CN115371455B - 一种用于液氮换热设备的保温结构及保温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液氮换热设备的保温结构，包括换热器主体，换热器主体的外部设置夹层壳体，夹层壳体与换热器主体之间形成密闭的预冷夹层，所述的夹层壳体上设置有连通预冷夹层的进气口和排气口，预冷夹层的进气口用于向预冷夹层内通入VOCs工艺尾气。还公开了采用该保温结构的保温方法。本发明使得相对高温的vocs工艺尾气在预冷夹层内形成一个气膜，降低换热器表面对外界的冷量的传递温差，减少冷量损失，达到了升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度的需求。

Description

一种用于液氮换热设备的保温结构及保温方法

技术领域

本发明涉及液氮换热设备技术领域，尤其涉及一种用于液氮换热设备的保温结构及保温方法。

背景技术

针对化工、制药和罐区储罐在生产和储运过程中产生的高浓度VOCs废气净化处理，经常采用的工艺方法之一是超液氮低温冷凝的工艺处理方式。通常情况下，由于高浓度VOCs废气在换热器中被蒸发的液氮冷却降温，直至高浓度VOCs废气中VOCs组分被冷凝析出，从而达到净化废气的目的。

在液氮蒸发和工艺尾气中vocs组分被冷凝的过程中，由于液氮的蒸发温度和vocs组分的冷凝温度均非常低，换热器表面温度通常情况下会降至-50℃，甚至接近液氮的最低蒸发温度-196℃。此种情况下，通常的做法是采用保温材料对换热器进行保冷，以避免换热器冷量的损失，增加液氮的消耗量。典型的保温材料包括：聚氨酯发泡，PIR材料以及橡塑保温棉等。

由于温度极低，故所需要的设计的保温材料的厚度非常厚。跟不同保温材料的绝热性能，一般需要80-120mm后的保温层设计。厚的保温层需要对整体设备的尺寸进行至少相应尺寸的放大。设备尺寸的放大，除了影响设备的安装占地尺寸外，还会对设备运输造成不利影响。可能导致设备的超高超宽运输，增加运输的成本。

发明内容

本发明实施例提供一种用于液氮换热设备的保温结构及保温方法，用以升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种用于液氮换热设备的保温结构，包括换热器主体，换热器主体的外部设置夹层壳体，夹层壳体与换热器主体之间形成密闭的预冷夹层，所述的夹层壳体上设置有连通预冷夹层的进气口和排气口，预冷夹层的进气口用于向预冷夹层内通入VOCs工艺尾气。

本发明使得准备进入换热器与液氮进行换热冷凝的VOCS工艺尾气先通过预冷夹层的进气口进入预冷夹层，实现对换热器主体本身进行隔热的同时，实现对VOCS工艺尾气的预冷却，在预冷夹层内被预冷却的vocs工艺尾气从预冷夹层的排气口排出预冷夹层。

相对高温的vocs工艺尾气在预冷夹层内形成一个气膜，降低换热器表面对外界的冷量的传递温差，减少冷量损失。同时，被降温的vocs工艺尾气吸收从换热器主体表面传递过来的冷量，实现了对vocs工艺尾气的预冷却。达到升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度需求的同时，使得vocs工艺尾气被降温预冷却，避免了设计独立的预冷却系统的需要。此举能简化系统的设计，提高系统的稳定性和可靠性。这意味着减少系统的投资成本。

所述的换热器主体内设置有换热管，换热管连接液氮源，换热器主体设置有进气口、排气口和排液口。

预冷夹层排出的预冷后的vocs工艺尾气再通过换热器主体的进气口进入换热器主体内的壳程，并与进入换热管的低温液氮进行热交换。在Vocs工艺尾气继续被冷却的过程中，其中vocs组分被冷凝析出，并通过换热器主体的排液口排出换热器主体。而不凝气组分则通过换热器主体的排气口排出，从而实现vocs工艺尾气的净化处理。

优选的，所述的夹层壳体的外部套设有保温层。由于夹层壳体外表面的温度远高于换热器主体表面的温度，夹层壳体外表面的保温层的厚度则可以大大降低。

可选的，夹层壳体与换热器主体的外表面采用全焊接结构。

可选的，针对vocs工艺尾气中含水量较高时，所述的预冷夹层的最低处设置排液口。首先如水分以及其他一些凝固点较高的组分等被冷凝析出后，从排液口排出，可避免从预冷夹层的排气口再从换热器主体的进气口带入换热器主体内部，从而避免加剧换热器内部的凝固堵塞。

进一步可选的，在预冷夹层内部最低点偏上的位置，在换热器主体表面设置进气口，被预冷的vocs工艺尾气可直接进入换热器内部。换热器主体的进气口高出所述预冷夹层的排液口的高度一般设置为50-100mm，该段容积用于收集冷凝液，冷凝液从排液口排出。该方法可以减少在换热器本体和预冷夹层上的开孔，简化设计。

