CN110257095A - 一种沥青降膜冷却器及沥青冷却成型系统与工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沥青降膜冷却器及沥青冷却成型系统与工艺，所述沥青降膜冷却器包括设置在上部的降液管液‑液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液‑液换热器中的多个降液管通过上管板、下管板固定；上管板的顶部设隔板将上管板的顶部空间分隔为2～4个分液区，对应每个分液区的沥青降膜冷却器顶部分别设沥青入口接管，各个沥青入口接管分别向降膜冷却器中心延伸，每个沥青入口接管的底部均沿纵向设有多个沥青分配管。本发明通过在沥青降膜冷却器的上管板处增设隔板进行分区，依据每个分液区的原料处理量进行组合运行或单个运行，成功解决了沥青降膜冷却器操作弹性过窄的难题，简化了设计，节省了设备占地、投资成本及运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及沥青生产及深加工技术领域，尤其涉及一种沥青降膜冷却器及沥青冷却成型系统与工艺。
背景技术
煤焦油加工过程中一般产生约50％～60％的中温沥青，属于焦油加工的大宗产品，改质沥青是目前中温沥青的主要下游产品，主要用于电解铝行业生产预焙阳极、制备电池棒或电极粘结剂。
国内生产的中温沥青、改质沥青产品，可以采用液体装车的方式销售液体沥青，也可以采用沥青固化冷却成型的固体方式进行销售，但无论哪种方式，都需要将生产出的热沥青(中温沥青或改质沥青)冷却为适宜贮存的中等温度的液体沥青或用于固化成型的低温度的液体沥青。
目前，焦油蒸馏装置生产的中温沥青以及中温沥青经釜式加热法生产的改质沥青，基本上采用沥青降膜冷却器作为冷却设备，其冷却工艺为：热沥青在去沥青贮槽或沥青成型装置前，先送到降膜冷却器，在降膜冷却器与蒸汽冷凝液换热到需要的温度，然后用氮气压送到沥青贮槽或沥青成型装置的喷嘴。
沥青降膜冷却器作为冷却设备，虽然换热效果非常好，但在实际使用过程中存在一个意想不到的问题，即；焦油蒸馏装置的操作弹性为60％～120％，而沥青降膜冷却器处理沥青的流量减小至正常流量的80％左右时，换热效率会急剧降低，沥青在满流至降液管时，如果流量达不到要求，在降液管内便无法形成均匀的液膜，甚至产生偏流，达不到换热的目的，也就是根本达不到设计操作弹性60％的下限要求(实际上甚至连80％都达不到)，而为了达到操作弹性120％的上限要求，设计的处理量一般都偏大，致使操作弹性下限偏高，更加难以满足使用要求。
煤焦油加工规模越大，中温沥青产量越多，改质沥青是目前中温沥青的主要下游产品，此外还有沥青焦、针状焦等也是中温沥青的下游产品，如果对上述产品同时加工，那么对沥青冷却设备的操作弹性要求范围会宽，已经不限于设计规模处理量的60％～120％了，而现有结构的沥青降膜冷却器已经满足不了目前的使用要求，只能通过多台沥青降膜冷却器组合的方式加以解决，浪费了大量的占地和投资。
发明内容
本发明提供了一种沥青降膜冷却器及沥青冷却成型系统与工艺，通过在沥青降膜冷却器的上管板处增设隔板进行分区，依据每个分液区的原料处理量进行组合运行或单个运行，成功解决了沥青降膜冷却器操作弹性过窄的难题，简化了设计，节省了设备占地、投资成本及运行成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种沥青降膜冷却器，包括设置在上部的降液管液-液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液-液换热器中的多个降液管通过上管板、下管板固定；沥青降膜冷却器的顶部设沥青入口接管，底部设沥青出口；所述上管板的顶部设隔板将上管板的顶部空间分隔为2～4个分液区，对应每个分液区的沥青降膜冷却器顶部分别设沥青入口接管，各个沥青入口接管分别向降膜冷却器中心延伸，每个沥青入口接管的底部均沿纵向设有多个沥青分配管。
