CN105698567B - 一种冷交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷交换装置，用于制备低温的冷媒液，所述冷交换装置包括：罐体、冷媒液输入系统、冷媒液输出系统、冷源输入系统、冷源输出系统、喷淋系统和冷交换管路。本发明通过将喷淋系统设在罐体内的顶部，将冷交换管路设在罐体内喷淋系统的下方，冷媒液输入系统将常温的冷媒液输入至喷淋系统，冷源输入系统将低温的冷源输入至冷交换管路，常温的冷媒液经喷淋系统喷洒至冷交换管路上，并与冷交换管路内的冷源发生冷交换，使冷媒液的温度降低，冷交换后的冷源由冷源输出系统输出，降温后的冷媒液则由冷媒液输出系统输出，本发明结构简单合理，能够直接在煤层气开采现场制备低温的冷媒液，从而及时的满足煤层的相变改造需要，缩短了作业周期。

Description

一种冷交换装置

技术领域

本发明涉及低温热交换领域，特别涉及一种冷交换装置。

背景技术

在煤层气开采作业中，煤层具有硬度低、易破碎、渗透率低等特点，所以需要对煤层进行改造才能投产，目前国内一般采用低温介质对煤层进行相变改造。

目前，煤层气开采现场所用的低温介质一般都是由工厂中的大型设备大量制造出来，由于工厂中制造低温介质的设备复杂庞大，因此无法直接在煤层气开采现场使用，而是通过罐车将低温介质运送到井场，进行煤层的相变改造。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术中低温介质需从煤层气开采现场外的地方运送至井场内，运送过程比较费时，当煤层气井急需进行相变改造施工时，往往来不及从别处运送低温介质过来，影响施工进度。

发明内容

为了解决现有技术的运送低温介质较费时而影响施工进度的问题，本发明实施例提供了一种冷交换装置。所述技术方案如下：

一种冷交换装置，用于制备低温的冷媒液，所述冷交换装置包括：罐体、冷媒液输入系统、冷媒液输出系统、冷源输入系统、冷源输出系统、喷淋系统和冷交换管路，

所述喷淋系统设置在所述罐体内的顶部，所述冷媒液输入系统设置在所述罐体外，且所述冷媒液输入系统穿过所述罐体与所述喷淋系统连通，

所述冷交换管路设置在所述罐体内，且所述冷交换管路位于所述喷淋系统的下方，所述冷源输入系统、所述冷源输出系统均设置在所述罐体外，且所述冷源输入系统穿过所述罐体与所述冷交换管路的第一端连通，所述冷源输出系统穿过所述罐体与所述冷交换管路的第二端连通，

所述冷媒液输出系统设置在所述罐体的底部的外侧，且所述冷媒液输出系统与所述罐体连通，

冷源通过所述冷源输入系统输入至所述冷交换管路中，冷媒液通过所述冷媒液输入系统输入至所述喷淋系统中，所述冷媒液通过所述喷淋系统喷淋至所述冷交换管路上，并且所述冷媒液接收由所述冷源传递至所述冷交换管路上的冷能，接收所述冷能后的所述冷媒液通过所述冷媒液输出系统输出，冷交换后的所述冷源通过所述冷源输出系统输出。

具体地，所述冷媒液输入系统包括第一管路、第一柱塞泵和第一流量计，所述第一柱塞泵和所述第一流量计均设置在所述第一管路上，且所述第一流量计设置在所述第一柱塞泵与所述罐体之间，所述第一管路穿过所述罐体与所述喷淋系统连通。

具体地，所述冷源输入系统包括第二管路、第二柱塞泵、减压阀和第二流量计，所述第二柱塞泵、所述减压阀、所述第二流量计顺次设置在所述第二管路上，所述第二管路穿过所述罐体与所述冷交换管路的第一端连通。

具体地，所述冷媒液输出系统包括第三管路和第三流量计，所述第三流量计设置在所述第三管路上，所述第三管路与所述罐体连通。

具体地，所述冷源输出系统包括第四管路，所述第四管路穿过所述罐体与所述冷交换管路的第二端连通。

具体地，所述冷交换管路包括多层盘管，多层所述盘管沿竖直方向均匀排列，每两层盘管之间的距离为0.4m，每层所述盘管的第一端均与所述第二管路连通，每层所述盘管的第二端均与所述第四管路连通。

