CN115031490A - 节能型液化天然气冷能空分系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种节能型液化天然气冷能空分系统，涉及空气分离装置的技术领域，其包括空气储罐、空气净化装置、LNG制冷装置、换热装置，空气储罐与空气净化装置连通，且用于为空气净化装置提供空气原料；空气净化装置用于净化空气，并将净化后的空气输入换热装置；LNG制冷装置用于将冷能输入换热装置。本申请能够提高空气与天然气冷能的能量交换效率。

Description

节能型液化天然气冷能空分系统
技术领域
本申请涉及空气分离装置的技术领域，尤其是涉及一种节能型液化天然气冷能空分系统。
背景技术
空分系统是以空气为原料，把空气变成液态，再经过精馏，从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。
空分系统包括空气储罐、空气净化装置、LNG制冷装置、列管式换热装置和精馏装置，空气储罐与空气净化装置连通，并为空气净化装置提供空气原料；空气净化装置能够净化空气，并将净化后的空气输入列管式换热装置；LNG（液化天然气）制冷装置用于将冷能输入列管式换热装置，使得列管式换热装置中的空气与冷能进行能量交换，进而使空气液化；列管式换热装置与精馏装置连通，列管式换热装置用于将液化后的空气输入精馏装置，精馏装置用于将液态空气中的氧气和氮气分离。
上述空气在列管式换热装置内进行换热时，空气只能够沿水平方向呈S型流动，流动路径单一，导致空气在列管式换热装置内停留的时间较短，进而使空气与天然气冷能的能量交换效率低下。
发明内容
为了提高空气与天然气冷能的能量交换效率，本申请提供一种节能型液化天然气冷能空分系统。
本申请提供的一种节能型液化天然气冷能空分系统，采用如下的技术方案：
一种节能型液化天然气冷能空分系统，包括空气储罐、LNG制冷装置和换热装置；换热装置包括换热罐，换热罐水平设置，换热罐两端分别连通有进料管和出料管，进料管与LNG制冷装置连通；换热罐内同轴设置有密封板，密封板沿换热罐的长度方向设置有两个，且分别位于换热罐两端，密封板与换热罐固定连接；换热罐侧面上连通有进气管和出气管，进气管和出气管均位于两个密封板之间，进气管与空气储罐连接；换热罐内竖直设置有第一挡板，第一挡板位于两个密封板之间，且沿换热罐的长度方向设置有若干个，第一挡板底部与换热罐之间留有距离，第一挡板与换热罐固定连接；第一挡板靠近进料管的一侧竖直设置有第二挡板，第二挡板与第一挡板一一对应，第二挡板顶部与换热罐之间留有距离，且与换热罐固定连接；换热罐内水平设置有若干个冷能管道，冷能管道的长度方向与换热罐的长度方向相同，冷能管道插设在第一挡板、第二挡板和两个密封板上，且与密封板固定连接；所述第一挡板和第二挡板均为空腔结构，第一挡板靠近进气管的一侧开设有第一进气孔，第二挡板靠近进气管的一侧开设有第二进气孔；第一挡板靠近对应第二挡板的一侧有第一换热管道，第一换热管道沿竖直方向呈涡状线设置，第一换热管道内端与对应第一挡板内部连通，第二挡板远离对应第一挡板的一侧设置有第二换热管道，第二换热管道沿竖直方向呈涡状线设置，且第二换热管道内端与对应第二挡板内部连通。
通过采用上述技术方案，启动LNG制冷装置，使得LNG制冷装置通过进料管向冷能管道内输送冷能，同时启动空气储罐，空气储罐通过进气管向换热罐内部输送空气，一部分空气通过第一进气孔依次进入第一挡板内部、第一换热管道，并通过第一换热管道外端重新进入换热罐内，一部分空气通过第二进气孔依次进入第二挡板内部、第二换热管道内部，并通过第二换热管道外端重新进入换热罐内，且换热罐内的空气在第一挡板和第二挡板的作用下沿水平方向呈S型流动，使得空气在换热罐内流动的时间增加，为空气与冷能管道内冷能的能量交换提供了充足的时间，从而提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
可选的，所述第一换热管道的管径大于冷能管道的管径，且冷能管道插在第一换热管道上；第二换热管道的管径大于冷能管道的管径，且冷能管道插在第二换热管道上。
通过采用上述技术方案，使得空气在第一换热管道和第二换热管道内流动时，能够与冷能管道直接接触，进而使空气能够更加充分的与冷能管道内的冷能进行能量交换，从而进一步提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