一种沥青冷却成型系统，包括沥青降膜冷却器、蒸汽冷凝器、冷凝水罐、冷凝水泵及成型器喷嘴；所述沥青降膜冷却器的顶部设氮气入口，n个沥青入口接管分别通过沥青入口支管连接液态沥青入口总管，n＝2～4，下同；沥青入口总管上设流量记录仪表，各沥青入口支管上分别设流量调节阀一，其中n-1个沥青入口支管上设有流量记录调节仪表一，流量调节阀一与流量记录调节仪表一通过控制电缆连接；降液管液-液换热器的壳程上部设水蒸汽出口，下部设蒸汽冷凝液入口，水蒸汽出口与蒸汽冷凝液入口通过外部循环管道连接，外部循环管道上沿管内介质流动方向依次设有蒸汽冷凝器、冷凝水罐及冷凝水泵；沥青储槽底部通过沥青出口总管连接n个沥青出口支管，沥青出口支管的末端分别连接成型器喷嘴；沥青储槽上设液位记录调节仪表，沥青出口总管上设流量调节阀二，液位记录调节仪表与流量调节阀二通过控制电缆连接；各个沥青出口支管上分别设流量调节阀三，其中n-1个沥青出口支管上设流量记录调节仪表二，流量调节阀三与流量记录调节仪表二通过控制电缆连接。
一种沥青冷却成型工艺，包括如下步骤：
1)由沥青入口总管输送的液态沥青，通过沥青入口支管及对应的沥青入口接管分n路进入沥青降膜冷却器，n＝2～4，下同；上管板相当于受液盘，其上通过隔板分为n个分液区；通过沥青入口总管上设置的流量记录仪表测量并记录液态沥青的总流量，然后通过n路沥青入口支管上设置的流量调节阀一配合调节，使n-1路沥青入口接管上的沥青记录调节仪表一上所显示沥青流量均等于沥青入口总管上流量记录仪表所显示沥青流量的1/n，即保证进入n个分液区的沥青量均等；
2)液态沥青经沥青入口接管上设置的多个沥青分配管均匀分配到上管板上，并以满流的方式进入各个降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐，再通过冷凝水泵抽送回到沥青降膜冷却器中进行换热；
3)沥青储槽保持设定的液位，通过氮气背压将液态沥青压送到沥青成型装置的成型器喷嘴中；具体是通过设置在沥青出口总管上的流量调节阀二，使沥青储槽上的液位记录控制仪表显示的液位保持恒定；此时，沥青出口总管的实际流量与沥青入口总管上流量记录仪表显示的流量数值是相同的，即流出总流量等于流入总流量；通过各路沥青出口支管上流量调节阀三的配合调节，使得流量记录控制仪表二显示的沥青流量为流量记录仪表所显示沥青流量的1/n，即使各路沥青支管的沥青流量均等。
所述液态沥青包括改质沥青或中温沥青。
如果冷却成型时的沥青处理量降低到设定处理量的70％以下，则关断1～3路沥青入口支管，采用剩余的沥青入口支管进料，即可保证系统正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过在沥青降膜冷却器上管板处增设隔板对受液盘进行分区，依据每个分液区的原料处理量进行组合运行或单个运行，成功解决了沥青降膜冷却器操作弹性过窄的难题，与原来需要几个沥青降膜冷却器组合运行的方案相比，简化了设计，节省了设备占地、投资成本和运行成本；
2)采用本发明所述方案后，沥青降膜冷却器的操作弹性范围显著提高，对于沥青冷却成型系统，成型器喷嘴也依据沥青降膜冷却器的操作弹性范围和喷嘴本身的操作参数进行分组，改变了原有沥青成型设备一套喷嘴对应所有操作负荷的现状，避免了沥青成型产品出现粗细不均、冷却效果时好时坏的情况发生。
附图说明
图1是本发明所述一种沥青降膜冷却器的结构示意图。
图2是本发明所述上管板顶部空间设2个分液区的示意图。
