式LN2液化系统有了明显提高，使换热器数量减少，整体液化工艺流程得到简化，独立运行的制冷系统减少，管理方便，但存在的问题是液化工艺流程简化后，使LN2主换热器体积庞大，换热工艺复杂，加工制造、现场安装及运输难度增大，且一旦出现泄漏等问题，难于检测，容易造成整台换热器报废，成套工艺装备停产。为解决这一问题，本发明将主换热器内高压氮气温度变化过程分为42℃～－63.6℃、－63.6℃～－127.2℃，－127.2℃～－188.2℃三个级别，采用三个独立的换热单元，完成三个温度区间由高至低的换热过程，重点研究开发一、二、三级42℃～－188.2℃低温换热流程及多股流主换热器总体结构及进出口参数，并采用三股流回热制冷工艺，解决三级制冷换热设备问题。研究过程相对独立，可与一、二、三级连接成为整体，连接后与整体式主换热器换热原理一致，便于主换热器分拆后运输及现场安装。其次，采用补充预冷LN2工艺，在系统开机前，向三级制冷换热装置内补充启动LN2，使来流温度及回热温度均逐渐降低，来流高压N2及净化气温度降低后，在洗涤塔内高压混合，产生分子扩散制冷效应，温度降低，达到制冷效果。补充液氮冷却后，来流气体及混合后反流气体温度逐渐降低，同时，洗涤塔内高压N2与来流净化气高压混合后产生分子扩散制冷效应，使来流高压N2随循环不段进行逐渐被液化。液化后的LN2进入洗涤塔后，可洗涤净化气混合气H2—N2—CO—Ar—CH4中的杂质气体N2、CO、Ar、CH4等，使以上气体全部溶解于LN2后，LN2变为污氮。污氮流出洗涤塔后再经气液分离器分离为不含H2污氮及高压H2，不含H2污氮及高压H2再回流进三级制冷装备回热冷却来流高压N2及净化气。洗涤塔内没有被LN2吸收的净化气中的H2与LN2中汽化后的N2接近3：1时通过洗涤塔塔顶排出后再流进三级制冷装备进行回热冷却来流净化气及高压N2。回流的三股流体经连续循环后，最终将来流高压N2液化及将来流的净化气温度降低至－188.2℃洗涤温度，再应用液化后的LN2洗涤净化气中的杂质成份并持续循环，此时，逐渐停止补充高压过冷液氮，系统达到扩散制冷平衡状态，不需再加额外制冷剂，回流预冷过程进入持续稳定状态。主换热装备用三级制冷中一级共四股流换热、二级五股流换热、三级六股流换热且须采用四管束缠绕管式换热装备进行低温回热换热，三股回热冷流及一股补充液氮冷却两股来流并液化其中一股，液化的一股再洗涤未液化一股中的杂质气体，洗涤后再形成新的三股回热冷流回热换热，完成整个回热预冷过程。传统的列管式换热器由于采用了两块大管板连接平行管束结构，体积较大，换热温差较小，易分区，管间距较大，自收缩能力较差，一般适用于单管束换热，换热效率较低，难以进行多股流换热过程，不易完成多股流均匀换热过程。本发明开发了可承受5.9MPa、－197℃的铝合金6005管束及9Ni钢壳体的低温液氮用换热装备，可完成高压低温工况下低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备的换热过程。
本发明的技术特点：
本发明主要针对低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大、具有自紧收缩调整功能的三段式三级连续型多股流缠绕管式换热装备，应用低温液氮洗工艺中气液分离器分离出的－191.5℃、1.8MPa H2、－193.4℃、5.19MPa N2—H2合成气及－191.5℃、0.18MPa N2—Ar—CO—CH4污氮、补充高压LN2冷却－127.2℃、5.7MPa N2至－188℃、5.6MPa LN2及冷却来自低温甲醇工艺的H2—N2—CO—Ar—CH4净化气至－188.2℃、5.21MPa，达到应用洗涤后的N2—H2合成气、氢气及污氮的冷量回热冷却来流高压N2、低温甲醇洗后的净化气，给洗涤塔提供低温液氮洗涤低温净化气的温度条件；其结构紧凑，换热效率高，可用于42℃～－193.4℃气体带相变低温换热领域，解决低温液氮洗三段式连续三级制冷技术难题，提高低温液氮洗工艺系统的低温换热效率。此外，采用5.9MPa高压过冷液氮直接打入壳体反向冷却缠绕管束，气化后与壳程高压氮气混合，可直接起到加速气氮液化作用，推动洗涤塔内扩散制冷过程，补充液氮也可有效应用于合成氨气体的配比这程，节约氮气使用量。