CN205316035U - 空氮站冷能综合回收利用系统 - Google Patents

Abstract

一种空氮站冷能综合回收利用系统，包括液氮储罐、氮气储罐、仪表风缓冲罐、冷箱、主过滤分离器、副过滤分离器、空气压缩机、精密过滤器。空氮站冷能综合回收利用系统能够将液氮气化时释放的冷能利用在工厂风制造的过程中，生产出的工厂风能够达到水露点和油露点的要求，能够保证使用要求，同时还提高了能源利用率，系统组成简单，节约了设备成本，减少了企业生产成本。

Description

空氮站冷能综合回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及石化领域，具体地说，是一种供石化装置使用的空氮站内冷量回收综合利用装置。

背景技术

石油、化工领域的工厂均需设置空氮站，用于给工艺装置区提供工厂风和氮气。

液氮是液化氮气的简称，它是利用氮气在工作压力为0.8MPa左右和低温下液化后，体积可缩小到气态时1/600左右的这一性质，为氮气运输提供了一种高效的途径，同时也增强了氮气的使用范围。液氮气化后，有纯度高、无污染、水露点低等优点，尤其是气化后的液氮水露点可达-170℃以下，非常适用于低温流体冻堵的解冻和露点要求很高的工艺管道的吹扫和置换，以及作为工艺气体在严寒地区使用。

目前国内将液氮气化的通常做法是，将贮存在液氮储罐中的液氮通过自增压气化器对罐内介质增压后，利用压力能将罐内液氮压入空温式液氮气化器。流经空温式液氮气化器流道的液氮会从空气中吸收热量，并由此从液体转变为气体。经过空温式液氮气化器后，气化氮气的温度会比环境温度低10℃左右，尤其是在北方的冬天里，氮气的温度会非常低。这常常不能满足工艺要求，同时又会增加下游管线和设备的成本。这就需要在该氮气管线上增加一台加热器，将氮气提升到合适的工作温度。

工厂风主要用作仪表执行机构的动力源，以及分析仪器的吹扫、防爆电动系统仪表的密封气、工厂空气发生系统的备用气源等。通常工厂风的生产的做法是，外界空气经空气压缩机进口过滤器滤去尘埃后，由进气阀进入压缩机，与喷入的润滑油混合，并进入压缩室压缩。压缩后的压缩空气经风冷器或水冷器冷却后，进入气液分离器进行气液分离。分离后得到的压缩空气，仍含有一定的水分和油分，其水露点和油露点不能达到国家规定的工厂空气的质量要求，必须设置干燥装置。在压缩空气干燥处理中，一般多采用吸附法。对于寒冷地区使用的压缩空气，需要将其导入组合干燥机，组合干燥机由冷干机和固体吸附干燥器组成，再进入精密过滤器，这样才能保证工厂空气的露点达到国家技术规范对工厂空气质量的要求。

在液氮气化工艺流程中，液氮在进入空温式液氮气化器之前仍是超低温流体(约-175℃)，该冷量的品质非常高，直接进入空温式液氮气化器复热(热源为空气)气化导致能源浪费。同时，为继续提升氮气温度，使其达到合理的使用温度，仍需在下游设置电加热器或蒸汽加热器等加热装置，这也会导致这些高品质热源极大的浪费。

实用新型内容

本实用新型针对目前的空氮站不仅浪费冷能，还需要额外配置加热器消耗更多能源进行升温，造成能源浪费极大的问题，设计了一种空氮站冷能综合回收利用系统。

本实用新型的空氮站冷能综合回收利用系统，包括液氮储罐、氮气储罐、仪表风缓冲罐、冷箱、主过滤分离器、副过滤分离器、空气压缩机、精密过滤器。

所述冷箱设置有冷流体流道和热流体流道。

所述的空气压缩机为多级压缩机，所述多级压缩机的级数为N，所述热流体流道设置有N个。

所述的N为大于等于2的整数。

所述的冷流体流道分别与液氮储罐和氮气储罐相连。

所述空气压缩机的第N-1级出口通过N-1级压缩空气排气管道与第N-1级热流体流道相连，所述第N-1级热流体流道通过N级压缩空气进气管道与所述空气压缩机的第N级入口相连。

