CN106422531A - 换热器内置的卧式气水分离器及其气水分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热器内置的卧式气水分离器,涉及一种用于化工、机械、勘探、电力等领域的气水分离器。它包括壳体、气水分离区、换热区、整流区、气水混合物入口、气相出口、分离液产物出口、换热液进口和换热液出口、导流板、气相通道、第一液相通道、第一引流隔板、第二引流隔板、第二液相通道；换热区内安装有换热管和换热隔板，相邻两个换热管之间安装有挡板，多个下换热管的出水口与所述多个上换热管的进水口连通；换热液进口与下换热管的进水口连通；换热液出口与上换热管的出水口连通。本发明将换热器内置，且占地面积小，无需检修空间，换热效果好。本发明还涉及这种换热器内置的卧式气水分离器的气水分离方法。

Description

换热器内置的卧式气水分离器及其气水分离方法
技术领域
本发明涉及一种用于化工、机械、勘探、电力等领域的汽水分离器，具体的说是一种换热器内置的卧式气水分离器。本发明还涉及这种换热器内置的卧式气水分离器的气水分离方法。
背景技术
在工程领域，部分气液混合物经由气水分离器分离后，分离出来的液态产物需要回流循环利用。例如在液环真空泵系统中，分离液体(液相分离产物)只有经过换热器冷却后，才能进入真空泵本体内并作为真空泵液环的补充液使用。
如图2现有的液环真空泵系统的结构示意图所示，现有的液环真空泵系统的分离器本体16和换热器17是分成两个独立的设备存在于真空泵系统中，且现有的换热器多为板式换热器。上述现有的液环真空泵系统存在如下缺陷：1、板式换热器在运行过程中需要定期进行拆卸清洗，且需要在液环真空泵系统内设置检修空间，故现有的液环真空泵系统存在布局不紧凑、占地面积大、换热器检修不方便的问题；2、现有的液环真空泵系统的换热效率不高，容易导致真空泵液环温度升高，工作效率下降，易产生气蚀。
发明内容
本发明的第一目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种换热器内置的卧式气水分离器，它占地面积较小，无需在液环真空泵内布置检修空间，换热效果更好。
本发明的第二目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种换热器内置的卧式气水分离器的气水分离方法。
为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：换热器内置的卧式气水分离器，包括壳体，其特征在于：所述壳体内部设有气水分离区、换热区和整流区，壳体上安装有气水混合物入口、气相出口、分离液产物出口、换热液进口和换热液出口；所述气水分离区和整流区均位于壳体内部上端，换热区位于壳体内部下端，气水混合物入口位于壳体上端并与气水分离区连通，气相出口位于壳体上端并与整流区连通，分离液产物出口位于壳体底部并与换热区连通；气水分离区和整流区之间安装有位于壳体内部的导流板，供分离气体通过的气相通道，和供分离液体通过的第一液相通道，气水分离区和换热区之间安装有位于壳体内部的第一引流隔板，整流区和换热区之间安装有位于壳体内部的第二引流隔板，第二引流隔板上设有供分离液体通过的第二液相通道；所述换热区内安装有多个间隔布置的换热管，和与壳体内壁连接的换热隔板，相邻两个换热管之间安装有若干能使分离液体在换热区内折流的挡板，所述多个换热管包括多个位于换热隔板上方的上换热管，和多个位于换热隔板下方的下换热管，所述多个下换热管的出水口与所述多个上换热管的进水口连通；所述换热液进口位于换热隔板下方，并与下换热管的进水口连通；所述换热液出口位于换热隔板和第一引流隔板之间，并与上换热管的出水口连通。
在上述技术方案中，所述壳体的横截面为椭圆形。
在上述技术方案中，所述气相通道为导流板上设置的多个第一导流孔，第一液相通道为导流板和第一引流隔板之间的导流间隙，所述第二液相通道为第二引流隔板上设置的多个第二导流孔。
在上述技术方案中，所述挡板和换热管之间呈垂直布置。
在上述技术方案中，所述分离液产物出口和换热液进口为相邻布置。
为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：换热器内置的卧式气水分离器的气水分离方法，其特征在于：它包括如下工艺步骤，步骤一：气水混合物通过气水混合物入口进入到壳体内部的气水分离区内，并在气水分离区内分离为分离气体和分离液体；步骤二：所述分离气体先穿过位于气水分离区和整流区之间的气相通道，然后进入到整流区内，最后在整流区内部经过整流后，从与整流区连通的气相出口排出；步骤三：所述分离液体先穿过第一液相通道进入到整流区中，再穿过第二液相通道进入到换热区中，然后与换热区内部的换热管接触，分离液体在换热区内经过换热后，从换热区底部的分离液出口排出，此时分离液体实现换热功能；步骤四：当分离液体进入到换热区内后，位于换热区内部的挡板对分离液体进行扰动，使分离液体在换热区内进行“S”状流动；步骤五：换热液体先从换热液进口进入到换热区内，然后从下换热管流入到上换热管，最后从换热液出口排出，此时换热液体实现换热功能。