可选的，所述第一换热管道靠近第二挡板的一侧固定设置有第一换热块，第一换热块设置有若干个，第一换热块与冷能管道一一对应，第一换热块与第一换热管道内部连通，第一换热块靠近冷能管道的一侧与冷能管道外壁贴合设置，且第一换热块靠近管道的一侧开设有换热槽；第二换热管道靠近第一挡板的一侧固定设置有第二换热块，第二换热块设置有若干个，且与冷能管道一一对应，第二换热块与第二换热管道内部连通，第二换热块靠近冷能管道的一侧与冷能管道外壁贴合设置，且第一换热块靠近管道的一侧也开设有换热槽。
通过采用上述技术方案，第一换热块和第二换热块为空气提供了一定时间内的停留空间，进一步增加了空气在换热罐内流动的时间，有利于空气液化，从而进一步提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
可选的，所述第一换热块靠近第二挡板的一侧与第二挡板抵接，第二换热块靠近第一挡板的一侧与第一挡板抵接。
通过采用上述技术方案，增加了第一换热块与第二换热块的内部空间，使得第一换热块与第二换热块能够容纳更多的空气，使得在换热罐内流动时间增加的空气数量增多，从而进一步提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
可选的，所述第一换热块位于冷能管道上方，第二换热块位于冷能管道下方。
通过采用上述技术方案，使得换热罐内流动的空气能够直接通过冷能管道进行能量交换，避免空气在换热罐内沿水平方向呈S型流动时，空气无法与冷能管道直接接触，进一步增加了空气与冷能管道的接触时间，从而进一步提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
可选的，所述进气管位于换热罐靠近出料管的一端，出气管位于换热罐靠近进料管的一端。
通过采用上述技术方案，使得冷能在冷能管道内的流动方向与空气在换热罐内的流动方向相反，从而进一步提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
可选的，所述第一进气孔位于第一挡板底部，第二进气孔位于第二挡板顶部。
通过采用上述技术方案，减小了第一进气孔和第二进气孔对空气在换热罐内流动时间的影响，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率。
可选的，所述第一换热块和第二换热块远离冷能管道的一侧均开设有连通孔，连通孔孔径小于0.05mm。
通过采用上述技术方案，使得第一换热块、第二换热块直接与换热罐内部连通，避免第一换热块和第二换热块内的空气停留时间过长，导致部分空气无法排出换热罐，且连通孔的孔径小于0.05mm，使得第一换热块内部空气和第二换热块内部空气通过连通孔进入换热罐的速率受到限制，使得空气还能够在第一换热块或第二换热块内部停留一定时间，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率。
可选的，所述第一换热管道外端位于第一挡板底部，第二换热管道外端位于第二挡板顶部。
通过采用上述技术方案，使得从第一换热管道内部和第二换热管道内部重新进入换热罐的空气，能够在换热罐内沿水平方向呈S型流动，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置第一挡板、第二挡板、第一换热管道和第二换热管道，使得一部分空气通过第一进气孔依次进入第一挡板内部、第一换热管道，并通过第一换热管道外端重新进入换热罐内，一部分空气通过第二进气孔依次进入第二挡板内部、第二换热管道内部，并通过第二换热管道外端重新进入换热罐内，且换热罐内的空气在第一挡板和第二挡板的作用下沿水平方向呈S型流动，使得空气在换热罐内流动的时间增加，为空气与冷能管道内冷能的能量交换提供了充足的时间，从而提高了空气与天然气冷能的交换效率；
2.通过设置第一换热块和第二换热块，第一换热块和第二换热块为空气提供了一定时间内的停留空间，进一步增加了空气在换热罐内流动的时间，有利于空气液化，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率；
3.通过设置连通孔，使得第一换热块、第二换热块直接与换热罐内部连通，避免第一换热块和第二换热块内的空气停留时间过长，导致部分空气无法排出换热罐，且连通孔的孔径小于0.05mm，使得第一换热块内部空气和第二换热块内部空气通过连通孔进入换热罐的速率受到限制，使得空气还能够在第一换热块或第二换热块内部停留一定时间，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率。
附图说明
图1是本申请实施例的结构示意图；
图2是本申请实施例为了显示换热罐内部构件的剖视图；
图3是本申请实施例为了显示第一换热块和第二换热块的局部爆照图；
