CN105462640B - 一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置。本装置包括筒状壳体，所述筒状壳体立式设置在脱氮塔顶端，所述筒状壳体内设有缠绕管式芯体，各缠绕管的进料端和出料端分别与筒状壳体上设置的进料管板和出料管板对接，本发明的壳程与塔上下贯通，除了冷源烃物料管程进出口接管与塔顶气壳程出口接管之外，无需额外配置管线，无精馏塔憋压的安全隐患，具有高安全性；塔顶冷凝装置与管壳式冷凝器相比，管箱设置在壳程筒体侧面、采用小管板结构形式、相比整体管板结构的锻造厚管板、金属材料重量显著下降，而且缠绕管式换热管群在单位容积内的比换热面积更大，可达到板式换热器性能水平，具有高节能性。

Description

一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置

技术领域

本发明属于液化天然气、闪蒸气等深冷烃物料脱氮装置的设计领域，特别涉及一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置。

背景技术

在天然气生产环节中，净化阶段一般包含脱二氧化碳、脱水、脱汞等过程，但未分离天然气中氮气，液化后的天然气贮存在液化天然气（LNG）储罐内，总有部分液体会发生蒸发、产生闪蒸气（BOG），并且LNG中含氮量越高、越容易导致LNG储罐内的翻滚事故，因此，在GB/T 19024-2003《液化天然气的一般特性》中指出“预防此类型翻滚的最好方法是保持LNG的含氮量低于1%，并且密切监测气化速率”，而使用含氮气的天然气物料（特别是高含氮天然气物料）生产LNG一直是天然气液化关键技术中的难点，为控制LNG含氮量低于1%，进而提高LNG产品质量，一般都采用汽提、精馏、闪蒸等方式对生产过程中的深冷烃物料进行脱氮处理。

现有技术的LNG脱氮过程中，较多采用两塔精馏流程，LNG原料气全部先经过一级脱氮塔，烃物料温度叠加造成脱氮能耗高，而采用闪蒸-精馏的脱氮方式可进一步将脱氮技术能耗由70kWh/吨LNG降低至25kWh/吨LNG，因此，含氮气天然气、特别是高含氮天然气的LNG生产经济环保问题一直是天然气液化关键技术中的控制点。

现有装置的脱氮塔冷凝器中，冷凝器通常布置于精馏塔（即用于脱氮塔工艺的精馏塔）外、冷凝器与精馏塔需要另外配置管线泵阀连通、操作不当则会导致通路堵塞精馏塔憋压的安全隐患，也有将卧式冷凝器直接安装在精馏塔上的精馏装置，还有精馏塔塔顶冷凝器与精馏塔为一体设备、属于全焊式板换热器，但这些装置都直接选用传统型式的换热器、带有各自型式的固有缺点（比如板式开裂泄漏），更没有针对塔顶冷凝器的热物理过程特点进行全新的结构设计，无法在真正意义上与现有先进技术的脱氮塔匹配并降低脱氮装置能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、可靠且节能、环保的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，包括两端开口的筒状壳体，所述筒状壳体立式设置在脱氮塔顶端，且筒状壳体下端与脱氮塔顶端的塔顶气出口连通，所述筒状壳体内设有缠绕管式芯体，所述缠绕管式芯体由多根并联的缠绕管呈螺旋状绕制而成，所述缠绕管内通有冷源物料，各缠绕管的进料端和出料端分别与筒状壳体上设置的进料管板和出料管板对接，所述进料管板和出料管板分别设有一个或至少两个，且零散的分布于筒状壳体上，每个进料管板和出料管板上均设有多个管孔，使一个进料管板或出料管板能够同时与多根缠绕管对接。