实际工作时，第一引流隔板和第二引流隔板组合在一起的结构可以统称为引流隔板。
综上所述，与传统汽水分离器相比，本发明具备以下有益效果：
1、本发明采用卧式椭圆壳体(罐体)，能够使本发明更加充分的利用高度空间。引流隔板和导流板将壳体内部分为三个区域，上部为分离区和整流区，下部分离液体覆盖区为换热区。在所述的气水分离区内进行气水分离，分离气体(气相分离产物)经由导流孔板整流后可减少液滴携带，分离液体(液相分离产物)在进入换热区后可被热升或降温，本发明在实现气液分离的同时，还实现了气态产物中液滴的拦截和液态产物的高效换热。
2、本发明中的分离液体(液相分离产物)需要穿过第一液相通道和第二液相通道才能进入到换热区。如图7所示，所述引流隔板为三段式设计，引流隔板的首尾两端(水室段)为钢板结构，引流隔板的中间段(引流段)为孔状结构，引流隔板的中间段能够将分离液体通过小孔引入到换热区，进而加强换热效果。
3、所述的换热管为双流程设计，位于换热区下端的下换热管可以作为换热液进水管，而位于换热区上端的上换热管可以作为出水管，双流程设计的换热管能够增加管束换热长度，从而提升换热效率。将分离液产物出口设置在靠近换热液进口的一侧，能够减少换热端差。
4、将挡板与换热管垂直布置，能使得分离液体自引流隔板进入到换热区后，在挡板的拦截下进行S型曲向流动，从而增加了本发明的换热效率。
5、将换热器(换热管)集成至气液分离罐后，减少了液环真空泵系统的整体体积，免去了板式换热器的检修空间，降低了设备维护成本。
附图说明
图1为带有本发明气水分离系统的液环真空泵系统的结构示意图。
图2为现有的液环真空泵系统的结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为图3的A-A剖示意图。
图5为图3的B-B剖示意图。
图6为图3的C-C剖示意图。
图7为引流隔板(包括第一引流隔板和第二引流隔板)的结构示意图。
图8为换热隔板的结构示意图。
图中1-壳体,2-气水分离区,3-换热区,4-整流区，5-气水混合物入口,6-气相出口，7-分离液产物出口，8-换热液进口，9-换热液出口，10-引流隔板，10a-第一引流隔板，10b-第二引流隔板，11-换热管，11a-上换热管,11b-下换热管，12-挡板，13-换热隔板，14-导流板，15-气相通道，16-分离器本体，17-换热器，18a-第一液相通道，18b-第二液相通道，19a-第一导流孔，19b-第二导流孔。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：本发明采用卧式罐体并采用管式换热器，并将管式换热器集成在壳体(气液分离罐)下部，同时，本发明还将现有的分离器本体16和换热器17集成为一个单体设备，从而使分离液体(液相分离产物)在壳体1(罐体)内直接进行换热，如图1所示。
如图3所示，换热器内置的卧式气水分离器，包括壳体1，所述壳体1内部设有气水分离区2、换热区3和整流区4，壳体1上安装有气水混合物入口5、气相出口6、分离液产物出口7、换热液进口8和换热液出口9；所述气水分离区2和整流区4均位于壳体1内部上端，换热区3位于壳体1内部下端，气水混合物入口5位于壳体1上端并与气水分离区2连通，气相出口6位于壳体1上端并与整流区4连通，分离液产物出口7位于壳体1底部并与换热区3连通；气水分离区2和整流区4之间安装有位于壳体1内部的导流板14，供分离气体通过的气相通道15，和供分离液体通过的第一液相通道18a，气水分离区2和换热区3之间安装有位于壳体1内部的第一引流隔板10a，整流区4和换热区3之间安装有位于壳体1内部的第二引流隔板10b，第二引流隔板10b上设有供分离液体通过的第二液相通道18b；所述换热区3内安装有多个间隔布置的换热管11，和与壳体1内壁连接的换热隔板13，相邻两个换热管11之间安装有若干能使分离液体在换热区3内折流的挡板12，所述多个换热管11包括多个位于换热隔板13上方的上换热管11a，和多个位于换热隔板13下方的下换热管11b，所述多个下换热管11b的出水口与所述多个上换热管11a的进水口连通；所述换热液进口8位于换热隔板13下方，并与下换热管11b的进水口连通；所述换热液出口9位于换热隔板13和第一引流隔板10a之间，并与上换热管11a的出水口连通。
优选的，所述壳体1的横截面为椭圆形。优选的，所述气相通道15为导流板14上设置的多个第一导流孔19a，第一液相通道18a为导流板14和第一引流隔板10a之间的导流间隙，所述第二液相通道18b为第二引流隔板10b上设置的多个第二导流孔19b。优选的，所述挡板12和换热管1之间呈垂直布置。优选的，所述分离液产物出口7和换热液进口8为相邻布置。
实际工作时，换热器内置的卧式气水分离器的气水分离方法包括如下工艺步骤，
步骤一：气水混合物通过气水混合物入口5进入到壳体1内部的气水分离区2内，并在气水分离区2内分离为分离气体和分离液体；
步骤二：所述分离气体先穿过位于气水分离区2和整流区4之间的气相通道15，然后进入到整流区4内，最后在整流区4内部经过整流后，从与整流区4连通的气相出口6排出；
