CN104807292B - 综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置和方法，本发明所述装置包括高压氮气管网、中压氮气管网、低压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，本发明还公开了利用上述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，能够有效、全面利用制氧厂的氮气放空能量和液氩冷能来液化放空氮气和氧气获得液氧、液氮，同时为钢铁冶炼提供稳定的氩气，减少了资源的浪费，能量的损失，成本低，具有显著的经济意义。

Description

综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置和方法，属于低温液化装置和方法技术领域。

背景技术

目前，大部分制氧厂多采用多台制氧机联产为钢铁冶炼提供氧、氮、氩管道气产品。其中氧、氮气是通过压缩机输送，氩气由液氩泵增压后经过汽化器复热后提供给用户。采用压缩机输送氧、氮气时，为保证炼钢不稳定用气的要求，管输气量必须大于用户实际用气量，这就造成氧、氮气都出现不同程度的放空，这部分放空的压缩气体消耗了压缩功，直接放空不但是产品的损失，也是能量的损失。采用液氩向用户供氩气的方式，其中运用最广泛的两种汽化器是空温式汽化器和蒸汽水浴式汽化器。采用空温式汽化器，虽然直接用空气来使液氩汽化，不需要额外的能量，但浪费了低温液体的冷量；采用蒸汽水浴式汽化器不仅浪费了低温液体的冷量，而且需要消耗额外的蒸汽。

中国专利CN203431494U公开了一种制氧厂液氩汽化冷量回收增效利用装置，包括氧气总管、氩气用户管网、液化装置冷端增压透平膨胀机、氧氩换热器、氮氩换热器、冷量回收用冷箱、液氧贮槽、液氮贮槽和液氩贮槽，所述氧氩换热器和氮氩换热器设于所述冷量回收利用冷箱中，所述液氩贮槽分别经所述氧氩换热器与所述氧气总管换热，以及经所述氮氩换热器与所述液化装置冷端增压透平膨胀机换热。上述装置冷量来自液氩，冷源单一，未实现氮气冷量的合理利用，装置结构简单，液氧、液氮产品产量受液氩流量限制一般较低。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置。

本发明的另一目的还在于提供一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，包括高压氮气管网、中压氮气管网、低压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述的膨胀制冷系统至少包括一个低压膨胀机ET1，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入主换热器E1，经主换热器E1后，通过管路LN201接入过冷器E2，经过冷器E2后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入主换热器E1，经主换热器E1后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1增压后，通过管路PN102接入冷却器WE1，再通过管路PN103接入主换热器E1，经主换热器E1后的氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210连通，接入管路PN107，返回主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路LO102接入液氧贮槽。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的主换热器E1、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1为管壳式换热器。

一种利用上述的装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：（1）中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5）的PN209氮气汇合为第一氮气，通

过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1压缩，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在主换热器E1内冷却到一定温度后，从主换热器E1中部抽出，接入低压膨胀机ET1膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201送入液化冷箱内，经主换热器E1冷却直至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自步骤（2）的第二氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自主换热器E1的液氮，一部分液氮送回主换热器E1，作为第一返流气，一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述PN210氮气与步骤（1）所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网；

（5）步骤（3）第一返流气被加热、汽化、复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）液氩贮槽液氩通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

（7）压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，包括高压氮气管网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ET1和至少一个高压膨胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2后，通过管路PN202进入冷却器WE2，通过管路PN203接入主换热器E1，一部分氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，高压膨胀机ET2出口连通管路PN206，返回主换热器E1，另外一部分氮气继续经主换热器E1后，再经过冷器E2后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入主换热器E1，经主换热器E1，在主换热器E1内与所述管路PN206的氮气汇合，进一步经主换热器E1后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1后，通过管路PN102接入冷却器WE1，通过管路PN103接入主换热器E1，从主换热器E1中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210汇合接入管路PN107，返回主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路LO102接入液氧贮槽。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作，高压增压机B2和高压膨胀机ET2同步工作。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的主换热器E1、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换热器。

