CN110906760A - 一种双管板双管层沥青降膜冷却器及其冷却系统与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沥青生产及深加工技术领域，尤其涉及一种双管板双管层沥青降膜冷却器及其冷却系统与工艺。包括壳体、第1管层管板与降液管，第1管层管板分为第1管层上管板与第1管层下管板，其特征在于，还包括第2管层管板，第2管层管板分为第2管层上管板与第2管层下管板，第2管层上管板安装在第1管层上管板下方，第2管层下管板安装在第1管层下管板下方；第1管层上管板上方为第1分液区，设有第一高压氮气入口管与一次换热沥青入口管，第2管层上管板上方为第2分液区，设有第二高压氮气入口管与二次换热沥青入口管；降液管分别由第1管层管板与第2管层管板固定。降低设备的高度，简化设计，节省设备占地、投资成本及运行成本。

Description

一种双管板双管层沥青降膜冷却器及其冷却系统与工艺

技术领域

本发明涉及沥青生产及深加工技术领域，尤其涉及一种双管板双管层沥青降膜冷却器及其冷却系统与工艺。

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，但不管哪种方式，都需要将生产出的热沥青(中温沥青或改质沥青)冷却到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，冷却方式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液体沥青装车、去沥青贮槽或沥青成型装置前，经换热器换热后送到降膜冷却器，在降膜冷却器与蒸汽冷凝液换热到需要的温度，然后用氮气压送去装车、到沥青贮槽或沥青成型装置的喷嘴，具体详细的过程如下：目前使用的沥青降膜冷却器，上部为降液管液-液换热器，下部设置沥青储槽，上部换热器的降液管通过一对上下固定管板固定，热沥青经沥青分配管均匀分配到上部固定管板上，并以满流的方式进入各降液管，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，达到所需的温度后，收集到下部的沥青储槽，沥青储槽要保持一定的液位，以使进出沥青流量相同，然后通过氮气背压压送到沥青贮槽或沥青成型装置的喷嘴，而汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器通过循环冷却水冷却后，经冷凝水罐通过泵送回到降膜冷却器。

沥青降膜冷却器作为冷却设备，换热的效果非常好，但本身也有局限性，每根降液管的处理量是固定的，要想提高设备处理量，靠增加降液管的根数就可以了，也就是增加设备的直径就行，而提高沥青的冷却温差，只能提高降液管高度，这也导致沥青降膜冷却器的外形尺寸又细又高，非常的高大，甚至难以克服，而如果采用几台沥青降膜冷却器串联，不但占地面积大，而且工艺也复杂，导致投资的浪费，劳动强度增大。

如前所述，在沥青的冷却工艺当中，沥青送降膜冷却器前常常要进行换热回收热量，因为无论是中温沥青还是改质沥青，在送降膜冷却器前温度非常高，常常要接近400℃，而沥青换热器由于沥青本身含有悬浮物、软化点高粘度大的特性，换热效率随着时间的推移会逐渐降低，甚至堵塞，堵塞是沥青换热器的最大障碍，基本上不可克服，所以，沥青降膜冷却器的设计冷却温差富裕能力要非常大，以备各种工况的发生，所以，怎样通过单台设备提高沥青的冷却温差是急需要解决的问题。

综上所述，现在使用的沥青降膜冷却器，设备直径仅解决设备的物料处理能力，而不能解决物料的降温温差，沥青降膜冷却器外形尺寸通常是又细又高，怎样利用设备直径也能解决物料的降温温差，通过正常的设备高度单个设备就可以解决换热温差大的问题，而不是通过采用多台沥青降膜冷却器串联的方式才能解决，以节省大量成本和占地。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种双管板双管层沥青降膜冷却器及其冷却系统与工艺，成功解决了两个沥青降膜冷却器串联操作才能解决的换热温差大的难题，降低了设备的高度，简化了设计，节省了设备占地、投资成本及运行成本，加工制造也非常的简单。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

双管板双管层沥青降膜冷却器，包括壳体、第1管层管板与降液管，第1管层管板分为第1管层上管板与第1管层下管板，其特征在于，还包括第2管层管板，第2管层管板分为第2管层上管板与第2管层下管板，第2管层上管板安装在第1管层上管板下方，第2管层下管板安装在第1管层下管板下方；第1管层上管板上方为第1分液区，设有第一高压氮气入口管与一次换热沥青入口管，第2管层上管板上方为第2分液区，设有第二高压氮气入口管与二次换热沥青入口管；降液管分别由第1管层管板与第2管层管板固定。

