CN205170390U - 余热回收式膜分离制氮设备 - Google Patents
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Abstract
一种余热回收式膜分离制氮设备，包括发动机、发动机消音器、空气压缩机、空气处理装置以及膜组，所述发动机的排烟管线连接发动机消声器构成排烟系统，所述空气压缩机通过空气管线依次连接空气处理装置、膜组；其特征在于：所述排烟系统上还设有排烟换热器，所述排烟管线连接排烟换热器的热流体通道；所述空气管线连接排烟换热器的冷流体通道。本实用新型充分利用了空间布局，整套装备集成于单车/单撬内，具有较高的机动性；采用发动机的废气余热向压缩空气加热，实现了废弃能源再利用，具有较高的环保性。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气开发设备领域，特别涉及一种余热回收式膜分离制氮设备。
背景技术
油田现有的膜分离制氮设备，采用膜前空气加热的方式有两种，分别是电加热和水浴加热，根据加热方式不同，设备主要有两种情况，（1）电加热：配备一台柴油发电机，为电加热器提供电源，通过电加热器为膜前空气进行加热；（2）水浴加热：配备一套水浴加热系统，该系统热源来自柴油发动机缸套水的热量，通过水浴加热系统为膜前空气进行加热；但是在实际使用过程中，存在以下问题：（1）采用电加热的设备，需单独配备一台柴油发电机组，要求空间大，通常采用两个撬组成一套设备。（2）水浴加热的设备，在冬天加热效果不理想，膜前空气温度只能达到38℃左右，不能满足最佳的空气分离条件。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种余热回收式膜分离制氮设备，解决现有技术空气加热效果不好的缺陷。
本实用新型的技术方案为：包括发动机、发动机消音器、空气压缩机、空气处理装置以及膜组，所述发动机的排烟管线连接发动机消声器构成排烟系统，所述空气压缩机通过空气管线依次连接空气处理装置、膜组；其特征在于：所述排烟系统上还设有排烟换热器，所述排烟管线连接排烟换热器的热流体通道；所述空气管线连接排烟换热器的冷流体通道。
上述方案进一步优选为：
优选的，所述排烟换热器内置在所述发动机消音器中。
优选的，所述膜分离制氮设备还包括与膜组出口连接的氮气增压机，所述发动机的输出端连接分动箱，所述分动箱的输出轴分别传动连接空气压缩机和氮气增压机。
优选的，所述氮气增压机通过万向轴连接分动箱的输出轴，且所述氮气增压机上安装气动离合器。
优选的，所述空气处理装置出口端的空气管线设有两个分支且两个分支的气体流量能够通过阀门控制，其中一个分支连接排烟换热器的冷流体通道的进口端，另一分支直接并接在排烟换热器冷流体通道的出口端；所述膜组进口端的空气管线上安装高低温气体混合器；进一步优选的，所述空气管线通过第一气动三通阀分为两个分支，所述膜组与高低温气体混合器之间的空气管线上设有温度传感器，所述温度传感器和第一气动三通阀通过PLC控制器联动控制。
优选的，所述所述膜组进口端的空气管线设有两个分支，其中一个分支直接连接膜组、另一分支连接排空管线；进一步优选的，所述膜组进口端的空气管线通过第二气动三通阀分为两个分支，且所述第一气动三通阀和所述温度传感器也通过PLC控制器联动控制。
优选的，所述空气压缩机为螺杆空气压缩机，所述膜组为多组并联的中空纤维膜组。
优选的，所述膜分离制氮设备的整套装备集成于单车或单撬内。
本发明采用一台大功率发动机输入动力，通过分动箱的两根输出轴来分别驱动空气压缩机和氮气增压机（输入端增设气动离合器），并将换热装置与发动机的排烟装置进行集成，通过发动机的废气高温向膜前的压缩空气进行换热，从而达到膜分离的温度要求。整套装置布局紧凑，只需一个撬就可以满足连续运转要求，不仅解决了水浴加热在冬季不能满足膜分离条件的问题，而且充分利用了发动机的能效，减少了生产成本。
附图说明
图1是本实用新型的工艺流程示意图；
图2是本实用新型在撬座内的结构布置示意图；
图中：柴油发动机1、螺杆空气压缩机2、空气处理装置3、电动流量控制阀4、发动机消音器5、高低温气体混合器6、气动三通阀7、中空纤维膜组8、排空管线9、中央控制室10、氮气增压机11、气动离合器12、万向轴13、分动箱14。
具体实施方式
结合附图1-2，对本实用新型作进一步的描述：