一种利用上述的装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5）的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1压缩，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在主换热器E1内冷却到一定温度后，从主换热器E1中部抽出，接入低压膨胀机ET1膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2压缩，然后通过管路PN202接入冷却器WE2，经冷却器WE2冷却后通过管路PN203送入液化冷箱内，首先经主换热器E1冷却，一部分氮气作为第三氮气，在主换热器E1中部抽出进入高压膨胀机ET2膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口连接管路PN206，其余氮气作为第四氮气，在主换热器E1中继续冷却直至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自（2）的第四氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自主换热器E1的液氮，一部分液氮返回主换热器E1，作为第一返流气，一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述PN210氮气与步骤（1）所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）第一返流气被加热、汽化并复热到一定温度后与步骤（2）的PN206氮气汇合，作为第三返流气，经主换热器E1继续复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网放空氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）液氩贮槽液氩通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

（7）压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，包括高压氮气管网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述主换热器包括上段预冷器E11和下段液化器E12，所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ET1和至少一个高压膨胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12后，再经预冷器E11，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2后，通过管路PN202接入冷却器WE2，通过管路PN203接入预冷器E11，一部分氮气从预冷器E11中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，高压膨胀机ET2出口接入管路PN206，另外一部分氮气继续依次经预冷器E11、液化器E12后，再经过冷器E2，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入液化器E12，经液化器E12后，接入管路PN208，与所述管路PN206汇合接入管路PN207，经预冷器E11后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1后，通过管路PN102接入冷却器WE1，通过管路PN103接入预冷器E11，依次经预冷器E11、液化器E12后的氮气从液化器E12中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与上述管路PN210汇合接入管路PN107，返回液化器E12，经液化器E12后，再经预冷器E11，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101依次接入预冷器E11、液化器E12，经预冷器E11、液化器E12后，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作，高压增压机B2和高压膨胀机ET2同步工作。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的预冷器E11、液化器E12、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换热器。

一种利用上述的装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5）的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1压缩，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在预冷器E11、液化器E12内冷却到一定温度后，从液化器E12中部抽出，接入低压膨胀机ET1膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2压缩，然后通过管路PN202接入冷却器WE2，经冷却器WE2冷却后通过管路PN203送入液化冷箱内，首先经预冷器E11冷却，一部分氮气作为第三氮气，在预冷器E11中部抽出进入高压膨胀机ET2膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口连接管路PN206，其余氮气作为第四氮气，在预冷器E11、液化器E12中继续冷却直至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自（2）的第四氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自液化器E12的液氮，一部分液氮返回液化器E12，作为第一返流气，一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述PN210氮气与步骤（1）所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回液化器E12，经液化器E12、预冷器E11回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）第一返流气被加热、汽化并复热到一定温度后与步骤（2）的PN206氮气汇合，作为第三返流气，经预冷器E11继续复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网放空氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）液氩贮槽液氩通过管路LAR101依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12、预冷器E11加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

（7）压力氧气管网氧气通过管路GO101依次接入预冷器E11、液化器E12，经预冷器E11、液化器E12冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

本发明的积极有益效果

1. 本发明综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置中换热器系统中至少包含六种不同通道，例如：中压氮气热流通道（PN103→PN105或PN103→PN104→PN105）、高压氮气热流通道（PN201→LN201或PN203→PN205+LN201或PN203→PN205+ PN204→LN201）、中压氮气返流通道（LN204+PN206→PN209或LN204→PN208+PN206→PN209）、低压氮气返流通道（PN107→PN109或PN107→PN108→PN109）、压力氧气热流通道和液氩返流通道，能够有效、全面利用制氧厂的氧、氮放空能量和液氩冷能来获得液氧、液氮，同时为钢铁冶炼提供稳定的氩气，减少了资源的浪费，能量的损失，成本低，具有显著的经济意义。

2. 本发明综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法综合应用了液体汽化制冷和压缩气体等熵膨胀的制冷方法，即：（1）利用低温液氩LAR101和低温液氮LN203在换热器内实现蒸发、汽化吸收热量，产生冷量；（2）利用高压氮气PN205和中压氮气PN105分别经高、低压膨胀机等熵膨胀来使氮气降温，产生冷量。来自管网的氧气和氮气经过换热器不断向上述低温介质（液氩LAR101、低温液氮LN203、高压氮气PN205和中压氮气PN105）放出热量，从而由常温冷却到所需要的低温，使得来自用户管网的氧气、氮气液化，由气态变为液态并具有一定的过冷度，便于贮存。

3. 本发明综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法操作灵活，可单独生产液氧或液氮，亦可同时生产液氧和液氮，同时生产液氧和液氮时，两种产品产量之比可以通过调整液氮产品的需求量和膨胀机的制冷量来实现,例如：控制液氮产品LN205的取出量、返回主换热器E1的液氮LN204量、返回过冷器E2的液氮LN203的量，或者进高压膨胀机ET2的PN205的量即可实现。