也可选的，针对一些特别的尾气工况，比如vocs工艺尾气中vocs组分种类单一、高凝固点的组分比例较少时，可以把换热器主体的进气口设置在预冷夹层的最低点，被冷凝析出的少量vocs组分从进气口一同进入换热器内部，然后再通过换热器主体的排液口排出。

本发明的另外一些实施例中，优选的，所述的用于液氮换热设备的保温结构还包括vocs工艺尾气缓冲罐，vocs工艺尾气缓冲罐具有进气口、排气口、循环进气口和循环排气口，vocs工艺尾气缓冲罐的进气口连接vocs工艺尾气气源，vocs工艺尾气缓冲罐的的排气口连接换热器本体的进气口，vocs工艺尾气缓冲罐的循环排气口连接预冷夹层的进气口，预冷夹层的排气口连接vocs工艺尾气缓冲罐的循环进气口。各连接管路上均可根据工况需要设置气泵，如在连接vocs工艺尾气缓冲罐的进气口与vocs工艺尾气气源的管路上设置进气泵，在vocs工艺尾气缓冲罐的循环排气口与预冷夹层的进气口的管路上设置循环泵。通过设置vocs工艺尾气缓冲罐，能够使得预冷夹层内气流的流通速度不受换热器本体的进气速度的影响，从而尽可能大的提高预冷夹层内的气流速度，从而使得预冷夹层的外表面的温度更接近相对高温的vocs工艺尾气的温度，达到升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度的需求；换热器本体外表面释放的冷量被循环vocs工艺尾气带入vocs工艺尾气缓冲罐，同样实现了对vocs工艺尾气的预冷，提高了冷量的利用效率，避免了冷量的浪费。

采用所述一种用于液氮换热设备的保温结构的保温方法，包括以下步骤：vocs工艺尾气进入预冷夹层，在预冷夹层内vocs工艺尾气吸收从换热器主体表面传递过来的冷量，实现了对vocs工艺尾气的预冷却，完成预冷却的vocs工艺尾气从预冷夹层排出。

所述的保温方法还包括在预冷夹层预冷却过程中产生的冷凝液从预冷夹层的排液口排出。

所述的保温方法还包括：从预冷夹层排出的vocs工艺尾气进入换热器主体与液氮进行换热后排出，在换热器主体内经换热产生的冷凝液从换热器主体的排液口排出。

也可选的，所述的保温方法还包括：

S21、从预冷夹层排出的vocs工艺尾气经循环进气口进入vocs工艺尾气缓冲罐；

S22、vocs工艺尾气气源的vocs工艺尾气经vocs工艺尾气缓冲罐的进气口进入vocs工艺尾气缓冲罐；

S23、vocs工艺尾气缓冲罐内的vocs工艺尾气一部分通过循环排气口进入所述预冷夹层，vocs工艺尾气缓冲罐内的vocs工艺尾气一部分通过排气口进入换热器主体，vocs工艺尾气进入换热器主体与液氮进行换热后排出，在换热器主体内经换热产生的冷凝液从换热器主体的排液口排出。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

相对高温的vocs工艺尾气在预冷夹层内形成一个气膜，降低换热器表面对外界的冷量的传递温差，减少冷量损失，达到了升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度的需求。

本发明对工艺尾气进行预冷后，再进入换热器内进行降温冷凝，一方面是去除了工艺尾气中可能含有的水分，另一方面可以降低工艺尾气在换热器内部与液氮侧的换热温差，延长换热器冰堵的时间。由于把预冷夹层作为预冷换热的预处理，相比独立设置预冷却系统，使得系统结构设计更为简单、紧凑，减少了系统对占地的要求，也节省了投资建设费用；同时，增加了系统的可靠性、稳定性。

本发明的换热设备表面的温度远高于常规换热器的表面温度，降低了对保温性能的要求，可以降低对保温材料的保温性能、保温厚度和施工工艺难度的要求。

附图说明

图1为本发明的保温结构的一种实施例的结构示意图；

图2为本发明的保温结构的另一种实施例的结构示意图；

图3为本发明的保温结构的第三种实施例的结构示意图；

图4为本发明的保温结构的第四种实施例的结构示意图；

图5为本发明的保温结构的第五种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明实施例提供一种用于液氮换热设备的保温结构，包括换热器主体2，换热器主体2的外部设置夹层壳体12，夹层壳体12与换热器主体2之间形成密闭的预冷夹层11，所述的夹层壳体12上设置有连通预冷夹层11的进气口14和排气口15，预冷夹层11的进气口14用于向预冷夹层11内通入VOCs工艺尾气。

