CN205504945U - 一种负压平衡系统及低压蒸汽发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负压平衡系统，包括压力平衡器和真空泵，所述真空泵和所述压力平衡器通过抽真空管道连接，所述压力平衡器与一储液罐利用管道连通，且所述管道上设置有自动阀，所述储液罐上设有压力传感器，所述压力传感器利用控制导线连接所述自动阀。本实用新型同时公开了具有该负压平衡系统和低压蒸汽发生器的低压蒸汽发生装置。本实用新型对蒸汽的温度进行精确控制，也确保了加热蒸汽处于低压状态，保证安全性。

Description

一种负压平衡系统及低压蒸汽发生装置

技术领域

本实用新型涉及化工温度控制技术领域，具体为一种负压平衡系统以及低压蒸汽发生装置。

背景技术

目前，在精细化工、医药等领域，很多低温反应(100℃以下)对温度的控制要求非常严格，一旦温度高于反应温度，极易导致反应加剧，轻则物料全废，重则引发爆炸；若温度偏低，则反应速率降低，副产物增多，影响生产效率和产品质量。

由于工业蒸汽温度波动较大，这些反应的加热难以用工业蒸汽直接加热完成。尤其对于热敏性物料的加热、蒸馏和浓缩等工艺，无法直接使用工业蒸汽进行加热。

目前对低温反应加热系统通常采用水浴加热或者油浴加热的方式，能耗高、加热效率低，投资费用高，整体设备体积较大。

现在也出现了不少通过调整热媒介质温度实现的温度控制系统。一般在工作过程中，反应釜需要降温时，则通入冷媒介质降温，需要升温时，则将冷媒先通过换热器管芯，利用热蒸汽加热后，再进入反应釜的夹层实现升温。这种温度控制方式属于被动性的，响应速度非常慢，不适合于对反应温度要求十分严格的精细化工、医药领域。而目前的低温蒸汽发生装置，也普遍存在很大的缺陷：1、蒸汽的温度无法进行控制，满足不了不同反应温度的需求；2、产生的蒸汽压力无法进行控制，直接通入到反应釜的夹套中，存在巨大的危险性；3、采用电热转换，换热效率低，能量利用率很差；4、自动化程度低。

尤其是，目前并没有一种合理结构的负压平衡装置。这使得加热反应容器的蒸汽温度无法降得太低，致使加热温度难以控制，同时蒸汽的压力也难以进行精确的控制，并且，在调整压力的过程中，还需要对真空泵反复的开启、关闭，造成了电能的大量浪费，提高了成本。

因此，开发一种新的负压平衡系统以及低压蒸汽发生装置，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本实用新型得以完成的动力所在和基础。

实用新型内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本实用新型。

具体而言，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种负压平衡系统以及低压蒸汽发生装置，以解决加热蒸汽难以精确控制温度压力的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种负压平衡系统，包括压力平衡器和真空泵，所述真空泵和所述压力平衡器通过抽真空管道连接，所述压力平衡器与一储液罐利用管道连通，且所述管道上设置有自动阀，所述储液罐上设有压力传感器，所述压力传感器利用控制导线连接所述自动阀。

很显然，该管道的位置是储液罐的上部，不能低于液面，否则无法对气压进行调整。在运行过程中，通过压力传感器检测到系统压力过高，真空度不足时，可以控制自动阀开启，通过压力平衡装置对系统内部进行降压。

而储液罐与低压蒸汽发生器连通的意义在于：通过调整储液罐内气压，可以将蒸汽发生装置内调成负压，在负压状态下，更利于液体介质的汽化，汽化产生的蒸汽温度就可以控制在比较低的范围内。也就是说，可以根据不同的反应温度需求，控制真空度，根据不同真空度产生蒸汽的温度的不同，来控制蒸汽的温度，实现对反应温度的精确控制；能够满足需要一些热敏性物质的加热反应，在精细化工、医药等对反应加热温度具有严格要求的领域，具有十分重要的意义。

由于真空泵自带截止阀，真空管道上可以不用再设置截止阀。但是，处于安全、效率的考虑，作为一种优选的技术方案，所述抽真空管道上设置有第一截止阀。设计有第一截止阀的意义在于：当系统内的负压值达到一定值后，可以停止真空泵，关闭第一截止阀，则储液罐与压力平衡器形成相互补偿的气压系统。压力平衡器可以直接对储液罐内的气压进行调整，无需反复开启真空泵。