附图说明

图1是本发明实施例1所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置流程示意图；

图2是本发明实施例3所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置流程示意图；

图3是本发明实施例5所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置流程示意图。

具体实施方式

下面结合一些具体实施例，对本发明进一步说明。

实施例中的单位说明：压力单位bar为绝对压力；流量单位scmh为标准立方米每小时，它是在压力为101325 Pa，温度为0 ℃时的流体的体积流量。

实施例中的标号说明：B1-低压膨胀机驱动的低压增压机，B2-高压膨胀机驱动的高压增压机，E1-主换热器，E11-主换热器上段（预冷器），E12-主换热器下段（液化器），E2-过冷器，ET1-低压膨胀机，ET2-高压膨胀机，V1/V2/V3/V4-节流阀，PNXXX-氮气管道，LNXXX-液氮管道，GOXXX-氧气管道，LOXXX-液氧管道，GARXXX-氩气管道，LARXXX-液氩管道。

图中各符号代表的意义：1-压力氩气管网，2-压力氧气管网，3-低压氮气管网，4-液氧贮槽，5-中压氮气管网，6-高压氮气管网，7-液氩贮槽，8-液氮贮槽，9-液化冷箱。

实施例1

见图1，一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，包括高压氮气管网、中压氮气管网、低压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述的膨胀制冷系统至少包括一个低压膨胀机ET1，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后，通过管路LN201连接过冷器E2，经过冷器E2进一步过冷后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2加热、汽化后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入主换热器E1，经主换热器E1汽化、复热到常温，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1增压后，通过管路PN102接入冷却器WE1冷却，再通过管路PN103接入主换热器E1，经主换热器E1冷却后的氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，经低压膨胀机ET1绝热膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210连通，接入管路PN107，返回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后，送出冷箱，通过管路LO102接入液氧贮槽。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩冷能的装置，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的主换热器E1、过冷器E2为板翅式换热器；所述的冷却器WE1为管壳式换热器，冷却介质为水。

实施例2

一种采用实施例1所述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）来自制氧厂7.5 bar中压氮气管网的PN100放空氮气5000 scmh与来自步骤（5）中PN209的7.5 bar返流氮气2839 scmh汇合作为第一氮气，合计7839 scmh，第一氮气通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，首先经低压膨胀机ET1驱动的低压增压机B1压缩到10.64 bar，接入管路PN102，然后经冷却器WE1冷却到313 K，通过管路PN103送入液化冷箱内，氮气PN103在主换热器E1内被冷却到148 K后，通过管路PN105从主换热器E1中部抽出进入低压膨胀机ET1膨胀到1.4 bar获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）来自制氧厂21 bar高压氮气管网的第二氮气5000 scmh通过管路PN201直接送入液化冷箱内，在液化冷箱内经主换热器E1冷却直至液化并过冷到93 K，通过管路LN201接入过冷器E2，再经过冷器E2进一步过冷到83.5 K；

（3）来自步骤（2）的经过冷器E2过冷后的第二氮气分成三部分，第一液氮493scmh，通过管路LN203，经节流阀V2节流后送回过冷器E2，经过冷器E2加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自主换热器E1的液氮LN201，第二液氮2839 scmh，通过管路LN204，经节流阀V3节流后送回主换热器作为第一返流气，第三液氮1668 scmh通过管路LN205，经节流阀V4节流后出冷箱，连接至液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述氮气PN210与步骤（1）所述氮气PN106汇合作为第二返流气，通过管路PN107送回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温，通过管路PN109出冷箱，送入用户低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）中第一返流气通过管路LN204在主换热器E1内被加热、汽化并复热到310K，送出冷箱，通过管路 PN209与中压氮气管网放空氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）来自制氧厂液氩泵的21 bar，800 scmh液氩LAR101直接送入冷箱内的主换热器E1中，液氩在主换热器E1中被加热、蒸发并复热到310 K得到氩气GAR102出冷箱，送入制氧厂压力氩气管网；