一种余热回收式膜分离制氮设备，包括柴油发动机1、发动机消音器5、螺杆空气压缩机2、空气处理装置3、膜组中空纤维膜组8、中央控制室10、氮气增压机11以及分动箱14；柴油发动机1的排烟管线连接发动机消声器5构成排烟系统，发动机消音器5中内置有排烟换热器，；螺杆空气压缩机2通过空气管线依次连接空气处理装置3、中空纤维膜组8以及氮气增压机11；排烟管线连接排烟换热器的热流体通道；空气管线连接排烟换热器的冷流体通道。
空气管线具体设计为：空气处理装置3出口空气管线通过三通分为两个分支；其中一个分支通过电动流量控制阀4连接排烟换热器的冷流体通道，另一分支直接并接在排烟换热器冷流体通道的出口端；中空纤维膜组8进口端的空气管线上安装高低温气体混合器6。高低温气体混合器6出口的空气管线通过气动三通阀7分为两个分支，其中一个分支直接连接中空纤维膜组8、另一分支连接排空管线9；中空纤维膜组8与高低温气体混合器6之间的空气管线上设有温度传感器，气动三通阀7、电动流量控制阀4以及温度传感器分别通过信号线与PLC控制器连接，并由其联动控制阀门开度或者启闭。
传动系统设计为：柴油发动机1发动机的输出端连接分动箱14，分动箱14的输出轴分为两根，其中上输出轴传动连接螺杆空气压缩机2、下输出轴通过万向轴13传动连接氮气增压机11，氮气增压机11上安装气动离合器12。膜分离制氮设备的整套装备集成于单车或单撬内，中央控制室10实现对全套装置的集中控制。
实施例2
在实施例1的基础上，去掉电动流量控制阀4，并将三通改为气动三通阀。
余热回收式膜分离制氮设备工作过程为：由安装在柴油发动机1上的分动箱14驱动螺杆空气压缩机12，空气压缩机的空气冷却集成在发动机的冷却系统中。通过空气处理装置3冷却过滤后的压缩空气，通过内置有烟气换热器的发动机消音器5与发动机烟气进行换热，然后进入多组并联的中空纤维膜组进行氮氧分离，分离出要求纯度的氮气，通过氮气增压机11增压，氮气的冷却由增压机本身的冷却系统提供，增压后供油田现场使用。氮气增压机11的动力由万向轴13从分动箱14取得，其中通过气动离合器12来控制增压机的启停；中央控制室10实现对全套装置的集中控制。压缩空气的温度控制方式为:压缩空气经过滤后，通过流量控制三通阀，膜组前温度传感器反馈数据，由PLC控制三通阀的开合度，从而调整进入换热装置升温的空气量，不进入换热装置的空气与升温后的空气汇合，在混合器内进行换热，换热后的空气通过气动三通阀，当温度适合时直接进入膜组，当温度不符合膜管要求的温度，通过另一管路进行放空。
本发明的主要创新在于以下几点：
1、采用单发动机和分动箱结构，分别驱动空气压缩机和高压氮气压缩机。
根据空压机和增压机的实际功率要求，选配了一台大功率柴油发动机提供驱动动力。在发动机飞轮输出端安装一台相应功率的分动箱，将发动机的动力分配到两根输出轴上，分动箱上部输出轴驱动空气压缩机，下部输出轴通过万向轴来驱动安装了气动离合器的氮气压缩机。从而既可以保证传动部件的可靠对中，又使整体结构更加紧凑。
2、膜组吊装至空气处理系统及中控室上部。
充分利用撬体内部立体空间，膜组吊装至空气处理系统及中控室上部，采用高效氮气分离膜管，减少膜组部件在台上部分的空间占用，使整套装置的布局更紧凑，并预留了中控室空间。
3、采用发动机废气余热回收加热系统。
将发动机消音器与换热器集成为余热回收加热系统，采用发动机废气作为热源，给膜前空气进行加热。
4、整套装置采用电瓶供电。
整套装置的控制仪表用电采用24V电瓶电源，控制阀件采用气动方式，整套装置不另配备柴油发电机组，亦不需要外接电源。
5、采用(无动力源空压机)压缩机进行整体配套组装，保证设备的可靠性。
采用螺杆式压缩机(无动力源空压机)作为配套关键组件，利用分动箱进行驱动，集成配套开发了空气压缩机的冷却系统、润滑系统、控制系统，使整体结构更加实用合理。
采用本发明制造余热回收式膜分离制氮设备，满足油田现场无外接电源、无外接动力下正常运行，根据所配备螺杆空压机、氮气增压机等部件型号不同，氮气产量在600~1200Nm3/h，氮气排出压力达到25Mpa以上。
