CN110038399A - 一种双塔式压缩空气深冷干燥装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双塔式压缩空气深冷干燥装置，包括预冷塔和深冷塔，所述预冷塔为一种列管式双回路热交换器，压缩空气由底部引入，经列管中心通道到达塔顶，再经上盖连通管到达深冷塔塔顶；所述深冷塔为一种列管式单回路热交换器，塔顶空气经列管中心通道，到达塔底扩散，再由列管外围上升到塔身上部接口引出；所述塔体连通管将深冷塔塔身上部空气引入预冷塔塔身上部，沿列管外围往下流动，从塔身下部接口引出。本发明通过压缩空气在双塔流动过程中温度经历由高到低，再由低到高的自身热交换，降温过程中水蒸汽凝结或凝华，再融化排出。结构简单，故障率低，无压损，能耗小，脱水能力强，后级空气露点低，确保了后级气包无冷凝水析出隐患。
Description
技术领域
本发明涉及空气除湿技术领域，尤其是一种双塔式压缩空气深冷干燥装置。
背景技术
压缩空气在工业企业中有着较广泛的使用。通常的使用场合，都要求压缩空气具有较高的干燥度，由大气空气经压缩后制取的压缩空气，本身是一种饱和湿空气，因此空压机系统通常都标配空气干燥设备。
工业常用两种类型的干燥设备，一种是再生吸附式干燥器，另一种是冷冻式干燥器。其中，再生吸附式干燥器的缺点是会消耗一部分压缩空气来进行再生过程，且装置气路切换阀门较多，故障率偏高；常见的冷冻式干燥器在结构上一般采用换热器横向设置，造成气流不可避免地带走一部分液滴，且冷冻式干燥器上设置了多个排水点，自动排水故障率较高，通常，冷冻式干燥器设计露点也仅在5℃左右，露点偏高。
当空压机制取的压缩空气因体积减小而直接液化的大量水分不能可靠地提前排出时，上述两类干燥设备的干燥性能将大大下降，甚至完全不能正常工作，以至于后级气包中会出现大量的液态水，直接影响了相关压缩空气使用设备的可靠运行。
因此，有必要设计一种在空压机出口水分离器预排水失效、未设置湿空气包、脱水过滤器失效等情形下，仍能够输出符合要求的干燥空气的干燥装置，以保证后级用户的用气需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种双塔式压缩空气深冷干燥装置，以确保在空压机系统相关脱、排水设施失效的情形下仍可制取出合格的干燥空气。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双塔式压缩空气深冷干燥装置，包括预冷塔、深冷塔，其特征是：所述的预冷塔内排列有构成列管式双回路热交换器的预冷列管，深冷塔内排列有构成列管式单回路热交换器的深冷列管，预冷塔顶部与深冷塔顶部之间连接有上盖连通管，预冷塔塔体与深冷塔塔体之间连接有塔体连通管，预冷塔底部与深冷塔底部之间连接有下室连通管，预冷塔的塔体下部设有出气口和进气口，预冷塔底部设有将预冷塔底部沉积的液态水排出的排水部件，深冷塔设有实现深冷塔底部低温环境的冷却部件。
具体说，所述的预冷塔包括预冷塔上盖、预冷塔塔身和预冷塔下室，所述预冷塔上盖上开设有与上盖连通管一端固连的预冷气出口，预冷塔塔身上部设有与塔体连通管一端固连的深冷气入口，出气口设在预冷塔塔身下部，预冷列管垂直排列在预冷塔塔身内部，所述预冷列管两端具有封板而使预冷列管中心和外围封闭，进气口设在预冷塔下室侧壁上，预冷塔下室开设有与下室连通管一端固连的下室连通管接口A和排污管接口A。
进一步地，所述的排水部件包括取水管、排水蛇管、排水截止阀、过滤器、电磁排水阀A、电磁排水阀B、上测温仪A及下测温仪B，所述取水管和排水蛇管位于预冷塔下室，取水管水口中心偏离预冷塔下室中心，且低于下室连通管接口A；所述排水蛇管位于预冷塔下室中心上部，排水蛇管一端连接取水管，排水蛇管另一端穿出预冷塔下室后连接有排水截止阀，排水截止阀连接过滤器，过滤器连接两只并联的电磁排水阀A和电磁排水阀B；所述上测温仪A的测温探头位于预冷塔下室中上部；所述下测温仪B的测温探头位于预冷塔下室中下部且靠近下室连通管接口A。