本发明使得准备进入换热器与液氮进行换热冷凝的VOCS工艺尾气先通过预冷夹层11的进气口14进入预冷夹层11，实现对换热器主体本身进行隔热的同时，实现对VOCS工艺尾气的预冷却，在预冷夹层11内被预冷却的vocs工艺尾气从预冷夹层11的排气口15排出预冷夹层11。

相对高温的vocs工艺尾气在预冷夹层11内形成一个气膜，降低换热器表面对外界的冷量的传递温差，减少冷量损失。同时，被降温的vocs工艺尾气吸收从换热器主体2表面传递过来的冷量，实现了对vocs工艺尾气的预冷却。达到升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度需求的同时，使得vocs工艺尾气被降温预冷却，避免了设计独立的预冷却系统的需要。此举能简化系统的设计，提高系统的稳定性和可靠性。这意味着减少系统的投资成本。

所述的换热器主体2内设置有换热管3，换热管3连接液氮源，换热器主体2设置有进气口5、排气口6和排液口7。

预冷夹层11排出的预冷后的vocs工艺尾气再通过换热器主体2的进气口5进入换热器主体2内的壳程，并与进入换热管3的低温液氮进行热交换。在Vocs工艺尾气继续被冷却的过程中，其中vocs组分被冷凝析出，并通过换热器主体2的排液口7排出换热器主体2。而不凝气组分则通过换热器主体2的排气口6排出，从而实现vocs工艺尾气的净化处理。

优选的，所述的夹层壳体12的外部套设有保温层13。由于夹层壳体12外表面的温度远高于换热器主体2表面的温度，夹层壳体12外表面的保温层13的厚度则可以大大降低。

可选的，夹层壳体12与换热器主体2的外表面采用全焊接结构。

可选的，如图2、图3所示，针对vocs工艺尾气中含水量较高时，所述的预冷夹层11的最低处设置排液口16。首先如水分以及其他一些凝固点较高的组分等被冷凝析出后，从排液口16排出，可避免从预冷夹层11的排气口15再从换热器主体2的进气口带入换热器主体2内部，从而避免加剧换热器内部的凝固堵塞。

进一步可选的，如图3所示，在预冷夹层11内部最低点偏上的位置，在换热器主体2表面设置进气口18，被预冷的vocs工艺尾气可直接进入换热器内部。换热器主体2的进气口18高出所述预冷夹层11的排液口16的高度一般设置为50-100mm，该段容积用于收集冷凝液，冷凝液从排液口16排出。该方法可以减少在换热器本体和预冷夹层11上的开孔，简化设计。

也可选的，如图4所示，针对一些特别的尾气工况，比如vocs工艺尾气中vocs组分种类单一、高凝固点的组分比例较少时，可以把换热器主体2的进气口18设置在预冷夹层11的最低点，被冷凝析出的少量vocs组分从进气口18一同进入换热器内部，然后再通过换热器主体2的排液口排出。

本发明的另外一些实施例中，如图5所示，优选的，所述的用于液氮换热设备的保温结构还包括vocs工艺尾气缓冲罐8，vocs工艺尾气缓冲罐8具有进气口、排气口、循环进气口和循环排气口，vocs工艺尾气缓冲罐8的进气口连接vocs工艺尾气气源，vocs工艺尾气缓冲罐8的的排气口连接换热器本体的进气口，vocs工艺尾气缓冲罐8的循环排气口连接预冷夹层11的进气口14，预冷夹层11的排气口15连接vocs工艺尾气缓冲罐8的循环进气口。各连接管路上均可根据工况需要设置气泵，如在连接vocs工艺尾气缓冲罐8的进气口与vocs工艺尾气气源的管路上设置进气泵，在vocs工艺尾气缓冲罐8的循环排气口与预冷夹层11的进气口14的管路上设置循环泵。通过设置vocs工艺尾气缓冲罐8，能够使得预冷夹层11内气流的流通速度不受换热器本体的进气速度的影响，从而尽可能大的提高预冷夹层11内的气流速度，从而使得预冷夹层11的外表面的温度更接近相对高温的vocs工艺尾气的温度，达到升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度的需求；换热器本体外表面释放的冷量被循环vocs工艺尾气带入vocs工艺尾气缓冲罐8，同样实现了对vocs工艺尾气的预冷，提高了冷量的利用效率，避免了冷量的浪费。

采用所述一种用于液氮换热设备的保温结构的保温方法，包括以下步骤：vocs工艺尾气进入预冷夹层11，在预冷夹层11内vocs工艺尾气吸收从换热器主体2表面传递过来的冷量，实现了对vocs工艺尾气的预冷却，完成预冷却的vocs工艺尾气从预冷夹层11排出。