本发明充分利用了空间布局，整套装备集成于单车/单撬内，具有较高的机动性；采用发动机的废气余热向压缩空气加热，实现了废弃能源再利用，具有较高的环保性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例，并不用以限定本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种余热回收式膜分离制氮设备，包括发动机、发动机消音器、空气压缩机、空气处理装置以及膜组，所述发动机的排烟管线连接发动机消声器构成排烟系统，所述空气压缩机通过空气管线依次连接空气处理装置、膜组；其特征在于：所述排烟系统上还设有排烟换热器，所述排烟管线连接排烟换热器的热流体通道；所述空气管线连接排烟换热器的冷流体通道。
2.根据权利要求1所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述排烟换热器内置在所述发动机消音器中。
3.根据权利要求1所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述膜分离制氮设备还包括与膜组出口连接的氮气增压机，所述发动机的输出端连接分动箱，所述分动箱的输出轴分别传动连接所述空气压缩机和氮气增压机。
4.根据权利要求3所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述氮气增压机通过万向轴连接分动箱的输出轴，且所述氮气增压机上安装气动离合器。
5.根据权利要求1所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述空气处理装置出口端的空气管线设有两个分支且两个分支的气体流量能够通过阀门控制，其中一个分支连接排烟换热器的冷流体通道的进口端，另一分支直接并接在排烟换热器冷流体通道的出口端；所述膜组进口端的空气管线上安装高低温气体混合器。
6.根据权利要求5所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述空气管线通过第一气动三通阀分为两个分支，所述膜组与高低温气体混合器之间的空气管线上设有温度传感器，所述温度传感器和第一气动三通阀通过PLC控制器联动控制。
7.根据权利要求1所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述膜组进口端的空气管线设有两个分支，其中一个分支直接连接膜组、另一分支连接排空管线。
8.根据权利要求7所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述膜组进口端的空气管线通过第二气动三通阀分为两个分支，且所述第二气动三通阀通过PLC控制器联动控制。
9.根据权利要求1所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述空气压缩机为螺杆空气压缩机，所述膜组为多组并联的中空纤维膜组。
10.根据权利要求1-9任一所述的余热回收式膜分离制氮设备，其特征在于：所述膜分离制氮设备的整套装备集成于单车或单撬内。
Priority Applications (1)
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| CN201520895947.3U CN205170390U (zh) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | 余热回收式膜分离制氮设备 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106285595A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-01-04 | 山东恒业石油新技术应用有限公司 | 一种热回收氮气加热系统 |
| CN111497966A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-08-07 | 上海韦航装备科技有限公司 | 一种军用节能型气源挂车 |
| CN115282741A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-11-04 | 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 | 一种整体撬装式膜分离制氮装置 |
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