具体说，所述的深冷塔包括深冷塔上盖、深冷塔塔身及深冷塔下室，所述深冷塔上盖上开设有与上盖连通管另一端固连的预冷气入口，深冷塔塔身上部开设有与塔体连通管另一端固连的深冷气出口，深冷列管垂直排列在深冷塔塔身内部，深冷列管上部由封板封闭而使深冷列管中心和外围隔绝，深冷列管下部焊接有网板；所述网板为一个开孔数与深冷列管数相同的圆弧板，网板外圆直径小于深冷塔塔身内径，网板上每孔的孔径大于深冷列管的管径，且深冷列管焊接后网板上圆孔的管外截面积大于深冷列管的内圆截面积，所述深冷塔下室设有与下室连通管另一端固连的下室连通管接口B和排污管接口B。
更进一步说，所述的冷却部件包括冷却液环管、环管接口阀A、环管接口阀B、水泵、供液管、回液管、冰柜、上测温仪C及下测温仪D；所述冷却液环管位于深冷塔下室内中上部，冷却液环管伸出深冷塔下室外部后连接环管接口阀A和环管接口阀B；所述回液管一端连接环管接口阀B，回液管另一端伸入冰柜内的冷却液上部；所述水泵一端连接环管接口阀A，水泵另一端连接供液管，供液管另一端伸入冰柜内的冷却液下部；所述冰柜内盛有冰点-24℃以下的冷却液；所述上测温仪C的测温探头位于深冷塔下室中上部；所述下测温仪D的测温探头位于深冷塔下室中下部且靠近下室连通管接口B。
优选地，所述的预冷塔内预冷列管的单支长度与深冷塔内深冷列管的单支长度相等，且预冷列管中心通道总截面面积与深冷列管中心通道总截面面积比为11：10。
本发明的有益效果是：本发明干燥后的压缩空气露点低，平均值可达-10℃以下；装置结构简单，无压力损失，维护要求低；在空压机系统水分离器失效、无湿空气包、脱水过滤器失效情形下仍旧发挥可靠的干燥作用；制冷电耗小，因双塔结构热交换的充分，理论上只需提供水蒸汽的液化冷量即可；单排水点、双排水阀冗余排水，并设计快排、慢排切换来保证不排出空气和不积存多余水份。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述预冷塔的结构示意图。
图3是本发明所述深冷塔的结构示意图。
图4是本发明所述网板圆孔与深冷列管焊接示意图。
图5是本发明所述排水部件的构成示意图。
图6是本发明所述冷却部件的构成示意图。
图中：1.上盖连通管，2.塔体连通管，3.预冷塔，4.深冷塔，5.排水部件，6.冷却部件，7.下室连通管，201.预冷气出口，202.预冷塔上盖，203.深冷气入口，204.预冷塔塔身，205.预冷列管，206.出气口，207.进气口，208.预冷塔下室，209.下室连通管接口A，210.排污管接口A，301.预冷气入口，302.深冷塔上盖，303.深冷气出口，304.深冷塔塔身，305.深冷列管，306.网板，307.深冷塔下室，308.下室连通管接口B，309.排污管接口B，401.深冷列管单管中心流通截面，402.深冷列管单管切段，403.网板单圆孔流通截面，404.网板切片，405.焊接点，501.排水截止阀，502.过滤器，503.电磁排水阀A，504.电磁排水阀B，505.上测温仪A，506.下测温仪B，507.排水蛇管，508.取水管，601.上测温仪C，602.下测温仪D，603.冷却液环管，604.环管接口阀A，605.环管接口阀B，606.水泵，607.回液管，608.供液管，609.冰柜，610.冷却液。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种双塔式压缩空气深冷干燥装置，其基本构成主要包括预冷塔3、深冷塔4、排水部件5、冷却部件6以及预冷塔3和深冷塔4之间的连通管道，所述连通管道包括上盖连通管1、塔体连通管2以及下室连通管7。