具体地，所述喷淋系统包括多条喷淋管和多个喷嘴，多条所述喷淋管均匀的排列在所述罐体内的顶部的同一水平面上，且每两条所述喷淋管均互相平行，每条所述喷淋管的一端均与所述第一管路连通，且每条所述喷淋管的另一端均密封，每条所述喷淋管上沿纵向均设有多个所述喷嘴，所述冷媒液通过所述冷媒液输入系统输入至每条所述喷淋管中，所述冷媒液由多个所述喷嘴喷淋至所述冷交换管路上进行冷交换。

可选地，所述罐体的材料为奥氏体低温钢，且所述罐体的外壁设有保温层，所述罐体的内壁、所述喷淋管的表面、所述喷嘴的表面、所述第一管路的表面、所述第三管路的表面均镀铬。

进一步地，所述冷交换装置还包括多个温度计，所述第二管路上、所述第三管路上均设有所述温度计。

进一步地，所述冷交换装置还包括液位计和安全阀，所述液位计设置在所述罐体的一侧，用于测量所述罐体内的所述冷媒液的液面高度，所述安全阀设置在所述罐体的顶部，且与所述罐体连通。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过在罐体内的顶部设置喷淋系统，在罐体内位于喷淋系统的下方设置冷交换管路，喷淋系统由冷媒液输入系统输入常温的冷媒液，冷交换管路由冷源输入系统输入低温的冷源，喷淋系统将常温的冷媒液喷洒至冷交换管路上，通过冷交换管路的传导作用而与冷交换管路内的低温的冷源发生冷交换，从而使冷媒液快速降温，冷交换后的冷源由冷源输出系统输出，降温后的冷媒液则流至罐体的底部，由冷媒液输出系统输出。本发明结构简单合理，能够直接在煤层气开采现场制备低温的冷媒液，作为低温介质供应煤层的相变改造需要，从而及时的满足施工需求，提高施工效率，缩短作业周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的冷交换装置的结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的喷淋系统的俯视图；

其中：1罐体，

2冷媒液输入系统，21第一管路，22第一柱塞泵，23第一流量计，

3冷媒液输出系统，31第三管路，32第三流量计，

4冷源输入系统，41第二管路，42第二柱塞泵，43减压阀，44第二流量计，

5冷源输出系统，51第四管路，

6喷淋系统，61喷淋管，62喷嘴，

7冷交换管路，71盘管，

8温度计，

9液位计，

10安全阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种冷交换装置，用于制备低温的冷媒液，所述冷交换装置包括：罐体1、冷媒液输入系统2、冷媒液输出系统3、冷源输入系统4、冷源输出系统5、喷淋系统6和冷交换管路7，

所述喷淋系统6设置在所述罐体1内的顶部，所述冷媒液输入系统2设置在所述罐体1外，且所述冷媒液输入系统2穿过所述罐体1与所述喷淋系统6连通，

所述冷交换管路7设置在所述罐体1内，且所述冷交换管路7位于所述喷淋系统6的下方，所述冷源输入系统4、所述冷源输出系统5均设置在所述罐体1外，且所述冷源输入系统4穿过所述罐体1与所述冷交换管路7的第一端连通，所述冷源输出系统5穿过所述罐体1与所述冷交换管路7的第二端连通，

所述冷媒液输出系统3设置在所述罐体1的底部的外侧，且所述冷媒液输出系统3与所述罐体1连通，

冷源通过所述冷源输入系统4输入至所述冷交换管路7中，冷媒液通过所述冷媒液输入系统2输入至所述喷淋系统6中，所述冷媒液通过所述喷淋系统6喷淋至所述冷交换管路7上，并且所述冷媒液接收由所述冷源传递至所述冷交换管路7上的冷能，接收所述冷能后的所述冷媒液通过所述冷媒液输出系统3输出，冷交换后的所述冷源通过所述冷源输出系统5输出。

其中，冷媒液输入系统2用于将常温的冷媒液输入至罐体1内的喷淋系统6中，冷源输入系统4用于将低温的冷源输入至冷交换管路7中，喷淋系统6将常温的冷媒液喷淋至冷交换管路7上，使常温的冷媒液与低温的冷源间接的发生冷交换，即低温的冷源将冷能通过冷交换管路7传递给冷媒液，使常温的冷媒液的温度降低至煤层的相变改造要求的低温，换热后升温的冷源则通过冷源输出系统5输出并可再加工利用，而降温后的冷媒液流至罐体1的底部，再通过冷媒液输出系统3输出，供煤层气开采现场使用，本发明结构简单合理，能够直接在煤层气开采现场制备冷媒液，作为低温介质供应煤层的相变改造需要，从而及时的满足施工需求，提高施工效率，缩短作业周期；