同样的，作为一种优选的技术方案，所述抽真空管道利用歧管与低压蒸汽输送管路连通，且所述歧管上安装有第二截止阀。低压蒸汽输送管路，是指低压蒸汽发生器向反应容器输送低压力蒸汽的管道。

所述真空泵通过抽真空管道对压力平衡器及整个系统抽真空。

本实用新型提供的低压蒸汽发生装置，具有低压蒸汽发生器和负压平衡系统。

作为更进一步的改进，本实用新型中，所述低压蒸汽发生器，包括

换热器管芯，所述换热器管芯具有通入高温介质的第一入口以及排出冷凝介质的第一出口；

和壳体，所述壳体包围所述换热器管芯，且所述壳体开设有第二入口，以及位于所述壳体顶部的低压蒸汽出口，所述第二入口用以通入易汽化介质(易汽化介质即在所述换热器管芯加热作用下产生能够蒸发形成低压蒸汽的介质)，所述低压蒸汽出口连接有低压蒸汽输送管路，利用低压蒸汽输送管路将产生的低压蒸汽输送到需要控温加热的设备处。

所述易汽化介质为沸点低于高温蒸汽温度的液体，包括但不限于水和乙醇。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述换热器管芯包括直管式换热器管芯、螺旋缠绕式换热器管芯。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述换热器管芯采用螺旋缠绕式换热器管芯，其换热管螺旋设置，多层缠绕结构之间的螺旋方向相反，比直管式换热器管芯换热效率更高。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第一入口的一端与所述换热器管芯连通，另一端延伸至所述壳体的外部，并连接外接蒸汽管道，所述外接蒸汽管道用以引导高温蒸汽，例如工业蒸汽、余热回收蒸汽等高温蒸汽，通过第一入口进入到换热器管芯中，对易汽化介质进行加热，然后高温蒸汽冷凝成为液体，从第一出口流出。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述外接蒸汽管道可以选择性设置有过滤器。过滤器用以过滤外接高温蒸汽中的杂质,但是,大部分情况下,无此必要。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述外接蒸汽管道设置有调节比例阀，能够控制高温蒸汽进气量。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述低压蒸汽出口下游(即低压蒸汽输送管路)设置有用以采集低压蒸汽温度参数的温度传感器。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述外接蒸汽管道设置的调节比例阀为自动调节比例阀，且所述温度传感器利用控制导线实现对所述自动调节比例阀的控制，从而实现根据低压蒸汽的实时温度控制自动调节比例阀，实现对高温蒸汽进气量的控制。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第一出口设置于所述壳体的底部，一端与所述换热器管芯连通，另一端连接排泄管道。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述排泄管道上设置有阀门，优选为疏水阀，用以将换热器管芯中的凝结水、空气和二氧化碳等不凝气体尽快排出，同时最大限度地自动防止蒸汽的泄露。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第二入口连接有用以储存易汽化介质的储液罐,即该储液罐与上面所述的压力平衡器管道连通。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第二入口与所述储液罐之间的连接管道上安装有循环泵和过滤器，所述过滤器用以过滤进入到循环泵中的易汽化介质中的杂质。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述储液罐的顶部连接有放空阀，底部安装有排水阀。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述壳体上安装有用以检测所述壳体内易汽化介质存量的第一液位计。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第一液位计利用控制导线连接所述循环泵。当第一液位计显示壳体内易汽化介质存量低于一定值时，第一液位计将信号反馈到循环泵，自动控制循环泵的开启，对壳体中充入易汽化介质。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述储液罐外接有补液泵，所述补液泵用以向所述储液罐内补充易汽化介质。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述储液罐上安装有用以检测所述储液罐内易汽化介质存量的第二液位计。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第二液位计利用控制导线连接所述补液泵。当储液罐内液位较低时，第二液位计反馈信号至补液泵，控制补液泵对罐体内补充。

本实用新型中，作为一种优选的技术方案，所述第二入口处于所述换热器管芯的下方。

当然，所述换热器管芯与所述壳体之间、以及换热器管芯相邻的换热管之间均具有过液间隙。

本实用新型中，作为一种进一步优选的技术方案，所述壳体设置有第二出口，所述第二出口用以导出未汽化的易汽化介质。

本实用新型中，作为一种进一步优选的技术方案，所述第二出口设置于所述换热器管芯的上方。

本实用新型中，作为一种进一步优选的技术方案，所述第二出口利用溢流管道回接至所述储液罐，所述溢流管道上安装有溢流管截止阀。

本实用新型中，作为一种进一步优选的技术方案，所述低压蒸汽出口位置安装有气液分离器。

本实用新型中，作为一种进一步优选的技术方案，所述气液分离器包括丝网除沫器、旋风分离器。气液分离器用以分离蒸汽中的液体，使从所述低压蒸汽出口出去的蒸汽为纯度较高的低压蒸汽，简称低压蒸汽。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