图3是本发明所述上管板顶部空间设3个分液区的示意图。
图4是本发明所述上管板顶部空间设4个分液区的示意图。
图5是本发明所述一种沥青冷却成型系统的结构示意图。
图中：1.沥青降膜冷却器 2.沥青入口接管 3.隔板 4.沥青分配管 5.降液管 6.上管板 7.下管板 8.沥青出口 9.蒸汽冷凝器 10.冷凝水罐 11.冷凝水泵 12.流量调节阀一 13.流量调节阀二 14.流量调节阀三 15.成型器喷嘴 FR01.流量记录仪表FRC02.流量记录调节仪表一 FRC03.流量记录调节仪表二 LRC01.液位记录调节仪表
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种沥青降膜冷却器，包括设置在上部的降液管液-液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液-液换热器中的多个降液管5通过上管板6、下管板7固定；沥青降膜冷却器1的顶部设沥青入口接管2，底部设沥青出口8；所述上管板6的顶部设隔板3将上管板6的顶部空间分隔为2～4个分液区(如图2-图4所示)，对应每个分液区的沥青降膜冷却器1顶部分别设沥青入口接管2，各个沥青入口接管2分别向降膜冷却器1中心延伸，每个沥青入口接管2的底部均沿纵向设有多个沥青分配管4。
如图5所示，本发明所述一种沥青冷却成型系统，包括沥青降膜冷却器1、蒸汽冷凝器9、冷凝水罐10、冷凝水泵11及成型器喷嘴15；所述沥青降膜冷却器1的顶部设氮气入口，n个沥青入口接管2分别通过沥青入口支管连接液态沥青入口总管，n＝2～4，下同；沥青入口总管上设流量记录仪表FR01，各沥青入口支管上分别设流量调节阀一12，其中n-1个沥青入口支管上设有流量记录调节仪表一FRC02，流量调节阀一12与流量记录调节仪表一FRC02通过控制电缆连接；降液管液-液换热器的壳程上部设水蒸汽出口，下部设蒸汽冷凝液入口，水蒸汽出口与蒸汽冷凝液入口通过外部循环管道连接，外部循环管道上沿管内介质流动方向依次设有蒸汽冷凝器9、冷凝水罐10及冷凝水泵11；沥青储槽底部通过沥青出口总管连接n个沥青出口支管，沥青出口支管的末端分别连接成型器喷嘴15；沥青储槽上设液位记录调节仪表LRC01，沥青出口总管上设流量调节阀二13，液位记录调节仪表LRC01与流量调节阀二13通过控制电缆连接；各个沥青出口支管上分别设流量调节阀三14，其中n-1个沥青出口支管上设流量记录调节仪表二FRC03，流量调节阀三14与流量记录调节仪表二FRC03通过控制电缆连接。
如图5所示，本发明所述一种沥青冷却成型工艺，包括如下步骤：
1)由沥青入口总管输送的液态沥青，通过沥青入口支管及对应的沥青入口接管2分n路进入沥青降膜冷却器1，n＝2～4，下同；上管板6相当于受液盘，其上通过隔板3分为n个分液区；通过沥青入口总管上设置的流量记录仪表FR01测量并记录液态沥青的总流量，然后通过n路沥青入口支管上设置的流量调节阀一12配合调节，使n-1路沥青入口接管2上的沥青记录调节仪表一FRC02上所显示沥青流量均等于沥青入口总管上流量记录仪表FR01所显示沥青流量的1/n，即保证进入n个分液区的沥青量均等；
2)液态沥青经沥青入口接管2上设置的多个沥青分配管4均匀分配到上管板6上，并以满流的方式进入各个降液管5，在降液管5内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器9中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐10，再通过冷凝水泵11抽送回到沥青降膜冷却器1中进行换热；