罐体1的高度优选2m，罐体1内部的喷淋系统6和冷交换管路7的大小均可根据罐体1的尺寸而适当选择。冷源可选用低温氮气或者液氮，冷源与冷媒液之间的冷交换是间接通过冷交换管路7的传递而实现，即冷源与冷媒液之间不直接发生接触，因此可避免冷源与冷媒液的混合，从而提高了输出的冷媒液的纯净度，适应施工需要，且便于冷媒液与冷源的回收利用，节约了资源和成本。

实施例二

如图1所示，本发明又一实施例提供了一种冷交换装置，用于制备低温的冷媒液，所述冷交换装置包括：罐体1、冷媒液输入系统2、冷媒液输出系统3、冷源输入系统4、冷源输出系统5、喷淋系统6和冷交换管路7，

所述喷淋系统6设置在所述罐体1内的顶部，所述冷媒液输入系统2设置在所述罐体1外，且所述冷媒液输入系统2穿过所述罐体1与所述喷淋系统6连通，

所述冷交换管路7设置在所述罐体1内，且所述冷交换管路7位于所述喷淋系统6的下方，所述冷源输入系统4、所述冷源输出系统5均设置在所述罐体1外，且所述冷源输入系统4穿过所述罐体1与所述冷交换管路7的第一端连通，所述冷源输出系统5穿过所述罐体1与所述冷交换管路7的第二端连通，

所述冷媒液输出系统3设置在所述罐体1的底部的外侧，且所述冷媒液输出系统3与所述罐体1连通，

冷源通过所述冷源输入系统4输入至所述冷交换管路7中，冷媒液通过所述冷媒液输入系统2输入至所述喷淋系统6中，所述冷媒液通过所述喷淋系统6喷淋至所述冷交换管路7上，并且所述冷媒液接收由所述冷源传递至所述冷交换管路7上的冷能，接收所述冷能后的所述冷媒液通过所述冷媒液输出系统3输出，冷交换后的所述冷源通过所述冷源输出系统5输出。

如图1所示，具体地，所述冷媒液输入系统2包括第一管路21、第一柱塞泵22和第一流量计23，所述第一柱塞泵22和所述第一流量计23均设置在所述第一管路21上，且所述第一流量计23设置在所述第一柱塞泵22与所述罐体1之间，所述第一管路21穿过所述罐体1与所述喷淋系统6连通。

其中，第一管路21与罐体1之间通过螺纹连接固定，并且第一管路21与罐体1内的喷淋系统6连通，第一柱塞泵22、第一流量计23均设置在第一管路21上，第一柱塞泵22用作冷媒液输入的动力，第一流量计23用于实时监测冷媒液输入时的流量，便于及时控制，因此第一流量计23优先设置在第一柱塞泵22与罐体1之间。第一管路21优选不锈钢管，防止冷媒液对其造成锈化，从而使第一管路21的使用寿命较长。

如图1所示，具体地，所述冷源输入系统4包括第二管路41、第二柱塞泵42、减压阀43和第二流量计44，所述第二柱塞泵42、所述减压阀43、所述第二流量计44顺次设置在所述第二管路41上，所述第二管路41穿过所述罐体1与所述冷交换管路7的第一端连通。

其中，第二管路41优选不锈钢真空管，可适应于内部通入低温的氮气；第二管路41通过法兰连接在罐体1上，便于拆卸和安装，同时法兰连接具有较好的联接强度和紧密性；第二管路41与冷交换管路7的第一端，即冷源的输入端连通，第二管路41上依次设有第二柱塞泵42、减压阀43和第二流量计44，第二柱塞泵42用作冷源输入的动力，减压阀43用于调节第二管路41内由第二柱塞泵42所输出的冷源的压力，并使该压力保持恒定，从而利于冷源输入系统4工作时的稳定，第二流量计44设置在第二管路41上靠近罐体1的一端，用于实时监测冷源输入时的流量，便于及时控制。

如图1所示，具体地，所述冷媒液输出系统3包括第三管路31和第三流量计32，所述第三流量计32设置在所述第三管路31上，所述第三管路31与所述罐体1连通。

其中，第三管路31用于输出降温后的冷媒液，第三流量计32用于监测冷媒液的输出流量；第三管路31优选不锈钢管，防止冷媒液对其造成锈化损伤，从而提高第三管路31的使用寿命，并且第三管路31的外表面设有保温层，减少低温的冷媒液的冷损失，保证冷媒液的使用效果。