所述塔体连通管2的数量设置为2根，可以相对提高换热效果，且塔体连通管2的单管流通截面为上盖连通管1的流通截面的一半即可。
所述冷却部件6在深冷塔4下部建立低温环境，压缩空气流动过程中温度经历由高到低、再由低到高的自身热交换。降温过程中水蒸汽最终化为液态在双塔底部沉积，因下室连通管7的连接，预冷塔3和深冷塔4底部沉积的液态水可以自由流动。
所述排水部件5排水口设在预冷塔3下部，通过电磁排水阀定时自动排水。
如图2所示为预冷塔3的结构示意图，所述预冷塔3主要包括预冷塔上盖202、预冷塔塔身204、预冷塔下室208三部分，上述三部分分别由法兰进行连接；预冷塔上盖202顶部开设有预冷气出口201，即初始空气出口；预冷塔塔身204上部设有深冷气入口203，共两个，即返回空气入口，预冷塔塔身204下部设有出气口206，即压缩空气总管出口接口。
具体地，预冷塔塔身204内部垂直排列有预冷列管205，所述预冷列管205两端封闭，构成两个独立的流通通道，预冷列管205的内通道连通预冷塔上盖202和预冷塔下室208，预冷列管205的外通道连通预冷列管205上、下部的深冷气入口203和出气口206。
所述预冷塔下室208上开设有进气口207，即压缩空气总管入口接口；预冷塔下室208的室底中心安装有排污管接口A210，用于定期手动排污；预冷塔下室208的室底侧面适合高度安装有下室连通管接口A209，用于通过下室连通管7将预冷塔3和深冷塔4之间的底部连通，实现液化水互流。
如图3所示为深冷塔4的结构示意图。图中，深冷塔4主要包括深冷塔上盖302、深冷塔塔身304、深冷塔下室307三部分，三部分分别由法兰进行连接；深冷塔上盖302顶部含有预冷气入口301，即深冷塔空气入口；深冷塔塔身304上部含有深冷气出口303，共两个，即深冷塔空气出口，对应预冷塔3的返回空气入口，所述深冷气入口203与深冷气出口303之间通过塔体连通管2连通。
具体说，深冷塔塔身304内部垂直排列有深冷列管305，深冷列管305上端封闭而隔绝管内管外空间，深冷塔上盖302中空气将由深冷列管305管内向下流动；深冷列管305下部焊接一片网板306，网板306为一个外圆直径稍小于深冷塔塔身304内直径的圆弧板，网板306上开圆孔，圆孔数与深冷列管305数相同，每个圆孔的孔径均大于深冷列管305外径，深冷列管305靠圆孔某边进行点焊。当空气由深冷列管305管中通道到达深冷塔下室307后，返回气流由网板306开孔的深冷列管305管外间隙中向上流动，最终到达深冷气出口303。
所述深冷塔下室307的室底中心安装有排污管接口B309，用于定期手动排污；深冷塔下室307室底侧面适合高度装设下室连通管接口B308，用于通过下室连通管7将双塔底部连通，液化水互流。
所述的预冷塔3内预冷列管205管外流通总截面大于管内流通总截面；所述的深冷塔4内深冷列管305管外流通总截面大于管内流通总截面；深冷列管305管内流通总截面大于上盖连通管1的流通截面积。
特别地，两根塔体连通管2的总流通截面积与上盖连通管1流通截面积均不小于进气口207或预冷气出口201的流通截面积。
如图4所示为网板306单个圆孔与单根深冷列管305的焊接示意图，截取网板306上某一个开孔位置的部分，即图示网板切片404；截取深冷列管305中某一根的部分段，即图示深冷列管单管切段402；管内圆即深冷列管305单管中心流通截面401，孔圆即网板单个圆孔的流通截面403，深冷列管305在圆孔中靠某边点焊，图示为焊接点405。
优选地，圆孔的开孔尺寸要求为：圆孔面积减去深冷列管305的管外圆面积大于管内圆面积。
如图5所示为排水部件5的结构示意图。图中，排水蛇管507和取水管508设置在预冷塔下室208内部，取水管508一端与排水蛇管507连接，取水管508另一端伸向预冷塔下室208内中心下部；排水蛇管507另一端穿过预冷塔下室208室壳至外部，加装排水截止阀501；排水截止阀501另一端连接过滤器502，过滤器502另一端并接两只排水电磁阀，即电磁排水阀A503和电磁排水阀B504，任一排水电磁阀得电时，进行排水作业。