低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备具有结构紧凑，多种介质带相变传热，传热系数大，可解决大型LN2低温液化过程中高压氮气回热预冷、低温液化技术难题，提高系统换热及液化效率；应用三段式三级LN2低温液化过程后，LN2主换热器可分为三个独立的换热器单元，体积减小，可分段进行加工制造、运输及现场安装； 液氮低温液化三段式三级多股流缠绕管式换热装备可合理分配液化段及过冷段的热负荷，可结合大型换热器的载荷分配以及换热管强度特性，采用辅助三段式三个独立中心筒缠绕螺旋盘管的方式，从理论上保证缠绕过程均匀且强度符合设计要求；合理选择了换热器进出口位置及物料、采用多个小管板侧置的方法可使换热器结构更加紧凑，换热过程得到优化；螺旋缠绕管式换热器管外介质逆流并横向交叉掠过缠绕管，换热器层与层之间换热管反向缠绕，即使雷诺数较低，其依然为湍流形态，换热系数较大；由于是多种介质带相变换热过程，对不同介质之间的压差和温差限制要求较小，生产装置操作难度降低，安全性得以提高；螺旋缠绕管式换热器耐高压且密封可靠、热膨胀可自行补偿，易实现大型N2低温液化作业。
附图说明
图1所示为低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备的主要部件结构及位置关系。
具体实施方式
加工制造低温液氮用多股流缠绕管式主换热装备，包括一级氮气进口（1）、一级合成气出口（2）、一级污氮出口（3）、一级污氮缠绕管束（4）、一级上支撑圈（5）、一级筒体（6）、一级下支撑圈（7）、一级污氮进口（8）、二级污氮出口（9）、二级净化气进口（10）、二级上支撑圈（11）、二级筒体（12）、二级下支撑圈（13）、二级净化气缠绕管束（14）、二级净化气进口（15）、二级污氮缠绕管束（16）、二级污氮进口（17）、三级污氮出口（18）、三级污氮缠绕管束（19）、三级净化气进口（20）、三级净化气缠绕管束（21）、三级上支撑圈（22）、三级筒体（23）、三级下支撑圈（24）、三级净化气出口（25）、三级污氮进口（26）、三级补充液氮进口（27）、三级裙座（28）、三级液氮出口（29）、三级下封头（30）、三级合成气进口（31）、三级氢气进口（32）、三级螺旋盘管（33）、三级中心筒（34）、三级氢气缠绕管束（35）、三级氢气出口（36）、三级合成气缠绕管束（37）、三级合成气出口（38）、二级精配氮气出口（39）、二级合成气进口（40）、二级合成气缠绕管束（41）、二级氢气进口（42）、二级氢气缠绕管束（43）、二级螺旋盘管（44）、二级中心筒（45）、二级氢气出口（46）、二级合成气出口（47）、一级氢气进口（48）、一级合成气进口（49）、一级中心筒（50）、一级螺旋盘管（51）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）、一级氢气出口（54）、一级上封头（55），且使其部件满足以下连接关系：一级污氮缠绕管束（4）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）、绕一级中心筒（50）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（51）安装于一级筒体（6）内；一级中心筒（50）一端安装一级上支撑圈（5），一端安装一级下支撑圈（7），一级上支撑圈（5）固定于一级筒体（6）上部，一级下支撑圈（7）固定于一级筒体（6）下部，一级污氮缠绕管束（4）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）缠绕于一级上支撑圈（5）与一级下支撑圈（7）之间；一级筒体（6）上部左侧安装一级污氮出口（3）；一级筒体（6）上部中间安装一级合成气出口（2）；一级筒体（6）上部右侧安装一级氢气出口（54）；一级筒体（6）下部左侧安装一级污氮进口（8）；一级筒体（6）下部中间安装一级合成气进口（49）；一级筒体（6）下部右侧安装一级氢气进口（48）；二级污氮缠绕管束（16）、二级合成气缠绕管束（41）、二级净化气缠绕管束（14）、二级氢气缠绕管束（43）绕二级中心筒（45）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（44）安装于二级筒体（12）内；二级中心筒（45）一端安装二级上支撑圈（11），一端安装二级下支撑圈（13），二级上支撑圈（11）固定于二级筒体（12）上部，二级下支撑圈（13）固定于二级筒体（13）下部，二级污氮缠绕管束（16）、二级合成气缠绕管束（41）、二级净化气缠绕管束（14）、二级氢气缠绕管束（43）缠绕于二级上支撑圈（11）与二级下支撑圈（13）之间；二级筒体（12）上部左侧安装二级净化气进口（10）、二级污氮出口（9）；二级筒体（12）上部右侧安装二级氢气出口（46），二级合成气出口（47）；二级筒体（12）下部左侧安装二级净化气出口（15），二级污氮进口（17）；二级筒体（12）下部右侧安装二级氢气进口（42），二级合成气进口（40）；二