节约工业蒸汽，一旦系统运行稳定，仅需要非常少的工业蒸汽即可满足加热要求，热能利用率高达95％以上。

产生低温蒸汽处于负压状态下的蒸汽发生自循环系统，通入工业蒸汽后会产生低于100℃的蒸汽，用做低温反应工况的加热热源。而且可以根据不同的反应温度需求，控制真空度，根据不同真空度产生蒸汽的温度的不同，来控制蒸汽的温度，实现对反应温度的精确控制。

加热效率高、性价比高。作为反应容器加热媒介的低温蒸汽，加热效率是水(油)浴的2倍以上，因此大大提高了生产效率。同时与水(油)浴加热方式相比，系统循环泵功率小，消耗电能少，运行费用少。

高效节能。系统中的蒸发器采用螺旋缠绕管式结构设计，效率高，较传统结构的蒸发器可节约工业蒸汽5％-10％。

温控精确、稳定。采用控制系统自动控制，实时监控系统温度，控制精度可达±1℃，更适合热敏性物料的工况。

系统运行稳定、可靠。蒸汽发生自循环系统内部采用纯水(乙醇等)作为介质，可根据不同的温度控制需求，选用不同的介质。

低压蒸汽自循环系统，蒸汽发生器采用独特的螺旋缠绕结构，内设气液分离装置，保证产生的为纯度较高蒸汽，从而保证加热效率，减少蒸汽中夹带的液体对设备造成的腐蚀。

通过压力平衡装置，维持系统真空度的稳定，无需反复开启真空泵，降低系统运行成本，减少对真空泵的损耗。

附图说明

图1是本实用新型负压平衡系统的结构示意图；

图2为本实用新型低压蒸汽发生装置的结构示意图；

图中：换热器管芯1，壳体2，第一入口3，第一出口4，第二入口5，低压蒸汽出口6，外接蒸汽管道7，温度传感器8，自动调节比例阀9，排泄管道10，第一疏水阀11，储液罐12，循环泵13，第一过滤器14，第一液位计15，补液泵16，第二液位计17，中控柜18，放空阀19，第二出口20，溢流管道21，溢流管截止阀22，气液分离器23，压力平衡器24，真空泵25，第一截止阀26，第二截止阀27，抽真空管道28，自动阀29，压力传感器30，低压蒸汽输送管路31。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本实用新型，并非对本实用新型的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本实用新型的保护范围局限于此。

实施例一

本实施例为负压平衡系统的具体实施例。

一种负压平衡系统，包括压力平衡器24和真空泵25，所述真空泵25和所述压力平衡器24通过抽真空管道28连接，所述压力平衡器24与一储液罐12利用管道连通，且所述管道上设置有自动阀29，所述储液罐12上设有压力传感器30，所述压力传感器利用控制导线连接所述自动阀。很显然，该管道的位置是储液罐的上部，不能低于液面，否则无法对气压进行调整。在运行过程中，通过压力传感器检测到系统压力过高，真空度不足时，可以控制自动阀开启，通过压力平衡装置对系统内部进行降压。而储液罐与低压蒸汽发生器连通的意义在于：通过调整储液罐内气压，可以将蒸汽发生装置内调成负压，在负压状态下，更利于液体介质的汽化，汽化产生的蒸汽温度就可以控制在比较低的范围内。也就是说，可以根据不同的反应温度需求，控制真空度，根据不同真空度产生蒸汽的温度的不同，来控制蒸汽的温度，实现对反应温度的精确控制；能够满足需要一些热敏性物质的加热反应，在精细化工、医药等对反应加热温度具有严格要求的领域，具有十分重要的意义。由于真空泵自带截止阀，真空管道上可以不用再设置截止阀。但是，处于安全、效率的考虑，本实施例中，所述抽真空管道上设置有第一截止阀26。设计有第一截止阀的意义在于：当系统内的负压值达到一定值后，可以停止真空泵，关闭第一截止阀，则储液罐与压力平衡器形成相互补偿的气压系统。压力平衡器可以直接对储液罐内的气压进行调整，无需反复开启真空泵。同样的，所述抽真空管道利用歧管与低压蒸汽输送管路31连通，且所述歧管上安装有第二截止阀27。低压蒸汽输送管路，是指低压蒸汽发生器向反应容器输送低压力蒸汽的管道。