图4是本申请实施例中第一换热块和第二换热块的结构示意图。
附图标记说明：1、空气储罐；2、空气净化装置；3、LNG制冷装置；4、精馏装置；5、换热装置；51、换热罐；511、进料管；512、出料管；513、进气管；514、出气管；52、冷能管道；53、密封板；54、第一挡板；541、第一进气孔；55、第二挡板；551、第二进气孔；56、第一换热管道；561、第一换热块；5611、换热槽；57、第二换热管道；571、第二换热块。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种节能型液化天然气冷能空分系统。参照图1和图2，节能型液化天然气冷能空分系统包括空气储罐1、空气净化装置2、LNG制冷装置3、换热装置5和精馏装置4，空气储罐1与空气净化装置2连通，且用于为空气净化装置2提供空气原料；空气净化装置2用于净化空气，并将净化后的空气输入换热装置5；LNG制冷装置3用于将冷能输入换热装置5；换热装置5与精馏装置4连通，换热装置5用于将液化后的空气输入精馏装置4，精馏装置4用于将液态空气中的氧气和氮气分离。
首先，空气储罐1将空气原料运输至空气净化装置2，接着空气净化装置2对空气进行净化处理，并将净化后的空气运输至换热装置5，同时LNG制冷装置3将冷能输入换热装置5，使得换热装置5内的空气能够液化，然后换热装置5将液化后的空气输入精馏装置4，使得精馏装置4能够将液态空气中的氧气和氮气进行分离。
参照图1和图2，换热装置5包括换热罐51，换热罐51水平设置，换热罐51纵截面呈圆形；空气储罐1位于换热罐51上方，空气净化装置2位于空气储罐1与换热罐51之间，LNG制冷装置3位于换热罐51长度方向一端，精馏装置4位于换热罐51下方；换热罐51靠近LNG制冷装置3一端固定设置有进料管511，进料管511与换热罐51、LNG制冷装置3均连通，换热罐51远离进料管511的一端连通设置有出料管512；换热罐51靠近空气净化装置2的一侧固定设置有进气管513，进气管513位于换热罐51靠近出料管512的一侧，进气管513与换热罐51、空气净化装置2均连通；换热罐51靠近精馏装置4的一侧固定设置有出气管514，出气管514位于换热罐51靠近进料管511的一侧，出气管514与精馏装置4、换热罐51均连通。
参照图2和图3，换热罐51内同轴设置有密封板53，密封板53沿换热罐51长度方向设置有两个，两个密封板53均与换热罐51固定连接；进气管513与出气管514均位于两个密封板53之间；换热罐51内竖直设置有第一挡板54，第一挡板54位于两个密封板53之间，且第一挡板54底端与换热罐51之间留有距离，第一挡板54沿换热罐51的长度方向设置有若干个，且与换热罐51固定连接；第一挡板54靠近进料管511的一侧均竖直设置有第二挡板55，第二挡板55位于两个密封板53之间，第二挡板55与第一挡板54一一对应，第二挡板55顶端与换热罐51之间留有距离，且与换热罐51固定连接。
参照图2和图3，换热罐51内水平设置有冷能管道52，冷能管道52设置有若干个，冷能管道52的长度方向与换热罐51的长度方向相同，冷能管道52同时插设在第一挡板54、第二挡板55以及两个密封板53上，且与密封板53固定连接。
冷能通过进料管511进入冷能管道52，且净化后的空气通过进气管513进入换热罐51内，空气在第一挡板54与第二挡板55的作用下，在换热罐51内沿换热罐51的长度方向呈S型流动，空气在流动过程中与冷能管道52接触，使得空气与冷能管道52中的冷能进行能量交换，进而使空气能够在换热罐51内进行液化，液化后的空气通过出气管514进入精馏装置4。
参照图2和图3，第一挡板54为空腔结构，第一挡板54靠近出料管512的一侧开设有第一进气孔541，第一进气孔541设置有若干个，且位于第一挡板54底部；第一挡板54靠近对应第二挡板55的一侧设置有第一换热管道56，第一换热管道56沿竖直方向呈涡状线设置，第一换热管道56内端与第一挡板54连通，且与第一挡板54固定连接，第一换热管道56外端位于第一挡板54底部，且第一换热管道56外端与换热罐51之间留有距离；第一换热管道56的管径大于冷能管道52的管径，且冷能管道52插设在第一换热管道56上；参照图3和图4，第一换热管道56靠近第二挡板55的一侧固定设置有第一换热块561，第一换热块561为空腔结构，第一换热块561设置有若干个，且与冷能管道52一一对应，第一换热块561位于对应冷能管道52上方，且第一换热块561底面与对应冷能管道52的上半部外壁贴合设置，第一换热块561靠近第二挡板55的一侧与挡板抵接，第一换热块561与第一换热管道56连通，第一换热块561底面开设有换热槽5611，换热槽5611沿竖直方向贯穿第一换热块561底面。