级筒体（12）下部中间安装二级精配氮气出口（39）；三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级净化气缠绕管束（21）、三级氢气缠绕管束（35）绕三级中心筒（34）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（33）安装于三级筒体（23）内；三级中心筒（34）一端安装三级上支撑圈（22），一端安装三级下支撑圈（24），三级上支撑圈（22）固定于三级筒体（23）上部，三级下支撑圈（24）固定于三级筒体（23）下部，三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级净化气缠绕管束（21）、三级氢气缠绕管束（35）缠绕于三级上支撑圈（22）与三级下支撑圈（24）之间；三级筒体（23）上部左侧安装三级净化气进口（20）、三级污氮出口（18）；三级筒体（23）上部右侧安装三级氢气出口（36），三级合成气出口（38）；三级筒体（23）下部左侧安装三级净化气出口（25），三级污氮进口（26）；三级筒体（23）下部右侧安装三级氢气进口（32），三级合成气进口（31）；三级筒体（23）下部中间安装三级补充液氮进口（27）；一级筒体（6）上部与一级上封头（55）连接，一级上封头（55）顶部安装一级氮气进口（1）；一级筒体（6）下部与二级筒体（12）上部连接；二级筒体（12）下部与三级筒体（23）上部连接；三级筒体（23）下部与三级下封头（30）连接，三级下封头（30）顶部安装三级液氮出口（29）；三级下封头（30）下部连接三级裙座（28）。
将氢气在－191.5℃、1.8MPa时通过三级氢气进口（32）打入三级氢气缠绕管束（35）各支管，三级氢气缠绕管束（35）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至1.78MPa，再经三级氢气出口（36）、二级氢气进口（42）进入二级氢气缠绕管束（43）各支管；二级氢气缠绕管束（43）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）壳程的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至1.77MPa，再经二级氢气出口（46）、一级氢气进口（48）打入一级氢气缠绕管束（53）各支管；一级氢气缠绕管束（53）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至1.75MPa，再经一级氢气出口（54）离开主换热装置。
将合成气在－193.4℃、5.19MPa时通过三级合成气进口（31）打入三级合成气缠绕管束（37）各支管，三级合成气缠绕管束（37）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至5.14MPa，再经三级合成气出口（38）、二级合成气进口（40）进入二级合成气缠绕管束（41）各支管；二级合成气缠绕管束（41）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至5.10MPa，再经二级合成气出口（47）、一级合成气进口（49）进入一级合成气缠绕管束（52）各支管；一级合成气缠绕管束（52）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至5.04MPa，再经一级合成气出口（2）离开主换热装置。
将污氮在－191.5℃、0.18MPa时通过三级污氮进口（26）打入三级污氮缠绕管束（19）各支管，三级污氮缠绕管束（19）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至0.15MPa，再经三级污氮出口（18）、二级污氮进口（17）进入二级污氮缠绕管束（16）各支管；二级污氮缠绕管束（16）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）壳程的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至0.13MPa，再经二级污氮出口（9）、一级污氮进口（8）进入一级污氮缠绕管束（4）各支管；一级污氮缠绕管束（4）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至0.11MPa，再经一级污氮出口（3）离开主换热装置。