具体说，在预冷塔下室208外壳中上部设置上测温仪A505，测量进气温度，预冷塔下室208外壳中下部设置下测温仪B506，测量气温或可能的积水温度。当深冷塔下室307中低温的液态水流至预冷塔下室208时，混合水温较低，水位较高时，下测温仪B506和上测温仪A505会出现明显的测温差，此状态即可判断为水位过高，水位高低不同，两只排水电磁阀得电时长不一样，由此使得排水自动可控。
因混合水温低于进气空气温度，设置排水蛇管507后，可以使冷水和空气热交换，增加预冷效率。
排水部件5的取水口设置在预冷塔下室208中，并经过排水蛇管507引至外部，当电磁排水阀A503或电磁排水阀B504得电时，排水通道打开；因深冷塔下室208流过来的低温水与预冷塔3凝结水混合后温度仍较低，因此在排水时通过排水蛇管507向进口压缩空气释放一部分冷量；电磁排水阀A503与电磁排水阀B504的供电与否由上测温仪A505和下测温仪B506控制：当两者温差小于1℃时，每隔1分钟供电X秒，当两者温差大于1℃时，每隔1分钟供电Y秒，X值设置较小，以电磁排水阀A503与电磁排水阀B504不排出空气为准，Y值设置较大，确保塔内积水不会越积越多，即，通过温差大致的判断水位高度，进行慢排或快排切换；具体地，为防止排水阀故障，电磁排水阀A503与电磁排水阀B504既可以设计为同时供电，也可以设计为轮流供电。
如图6所示为冷却部件6的结构示意图。所述冷却部件6包括冰柜609、水泵606及冷却液环管603。其中，冰柜609中装填有冷却液610，并通过温控使冷却液610的温度不高于-21℃，冷却液610冰点低于-24℃；在深冷塔下室307内中上部布设冷却液环管603，冷却液环管603两接口穿过深冷塔下室307壳体至外部后分别连接环管接口阀A604和环管接口阀B605；环管接口阀B605另一端连接回液管607，回液管607另一端引至冷却液610中的中上部；环管接口阀A604另一端连接水泵606，水泵606另一端连接供液管608，供液管608另一端引至冷却液610中的中下部。
水泵606运行时，冷却液610在冷却液环管603中循环流动，冷却液环管603的温度将达到最低温；水泵606停止运行，因空气中水蒸汽的凝结或凝华放热，冷却液环管603温度将逐渐上升。
同时在深冷塔下室307外壳中上部安装有上测温仪C601，测量深冷塔下室307室内温度，深冷塔下室307中下部安装下测温仪D602，测量深冷塔下室307室内气温或可能的积水温度。当上测温仪C601和下测温仪D602测得的温度都高于0.5℃时，水泵606启动，当测得温度都低于-15℃时，水泵606停止；因热交换滞后性，深冷塔下室307内部温度将在1℃至-21℃之间循环变化，平均温度即压缩空气露点约-10℃；当深冷塔下室307温度高于0℃时，空气中凝华的水蒸汽再次融化沉积，由下室连通管7流至预冷塔下室208。
上述双塔式压缩空气深冷干燥装置工作过程：
a、首先通过冰柜606制取温度不高于-21℃的冷却液610，再经水泵606运行，将冷却液610送至深冷塔下室307的冷却液环管603中，在深冷塔下室307内建立低温环境；
b、压缩空气由预冷塔下室208的入气口207进入，从预冷列管205管中向上流动时与管外返回气流进行热交换，温度逐渐降低，温度低于空气露点时凝结水析出，因重力落于预冷塔下室208底部；
c、预冷塔3顶的压缩空气经上盖连通管1到达深冷塔4顶部，再由深冷列管305管中向下流动时与管外气流热交换，温度进一步降低，到达深冷塔下室307时气流扩散，并达到最低温，空气中水蒸汽凝结或凝华，并因气流扩散减速大部分沉积于深冷塔下室307底部；