（7）需要生产液氧时，关闭步骤（3）中节流阀V4，此时液氮LN205取出量为0，同时控制返回主换热器E1的液氮LN204流量增加到4507 scmh，则低压增压机B1入口氮气PN101流量增加为9507 scmh，在主换热器中可以将自制氧厂氧气管网的16 bar，1731 scmh氧气管网的氧气GO101从313 K冷却、液化并过冷到93 K得到液氧LO101，液氧LO101经节流阀V1节流到0.2 bar，送出冷箱，通过管路LO102连接至液氧贮槽。

按照以上步骤每小时可制取液氮1668 scm，或者每小时可制取液氧1731 scm。

实施例1、2中液化氮气或氧气时装置的工作参数分别见表1、2。

表1 实施例1、2液化氮气时装置的工作参数

表2 实施例1、2液化氧气时装置的工作参数

本实施例中的液氮产品和的液氧产品同时生产时，例如：同时制取液氧902 scmh和液氮800 scmh时装置的工作参数见表3。

表3 实施例1、2同时液化氧气和氮气时装置的工作参数

实施例3

见图2，一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，包括高压氮气管网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ET1和至少一个高压膨胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2增压后，通过管路PN202进入冷却器WE2冷却，通过管路PN203接入主换热器E1，一部分氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，经过高压膨胀机ET2绝热膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口连通管路PN206，返回主换热器E1，另外一部分氮气继续经主换热器E1冷却、液化、过冷，再经过冷器E2进一步过冷后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2加热、汽化后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入主换热器E1，经主换热器E1汽化、复热到一定温度，回收冷量后，在主换热器E1内与上述管路PN206的氮气汇合，进一步经主换热器E1复热到常温，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1增压后，通过管路PN102接入冷却器WE1冷却，通过管路PN103接入主换热器E1，经主换热器E1冷却后的氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，经低压膨胀机ET1绝热膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210汇合接入管路PN107，返回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后，送出冷箱，通过管路LO102接入液氧贮槽。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作，高压增压机B2和高压膨胀机ET2同步工作。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的主换热器E1、过冷器E2为板翅式换热器；所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换热器，冷却介质为水。

实施例4

一种采用实施例3所述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）来自制氧厂7.5bar中压氮气管网的PN100放空氮气5000 scmh与来自步骤（5）PN209中的0.755 bar返流氮气18203 scmh汇合作为第一氮气，合计23203 scmh，通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，第一氮气首先经低压膨胀机ET1驱动的低压增压机B1压缩到11.08 bar，然后通过管路PN102连接冷却器WE1，经冷却器WE1冷却到313K，通过管路PN103送入液化冷箱内，氮气PN103在主换热器E1内被冷却到148 K，从主换热器E1中部抽出经管路PN105进入低压膨胀机ET1，经低压膨胀机ET1膨胀到1.4 bar获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口连接管路PN 106；

（2）来自制氧厂21 bar高压氮气管网的第二氮气约25000 scmh通过管路PN201连接高压增压机B2压缩入口，经高压膨胀机ET2驱动的高压增压机B2压缩到26.61 bar，然后经高压增压机后冷却器WE2冷却到313K，通过管路PN203送入液化冷箱内，在液化冷箱经主换热器E1冷却到258 K时，一部分大约13050 scmh第三氮气在主换热器E1中部抽出通过管路PN205进入高压膨胀机ET2膨胀到7.6 bar获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口连接管路PN206，其余11950 scmh氮气（第四氮气）在主换热器E1中继续冷却直至液化并过冷到93K得到液氮，通过管路LN201接入过冷器E2，再经过冷器E2进一步过冷，连接至管路LN202；

（3）来自步骤（2）的液氮LN202将分成三部分，第一液氮1177 scmh，通过管路液氮LN203，经节流阀V2节流后送回过冷器E2，经过冷器E2加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自主换热器E1的液氮LN201，第二液氮5153 scmh通过管路LN204，经节流阀V3节流后送回主换热器作为第一返流气，第三液氮5620 scmh通过管路LN205，经节流阀V4节流后出冷箱，连接至液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述氮气PN210与步骤（1）所述氮气PN106汇合作为第二返流气，通过管路PN107送回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温出冷箱，通过PN109送入用户低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）中第一返流气LN204主换热器E1内加热、汽化并复热到191.7K后，与来自步骤（2）的第二氮气PN206汇合后共23203 scmh作为第三返流气，经主换热器E1复热到310 K，送出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）来自制氧厂液氩泵的21 bar，800 scmh液氩LAR101直接送入冷箱内的主换热器E1中，液氩在主换热器E1中被加热、蒸发并复热到310 K得到氩气GAR102出冷箱，送入制氧厂压力氩气管网；