3)沥青储槽保持设定的液位，通过氮气背压将液态沥青压送到沥青成型装置的成型器喷嘴15中；具体是通过设置在沥青出口总管上的流量调节阀二13，使沥青储槽上的液位记录控制仪表LRC01显示的液位保持恒定；此时，沥青出口总管的实际流量与沥青入口总管上流量记录仪表FRC01显示的流量数值是相同的，即流出总流量等于流入总流量；通过各路沥青出口支管上流量调节阀三14的配合调节，使得流量记录控制仪表二FRC03显示的沥青流量为流量记录仪表FR01所显示沥青流量的1/n，即使各路沥青支管的沥青流量均等。
所述液态沥青包括改质沥青或中温沥青。
如果冷却成型时的沥青处理量降低到设定处理量的70％以下，则关断1～3路沥青入口支管，采用剩余的沥青入口支管进料，即可保证系统正常运行。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
如图5所示，本实施例中，以沥青降膜冷却器1顶部设有相同面积的2个分液区(图2所示)为例，简述液体沥青经沥青降膜冷却器1冷却后成型的具体过程(如图5所示)。
为提高沥青降膜冷却器1的操作弹性，在上管板6的顶部增加一个隔板3，把原料受液盘(上管板6)分成2个分液区，2个分液区上方各有一个沥青入口接管2，沥青入口接管2深入到原料受液盘的中心部位，沥青入口接管2的底部设有多个沥青分配管4，目的是保证整个分液区内受液均匀。
输送液态沥青的沥青入口总管上设流量记录仪表FR01用于测量记录液态沥青的总流量，然后液态沥青分两路进入沥青降膜冷却器1的两个分液区，两路沥青入口支管上分别设置流量调节阀一12，其中一路沥青入口支管在流量调节阀一12下游设置流量记录控制仪表一FRC02，通过2个流量调节阀一12的配合调节，使得流量记录控制仪表FRC02显示的流量为流量记录仪表FR01显示流量的一半，这样，就表示2个分液区的沥青流量是均等的。
液态沥青经沥青入口接管2上设置的多个沥青分配管4均匀分配到上管板6上，然后以满流的方式进入各降液管5，在降液管5内形成均匀的液膜向下流动，通过与降液管液-液换热器壳程的蒸汽冷凝液换热达到所需的温度，收集到下部的沥青储槽中，沥青储槽要保持一定的液位，然后通过氮气背压将冷却后的液态沥青压送到成型器喷嘴15中，换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器9中通过循环冷却水冷却后送入冷凝水罐10，再通过冷凝水泵11送回到沥青降膜冷却器1。
由于沥青降膜冷却器1下部的沥青储槽要保持一定的液位，沥青出口总管上设置流量调节阀二13，通过各个流量调节阀二13的配合调节，使得液位记录控制仪表LRC01显示的液位数值保持恒定。此时，沥青出口总管的实际流量与沥青入口总管上流量记录仪表FR01显示的流量数值是相同的，即流出总流量等于流入总流量。
采用本发明所述方案后，沥青降膜冷却器1的操作弹性范围显著提高，依据沥青入口总管后的沥青分为两路的情况，沥青成型装置的成型器喷嘴15也对应分成2组，以解决现有沥青成型设备一套喷嘴对应所有操作负荷而导致的沥青成型产品粗细不均、冷却效果时好时坏的问题。沥青出口总管下游分为两路沥青出口支管，沥青出口支管上分别设置流量调节阀三14，在其中一条沥青出口支管上的流量调节阀三14下游设置流量记录控制仪表二FRC03，通过各条沥青出口支管上流量调节阀三14的配合调节，使得流量记录控制仪表二FRC03显示的沥青流量为流量记录仪表FR01所显示沥青流量的一半，以使这两路沥青支管的沥青流量均等。