换热罐51内流动的空气能够通过第一进气孔541依次进入第一挡板54内部、第一换热管道56内部，空气在第一换热管道56内流动的过程中，能够与冷能管道52进行接触换热，同时增加了空气在换热罐51内停留的时间，为空气与冷能管道52内冷能的能量交换提供了充足的时间；当空气从第一换热管道56外端进入换热罐51内部后，空气能够继续在换热罐51内沿水平方向呈S型流动，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率；且空气在第一换热管道56内流动的过程中，部分空气能够进入第一换热块561内，并在第一换热块561内停留一定时间，进一步增加了空气在换热罐51内停留的时间，有利于空气液化，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率。
参照图2和图3，第二挡板55为空腔结构，第二挡板55靠近出料管512的一侧开设有第二进气孔551，第二进气孔551设置有若干个，且位于第二挡板55顶部；第二挡板55远离对应第一挡板54的一侧设置有第二换热管道57，第二换热管道57沿竖直方向呈涡状线设置，第二换热管道57内端与第二挡板55连通，且与第二挡板55固定连接，第二换热管道57外端位于第二挡板55顶部，且第二换热管道57外端与换热罐51之间留有距离；第二换热管道57的管径大于冷能管道52的管径，且冷能管道52插设在第二换热管道57上；参照图3和图4，第二换热管道57远离第二挡板55的一侧固定设置有第二换热块571，第二换热块571为空腔结构，第二换热块571设置有若干个，且与冷能管道52一一对应，第二换热块571位于对应冷能管道52下方，且第二换热块571顶面与对应冷能管道52的下半部外壁贴合设置，第二换热块571靠近第一挡板54的一侧与第一挡板54抵接，第二换热块571与第二换热管道57连通；第二换热块571顶面也开设有换热槽5611，换热槽5611沿竖直方向贯穿第二换热块571顶面；第一换热块561和第二换热块571远离冷能管道52的一侧均开设有连通孔，连通孔孔径为0.02mm。
换热罐51内流动的空气能够通过第二进气孔551依次进入第二挡板55内部、第二换热管道57内部，空气在第二换热管道57内流动的过程中，能够与冷能管道52进行接触换热，同时增加了空气在换热罐51内停留的时间，为空气与冷能管道52内冷能的能量交换提供了充足的时间；当空气从第二换热管道57外端进入换热罐51内部后，空气能够继续在换热罐51内沿水平方向呈S型流动，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率；且空气在第二换热管道57内流动的过程中，部分空气能够进入第二换热块571内，并在第二换热块571内停留一定时间，进一步增加了空气在换热罐51内停留的时间，有利于空气液化，从而进一步提高了空气与天然气冷能的交换效率。
本申请实施例一种节能型液化天然气冷能空分系统的实施原理为：首先，空气储罐1将空气原料运输至空气净化装置2，接着空气净化装置2对空气进行净化处理，并将净化后的空气通过进气管513运输至换热罐51内，同时LNG制冷装置3将冷能通过进料管511输入冷能管道52中；换热罐51内的空气在第一挡板54与第二挡板55的作用下，在换热罐51内沿换热罐51的长度方向呈S型流动，空气在流动过程中与冷能管道52接触，使得空气与冷能管道52中的冷能进行能量交换，进而使空气能够在换热罐51内进行液化；且空气在流动过程中，能够通过第一进气孔541和第二进气孔551分别进入第一换热管道56和第二换热管道57，且空气在第一换热管道56内和第二换热管道57内流动的过程中，能够与冷能管道52进行接触换热，同时增加了空气在换热罐51内停留的时间，为空气与冷能管道52内冷能的能量交换提供了充足的时间；有利于空气液化，从而提高了空气与天然气冷能的能量交换效率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种节能型液化天然气冷能空分系统，包括空气储罐(1)、LNG制冷装置(3)和换热装置(5)；换热装置(5)包括换热罐(51)，换热罐(51)水平设置，换热罐(51)两端分别连通有进料管(511)和出料管(512)，进料管(511)与LNG制冷装置(3)连通；换热罐(51)内同轴设置有密封板(53)，密封板(53)沿换热罐(51)的长度方向设置有两个，且分别位于换热罐(51)两端，密封板(53)与换热罐(51)固定连接；换热