（7）需要生产液氧时，增加步骤（2）进高压膨胀机氮气PN205流量到14500 scmh，并关闭步骤（3）中节流阀V4，使产品液氮LN205取出量为0，同时增加返回主换热器E1的液氮LN204流量到9466 scmh，减少管路LN203流量为1034 scmh，则低压增压机B1入口氮气PN101流量增加为28966 scmh，在主换热器中可以将自制氧厂氧气管网的16 bar，6100 scmh氧气管网的氧气GO101从313 K液化冷却到93 K得到液氧LO101，液氧LO101最终经节流阀V1节流到3 bar，通过管路LO102送出冷箱，接入液氧贮槽。

按照上述步骤每小时可制取液氮5620 scm，或者每小时可制取液氧6100 scm。

实施例3、4中液化氮气或氧气时装置的工作参数分别见表4、5。

表4 实施例3、4的液化氮气时装置的工作参数

表5 实施例3、4的液化氧气时装置的工作参数

本实施例中的液氮产品和的液氧产品同时生产时，例如：同时制取液氧5070 scmh和液氮1000 scmh时装置的工作参数见表6。

表6实施例3、4的同时液化氧气和氮气时装置的工作参数

实施例5

见图3，一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，包括高压氮气管网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述主换热器包括上段预冷器E11和下段液化器E12，所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ET1和至少一个高压膨胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12加热、蒸发、复热到一定温度，再经预冷器E11进一步复热到常温，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2增压后，通过管路PN202接入冷却器WE2冷却，通过管路PN203接入预冷器E11，一部分氮气从预冷器E11中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，经过高压膨胀机ET2绝热膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口接入管路PN206，另外一部分氮气继续依次经预冷器E11冷却，液化器E12冷却、液化、过冷，再经过冷器E2进一步过冷后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2加热、汽化后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入液化器E12，经液化器E12回收冷量、复热到一定温度，接入管路PN208，与上述管路PN206汇合接入管路PN207，进一步经预冷器E11复热到常温，通过管路PN209与连接中压氮气管网管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1增压后，通过管路PN102接入冷却器WE1冷却，通过管路PN103接入预冷器E11，依次经预冷器E11、液化器E12冷却后的氮气从液化器E12中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，经低压膨胀机ET1绝热膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210汇合接入管路PN107，返回液化器E12，经液化器E12回收冷量、复热到一定温度，再经预冷器E11复热到常温，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101依次接入预冷器E11、液化器E12，经预冷器E11、液化器E12冷却、液化、过冷后，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作，高压增压机B2和高压膨胀机ET2同步工作。

根据上述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，所述的换热器E11、液化器E12、过冷器E2为板翅式换热器；所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换热器，冷却介质为水。

实施例6

一种采用实施例5所述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）来自制氧厂7.5 bar中压氮气管网的PN100放空氮气5000 scmh与来自步骤（5）PN209中的7.55 bar返流氮气18203 scmh汇合作为第一氮气，合计23203 scmh，第一氮气首先通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压膨胀机ET1驱动的低压增压机B1压缩到11.08 bar，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却到313 K，通过管路PN103送入液化冷箱内，在预冷器E11内被冷却到193.1 K，通过管路PN104接入液化器E12，经液化器E12冷却到148 K，从液化器E12中部抽出通过管路PN105进入低压膨胀机ET1膨胀到1.4 bar获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口连接管路PN106；