将净化气在－66.3℃、5.26MPa时通过二级净化气进口（10）打入二级净化气缠绕管束（14）各支管，二级净化气缠绕管束（14）经螺旋缠绕后在二级内压筒体（12）内被－130.2℃、1.78MPa 氢气、－130.2℃、5.14MPa合成气及－130.2℃、0.15MPa污氮冷却至－127.2℃、5.24MPa，再经二级净化气出口（15）、三级净化气进口（20）进入三级净化气缠绕管束（21）各支管；三级净化气缠绕管束（21）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被－191.5℃、1.8MPa 氢气、－193.4℃、5.19MPa合成气及－191.5℃、0.18MPa污氮冷却至－188.2℃、5.21MPa，再经三级净化气出口（25）流出主换热器并进入洗涤塔。
将高压氮气在42℃、5.9MPa时经一级氮气进口（1）打入一级筒体（6）壳程，被一级污氮缠绕管束（4）内污氮、一级合成气缠绕管束（52）内合成气、一级氢气缠绕管束（53）内氢气冷却至－63.3℃、5.8MPa时进入二级筒体（12）壳程；高压氮气在二级筒体（12）壳程被二级污氮缠绕管束（16）内污氮、二级合成气缠绕管束（41）内合成气、二级氢气缠绕管束（43）内氢气冷却至－127.2℃、5.7MPa时进入三级筒体（23）壳程；高压氮气在三级筒体（23）壳程被三级污氮缠绕管束（19）内污氮、三级合成气缠绕管束（37）内合成气、三级氢气缠绕管束（35）内氢气冷却至－188.2℃、5.6MPa液氮后经三级液氮出口（29）流出主换热器并进入洗涤塔。
将补充过冷液氮在－193.4℃、5.9MPa时经三级补充液氮进口（27）打入三级简体（23）下部，并向上喷淋冷却三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级氢气缠绕管束（35）、三级净化气缠绕管束（21），再与三级简体（23）内高压氮混合后经三级液氮出口（29）流出主换热器并进入洗涤塔。
将精配高压氮气在－127.2℃、5.7MPa时经二级精配氮气出口（39）引出壳体，通过连接管路打入二级合成气进口（40）进行氮氢比例1：3精配，精配后的氮氢合成气进入二级合成气缠绕管束（41），与原合成气形成精配合成气后，再经二级换热、一级换热后流出主换热器。
Claims (8)
1.低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，包括一级氮气进口（1）、一级合成气出口（2）、一级污氮出口（3）、一级污氮缠绕管束（4）、一级上支撑圈（5）、一级筒体（6）、一级下支撑圈（7）、一级污氮进口（8）、二级污氮出口（9）、二级净化气进口（10）、二级上支撑圈（11）、二级筒体（12）、二级下支撑圈（13）、二级净化气缠绕管束（14）、二级净化气进口（15）、二级污氮缠绕管束（16）、二级污氮进口（17）、三级污氮出口（18）、三级污氮缠绕管束（19）、三级净化气进口（20）、三级净化气缠绕管束（21）、三级上支撑圈（22）、三级筒体（23）、三级下支撑圈（24）、三级净化气出口（25）、三级污氮进口（26）、三级补充液氮进口（27）、三级裙座（28）、三级液氮出口（29）、三级下封头（30）、三级合成气进口（31）、三级氢气进口（32）、三级螺旋盘管（33）、三级中心筒（34）、三级氢气缠绕管束（35）、三级氢气出口（36）、三级合成气缠绕管束（37）、三级合成气出口（38）、二级精配氮气出口（39）、二级合成气进口（40）、二级合成气缠绕管束（41）、二级氢气进口（42）、二级氢气缠绕管束（43）、二级螺旋盘管（44）、二级中心筒（45）、二级氢气出口（46）、二级合成气出口（47）、一级氢气进口（48）、一级合成气进口（49）、一级中心筒（50）、一级螺旋盘管（51）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）、一级氢气出口（54）、一级上封头（55），其特征在于：一级污氮缠绕管束（4）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）绕一级中心筒（50）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（51）安装于一级筒体（6）内；一级中心筒（50）一端安装一级上支撑圈（5），一端安装一级下支撑圈（7），一级上支撑圈（5）固定于一级筒体（6）上部，一级下支撑圈（7）固定于一级筒体（6）下部，一级污氮缠绕管束（4）、一级合成气缠绕管束（52）、一级氢气缠绕管束（53）缠绕于一级上支撑圈（5）与一级下支撑圈（7）之间；一级筒体（6）上部左侧安装一级污氮出口（3）；一级