如图1所示，具体地，所述冷源输出系统5包括第四管路51，所述第四管路51穿过所述罐体1与所述冷交换管路7的第二端连通。

其中，第四管路51通过法兰连接在罐体1外侧，且第四管路51的一端穿过罐体1与罐体1内的冷交换管路7的第二端，即冷源的输出端连通，用于输出冷交换管路7中的经过冷交换而升温的冷源。第四管路51的另一端可连通到冷凝器、压缩机等用于制冷的装置上，从而将升温的冷源进行回收再利用，节约资源和成本。第四管路51优选不锈钢真空管。

如图1所示，具体地，所述冷交换管路7包括多层盘管71，多层所述盘管71沿竖直方向均匀排列，每两层盘管71之间的距离为0.4m，每层所述盘管71的第一端均与所述第二管路41连通，每层所述盘管71的第二端均与所述第四管路51连通。

其中，盘管71优选4层，每两层盘管71之间距离0.4m，而且，所有盘管71的第一端汇成一支，再与罐体1外的第二管路41连通，所有盘管71的第二端也汇成一支，并与罐体1外的第四管路51连通，即所有盘管71以并联的形式与第二管路41、第四管路51连通，使得冷源在该冷交换管路7中能够等到充分扩散，即增加了冷媒液与冷源之间的冷交换面积，从而使冷能能够充分且快速的从冷源传递至冷媒液，使本发明的冷交换效率较高。各盘管71均优选耐冲击、耐压、不易磨损的锰钢材料，各盘管71均焊接在罐体1内壁上，保证其稳固性。

如图1所示，也可参见图2，具体地，所述喷淋系统6包括多条喷淋管61和多个喷嘴62，多条所述喷淋管61均匀的排列在所述罐体1内的顶部的同一水平面上，且每两条所述喷淋管61均互相平行，每条所述喷淋管61的一端均与所述第一管路21连通，且每条所述喷淋管61的另一端均密封，每条所述喷淋管61上沿纵向均设有多个所述喷嘴62，所述冷媒液通过所述冷媒液输入系统2输入至每条所述喷淋管61中，所述冷媒液由多个所述喷嘴62喷淋至所述冷交换管路7上进行冷交换。

其中，各喷淋管61均焊接在罐体1的内壁上，所有喷淋管61的一端汇成一支，并与第一管路21连通，即多条喷淋管61并联设置，所有喷淋管61的另一端均密封；每条喷淋管61上均设有多个喷嘴62，每条喷淋管61上的喷嘴62个数均优选16个，使得冷媒液在通过第一管路21输入至各喷淋管61中之后，能够由各喷嘴62均匀且充分的喷淋至所有喷淋管61下方的冷交换管路7，即各盘管71上，从而使冷媒液与冷源之间的冷交换效率较高。各喷淋管61和喷嘴62均优选不锈钢材料。

可选地，所述罐体1的材料为奥氏体低温钢，且所述罐体1的外壁设有保温层，所述罐体1的内壁、所述喷淋管61的表面、所述喷嘴62的表面、所述第一管路21的表面、所述第三管路31的表面均镀铬。

其中，冷媒液经降温后流至罐底，罐体1选材为具有较高的低温韧性的奥氏体低温钢，能够减少低温的冷媒液对罐体1造成损伤，罐体1外设置保温层，能够减少低温的冷媒液的冷量损失；罐体1内壁、喷淋管61表面、喷嘴62表面、第一管路21和第三管路31的表面均做镀铬处理，能够防止冷媒液对这些部件造成锈化以及腐蚀损伤，从而延长各部件的使用寿命。

如图1所示，进一步地，所述冷交换装置还包括多个温度计8，所述第二管路41上、所述第三管路31上均设有所述温度计8。各温度计8分别用于实时监测第二管路41内冷交换前的冷源的温度，以及第三管路31内降温后的冷媒液的温度，从而根据该监测数据及时调整本发明的其他各部件的运行，保证降温后的冷媒液能够满足煤层相变改造的需要。

如图1所示，进一步地，所述冷交换装置还包括液位计9和安全阀10，所述液位计9设置在所述罐体1的一侧，用于测量所述罐体1内的所述冷媒液的液面高度，所述安全阀10设置在所述罐体1的顶部，且与所述罐体1连通。