本发明的技术效果在于：塔顶冷凝装置与传统外置冷凝器相比，壳程与塔上下贯通，除了冷源烃物料管程进出口接管与塔顶气壳程出口接管之外，无需额外配置管线，无精馏塔憋压的安全隐患，具有高安全性；塔顶冷凝装置与管壳式冷凝器相比，管箱设置在壳程筒体侧面、采用小管板结构形式、相比整体管板结构的锻造厚管板、金属材料重量显著下降，而且缠绕管式换热管群在单位容积内的比换热面积更大，可达到板式换热器性能水平，具有高节能性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明的缠绕管式芯体的结构示例图；

图3是本发明的悬挂支撑机构的结构示意图；

图4是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，包括两端开口的筒状壳体10，所述筒状壳体10立式设置在脱氮塔顶端，且筒状壳体10下端与脱氮塔顶端的塔顶气出口连通，所述筒状壳体10内设有缠绕管式芯体，所述缠绕管式芯体由多根并联的缠绕管11呈螺旋状绕制而成，塔顶冷凝装置通过具有一定绕管特性尺寸的缠绕管式芯体进行热力行为控制、保证脱氮塔工艺条件规定的回流比，所述缠绕管11内通有冷源物料，各缠绕管11的进料端和出料端分别与筒状壳体10上设置的进料管板12和出料管板13对接，所述筒状壳体10上分别设有一个或至少两个进料管板12和出料管板13，且各管板零散的分布于筒状壳体10上，每个进料管板12和出料管板13上均设有多个管孔，使一个进料管板12和出料管板13能够同时与多根缠绕管11对接。本发明的塔顶冷凝装置与传统外置冷凝器相比，壳程与塔上下贯通，除了冷源烃物料管程进出口接管与塔顶气壳程出口接管之外，无需额外配置管线，无精馏塔憋压的安全隐患，具有高安全性；塔顶冷凝装置与管壳式冷凝器相比，管箱设置在壳程筒体侧面、采用小管板结构形式、相比整体管板结构的锻造厚管板、金属材料重量显著下降，而且缠绕管式换热管群在单位容积内的比换热面积更大，可达到板式换热器性能水平，具有高节能性。

进一步的，如图1-3所示，所述筒状壳体10内还设有管束悬挂支撑机构，所述管束悬挂支撑机构包括立式设置的中心筒，所述缠绕管11缠绕在中心筒14的外环面上，所述中心筒14上端设有固定支架15，所述固定支架15与筒状壳体10的内壁固接，所述中心筒14下端呈自由悬吊状。优选的，所述中心筒14下端设有浮动支架16，所述浮动支架16上设有滑块161，所述滑块161为两个以上沿中心筒14的圆周方向均匀间隔布置，各滑块161与筒状壳体10的内壁贴合，且滑块161能够在筒状壳体10的内环面上沿筒状壳体10的轴向滑动。塔顶冷凝装置筒状壳体10直径较大、缠绕管11根数较多、引出段的长度较长时，要设立管束悬挂支撑机构，避免管束下沉，管束悬挂支撑机构上方的固定支架与壳程筒体组件连接，一并承重，浮动支架与壳程筒体内壁间设导向滑块161以解决膨胀，以适应在开、停车过程中由于快速的温度变化造成管束的膨胀和收缩，从而将管束和壳体之间产生的热应力减少到最小。

优选的，所述缠绕管11在中心筒14径向上至少缠绕两层，所述各缠绕管11之间均设有限距垫条，该限距垫条用于使各缠绕管11彼此之间相互间隔。一方面能够为缠绕管11的热胀冷缩提供缓冲空间，另一方面能够加大气体与缠绕管11接触面积，提高冷凝效率。

进一步的，所述中心筒14的最外层缠绕管11上套装有一夹套17，用于将缠绕管11包紧固定。

进一步的，所述筒状壳体10的顶部开口处设有除沫器20，所述除沫器20为多层平行间隔布置的网状结构。

优选的，所述筒状壳体10下端设有连接法兰18，所述筒状壳体10通过该连接法兰18与脱氮塔的顶部法兰对接。

优选的，所述各缠绕管11的进料端和出料端均连有一截引出管段19，所述引出管段19与进料管板12或出料管板13上的管孔对接，所述引出管段19自缠绕管式芯体向进料管板12或出料管板13平滑过渡。这种管束端部引出结构要求从芯体末端到管板之间的换热管过渡段形体平滑，将每一根换热管引入管板的对应管孔中，引出段可以形成管群相互支撑、增加管束的刚性。