如果液态沥青的处理量降低到70％以下，或处理量降低导致换热效果却不佳时，及时关闭一路沥青进口支管的流量调节阀一12，采用单独一路沥青进口支管进料，这样就可以恢复正常的操作状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种沥青降膜冷却器，包括设置在上部的降液管液-液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液-液换热器中的多个降液管通过上管板、下管板固定；沥青降膜冷却器的顶部设沥青入口接管，底部设沥青出口；其特征在于，所述上管板的顶部设隔板将上管板的顶部空间分隔为2～4个分液区，对应每个分液区的沥青降膜冷却器顶部分别设沥青入口接管，各个沥青入口接管分别向降膜冷却器中心延伸，每个沥青入口接管的底部均沿纵向设有多个沥青分配管。
2.包含权利要求1所述沥青降膜冷却器的一种沥青冷却成型系统，其特征在于，包括沥青降膜冷却器、蒸汽冷凝器、冷凝水罐、冷凝水泵及成型器喷嘴；所述沥青降膜冷却器的顶部设氮气入口，n个沥青入口接管分别通过沥青入口支管连接液态沥青入口总管，n＝2～4，下同；沥青入口总管上设流量记录仪表，各沥青入口支管上分别设流量调节阀一，其中n-1个沥青入口支管上设有流量记录调节仪表一，流量调节阀一与流量记录调节仪表一通过控制电缆连接；降液管液-液换热器的壳程上部设水蒸汽出口，下部设蒸汽冷凝液入口，水蒸汽出口与蒸汽冷凝液入口通过外部循环管道连接，外部循环管道上沿管内介质流动方向依次设有蒸汽冷凝器、冷凝水罐及冷凝水泵；沥青储槽底部通过沥青出口总管连接n个沥青出口支管，沥青出口支管的末端分别连接成型器喷嘴；沥青储槽上设液位记录调节仪表，沥青出口总管上设流量调节阀二，液位记录调节仪表与流量调节阀二通过控制电缆连接；各个沥青出口支管上分别设流量调节阀三，其中n-1个沥青出口支管上设流量记录调节仪表二，流量调节阀三与流量记录调节仪表二通过控制电缆连接。
3.基于权利要求2所述系统的一种沥青冷却成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)由沥青入口总管输送的液态沥青，通过沥青入口支管及对应的沥青入口接管分n路进入沥青降膜冷却器，n＝2～4，下同；上管板相当于受液盘，其上通过隔板分为n个分液区；通过沥青入口总管上设置的流量记录仪表测量并记录液态沥青的总流量，然后通过n路沥青入口支管上设置的流量调节阀一配合调节，使n-1路沥青入口接管上的沥青记录调节仪表一上所显示沥青流量均等于沥青入口总管上流量记录仪表所显示沥青流量的1/n，即保证进入n个分液区的沥青量均等；
2)液态沥青经沥青入口接管上设置的多个沥青分配管均匀分配到上管板上，并以满流的方式进入各个降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐，再通过冷凝水泵抽送回到沥青降膜冷却器中进行换热；
3)沥青储槽保持设定的液位，通过氮气背压将液态沥青压送到沥青成型装置的成型器喷嘴中；具体是通过设置在沥青出口总管上的流量调节阀二，使沥青储槽上的液位记录控制仪表显示的液位保持恒定；此时，沥青出口总管的实际流量与沥青入口总管上流量记录仪表显示的流量数值是相同的，即流出总流量等于流入总流量；通过各路沥青出口支管上流量调节阀三的配合调节，使得流量记录控制仪表二显示的沥青流量为流量记录仪表所显示沥青流量的1/n，即使各路沥青支管的沥青流量均等。
4.根据权利要求3所述的一种沥青冷却成型工艺，其特征在于，所述液态沥青包括改质沥青或中温沥青。
5.根据权利要求3所述的一种沥青冷却成型工艺，其特征在于，如果冷却成型时的沥青处理量降低到设定处理量的70％以下，则关断1～3路沥青入口支管，采用剩余的沥青入口支管进料，即可保证系统正常运行。
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