（2）来自制氧厂21 bar高压氮气管网的第二氮气25000 scmh通过管路 PN201首先经高压膨胀机ET2驱动的高压增压机B2压缩到26.42 bar，通过管路PN202接入冷却器WE2，经冷却器WE2冷却到313 K，通过管路PN203送入液化冷箱内，在液化冷箱内，经预冷器E11冷却到258K时，一部分大约13050 scmh（第三氮气）从预冷器E11中部抽出通过管路PN205进入高压膨胀机ET2，经高压膨胀机ET2膨胀到7.6 bar获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机出口连接管路PN206，其余11950 scmh氮气（第四氮气）在预冷器E11中冷却到193.1K出预冷器E11，通过管路PN207接入液化器E12，经液化器E12冷却直至液化并过冷到93 K，通过管路LN201接入过冷器E2，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自步骤（2）的液氮LN202将分成三部分，第一液氮1177 scmh通过管路LN203，经节流阀V2节流后送回过冷器E2，经过冷器E2加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自液化器E12的液氮LN201，第二液氮5153 scmh通过管路LN204，经节流阀V3节流后送回液化器E12作为第一返流气，第三液氮5620 scmh通过管路LN205，经节流阀V4节流后出冷箱，连接至液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述氮气PN210与步骤（1）所述氮气PN106汇合作为第二返流气，通过管路PN107送回液化器E12，经液化器E12回收冷量、复热到191.7K，通过管路PN108接入预冷器E11，经预冷器E11复热到常温出冷箱，通过管路PN109送入用户低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）中第二液氮LN204在液化器E12内（第一返流气）被加热、汽化并复热到191.7K后，通过管路PN208与来自步骤（2）的经高压膨胀机ET2膨胀后的第二氮气PN206汇合后共23203 scmh作为第三返流气，通过管路PN207接入预冷器E11，最后经预冷器E11复热到310K，送出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网氮气PN100汇合；

（6）来自制氧厂液氩泵的21bar，800 scmh液氩LAR101依次接入冷箱内的液化器E12、预冷器E11中，液氩在液化器E12、预冷器E11中被加热、蒸发并复热到310 K得到氩气GAR102出冷箱，送入制氧厂压力氩气管网；

（7）需要生产液氧时，增加步骤（2）进高压膨胀机氮气PN205流量到14500 scmh，并关闭步骤（3）中节流阀V4，使产品液氮LN205取出量为0，同时增加返回液化器的液氮LN204流量到9466 scmh，减少管路LN203流量为1034 scmh，则低压增压机入口氮气PN101流量增加为28966 scmh，在预冷器、液化器中可以将制氧厂氧气管网的16 bar，6111 scmh氧气管网的氧气GO101从313 K液化冷却到93 K得到液氧LO101，液氧LO101经节流阀V1节流到3bar送出冷箱，通过管路LO102送出冷箱，接入液氧贮槽；

按照以上步骤每小时可制取液氮5620 scm，或按照步骤（7）的调整每小时可制取液氧6111 scm。

实施例5、6中液化氮气或氧气时装置的工作参数分别见表7、8。

表7 实施例5、6的液化氮气时装置的工作参数

表8 实施例5、6的液化氧气时装置的工作参数

本实施例中的液氮产品和的液氧产品同时生产，例如：同时制取液氧1000 scmh和液氮4720 scmh时装置的工作参数见表9。

表9实施例5、6的同时液化氧气和氮气时装置的工作参数

。

Claims (7)

1.一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，包括高压氮气管网、中压氮气管网、低压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述的膨胀制冷系统至少包括一个低压膨胀机ET1，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入主换热器E1，经主换热器E1后，通过管路LN201接入过冷器E2，经过冷器E2后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入主换热器E1，经主换热器E1后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1增压后，通过管路PN102接入冷却器WE1，再通过管路PN103接入主换热器E1，经主换热器E1后的氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210连通，接入管路PN107，返回主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路LO102接入液氧贮槽；

一种利用上述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5）的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1压缩，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在主换热器E1内冷却到一定温度后，从主换热器E1中部抽出，接入低压膨胀机ET1膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201送入液化冷箱内，经主换热器E1冷却直至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自步骤（2）的第二氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自主换热器E1的液氮，一部分液氮送回主换热器E1，作为第一返流气，一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述PN210氮气与步骤（1）所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网；

（5）步骤（3）第一返流气被加热、汽化、复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）液氩贮槽液氩通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

（7）压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

2.根据权利要求1所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作。

3.一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，包括高压氮气管网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ET1和至少一个高压膨胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2后，通过管路PN202进入冷却器WE2，通过管路PN203接入主换热器E1，一部分氮气从主换热器E1中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，高压膨胀机ET2出口连通管路PN206，返回主换热器E1，另外一部分氮气继续经主换热器E1后，再经过冷器E2后，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入主换热器E1，经主换热器E1，在主换热器E1内与所述管路PN206的氮气汇合，进一步经主换热器E1后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1后，通过管路PN102接入冷却器WE1，通过管路PN103接入主换热器E1，从主换热器E1中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210汇合接入管路PN107，返回主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1后，送出冷箱，通过管路LO102接入液氧贮槽；