所述一次换热沥青入口管与二次换热沥青入口管均设有多个沥青分配管。

所述第2管层上管板与第1管层下管板之间的壳体上部设有水蒸汽出口管，下部设有蒸汽冷凝液入口管，

所述第1分液区对应上面的沥青储槽，设有一次换热沥青出口管；第2分液区对应下面的沥青储槽，设有二次换热沥青出口管。

所述一次热沥青出口管与之相连的管道上设有流量调节阀一，二次换热沥青出口管与之相连的管道上设有流量调节阀二，上面的沥青储槽设有液位记录调节仪表一，下面的沥青储槽设有液位记录调节仪表二。

所述第一高压氮气入口管与之相连的管道上设有氮气自立式调节阀一；所述第二高压氮气入口管与之相连的管道上设有氮气自立式调节阀二。

一种冷却系统，包括双管板双管层沥青降膜冷却器、蒸汽冷凝器、冷凝水罐与冷凝水泵；双管板双管层沥青降膜冷却器的水蒸汽出口管与蒸汽冷凝液入口管通过外部循环管道连接，外部循环管道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。

一种冷却工艺，包括如下步骤：

1)需要换热的液体沥青由一次换热沥青入口管进入，通过沥青分配管均匀分配到第1管层上管板上，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对应的沥青储槽中；

换热后汽化的蒸汽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；氮气经氮气自立式调节阀一调压后通过第一高压氮气入口管进入第1分液区；

2)沥青储槽要保持设定的液位，通过第1分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到沥青降膜冷却器顶部的第2分液区的二次换热沥青入口管，通过设置在一次换热沥青出口管上的流量调节阀一，使沥青储槽上的液位记录控制仪表一显示的液位保持恒定；

3)第1分液区下部沥青储槽送来的液态沥青经第2分液区二次换热沥青入口管上设置的多个沥青分配管均匀分配到第2分液区上管板上，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，通过与第1分液区相同壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到最下部对应的沥青储槽中，第2分液区上管板称作第2管层上管板；氮气经氮气自立式调节阀一调压后通过第二高压氮气入口管进入第2分液区；

4)沥青储槽保持设定的液位，通过第2分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，送出双管板双管层沥青降膜冷却器，通过设置在沥青出口管上的流量调节阀二，使沥青储槽上的液位记录控制仪表二显示的液位保持恒定；第2分液区通入的氮气背压要低于第1分液区，第一分液区对应的下部沥青储槽的沥青通过氮气背压压入第2分液区。

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原有一对上管板和下管板的基础上，新增加一对上管板和下管板，使原来的沥青降膜冷却器由单管层换热器变为双管层换热器，相当于共用液-液换热器的两个独立的沥青降膜冷却器，这两个独立的沥青降膜冷却器通过各自的氮气背压串联操作，成功的缩短了降液管的高度，使得沥青降膜冷却器在处理原料需要降温温差大的情况下，设备外形高度在选用一个设备的情况下成功的降低了，与原来需要两个沥青降膜冷却器串联运行的方案相比，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，沥青降膜冷却器的在降温温差相同的情况下，可以显著降低设备的高度，或者说，在设备高度相同的情况下，增加设备直径，也可以达到提高沥青降温的温差的功能，这样，就可以使沥青降膜冷却器适宜多种操作工况，使得沥青降膜冷却器的使用得心应手。

附图说明

图1是本发明所述双管板双管层沥青降膜冷却器的结构示意图；

图2是图1的A向剖视图(第1分液区剖面图)，此管板左面有一半的面积固定有降液管；

图3是图1的B向剖视图(第2分液区剖面图)，此管板右面有一半的面积固定有降液管；

图4是本发明冷却系统结构示意图及其配套的冷却工艺原理图。

图中：1.壳体 2.一次换热沥青入口管 3.二次换热沥青入口管 4.一次换热沥青出口管 5.二次换热沥青出口管 6.第一高压氮气入口管 7.第二高压氮气入口管 8.改质沥青分配管 9.降液管10.水蒸气出口管 11.蒸汽冷凝液入口管 12.第1管层上管板 13.第2管层上管板 14.第1管层下管板 15.第2管层下管板 16.蒸汽冷凝器 17.冷凝水罐 18.冷凝水泵 19.流量调节阀一 20.流量调节阀二 21.氮气自立式调节阀一 22.氮气自立式调节阀二 LRC01.液位记录调节仪表一 LRC02.液位记录调节仪表二

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1-4所示，一种双管板双管层沥青降膜冷却器，包括壳体1、第1管层管板与降液管9，第1管层管板分为第1管层上管板12与第1管层下管板14。