步骤三：所述分离液体先穿过第一液相通道18a进入到整流区4中，再穿过第二液相通道18b进入到换热区3中，然后与换热区3内部的换热管11接触，分离液体在换热区3内经过换热后，从换热区3底部的分离液出口7排出，此时分离液体实现换热功能；
步骤四：当分离液体进入到换热区3内后，位于换热区3内部的挡板12对分离液体进行扰动，使分离液体在换热区3内进行“S”状流动；
步骤五：换热液体先从换热液进口8进入到换热区3内，然后从下换热管11b流入到上换热管11a，最后从换热液出口9排出，此时换热液体实现换热功能。
如图3、图5和图6所示，挡板12与换热管11之间呈垂直布置，位于换热器中部的挡板12有两种结构形式(分别为上部镂空和下部镂空)，上述两种结构的挡板能够使分离液体(液相分离产物)在换热区内进行折向流动。
参照图3、图7所示，引流隔板10由第一引流隔板和第二引流隔板构成，引流隔板10为钢板结构，隔板右侧有一段为多孔结构(第二导流孔19b)的区域，分离液体(液相分离产物)由此多孔结构(第二导流孔19b)进入到内换热区。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (6)

1.换热器内置的卧式气水分离器，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内部设有气水分离区(2)、换热区(3)和整流区(4)，壳体(1)上安装有气水混合物入口(5)、气相出口(6)、分离液产物出口(7)、换热液进口(8)和换热液出口(9)；
所述气水分离区(2)和整流区(4)均位于壳体(1)内部上端，换热区(3)位于壳体(1)内部下端，气水混合物入口(5)位于壳体(1)上端并与气水分离区(2)连通，气相出口(6)位于壳体(1)上端并与整流区(4)连通，分离液产物出口(7)位于壳体(1)底部并与换热区(3)连通；
气水分离区(2)和整流区(4)之间安装有位于壳体(1)内部的导流板(14)，供分离气体通过的气相通道(15)，和供分离液体通过的第一液相通道(18a)，气水分离区(2)和换热区(3)之间安装有位于壳体(1)内部的第一引流隔板(10a)，整流区(4)和换热区(3)之间安装有位于壳体(1)内部的第二引流隔板(10b)，第二引流隔板(10b)上设有供分离液体通过的第二液相通道(18b)；
所述换热区(3)内安装有多个间隔布置的换热管(11)，和与壳体(1)内壁连接的换热隔板(13)，相邻两个换热管(11)之间安装有若干能使分离液体在换热区(3)内折流的挡板(12)，所述多个换热管(11)包括多个位于换热隔板(13)上方的上换热管(11a)，和多个位于换热隔板(13)下方的下换热管(11b)，所述多个下换热管(11b)的出水口与所述多个上换热管(11a)的进水口连通；所述换热液进口(8)位于换热隔板(13)下方，并与下换热管(11b)的进水口连通；所述换热液出口(9)位于换热隔板(13)和第一引流隔板(10a)之间，并与上换热管(11a)的出水口连通。
2.根据权利要求1所述的换热器内置的卧式气水分离器，其特征在于：所述壳体(1)的横截面为椭圆形。
3.根据权利要求2所述的换热器内置的卧式气水分离器，其特征在于：所述气相通道(15)为导流板(14)上设置的多个第一导流孔(19a)，第一液相通道(18a)为导流板(14)和第一引流隔板(10a)之间的导流间隙，所述第二液相通道(18b)为第二引流隔板(10b)上设置的多个第二导流孔(19b)。
4.根据权利要求3所述的换热器内置的卧式气水分离器，其特征在于：所述挡板(12)和换热管(1)之间呈垂直布置。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的换热器内置的卧式气水分离器，其特征在于：所述分离液产物出口(7)和换热液进口(8)为相邻布置。
6.换热器内置的卧式气水分离器的气水分离方法，其特征在于：它包括如下工艺步骤，
步骤一：气水混合物通过气水混合物入口(5)进入到壳体(1)内部的气水分离区(2)内，并在气水分离区(2)内分离为分离气体和分离液体；
步骤二：所述分离气体先穿过位于气水分离区(2)和整流区(4)之间的气相通道(15)，然后进入到整流区(4)内，最后在整流区(4)内部经过整流后，从与整流区(4)连通的气相出口(6)排出；
步骤三：所述分离液体先穿过第一液相通道(18a)进入到整流区(4)中，再穿过第二液相通道(18b)进入到换热区(3)中，然后与换热区(3)内部的换热管(11)接触，分离液体在换热区(3)内经过换热后，从换热区(3)底部的分离液出口(7)排出，此时分离液体实现换热功能；
步骤四：当分离液体进入到换热区(3)内后，位于换热区(3)内部的挡板(12)对分离液体进行扰动，使分离液体在换热区(3)内进行“S”状流动；
步骤五：换热液体先从换热液进口(8)进入到换热区(3)内，然后从下换热管(11b)流入到上换热管(11a)，最后从换热液出口(9)排出，此时换热液体实现换热功能。
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