筒体（6）上部中间安装一级合成气出口（2）；一级筒体（6）上部右侧安装一级氢气出口（54）；一级筒体（6）下部左侧安装一级污氮进口（8）；一级筒体（6）下部中间安装一级合成气进口（49）；一级筒体（6）下部右侧安装一级氢气进口（48）；二级污氮缠绕管束（16）、二级合成气缠绕管束（41）、二级净化气缠绕管束（14）、二级氢气缠绕管束（43）绕二级中心筒（45）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（44）安装于二级筒体（12）内；二级中心筒（45）一端安装二级上支撑圈（11），一端安装二级下支撑圈（13），二级上支撑圈（11）固定于二级筒体（12）上部，二级下支撑圈（13）固定于二级筒体（13）下部，二级污氮缠绕管束（16）、二级合成气缠绕管束（41）、二级净化气缠绕管束（14）、二级氢气缠绕管束（43）缠绕于二级上支撑圈（11）与二级下支撑圈（13）之间；二级筒体（12）上部左侧安装二级净化气进口（10）、二级污氮出口（9）；二级筒体（12）上部右侧安装二级氢气出口（46），二级合成气出口（47）；二级筒体（12）下部左侧安装二级净化气出口（15），二级污氮进口（17）；二级筒体（12）下部右侧安装二级氢气进口（42），二级合成气进口（40）；二级筒体（12）下部中间安装二级精配氮气出口（39）；三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级净化气缠绕管束（21）、三级氢气缠绕管束（35）绕三级中心筒（34）缠绕，缠绕后的螺旋盘管（33）安装于三级筒体（23）内；三级中心筒（34）一端安装三级上支撑圈（22），一端安装三级下支撑圈（24），三级上支撑圈（22）固定于三级筒体（23）上部，三级下支撑圈（24）固定于三级筒体（23）下部，三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级净化气缠绕管束（21）、三级氢气缠绕管束（35）缠绕于三级上支撑圈（22）与三级下支撑圈（24）之间；三级筒体（23）上部左侧安装三级净化气进口（20）、三级污氮出口（18）；三级筒体（23）上部右侧安装三级氢气出口（36），三级合成气出口（38）；三级筒体（23）下部左侧安装三级净化气出口（25），三级污氮进口（26）；三级筒体（23）下部右侧安装三级氢气进口（32），三级合成气进口（31）；三级筒体（23）下部中间安装三级补充液氮进口（27）；一级筒体（6）上部与一级上封头（55）连接，一级上封头（55）顶部安装一级氮气进口（1）；一级筒体（6）下部与二级筒体（12）上部连接；二级筒体（12）下部与三级筒体（23）上部连接；三级筒体（23）下部与三级下封头（30）连接，三级下封头（30）顶部安装三级液氮出口（29）；三级下封头（30）下部连接三级裙座（28）。
2.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：氢气在－191.5℃、1.8MPa时通过三级氢气进口（32）进入三级氢气缠绕管束（35）各支管，三级氢气缠绕管束（35）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至1.78MPa，再经三级氢气出口（36）、二级氢气进口（42）进入二级氢气缠绕管束（43）各支管；二级氢气缠绕管束（43）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）壳程的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至1.77MPa，再经二级氢气出口（46）、一级氢气进口（48）进入一级氢气缠绕管束（53）各支管；一级氢气缠绕管束（53）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至1.75MPa，再经一级氢气出口（54）离开主换热装置。
3.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：合成气在－193.4℃、5.19MPa时通过三级合成气进口（31）进入三级合成气缠绕管束（37）各支管，三级合成气缠绕管束（37）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至5.14MPa，再经三级合成气出口（38）、二级合成气进口（40）进入二级合成气缠绕管束（41）各支管；二级合成气缠绕管束（41）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至5.10MPa，再经二级合成气出口（47）、一级合成气进口（49）进入一级合成气缠绕管束（52）各支管；一级合成气缠绕管束（52）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至5.04MPa，再经一级合成气出口（2）离开主换热装置。