所述真空泵25通过抽真空管道对压力平衡器24及整个系统抽真空。

实施例二

本实施例为低压蒸汽发生装置的具体实施例。

本实施例中，低压蒸汽发生装置，由低压蒸汽发生器和负压平衡系统两部分组成。负压平衡系统的储液罐与一低压蒸汽发生器连通。

其中，所述低压蒸汽发生器，包括换热器管芯1和壳体2，所述换热器管芯1具有通入高温介质的第一入口3以及排出冷凝介质的第一出口4；所述壳体2包围所述换热器管芯1，且所述壳体2开设有第二入口5，以及位于所述壳体顶部的低压蒸汽出口6，所述第二入口5用以通入易汽化介质(易汽化介质即在所述换热器管芯加热作用下产生能够蒸发形成低压蒸汽的介质)。所述易汽化介质为沸点低于高温蒸汽温度的液体，包括但不限于水和乙醇。通过将高温通入换热器管芯1中，实现对壳体2内的易汽化介质进行加热，易汽化介质会产生低压蒸汽，这样就节约工业蒸汽，一旦系统运行稳定，仅需要非常少的工业蒸汽即可满足加热要求，热能利用率高达95％以上；而且加热效率高、性价比高。作为反应容器加热媒介的低温蒸汽，加热效率是水(油)浴的2倍以上，因此大大提高了生产效率。同时与水(油)浴加热方式相比，系统循环泵功率小，消耗电能少，运行费用少。产生低温蒸汽处于负压状态下的蒸汽发生自循环系统，通入工业蒸汽后会产生低于100℃的蒸汽，用做低温反应工况的加热热源。而且可以根据不同的反应温度需求，控制真空度，根据不同真空度产生蒸汽的温度的不同，来控制蒸汽的温度，实现对反应温度的精确控制。

换热器管芯1包括直管式换热器管芯、螺旋缠绕式换热器管芯。本实施例中，发明人选择了螺旋缠绕式换热器管芯，螺旋缠绕式换热器管芯具有换热管束，换热管束包括套装在一起的多层管束层，所述管束层各层均布，相邻的所述管束层的螺旋方向相反。也就是，换热管螺旋设置，多层缠绕结构之间的螺旋方向相反，比直管式换热器管芯换热效率更高。组成了低压蒸汽自循环系统，换热器管芯采用独特的螺旋缠绕结构，内设气液分离装置，保证产生的为纯度较高蒸汽，从而保证加热效率，减少蒸汽中夹带的液体对设备造成的腐蚀。而且高效节能。系统中的蒸发器采用螺旋缠绕管式结构设计，效率高，较传统结构的蒸发器可节约工业蒸汽5％-10％。

为了实现高温蒸汽的顺利、密封、高效的通入，以充分利用热量。所述第一入口3的一端与所述换热器管芯1连通，另一端延伸至所述壳体2的外部，并连接外接蒸汽管道7，所述外接蒸汽管道7用以引导高温蒸汽，例如工业蒸汽、余热回收蒸汽等高温蒸汽，通过第一入口3进入到换热器管芯1中，对易汽化介质进行加热，然后高温蒸汽冷凝成为液体，从第一出口4流出。所述外接蒸汽管道设置有过滤器(图中未示出)。过滤器用以过滤外接蒸汽中的杂质。

所述外接蒸汽管道7设置有调节比例阀，能够控制高温蒸汽进气量，该调节比例阀可以人工调整，也可以实现自动调整。为了实现低压蒸汽温度的精准控制，发明人在所述低压蒸汽出口下游设置有用以采集低压蒸汽温度参数的温度传感器8。同时，所述外接蒸汽管道设置的调节比例阀为自动调节比例阀9，且所述温度传感器8利用控制导线实现对所述自动调节比例阀9的控制，从而实现根据低压蒸汽的实时温度控制自动调节比例阀9，实现对高温蒸汽进气量的控制。很显然，该装置会设置中控柜18以方便实现调控功能，大大提高自动化程度。基于以上的温控精确、稳定系统，采用控制系统自动控制，实时监控系统温度，控制精度可达±1℃，更适合热敏性物料的工况。

高温工业蒸汽在经过换热器管芯1的换热后，会冷凝，产生的冷凝液需要顺利排出，以实现连续化的作业。因此，本实施例中，所述第一出口4设置于所述壳体2的底部，一端与所述换热器管芯1连通，另一端连接排泄管道10。所述排泄管道上设置有第一疏水阀11，用以将换热器管芯中的凝结水、空气和二氧化碳等不凝气体尽快排出，同时最大限度地自动防止蒸汽的泄露。