本发明新增加第2管层管板，第2管层管板由一对第2管层上管板13和第2管层下管板15组成，一半数量的降液管9由一对原有的第1管层管板固定，另一半数量的降液管9由新增的一对管板固定，使原来的沥青降膜冷却器的降液管，由单管层换热器变为双管板双管层沥青降膜冷却器。

顶部分液区由一个变为两个分液区，第1分液区设有一个第一高压氮气入口管6和一次换热沥青入口管2，第2分液区设有一个第二高压氮气入口管7和二次换热沥青入口管3，下部的一个沥青储槽变为上下两个沥青储槽，每个沥青储槽对应各自顶部的分液区，第1分液区对应上面的沥青储槽，设有一次换热沥青出口管4，第2分液区对应下面的沥青储槽，设有二次换热沥青出口管5。

一次换热沥青入口管2与二次换热沥青入口管3均设有多个沥青分配管。第2管层上管板13与第1管层下管板14之间的壳体上部设有上部设水蒸汽出口管10，下部设有蒸汽冷凝液入口管11，一次换热沥青出口管4与之相连的管道上设有流量调节阀一19，二次换热沥青出口管5与之相连的管道上设有流量调节阀二20，上面的沥青储槽设有液位记录调节仪表一LRC01，下面的沥青储槽设有液位记录调节仪表二LRC02。

第一高压氮气入口管6与之相连的管道上设有氮气自立式调节阀一21；第二高压氮气入口管7与之相连的管道上设有氮气自立式调节阀二22。

一种冷却系统包括双管板双管层沥青降膜冷却器、蒸汽冷凝器16、冷凝水罐17与冷凝水泵18。双管板双管层沥青降膜冷却器的顶部有上下两个分液区，上面为第1分液区，下面为第2分液区，每个分液区都各自设有一个氮气入口管和一个沥青入口管，原料沥青由第1分液区的一次换热沥青入口管2进入；降液管液-液换热器的壳程上部设水蒸汽出口管10，下部设蒸汽冷凝液入口管11，水蒸汽出口10与蒸汽冷凝液入口11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16、冷凝水罐17及冷凝水泵18；顶部的每个分液区在下部都有一个对应的沥青储槽，每个沥青储槽底部都有一个沥青出口管，通过顶部分液区通入的氮气作为背压，使沥青从沥青出口管压出，每个沥青出口管道都设一个流量调节阀，每个沥青储槽上都设液位记录调节仪表，依据所对应的沥青储槽的液位记录调节仪表自动调节沥青的流量，第二个沥青出口管道为换热后的沥青流出管线。

一种与上述冷却系统配套的冷却工艺，包括如下步骤：

1)需要换热的液体沥青，由双管板双管层沥青降膜冷却器1最顶部的第1分液区的一次换热沥青入口管2进入，第1分液区的上管板称作第1管层上管板12，相当于受液盘，根据设备设计的原理，此管板有一半的面积没有固定降液管9，液态沥青经沥青入口接管上设置的多个沥青分配管8均匀分配到第1分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管9，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对应的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽在蒸汽冷凝器16中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐17，再通过冷凝水泵18抽送回到沥青降膜冷却器1中进行换热；氮气经氮气自立式调节阀一21调压后通过高压氮气入口管6进入第1分液区。

2)沥青储槽要保持设定的液位，这样可以保持沥青储槽的压力不影响第2液区的压力，并使流出的沥青流量与进入沥青的流量相同，通过第1分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到沥青降膜冷却器顶部的第2分液区的二次换热沥青入口管3，通过设置在一次换热沥青出口管上的流量调节阀一19，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。

3)第1分液区下部沥青储槽送来的液态沥青经第2分液区二次换热沥青入口管3上设置的多个沥青分配管8均匀分配到第2分液区上管板上，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，通过与第1分液区相同壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到最下部对应的沥青储槽中，第2分液区的上管板称作第2管层上管板13，根据设备设计的原理，此管板有一半的面积没有降液管的降液口；氮气经氮气自立式调节阀一22调压后通过高压氮气入口管7进入第2分液区。

4)沥青储槽保持设定的液位，通过第2分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，送出双管板双管层沥青降膜冷却器1，通过设置在沥青出口管上的流量调节阀二20，使沥青储槽上的液位记录控制仪表LRC02显示的液位保持恒定；第2分液区通入的氮气背压要低于第1分液区，这样第一分液区对应的下部沥青储槽的沥青才能通过氮气背压压入第2分液区。所述液态沥青包括改质沥青或中温沥青。