实施例1

当冷源物料只有一种时，如图1所示，各缠绕管11的进料端与同一进料管板12对接，缠绕管11的出料端与同一出料管板13对接。

实施例2

当所述冷源物料为两种或两种以上时，如图4所示，各缠绕管11根据冷源物料种类分为多个管群，每个管群对应输送一种冷源物料，同一管群中的各缠绕管11与同一进料管板12和出料管板13对接。

采用以上两个实施例，能够针对不同冷源物料的特性，选择不同的缠绕管11排管方式，以达到预定的工作温度，使冷凝设备能够适应更为广泛的生产需求。

Claims (7)

1.一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：包括两端开口的筒状壳体（10），所述筒状壳体（10）立式设置在脱氮塔顶端，且筒状壳体（10）下端与脱氮塔顶端的塔顶气出口连通，所述筒状壳体（10）内设有缠绕管式芯体，所述缠绕管式芯体由多根并联的缠绕管（11）呈螺旋状绕制而成，所述缠绕管（11）内通有冷源物料，各缠绕管（11）的进料端和出料端分别与筒状壳体（10）上设置的进料管板（12）和出料管板（13）对接，所述筒状壳体（10）上分别设有一个或至少两个进料管板（12）和出料管板（13），且各管板零散的分布于筒状壳体（10）上，每个进料管板（12）和出料管板（13）上均设有多个管孔，使一个进料管板（12）和出料管板（13）能够同时与多根缠绕管（11）对接；

所述筒状壳体（10）内还设有管束悬挂支撑机构，所述管束悬挂支撑机构包括立式设置的中心筒（14），所述缠绕管（11）缠绕在中心筒（14）的外环面上，所述中心筒（14）上端设有固定支架（15），所述固定支架（15）与筒状壳体（10）的内壁固接，所述中心筒（14）下端呈自由悬吊状；

所述缠绕管（11）在中心筒（14）径向上至少缠绕两层，所述各缠绕管（11）之间均设有限距垫条，该限距垫条用于使各缠绕管（11）彼此之间相互间隔。

2.根据权利要求1所述的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：所述中心筒（14）下端设有浮动支架（16），所述浮动支架（16）上设有滑块（161），所述滑块（161）为两个以上，所述滑块（161）沿中心筒（14）的圆周方向均匀间隔布置，各滑块（161）与筒状壳体（10）的内壁贴合，且滑块（161）能够在筒状壳体（10）的内环面上沿筒状壳体（10）的轴向滑动。

3.根据权利要求1所述的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：所述中心筒（14）的最外层缠绕管（11）上套装有一夹套（17），用于将缠绕管（11）包紧固定。

4.根据权利要求1所述的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：所述筒状壳体（10）的顶部开口处设有除沫器（20），所述除沫器（20）为多层平行间隔布置的网状结构。

5.根据权利要求1所述的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：所述筒状壳体（10）下端设有连接法兰（18），所述筒状壳体（10）通过该连接法兰（18）与脱氮塔的顶部法兰对接。

6.根据权利要求1所述的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：当所述冷源物料为两种以上时，各缠绕管（11）根据冷源物料种类分为多个管群，每个管群对应输送一种冷源物料，同一管群中的各缠绕管（11）与同一进料管板（12）和出料管板（13）对接。

7.根据权利要求1所述的深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置，其特征在于：所述各缠绕管（11）的进料端和出料端均连有一截引出管段（19），所述引出管段（19）与进料管板（12）或出料管板（13）上的管孔对接，所述引出管段（19）自缠绕管式芯体向进料管板（12）或出料管板（13）平滑过渡。