所述的保温方法还包括在预冷夹层11预冷却过程中产生的冷凝液从预冷夹层11的排液口排出。

所述的保温方法还包括：从预冷夹层11排出的vocs工艺尾气进入换热器主体2与液氮进行换热后排出，在换热器主体2内经换热产生的冷凝液从换热器主体2的排液口排出。

也可选的，所述的保温方法还包括：

S21、从预冷夹层11排出的vocs工艺尾气经循环进气口进入vocs工艺尾气缓冲罐8；

S22、vocs工艺尾气气源的vocs工艺尾气经vocs工艺尾气缓冲罐8的进气口进入vocs工艺尾气缓冲罐8；

S23、vocs工艺尾气缓冲罐8内的vocs工艺尾气一部分通过循环排气口进入所述预冷夹层11，vocs工艺尾气缓冲罐8内的vocs工艺尾气一部分通过排气口进入换热器主体2，vocs工艺尾气进入换热器主体2与液氮进行换热后排出，在换热器主体2内经换热产生的冷凝液从换热器主体2的排液口排出。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

相对高温的vocs工艺尾气在预冷夹层内形成一个气膜，降低换热器表面对外界的冷量的传递温差，减少冷量损失，达到了升高换热设备表面温度以降低换热器设备保温厚度的需求。

本发明对工艺尾气进行预冷后，再进入换热器内进行降温冷凝，一方面是去除了工艺尾气中可能含有的水分，另一方面可以降低工艺尾气在换热器内部与液氮侧的换热温差，延长换热器冰堵的时间。由于把预冷夹层作为预冷换热的预处理，相比独立设置预冷却系统，使得系统结构设计更为简单、紧凑，减少了系统对占地的要求，也节省了投资建设费用；同时，增加了系统的可靠性、稳定性。

本发明的换热设备表面的温度远高于常规换热器的表面温度，降低了对保温性能的要求，可以降低对保温材料的保温性能、保温厚度和施工工艺难度的要求。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种用于液氮换热设备的保温结构，其特征在于，包括换热器主体，换热器主体的外部设置夹层壳体，夹层壳体与换热器主体之间形成密闭的预冷夹层，所述的夹层壳体上设置有连通预冷夹层的进气口和排气口，预冷夹层的进气口用于向预冷夹层内通入VOCs工艺尾气；

所述的换热器主体内设置有换热管，换热管连接液氮源，换热器主体设置有进气口、排气口和排液口；

换热器主体的进气口设置于预冷夹层内部最低点偏上的位置或设置在预冷夹层的最低点；

所述的用于液氮换热设备的保温结构还包括vocs工艺尾气缓冲罐，vocs工艺尾气缓冲罐具有进气口、排气口、循环进气口和循环排气口，vocs工艺尾气缓冲罐的进气口连接vocs工艺尾气气源，vocs工艺尾气缓冲罐的排气口连接换热器本体的进气口，vocs工艺尾气缓冲罐的循环排气口连接预冷夹层的进气口，预冷夹层的排气口连接vocs工艺尾气缓冲罐的循环进气口。

2.如权利要求1所述的一种用于液氮换热设备的保温结构，其特征在于，所述的夹层壳体的外部套设有保温层。

3.如权利要求1所述的一种用于液氮换热设备的保温结构，其特征在于，夹层壳体与换热器主体的外表面采用全焊接结构。

4.如权利要求1所述的一种用于液氮换热设备的保温结构，其特征在于，所述的预冷夹层的最低处设置排液口。

5.采用如权利要求1-4中任意一项所述的一种用于液氮换热设备的保温结构的保温方法，其特征在于，

vocs工艺尾气进入预冷夹层，在预冷夹层内vocs工艺尾气吸收从换热器主体表面传递过来的冷量，实现了对vocs工艺尾气的预冷却，完成预冷却的vocs工艺尾气从预冷夹层排出。

6.如权利要求5所述的一种用于液氮换热设备的保温方法，其特征在于，从预冷夹层排出的vocs工艺尾气进入换热器主体与液氮进行换热后排出，在换热器主体内经换热产生的冷凝液从换热器主体的排液口排出。

7.如权利要求5所述的一种用于液氮换热设备的保温方法，其特征在于，还包括：

S21、从预冷夹层排出的vocs工艺尾气经循环进气口进入vocs工艺尾气缓冲罐；

S22、vocs工艺尾气气源的vocs工艺尾气经vocs工艺尾气缓冲罐的进气口进入vocs工艺尾气缓冲罐；

S23、vocs工艺尾气缓冲罐内的vocs工艺尾气一部分通过循环排气口进入所述预冷夹层，vocs工艺尾气缓冲罐内的vocs工艺尾气一部分通过排气口进入换热器主体，vocs工艺尾气进入换热器主体与液氮进行换热后排出，在换热器主体内经换热产生的冷凝液从换热器主体的排液口排出。

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