一种利用上述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5）的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1压缩，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在主换热器E1内冷却到一定温度后，从主换热器E1中部抽出，接入低压膨胀机ET1膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2压缩，然后通过管路PN202接入冷却器WE2，经冷却器WE2冷却后通过管路PN203送入液化冷箱内，首先经主换热器E1冷却，一部分氮气作为第三氮气，在主换热器E1中部抽出进入高压膨胀机ET2膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口连接管路PN206，其余氮气作为第四氮气，在主换热器E1中继续冷却直至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自（2）的第四氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自主换热器E1的液氮，一部分液氮返回主换热器E1，作为第一返流气，一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述PN210氮气与步骤（1）所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回主换热器E1，经主换热器E1回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）第一返流气被加热、汽化并复热到一定温度后与步骤（2）的PN206氮气汇合，作为第三返流气，经主换热器E1继续复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网放空氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）液氩贮槽液氩通过管路LAR101接入主换热器E1，经主换热器E1加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

（7）压力氧气管网氧气通过管路GO101接入主换热器E1，经主换热器E1冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

4.根据权利要求1或3所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，所述的主换热器E1、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换热器。

5.一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，包括高压氮气管网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中，所述的换热器系统包括一个主换热器E1和一个过冷器E2，所述主换热器包括上段预冷器E11和下段液化器E12，所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ET1和至少一个高压膨胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下：

所述的液氩贮槽通过管路LAR101依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12后，再经预冷器E11，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2后，通过管路PN202接入冷却器WE2，通过管路PN203接入预冷器E11，一部分氮气从预冷器E11中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，高压膨胀机ET2出口接入管路PN206，另外一部分氮气继续依次经预冷器E11、液化器E12后，再经过冷器E2，通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通过管路LN203返回过冷器E2，经过冷器E2后，接入管路PN210，一部分液氮通过管路LN204接入液化器E12，经液化器E12后，接入管路PN208，与上述管路PN206汇合接入管路PN207，经预冷器E11后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PN101，接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1后，通过管路PN102接入冷却器WE1，通过管路PN103接入预冷器E11，依次经预冷器E11、液化器E12后的氮气从液化器E12中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀机ET1进口，低压膨胀机ET1出口接入管路PN106，与所述管路PN210汇合接入管路PN107，返回液化器E12，经液化器E12后，再经预冷器E11，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网；

所述的压力氧气管网氧气通过管路GO101依次接入预冷器E11、液化器E12，经预冷器E11、液化器E12后，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽；

一种利用上述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，包括以下步骤：

（1）中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5）的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管路PN101接入低压增压机B1压缩入口，经低压增压机B1压缩，然后通过管路PN102接入冷却器WE1，经冷却器WE1冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在预冷器E11、液化器E12内冷却到一定温度后，从液化器E12中部抽出，接入低压膨胀机ET1膨胀获得冷量并驱动低压增压机B1做功，低压膨胀机出口接入管路PN106；

（2）高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增压机B2压缩，然后通过管路PN202接入冷却器WE2，经冷却器WE2冷却后通过管路PN203送入液化冷箱内，首先经预冷器E11冷却，一部分氮气作为第三氮气，在预冷器E11中部抽出进入高压膨胀机ET2膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机ET2出口连接管路PN206，其余氮气作为第四氮气，在预冷器E11、液化器E12中继续冷却直至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷；

（3）来自（2）的第四氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管路PN210，同时过冷来自液化器E12的液氮，一部分液氮返回液化器E12，作为第一返流气，一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽；

（4）步骤（3）所述PN210氮气与步骤（1）所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回液化器E12，经液化器E12、预冷器E11回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网；

（5）来自步骤（3）第一返流气被加热、汽化并复热到一定温度后与步骤（2）的PN206氮气汇合，作为第三返流气，经预冷器E11继续复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮气管网放空氮气PN100汇合，送入步骤（1）低压增压机B1压缩入口；

（6）液氩贮槽液氩通过管路LAR101依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12、预冷器E11加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网；

（7）压力氧气管网氧气通过管路GO101依次接入预冷器E11、液化器E12，经预冷器E11、液化器E12冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路LO101接入液氧贮槽。

6.根据权利要求3或5所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，所述的低压增压机B1和低压膨胀机ET1同步工作，高压增压机B2和高压膨胀机ET2同步工作。

7.根据权利要求5所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，所述的预冷器E11、液化器E12、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换热器。