d、干燥后的最低温空气穿过网板306从深冷塔4的深冷列管305外围向上流动，与管内气流热交换，温度逐渐上升，空气到达深冷塔塔身304上部的深冷气出口303时通过塔体连通管2进入预冷塔塔身204上部，再经预冷列管205外围向下流动时与管内气流热交换，温度进一步上升，最终从预冷塔塔身204下部的出气口206流出，流出温度与流入温度因充分热交换变得相近。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种双塔式压缩空气深冷干燥装置，包括预冷塔、深冷塔，其特征是：所述的预冷塔内排列有构成列管式双回路热交换器的预冷列管，深冷塔内排列有构成列管式单回路热交换器的深冷列管，预冷塔顶部与深冷塔顶部之间连接有上盖连通管，预冷塔塔体与深冷塔塔体之间连接有塔体连通管，预冷塔底部与深冷塔底部之间连接有下室连通管，预冷塔的塔体下部设有出气口和进气口，预冷塔底部设有将预冷塔底部沉积的液态水排出的排水部件，深冷塔设有实现深冷塔底部低温环境的冷却部件。
2.如权利要求1所述的双塔式压缩空气深冷干燥装置，其特征是：所述的预冷塔包括预冷塔上盖、预冷塔塔身和预冷塔下室，所述预冷塔上盖上开设有与上盖连通管一端固连的预冷气出口，预冷塔塔身上部设有与塔体连通管一端固连的深冷气入口，出气口设在预冷塔塔身下部，预冷列管垂直排列在预冷塔塔身内部，所述预冷列管两端具有封板而使预冷列管中心和外围封闭，进气口设在预冷塔下室侧壁上，预冷塔下室开设有与下室连通管一端固连的下室连通管接口A和排污管接口A。
3.如权利要求1所述的双塔式压缩空气深冷干燥装置，其特征是：所述的深冷塔包括深冷塔上盖、深冷塔塔身及深冷塔下室，所述深冷塔上盖上开设有与上盖连通管另一端固连的预冷气入口，深冷塔塔身上部开设有与塔体连通管另一端固连的深冷气出口，深冷列管垂直排列在深冷塔塔身内部，深冷列管上部由封板封闭而使深冷列管中心和外围隔绝，深冷列管下部焊接有网板；所述网板为一个开孔数与深冷列管数相同的圆弧板，网板外圆直径小于深冷塔塔身内径，网板上每孔的孔径大于深冷列管的管径，且深冷列管焊接后网板上圆孔的管外截面积大于深冷列管的内圆截面积，所述深冷塔下室设有与下室连通管另一端固连的下室连通管接口B和排污管接口B。
4.如权利要求2所述的双塔式压缩空气深冷干燥装置，其特征是：所述的排水部件包括取水管、排水蛇管、排水截止阀、过滤器、电磁排水阀A、电磁排水阀B、上测温仪A及下测温仪B，所述取水管和排水蛇管位于预冷塔下室，取水管水口中心偏离预冷塔下室中心，且低于下室连通管接口A；所述排水蛇管位于预冷塔下室中心上部，排水蛇管一端连接取水管，排水蛇管另一端穿出预冷塔下室后连接有排水截止阀，排水截止阀连接过滤器，过滤器连接两只并联的电磁排水阀A和电磁排水阀B；所述上测温仪A的测温探头位于预冷塔下室中上部；所述下测温仪B的测温探头位于预冷塔下室中下部且靠近下室连通管接口A。
5.如权利要求3所述的双塔式压缩空气深冷干燥装置，其特征是：所述的冷却部件包括冷却液环管、环管接口阀A、环管接口阀B、水泵、供液管、回液管、冰柜、上测温仪C及下测温仪D；所述冷却液环管位于深冷塔下室内中上部，冷却液环管伸出深冷塔下室外部后连接环管接口阀A和环管接口阀B；所述回液管一端连接环管接口阀B，回液管另一端伸入冰柜内的冷却液上部；所述水泵一端连接环管接口阀A，水泵另一端连接供液管，供液管另一端伸入冰柜内的冷却液下部；所述冰柜内盛有冰点-24℃以下的冷却液；所述上测温仪C的测温探头位于深冷塔下室中上部；所述下测温仪D的测温探头位于深冷塔下室中下部且靠近下室连通管接口B。
6.如权利要求1所述的双塔式压缩空气深冷干燥装置，其特征是：所述的预冷塔内预冷列管的单支长度与深冷塔内深冷列管的单支长度相等，且预冷列管中心通道总截面面积与深冷列管中心通道总截面面积比为11：10。
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