4.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：污氮在－191.5℃、0.18MPa时通过三级污氮进口（26）进入三级污氮缠绕管束（19）各支管，三级污氮缠绕管束（19）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被来自三级筒体（23）壳程的高压氮气加热，温度升高至－130.2℃、压力降低至0.15MPa，再经三级污氮出口（18）、二级污氮进口（17）进入二级污氮缠绕管束（16）各支管；二级污氮缠绕管束（16）经螺旋缠绕后在二级筒体（12）内被来自二级筒体（12）壳程的高压氮气加热，温度升高至－66.3℃、压力降低至0.13MPa，再经二级污氮出口（9）、一级污氮进口（8）进入一级污氮缠绕管束（4）各支管；一级污氮缠绕管束（4）经螺旋缠绕后在一级筒体（6）内被来自一级筒体（6）壳程的高压氮气加热，温度升高至39℃、压力降低至0.11MPa，再经一级污氮出口（3）离开主换热装置。
5.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：净化气在－66.3℃、5.26MPa时通过二级净化气进口（10）进入二级净化气缠绕管束（14）各支管，二级净化气缠绕管束（14）经螺旋缠绕后在二级内压筒体（12）内被－130.2℃、1.78MPa 氢气、－130.2℃、5.14MPa合成气及－130.2℃、0.15MPa污氮冷却至－127.2℃、5.24MPa，再经二级净化气出口（15）、三级净化气进口（20）进入三级净化气缠绕管束（21）各支管；三级净化气缠绕管束（21）经螺旋缠绕后在三级筒体（23）内被－191.5℃、1.8MPa 氢气、－193.4℃、5.19MPa合成气及－191.5℃、0.18MPa污氮冷却至－188.2℃、5.21MPa，再经三级净化气出口（25）流出主换热器并进入洗涤塔。
6.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：高压氮气在42℃、5.9MPa时经一级氮气进口（1）进入一级筒体（6）壳程，被一级污氮缠绕管束（4）内污氮、一级合成气缠绕管束（52）内合成气、一级氢气缠绕管束（53）内氢气冷却至－63.3℃、5.8MPa时进入二级筒体（12）壳程；高压氮气在二级筒体（12）壳程被二级污氮缠绕管束（16）内污氮、二级合成气缠绕管束（41）内合成气、二级氢气缠绕管束（43）内氢气冷却至－127.2℃、5.7MPa时进入三级筒体（23）壳程；高压氮气在三级筒体（23）壳程被三级污氮缠绕管束（19）内污氮、三级合成气缠绕管束（37）内合成气、三级氢气缠绕管束（35）内氢气冷却至－188.2℃、5.6MPa液氮后经三级液氮出口（29）流出主换热器并进入洗涤塔。
7.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：补充过冷液氮在－193.4℃、5.9MPa时经三级补充液氮进口（27）进入三级简体（23）下部，并向上喷淋冷却三级污氮缠绕管束（19）、三级合成气缠绕管束（37）、三级氢气缠绕管束（35）、三级净化气缠绕管束（21），再与三级简体（23）内高压氮混合后经三级液氮出口（29）流出主换热器并进入洗涤塔。
8.根据权利要求1所述的低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备，其特征在于：精配高压氮气在－127.2℃、5.7MPa时经二级精配氮气出口（39）引出壳体，通过连接管路打入二级合成气进口（40）进行氮氢比例1：3精配，精配后的氮氢合成气进入二级合成气缠绕管束（41），与原合成气形成精配合成气后，再经二级换热、一级换热后流出主换热器。
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2013
- 2013-08-21 CN CN201310366573.1A patent/CN103438666B/zh not_active Expired - Fee Related
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