CN205537296U - 蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，包括分离器、初级再沸器、次级再沸器、蒸汽再压缩设备及其旁路、冷却器。通过初级再沸器、次级再沸器的流量及换热量的合理分配，能够保障分离产品的质量和产量；搭配蒸汽再压缩设备的旁路后，还能很好的适应系统不同工况下的设计需求。采用本实用新型所述的装置，解决了带蒸汽再压缩设备的蒸汽直接接触法分离系统中关于热负荷分配的核心问题，能简单高效地达成工艺目标，不凝蒸汽利用率高、所需消耗蒸汽量少、大大降低生产成本，带来可观的经济效益。

Description

蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置

技术领域

本实用新型涉及火电、钢铁、制药、冶金、水泥和石油化工等行业多相传质与分离技术领域中多相介质接触、换热、反应及分离的工艺及其设备，具体地涉及一种蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置。

背景技术

蒸汽直接接触加热法简称蒸汽直接加热法，蒸汽直接接触加热法的分离技术是一类通过蒸汽与介质直接接触、持续提供反应热或改变气液平衡来推动分离过程有效进行、从而实现分离目的产物或维持系统物料平衡等目标的常规技术，该方法具备原理清晰，设备制造、运行经验充足等优点。通过在蒸汽直接加热法分离系统中加入蒸汽压缩机等设备，经过机械再压缩提升分离系统乏汽的品质，能大幅减少系统所需生蒸汽量，降低运行成本，使此项分离技术具备在更多领域推广应用的前景。

但具体蒸汽直接加热分离系统中换热设备的热负荷分配也是核算经济生产成本的一大重要关键因素，此分离技术如果热负荷分配不当，会导致乏汽品质较低，所需消耗蒸汽量较大，分离同样产量和质量的产品消耗的生产成本也会相应大幅提升，难以进行大规模工业化生产。另外，如果分离的多相产品要求汽液分离度较高，液相产品深度反应的变质可能引发系统设备事故的隐患。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，该分离系统的热负荷分配装置包括分离器、初级再沸器、次级再沸器、蒸汽再压缩设备及其旁路、冷却器，各设备间通过管路和阀门连接；蒸汽再压缩设备为蒸汽压缩机，其设有旁路，用来通过分离器顶部剩余的不凝蒸汽；初级再沸器的热侧介质入口连接生蒸汽通入管路，初级再沸器的热侧介质出口连接冷凝水排出管路，分离器左侧连接初级再沸器的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器右侧连接次级再沸器的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器底部连接液相出口，分离器顶部的气相出口连接蒸汽压缩机及其旁路的入口，蒸汽压缩机的出口连接次级再沸器的热侧介质入口，旁路的出口和次级再沸器的热侧介质出口都连接到冷却器的入口，分离器通过旁路与冷却器的入口连接；冷却器的出口连接分离产物的产品出口。

其中，分离器与蒸汽压缩机连接的管路以及与冷却器连接的旁路上连接有控制开闭的控制阀门；次级再沸器与冷却器连接的管路上连接有控制开闭的控制阀门。

其中，初级再沸器可以是一台或者多台，优选为两台；次级再沸器可以是一台、两台或者三台以上，优选为两台；蒸汽压缩机可以是一台、两台或者三台以上，优选为两台；与蒸汽压缩机对应的旁路可以是一条、两条或者三条以上，优选为两条；冷却器可以是一台、两台或者三台以上，优选为两台。

其中，分离器是多相物流直接接触并反应分离的场所，只要控制好分离器的温度、压力等操作参数，就可以达到理想的分离效果。分离器内反应后的不凝蒸汽经由蒸汽再压缩设备进入次级再沸器而成为次级再沸器的热源。

其中，该分离系统的换热核心设备是初级再沸器和次级再沸器；初级再沸器和次级再沸器通过加热分离器内的液相而生成蒸汽，是分离器中反应蒸汽的来源，既是分离器正常运行的前提，也是控制分离出的液相产品浓度的主要设备。初级再沸器的热侧介质为生蒸汽，冷侧介质为分离器内经分离后产出的液相；次级再沸器的热侧介质为分离器顶部的内含分离产物的不凝蒸汽经蒸汽再压缩设备产生的再压缩蒸汽，冷侧介质也是分离器内经分离后产出的液相。如果初级再沸器、次级再沸器运行失常或是换热效果不达标，就会直接影响到产品的质量和产量，所以，初级再沸器和次级再沸器的重要性甚至超过分离器。

各级再沸器有换热量和热侧流量的要求。当初级再沸器、次级再沸器、蒸汽压缩机及其旁路、冷却器的数量都为两个时，优选第一初级再沸器、第二初级再沸器和第一次级再沸器、第二次级再沸器的换热量均相同，流量由换热量决定。蒸汽再压缩设备需根据上述流量及换热量设计压比等参数。由于设备布置及调控的需要，优选与初级再沸器和次级再沸器连接的管道规格、长度和布置均相同，使得初级再沸器和次级再沸器的冷侧流量一致。优选热侧输入的换热量相同并达到设计要求，以保证每台再沸器产出的液相产品浓度一致并生成足够多的蒸汽供分离器使用。