所述空气压缩机的第N级出口通过N级压缩空气排气管道与冷箱第N级热流体流道相连，所述第N级热流体流道通过浅冷压缩空气管道与主过滤分离器相连。

优选的是，压缩空气进气管道安装有副过滤分离器。

优选的是，所述主过滤分离器通过净化压缩空气管道连接精密过滤器。

优选的是，所述净化压缩空气管道上安装有第一空温式气化器。

优选的是，精密过滤器连接有工厂风缓冲罐。

优选的是，所述净化压缩空气管道上安装有活性炭吸附器。

优选的是，所述的冷箱并联或串联有第二空温式气化器。

优选的是，所述压缩空气排气管道上安装有压缩空气缓冲罐。

优选的是，所述压缩空气缓冲罐中通过加注管道连接有甲醇储罐，所述加注管道安装有加注泵。

优选的是，所述冷箱与第二空温式气化器之后串连或并联有电加热器。

优选的是，进一步包括热交换器、微热干燥塔和制冷压缩机，所述热交换器包括预冷器、蒸发器、余冷换热器、散热器。

所述N级压缩空气排气管道、预冷器的热流体流道、蒸发器的热流体流道、微热干燥塔依次相连。

所述预冷器的冷流体流道和余冷换热器的冷流体流道串联后，与净化压缩空气管道并联；

所述蒸发器、制冷压缩机、余冷换热器由冷剂管线依次串连。

所述蒸发器与微热干燥塔相连的热流体流道之间安装有支路过滤分离器。

优选的是，所述预冷器与蒸发器相连的热流体流道之间安装有支路过滤分离器。

优选的是，所述预冷器和余冷换热器并联或串连有散热器。

本实用新型的有益效果是：空氮站冷能综合回收利用系统能够将液氮气化时释放的冷能利用在工厂风制造的过程中，生产出的工厂风能够达到水露点和油露点的要求，能够保证使用要求，同时还提高了能源利用率，系统组成简单，节约了设备成本，减少了企业生产成本。

过滤分离器能去除经过冷箱冷却后的压缩空气中的冷凝水，避免了冷凝水对空气压缩机的影响，保证了空气压缩机的使用寿命和平稳运行。

压缩空气缓冲罐和工厂风缓冲罐对气路进行缓冲，保证整个管路中工作介质的压力稳定。

加注甲醇是防止压缩空气冷却后的结冰情况，避免因冰冻造成管路堵塞，保证了系统运行的稳定性。

净化压缩空气管道上的第一空温式气化器能够加快提高压缩空气的温度，使工厂风能够迅速达到工艺装置所需温度，同时节约了设备及管道成本。

液氮气化管路上的第二空温式气化器和电加热器能够提高液氮气化的规模，在氮气需求量较大时保证需求。

可充分利用空气压缩时产生的热能，压缩空气完成与液氮的热交换后，使氮气升温，能够减少甚至不使用额外的能源进行加热，进一步提高了能源的利用率，降低了工厂生产成本。

散热器的使用能够有效控制压缩空气和制冷机冷剂的温度，在便于操作人员对热量平衡进行调节。

过滤分离器能够去除气体冷却时产生的冷凝水，保证游离水不进入下一工序。

液氮利用压缩空气的热能，转化为符合工艺装置需要的气化氮气；压缩空气利用液氮的冷能，转化为符合工艺装置需要的工厂风，保证了压缩空气的热能和液氮的冷能都能够被有效地利用。

附图说明

附图1为本空氮站冷能综合回收利用系统的结构示意图一；

附图2为本空氮站冷能综合回收利用系统的结构示意图二。

具体实施方式

为了能进一步了解本实用新型的结构、特征及其它目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

本实用新型的具体实施方式如下：

实施例一：

如图1所示，该空氮站冷能综合回收利用系统包括液氮储罐V-01、氮气储罐V-02、冷箱E-01、空气压缩机C-01、主过滤分离器F-02、副过滤分离器F-01、精密过滤器F-03。