其中，液位计9用于测量罐体1内的冷媒液的液面高度，便于及时控制罐体1内冷媒液的量，使冷媒液的液面一直保持在冷交换管路7的最低位置以下，从而保证从喷淋系统6中喷淋下来的所有冷媒液均能够接触到冷交换管路7的表面，从而使所有冷媒液均得到足够的降温；罐体1的顶部安装有安全阀10，安全阀10与罐体1连通，用于释放罐体1内的压力，保证本发明工作时的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种冷交换装置，用于制备低温的冷媒液，其特征在于，所述冷交换装置包括：罐体、冷媒液输入系统、冷媒液输出系统、冷源输入系统、冷源输出系统、喷淋系统和冷交换管路，

所述喷淋系统设置在所述罐体内的顶部，所述冷媒液输入系统设置在所述罐体外，且所述冷媒液输入系统穿过所述罐体与所述喷淋系统连通，

所述冷交换管路设置在所述罐体内，且所述冷交换管路位于所述喷淋系统的下方，所述冷源输入系统、所述冷源输出系统均设置在所述罐体外，且所述冷源输入系统穿过所述罐体与所述冷交换管路的第一端连通，所述冷源输出系统穿过所述罐体与所述冷交换管路的第二端连通，

所述冷媒液输出系统设置在所述罐体的底部的外侧，且所述冷媒液输出系统与所述罐体连通，

冷源通过所述冷源输入系统输入至所述冷交换管路中，冷媒液通过所述冷媒液输入系统输入至所述喷淋系统中，所述冷媒液通过所述喷淋系统喷淋至所述冷交换管路上，并且所述冷媒液接收由所述冷源传递至所述冷交换管路上的冷能，接收所述冷能后的所述冷媒液通过所述冷媒液输出系统输出，作为低温介质用于煤层的相变改造，冷交换后的所述冷源通过所述冷源输出系统输出；

所述冷媒液输入系统包括第一管路、第一柱塞泵和第一流量计，所述第一柱塞泵和所述第一流量计均设置在所述第一管路上，且所述第一流量计设置在所述第一柱塞泵与所述罐体之间，所述第一管路穿过所述罐体与所述喷淋系统连通；

所述冷源输入系统包括第二管路、第二柱塞泵、减压阀和第二流量计，所述第二柱塞泵、所述减压阀、所述第二流量计顺次设置在所述第二管路上，所述第二管路穿过所述罐体与所述冷交换管路的第一端连通；

所述冷媒液输出系统包括第三管路和第三流量计，所述第三流量计设置在所述第三管路上，所述第三管路与所述罐体连通；

所述冷源输出系统包括第四管路，所述第四管路穿过所述罐体与所述冷交换管路的第二端连通；

所述冷交换管路包括多层盘管，多层所述盘管沿竖直方向均匀排列，每两层盘管之间的距离为0.4m，每层所述盘管的第一端均与所述第二管路连通，每层所述盘管的第二端均与所述第四管路连通。

2.根据权利要求1所述的冷交换装置，其特征在于，所述喷淋系统包括多条喷淋管和多个喷嘴，多条所述喷淋管均匀的排列在所述罐体内的顶部的同一水平面上，且每两条所述喷淋管均互相平行，每条所述喷淋管的一端均与所述第一管路连通，且每条所述喷淋管的另一端均密封，每条所述喷淋管上沿纵向均设有多个所述喷嘴，所述冷媒液通过所述冷媒液输入系统输入至每条所述喷淋管中，所述冷媒液由多个所述喷嘴喷淋至所述冷交换管路上进行冷交换。

3.根据权利要求2所述的冷交换装置，其特征在于，所述罐体的材料为奥氏体低温钢，且所述罐体的外壁设有保温层，所述罐体的内壁、所述喷淋管的表面、所述喷嘴的表面、所述第一管路的表面、所述第三管路的表面均镀铬。

4.根据权利要求1～3任一项所述的冷交换装置，所述冷交换装置还包括多个温度计，所述第二管路上、所述第三管路上均设有所述温度计。

5.根据权利要求4所述的冷交换装置，其特征在于，所述冷交换装置还包括液位计和安全阀，所述液位计设置在所述罐体的一侧，用于测量所述罐体内的所述冷媒液的液面高度，所述安全阀设置在所述罐体的顶部，且与所述罐体连通。