罐(51)侧面上连通有进气管(513)和出气管(514)，进气管(513)和出气管(514)均位于两个密封板(53)之间，进气管(513)与空气储罐(1)连接；换热罐(51)内竖直设置有第一挡板(54)，第一挡板(54)位于两个密封板(53)之间，且沿换热罐(51)的长度方向设置有若干个，第一挡板(54)底部与换热罐(51)之间留有距离，第一挡板(54)与换热罐(51)固定连接；第一挡板(54)靠近进料管(511)的一侧竖直设置有第二挡板(55)，第二挡板(55)与第一挡板(54)一一对应，第二挡板(55)顶部与换热罐(51)之间留有距离，且与换热罐(51)固定连接；换热罐(51)内水平设置有若干个冷能管道(52)，冷能管道(52)的长度方向与换热罐(51)的长度方向相同，冷能管道(52)插设在第一挡板(54)、第二挡板(55)和两个密封板(53)上，且与密封板(53)固定连接；其特征在于：所述第一挡板(54)和第二挡板(55)均为空腔结构，第一挡板(54)靠近进气管(513)的一侧开设有第一进气孔(541)，第二挡板(55)靠近进气管(513)的一侧开设有第二进气孔(551)；第一挡板(54)靠近对应第二挡板(55)的一侧有第一换热管道(56)，第一换热管道(56)沿竖直方向呈涡状线设置，第一换热管道(56)内端与对应第一挡板(54)内部连通，第二挡板(55)远离对应第一挡板(54)的一侧设置有第二换热管道(57)，第二换热管道(57)沿竖直方向呈涡状线设置，且第二换热管道(57)内端与对应第二挡板(55)内部连通。
2.根据权利要求1所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一换热管道(56)的管径大于冷能管道(52)的管径，且冷能管道(52)插在第一换热管道(56)上；第二换热管道(57)的管径大于冷能管道(52)的管径，且冷能管道(52)插在第二换热管道(57)上。
3.根据权利要求2所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一换热管道(56)靠近第二挡板(55)的一侧固定设置有第一换热块(561)，第一换热块(561)设置有若干个，第一换热块(561)与冷能管道(52)一一对应，第一换热块(561)与第一换热管道(56)内部连通，第一换热块(561)靠近冷能管道(52)的一侧与冷能管道(52)外壁贴合设置，且第一换热块(561)靠近管道的一侧开设有换热槽(5611)；第二换热管道(57)靠近第一挡板(54)的一侧固定设置有第二换热块(571)，第二换热块(571)设置有若干个，且与冷能管道(52)一一对应，第二换热块(571)与第二换热管道(57)内部连通，第二换热块(571)靠近冷能管道(52)的一侧与冷能管道(52)外壁贴合设置，且第一换热块(561)靠近管道的一侧也开设有换热槽(5611)。
4.根据权利要求3所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一换热块(561)靠近第二挡板(55)的一侧与第二挡板(55)抵接，第二换热块(571)靠近第一挡板(54)的一侧与第一挡板(54)抵接。
5.根据权利要求4所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一换热块(561)位于冷能管道(52)上方，第二换热块(571)位于冷能管道(52)下方。
6.根据权利要求1所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述进气管(513)位于换热罐(51)靠近出料管(512)的一端，出气管(514)位于换热罐(51)靠近进料管(511)的一端。
7.根据权利要求5所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一进气孔(541)位于第一挡板(54)底部，第二进气孔(551)位于第二挡板(55)顶部。
8.根据权利要求5所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一换热块(561)和第二换热块(571)靠近冷能管道(52)的一侧均开设有连通孔，连通孔孔径小于0.05mm。
9.根据权利要求1所述的节能型液化天然气冷能空分系统，其特征在于：所述第一换热管道(56)外端位于第一挡板(54)底部，第二换热管道(57)外端位于第二挡板(55)顶部。
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