冷箱E-01中设置有冷流体流道和热流体流道。

空气压缩机为多级压缩机，级数为N，热流体流道设置有N个，N为大于等于2的整数。

冷流体流道分别与液氮储罐V-01和氮气储罐V-02相连。

空气压缩机C-01的第N-1级出口通过N-1级压缩空气排气管道与冷箱E-01第N-1级热流体流道相连，所述冷箱E-01第N-1级热流体流道通过N级压缩空气进气管道与所述空气压缩机C-01的第N级入口相连。

空气压缩机C-01的第N级出口通过N级压缩空气排气管道与冷箱E-01第N级热流体流道相连，所述第N级热流体流道通过浅冷压缩空气管道与主过滤分离器F-02相连。

主过滤分离器F-02通过净化压缩空气管道连接精密过滤器F-03。

以N＝2为例，空气压缩机为两级压缩机，冷箱E-01中的热流体流道设置了两个。

将液氮储罐V-01中的液氮通入到冷箱E-01的冷流体流道中。

同时，大气经过空气压缩机C-01的首级后被压缩,压缩空气的温度升高至170℃左右，然后通过1级压缩空气排气管道送入到冷箱E-01的第1级热流体流道中。

冷箱E-01内，冷流体流道中的液氮与第1级热流体流道中高温的压缩空气进行热交换。

为避免换热后温度过低，热交换后第1级热流体流道中的压缩空气温度降低至20℃左右即可。然后通过2级压缩空气进气管道送入空气压缩机C-01二级进一步进行空气压缩。

进一步压缩的压缩空气达到设定压力，温度也再次升高至160℃左右，然后压缩空气通过2级压缩空气排气管道进入冷箱E-01的第2级热流体流道，与冷流体流道中的液氮进行热交换。

热交换后，冷流体流道中的液氮温度升高，气化成氮气，然后送入到氮气储罐V-02中，氮气储罐V-02再将氮气送入工艺区使用。

热交换后，压缩空气的温度降低至-50℃以下，然后通过浅冷压缩空气管道送入到主过滤分离器F-02中，主过滤分离器F-02过滤掉压缩空气中的冷凝水和油滴，使压缩空气的水露点和油露点达到设定要求。

去除掉冷凝水的浅冷压缩空气离开主过滤分离器F-02，通过净化压缩空气管道送入第一空温式气化器AH-02，第一空温式气化器使浅冷压缩空气升温至接近常温。

常温的净化压缩空气进入精密过滤器F-03中，精密过滤器F-03去除压缩空气中的细小粉尘，能进一步保证工艺装置区的使用效果。

最后，水露点和油露点都达到设定要求的压缩空气离开精密过滤器F-03，送入工厂风输送管路。

实施例二：

实施例二与实施例一的结构组成基本相同，区别在于：

N-1级压缩空气进气管道上安装有副过滤分离器F-01。N-1级压缩空气在冷箱E-01的热流体流道内完成与冷流体流道中的液氮完成一次热交换后，温度降低。副过滤分离器F-01对温度降低的压缩空气进行气液分离，去除因温度降低而产生的冷凝水，使进入空气压缩机C-01下一级的压缩空气更加干燥，保证空气压缩机C-01的使用寿命，使压缩机工作稳定、可靠。

实施例三：

实施例三与实施例一结构组成基本相同，区别在于：

压缩空气管道上安装有压缩空气缓冲罐V-05，精密过滤器F-03连接有工厂风缓冲罐V-03。压缩空气缓冲罐V-05和工厂风缓冲罐V-03对气路中介质的脉动进行缓冲，保证整个管路压力稳定。

加注管连接有甲醇溶液储罐V-07，加注管上安装有加注泵P-01。加注管可深入到压缩空气缓冲罐V-05中，并安装喷雾头。喷雾头喷出的雾状甲醇溶液与压缩空气充分混合。

向压缩空气内加注雾状甲醇溶液，是为了防止压缩空气换热后结冰，避免因结冰造成管路堵塞，保证系统运行的稳定性。

压缩空气中的甲醇溶液液滴在通过主过滤分离器F-02和精密过滤器F-03时，被去除，可由工厂回收使用。

实施例四：

实施例四与实施例一结构组成基本相同，区别在于：

净化压缩空气管道上安装有活性炭吸附器T-03，或者精密过滤器F-03，或者活性炭吸附器T-03和精密过滤器F-03。即净化压缩空气管道上活性炭吸附器T-03和精密过滤器F-03两者至少安装一个。