本发明通过在沥青降膜冷却器原有一对上管板和下管板的基础上，新增加一对上管板和下管板，使原来的沥青降膜冷却器由单管层换热器变为双管层换热器，相当于共用液-液换热器的两个独立的沥青降膜冷却器，这两个独立的沥青降膜冷却器通过各自的氮气背压串联操作，成功的缩短了降液管的高度，使得沥青降膜冷却器在处理原料需要降温温差大的情况下，设备外形高度在选用一个设备的情况下成功的降低了，与原来需要两个沥青降膜冷却器串联运行的方案相比，简化了设计，节省了设备占地、投资成本和运行成本；

采用本发明所述方案后，沥青降膜冷却器的在降温温差相同的情况下，可以显著降低设备的高度，或者说，在设备高度相同的情况下，增加设备直径，也可以达到提高沥青降温的温差的功能，这样，就可以使沥青降膜冷却器适宜多种操作工况，使得沥青降膜冷却器的使用得心应手。

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 (8)

1.双管板双管层沥青降膜冷却器，包括壳体、第1管层管板与降液管，第1管层管板分为第1管层上管板与第1管层下管板，其特征在于，还包括第2管层管板，第2管层管板分为第2管层上管板与第2管层下管板，第2管层上管板安装在第1管层上管板下方，第2管层下管板安装在第1管层下管板下方；第1管层上管板上方为第1分液区，设有第一高压氮气入口管与一次换热沥青入口管，第2管层上管板上方为第2分液区，设有第二高压氮气入口管与二次换热沥青入口管；降液管分别由第1管层管板与第2管层管板固定。

2.根据权利要求1所述的双管板双管层沥青降膜冷却器，其特征在于，所述一次换热沥青入口管与二次换热沥青入口管均设有多个沥青分配管。

3.根据权利要求1所述的双管板双管层沥青降膜冷却器，其特征在于，所述第2管层上管板与第1管层下管板之间的壳体上部设有水蒸汽出口管，下部设有蒸汽冷凝液入口管。

4.根据权利要求1所述的双管板双管层沥青降膜冷却器，其特征在于，所述第1分液区对应上面的沥青储槽，设有一次换热沥青出口管；第2分液区对应下面的沥青储槽，设有二次换热沥青出口管。

5.根据权利要求4所述的双管板双管层沥青降膜冷却器，其特征在于，所述一次热沥青出口管与之相连的管道上设有流量调节阀一，二次换热沥青出口管与之相连的管道上设有流量调节阀二，上面的沥青储槽设有液位记录调节仪表一，下面的沥青储槽设有液位记录调节仪表二。

6.根据权利要求1所述的双管板双管层沥青降膜冷却器，其特征在于，所述第一高压氮气入口管与之相连的管道上设有氮气自立式调节阀一；所述第二高压氮气入口管与之相连的管道上设有氮气自立式调节阀二。

7.一种基于权利要求1-6其中任意一项所述冷却器的冷却系统，其特征在于，包括双管板双管层沥青降膜冷却器、蒸汽冷凝器、冷凝水罐与冷凝水泵；双管板双管层沥青降膜冷却器的水蒸汽出口管与蒸汽冷凝液入口管通过外部循环管道连接，外部循环管道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。

8.一种与权利要求7所述冷却系统配套的冷却工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)需要换热的液体沥青由一次换热沥青入口管进入，通过沥青分配管均匀分配到第1管层上管板上，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对应的沥青储槽中；

换热后汽化的蒸汽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；氮气经氮气自立式调节阀一调压后通过第一高压氮气入口管进入第1分液区；

2)沥青储槽要保持设定的液位，通过第1分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到沥青降膜冷却器顶部的第2分液区的二次换热沥青入口管，通过设置在一次换热沥青出口管上的流量调节阀一，使沥青储槽上的液位记录控制仪表一显示的液位保持恒定；

3)第1分液区下部沥青储槽送来的液态沥青经第2分液区二次换热沥青入口管上设置的多个沥青分配管均匀分配到第2分液区上管板上，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，通过与第1分液区相同壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到最下部对应的沥青储槽中，第2分液区的上管板称作第2管层上管板；氮气经氮气自立式调节阀一调压后通过第二高压氮气入口管进入第2分液区；

4)沥青储槽保持设定的液位，通过第2分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，送出双管板双管层沥青降膜冷却器，通过设置在沥青出口管上的流量调节阀二，使沥青储槽上的液位记录控制仪表二显示的液位保持恒定；第2分液区通入的氮气背压要低于第1分液区，第一分液区对应的下部沥青储槽的沥青通过氮气背压压入第2分液区。

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