随着低压蒸汽的产生，壳体2中的易汽化介质需要不断补充。所述第二入口5连接有用以储存易汽化介质的储液罐12。所述第二入口5与所述储液罐12之间的连接管道上安装有循环泵13和第一过滤器14，所述第一过滤器14用以过滤进入到循环泵13中的易汽化介质中的杂质。当然，储液罐12也需要考虑向其中补充易汽化介质，为了便于易汽化介质的导入，在所述储液罐12的顶部连接有放空阀19，易汽化介质的类型不满足要求或杂质较多，需要更换时，可以利用底部安装的排水阀将储液罐12内残留的易汽化介质排出。因此，系统运行稳定、可靠。蒸汽发生自循环系统内部采用纯水(乙醇等)作为介质，可根据不同的温度控制需求，选用不同的介质。

发明人为了保证储壳体2内易汽化介质的存量，所述壳体2上安装有用以检测所述壳体2内易汽化介质存量的第一液位计15，所述第一液位计15利用控制导线连接所述循环泵13。当第一液位计15显示壳体内易汽化介质存量低于一定值时，第一液位计15将信号反馈到循环泵13，自动控制循环泵13的开启，对壳体中充入易汽化介质。同样的，所述储液罐12外接有补液泵16，所述补液泵16用以向所述储液罐12内补充易汽化介质。所述储液罐12上安装有用以检测所述储液罐12内易汽化介质存量的第二液位计17。所述第二液位计17利用控制导线连接所述补液泵16。当储液罐12内液位较低时，第二液位计17反馈信号至补液泵16，控制补液泵16对罐体内补充。显然，以上电子监控元件也会接入中控柜18中进行集中化控制。

为了尽可能的提高壳体内易汽化介质的气化速度和效率，所述第二入口5处于所述换热器管芯1的下方，易汽化介质从下而上充入壳体2内。换热器管芯1与所述壳体2的内壁之间、换热器管芯1中相邻的换热管之间具有过液间隙。该过液间隙的存在不但使易汽化介质能够充满壳体，更重要的是，能够使易汽化介质包围换热器管芯，最大限度的提高了易汽化介质与换热器管芯的热交换面积。

当然，壳体2内不可能全部充满易汽化介质，需要留置一定的空腔，用以存积产生的低压蒸汽，因此，发明人在所述壳体设置有第二出口20，所述第二出口20用以及时导出未汽化的易汽化介质，所述第二出口20设置于所述换热器管芯1的上方。所述第二出口20利用溢流管道21回接至所述储液罐，所述溢流管道上安装有溢流管截止阀22。

产生的低压蒸汽从壳体2顶部的低压蒸汽出口导出使用，在低压蒸汽出口6位置安装有气液分离器23。所述气液分离器23包括丝网除沫器、旋风分离器。气液分离器23用以分离蒸汽中的液体，使从所述低压蒸汽出口6出去的蒸汽为纯度较高的低压蒸汽，这种低压蒸汽导出使用时，由于含液量低，因此不容易对输气管道造成堵塞。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本实用新型而非意欲限制本实用新型的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本实用新型的技术内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种负压平衡系统，其特征在于：包括压力平衡器和真空泵，所述真空泵和所述压力平衡器通过抽真空管道连接，所述压力平衡器与一储液罐利用管道连通，且所述管道上设置有自动阀，所述储液罐上设有压力传感器，所述压力传感器利用控制导线连接所述自动阀。

2.如权利要求1所述的一种负压平衡系统，其特征在于：所述抽真空管道上设置有第一截止阀。

3.如权利要求1或2所述的一种负压平衡系统，其特征在于：所述抽真空管道利用歧管与低压蒸汽输送管路连通，且所述歧管上安装有第二截止阀。

4.低压蒸汽发生装置，具有如权利要求1所述的负压平衡系统，所述负压平衡系统的储液罐连接一低压蒸汽发生器。

5.如权利要求4所述的低压蒸汽发生装置，其特征在于：所述低压蒸汽发生器包括

换热器管芯，所述换热器管芯具有通入高温介质的第一入口以及排出冷凝介质的第一出口；

和壳体，所述壳体包围所述换热器管芯，且所述壳体开设有用以通入易汽化介质的第二入口，以及位于所述壳体顶部的低压蒸汽出口，所述低压蒸汽出口连接有低压蒸汽输送管路。