活性炭吸附器T-03可在精密过滤器F-03的滤芯没有及时更换时，吸附压缩空气中的杂质，作为精密过滤器F-103的备用过滤设备，保证制造出的工厂风的质量。

实施例五：

实施例五与实施例一结构组成基本相同，区别在于：

冷流体流道并联有第二空温式气化器AH-01，冷流体流道与氮气储罐V-01之间串联或并联有电加热器E-07。

在液氮通过在冷箱E-01内进行热交换气化出的氮气量无法满足工艺区的氮气需求量时，让液氮也同时通过第二空温式气化器AH-01或者电加热器E-07进行升温气化，以保证工艺区的氮气需求量。

实施例六：

实施例六与实施例一结构组成基本相同，区别在于：

如图2所示，空氮站冷能综合回收利用系统进一步包括包括热交换器、微热干燥塔T-01和制冷压缩机C-02。热交换器包括预冷器E-02、蒸发器E-04、余冷换热器E-06、散热器。

预冷器E-02、蒸发器E-04和余冷换热器E-06都设置有冷流体流道和热流体流道。

压缩空气管道、预冷器E-02的热流体流道、蒸发器E-04的热流体流道、微热干燥塔T-01、净化压缩空气管道依次相连。

预冷器E-02的冷流体流道和余冷换热器E-06的冷流体流道串联后，与净化压缩空气管道并联。

蒸发器E-04的冷流体流道、制冷压缩机C-02、余冷换热器E-06的热流体流道串连。

压缩空气管道中的压缩空气一部分进入了冷箱E-01的热流体流道，另一部分进入到预冷器E-02的热流体流道中。

离开主过滤分离器F-02进入净化压缩空气管道中的压缩空气，一部分流向精密过滤器F-03，另一部分进入到预冷器E-02的冷流体流道中。

预冷器E-02中，热流体流道内的压缩空气温度为160℃左右，而冷流体流道中的压缩空气为-50℃以下，两者在预冷器E-02进行了热交换。

热交换后，热流体流道内的压缩空气温度降至10℃左右，并继续送入到蒸发器E-04的热流体流道中；而冷流体流道中的压缩空气升至10℃左右，并继续送入到余冷换热器E-06的冷流体流道中。

同时，制冷压缩机C-02将制冷剂压缩成液体后，送入余冷换热器E-06的热流体流道中，被余冷换热器E-06冷流体流道的介质冷却，再被膨胀阀节流降温后，进入蒸发器E-04的冷流体流道，制冷剂在蒸发器E-04冷流体流道中气化。制冷剂吸热，吸收蒸发器E-04的热流体流道中压缩空气的热量，蒸发器E-04的热流体流道中压缩空气温度降低，而制冷剂温度升高，并回到制冷压缩机被再次压缩。

温度降低的压缩空气离开蒸发器E-04的热流体流道，进入到微热干燥塔T-01中，将在线水露点降至-50℃以下，然后送回到净化压缩空气管道中，压缩空气进一步通过精密过滤器F-03后送入工艺区使用。这一股压缩空气没有与液氮直接进行热交换，而是使用了与液氮热交换后温度较低的压缩空气的冷量。

余冷换热器E-06的冷流体流道中的压缩空气则由10℃左右升至常温，然后送回净化压缩空气管道，使压缩空气进一步通过精密过滤器F-03后送入工艺区使用。这一股压缩空气使用了高温的压缩空气的热量来进行升温。

该实施例充分利用了压缩空气的热能以及与液氮交换后压缩空气的冷能，进一步提高了能源的利用率，降低了工厂成本。

实施例七：

实施例七与实施例六结构组成基本相同，区别在于：

预冷器E-02并联或串连有第一散热器E-03。当工艺区工厂风的需求量较大时，预冷器E-02的冷流体流道在降低压缩空气温度的同时，与其串连、并联的散热器第一E-03则进一步加快压缩空气降温的速度，满足工艺区高气量的需求。余冷换热器E-06并联或串连有第二散热器E-05，余冷换热器E-06的冷流体流道降低制冷剂温度的同时，与其串连、并联的第二散热器E-05则进一步加快制冷剂的降温速度，减轻余冷换热器E-06负载，保证制冷压缩机C-02的工作稳定性，保证工艺区高气量的需求。

实施例八：

实施例八与实施例六结构组成基本相同，区别在于：

预冷器E-02的热流体流道与蒸发器E-04的热流体流道之间安装有支路过滤分离器F-04；蒸发器E-04的热流体流道与微热干燥塔T-01之间安装有支路过滤分离器F-04。

在压缩空气通过预冷器E-02的热流体流道和蒸发器E-04的热流体流道后，温度降低，对应的支路过滤分离器F-04去除压缩空气因温度降低产生的冷凝水和油，减轻了微热干燥塔T-01为达到水露点的负载，提高了工作效率和设备运行的稳定性。

Claims (8)

1.一种空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，包括液氮储罐(V-01)、氮气储罐(V-02)、仪表风缓冲罐(V-03)、冷箱(E-01)、空气压缩机(C-01)、主过滤分离器(F-02)、副过滤分离器(F-01)、精密过滤器(F-03)；

所述冷箱(E-01)中设置有冷流体流道和热流体流道；

所述的空气压缩机(C-01)为多级压缩机，所述多级压缩机的级数为N，所述热流体流道设置有N个；

所述的N为大于等于2的整数；

所述的冷流体流道分别与液氮储罐(V-01)和氮气储罐(V-02)相连；

所述空气压缩机(C-01)的第N-1级出口通过N-1级压缩空气排气管道与冷箱(E-01)第N-1级热流体流道相连，所述冷箱第N-1级热流体流道通过N级压缩空气进气管道与所述空气压缩机(C-01)的第N级入口相连；

所述空气压缩机(C-01)的第N级出口通过N级压缩空气排气管道与冷箱(E-01)第N级热流体流道相连，所述第N级热流体流道通过浅冷压缩空气管道与主过滤分离器(F-02)相连；

所述主过滤分离器(F-02)通过净化压缩空气管道连接精密过滤器(F-03)，所述净化压缩空气管道上安装有第一空温式气化器(AH-02)。

2.根据权利要求1所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，所述压缩空气进气管道安装有副过滤分离器(F-01)。

3.根据权利要求1所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，所述压缩空气排气管道上安装有压缩空气缓冲罐(V-05)，精密过滤器(F-03)连接有工厂风缓冲罐(V-03)，所述压缩空气缓冲罐(V-05)通过加注管道连接有甲醇储罐(V-07)，所述加注管道上安装有加注泵(P-01)。

4.根据权利要求1所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，所述净化压缩空气管道上安装有活性炭吸附器(T-03)。

5.根据权利要求1所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，所述冷流体流道并联有第二空温式气化器(AH-01)，冷流体流道与氮气储罐(V-01)之间串联或并联有电加热器(E-07)。

6.根据权利要求1所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，进一步包括热交换器、微热干燥塔(T-01)和制冷压缩机(C-02)，所述热交换器包括预冷器(E-02)、蒸发器(E-04)、余冷换热器(E-06)、散热器，

所述N级压缩空气排气管道、预冷器(E-02)的热流体流道、蒸发器(E-04)的热流体流道、微热干燥塔(T-01)依次相连；

所述预冷器(E-02)的冷流体流道和余冷换热器(E-06)的冷流体流道并联或串联后，与净化压缩空气管道并联；

所述蒸发器(E-04)、制冷压缩机(C-02)、余冷换热器(E-06)由冷剂管线依次串连。

7.根据权利要求6所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，所述预冷器(E-02)和余冷换热器(E-06)分别并联或串连有第一散热器(E-03)和第二散热器(E-05)。

8.根据权利要求6所述的空氮站冷能综合回收利用系统，其特征在于，所述预冷器(E-02)与蒸发器(E-04)相连的热流体流道之间安装有支路过滤分离器(F-04)，所述蒸发器(E-04)与微热干燥塔(T-01)相连的热流体流道之间安装有支路过滤分离器(F-04)。