本实用新型与现有技术相比，具有的优点和有益效果如下：

(1)解决带蒸汽再压缩设备的蒸汽直接接触法分离系统中关于热负荷分配的核心问题，使得热负荷分配合适，使得不凝蒸汽利用率高，所需消耗蒸汽量较少，大大降低消耗的生产成本；

(2)通过初级再沸器、次级再沸器的流量及换热量的合理分配，能够保障分离产品的质量和产量；

(3)搭配蒸汽再压缩设备的旁路后，还能很好的适应系统不同工况下的设计需求，消除了因液相产品深度反应变质而可能引发系统设备事故的隐患。

附图说明

图1为本蒸汽直接接触加热法分离系统中单套换热设备的热负荷分配装置示意图。

图2为本蒸汽直接接触加热法分离系统中双套换热设备的热负荷分配装置示意图。

图中标号：1、初级再沸器，1-1、第一初级再沸器，1-2、第二初级再沸器，2、分离器，3、蒸汽压缩机，3-1、第一蒸汽压缩机，3-2、第二蒸汽压缩机，4、次级再沸器，4-1、第一次级再沸器，4-2、第二次级再沸器，5、冷却器，5-1、第一冷却器，5-2、第二冷却器，6、旁路，6-1、第一旁路，6-2、第二旁路。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述说明：

图1为蒸汽直接接触加热法分离系统中单套换热设备热负荷分配装置和工艺流程的示意图，该分离系统包括分离器2、初级再沸器1、次级再沸器4、蒸汽压缩机3及其旁路6和冷却器5，各设备间通过管路和阀门连接；初级再沸器1的热侧介质入口连接生蒸汽通入管路，初级再沸器1的热侧介质出口连接冷凝水排出管路，分离器2左侧连接初级再沸器1的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器2右侧连接次级再沸器4的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器2底部连接液相出口，分离器2顶部的气相出口连接并联的蒸汽压缩机3及其旁路6的入口，蒸汽压缩机3的出口连接次级再沸器4的热侧介质入口，旁路6的出口连接冷却器5的入口，次级再沸器4的热侧介质出口连接冷却器5的入口，冷却器5的出口连接分离产物出口。

图2为蒸汽直接接触加热法分离系统中双套换热设备热负荷分配装置和工艺流程的示意图，该分离系统包括分离器2、第一初级再沸器1-1、第二初级再沸器1-2、第一次级再沸器4-1、第二次级再沸器4-2、第一蒸汽压缩机3-1及其第一旁路6-1、第二蒸汽压缩机3-2及其第二旁路6-2、第一冷却器5-1和第二冷却器5-2，各设备间通过管路和阀门连接；第一初级再沸器1-1和第二初级再沸器1-2的热侧介质入口连接生蒸汽通入管路，第一初级再沸器1-1和第二初级再沸器1-2的热侧介质出口连接冷凝水排出管路，分离器2左侧连接两台初级再沸器的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器2右侧连接两台次级再沸器的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器2底部连接液相出口，分离器顶部的气相出口连接并联的第一蒸汽压缩机3-1和第二蒸汽压缩机3-2以及两台蒸汽压缩机的旁路的入口，第一蒸汽压缩机3-1和第二蒸汽压缩机3-2的出口分别连接第一次级再沸器4-1和第二次级再沸器4-2的热侧介质入口，第一旁路6-1和第二旁路6-2的出口分别连接第一冷却器5-1和第二冷却器5-2的入口，第一次级再沸器4-1和第二次级再沸器4-2的热侧介质出口分别连接第一冷却器5-1和第二冷却器5-2的入口，两台冷却器的出口均连接分离产物出口。

分离器2是多相物流直接接触并反应分离的场所；该分离系统中的初级再沸器1和次级再沸器4，需要保证一台或多台次级再沸器4能容纳全部的分离器顶部的不凝蒸汽；一台或多台蒸汽压缩机3及其设置的旁路6是用来通过分离器顶部剩余的不凝蒸汽；一台或多台初级再沸器1和一台或多台次级再沸器4的换热量均相同，流量由换热量决定。蒸汽压缩机3的压比等参数根据上述流量及换热量设计。与一台或多台初级再沸器1和一台或多台次级再沸器4连接的管道规格、长度和布置均相同，使得一台或多台初级再沸器1和一台或多台次级再沸器4的冷侧流量一致。一台或多台初级再沸器1和一台或多台次级再沸器4的热侧输入的换热量也相同并达到设计要求，以保证每台再沸器产出的液相产品浓度一致并生成足够多的蒸汽供分离器使用。

以图1为例，热负荷分配装置工作时：初级再沸器1的热侧介质入口通入生蒸汽，初级再沸器1的热侧介质出口流出冷凝水，分离器2内经初步分离的液相分别通过初级再沸器1和次级再沸器4的入口进入初级再沸器1和次级再沸器4吸热并产出部分水蒸汽，返回分离器2后液相产品从分离器2底部排出，蒸汽则先在分离器2内反应，反应后包含分离产物的不凝蒸汽从分离器顶部排出，然后依次进入蒸汽压缩机3、次级再沸器4和冷却器5，分离器2顶部剩余的未经过蒸汽压缩机3管路的不凝蒸汽可通过旁路6直接进入冷却器5，最后分离后的产物由连接冷却器的分离产物的产品出口排出。

以图2为例，热负荷分配装置工作时：第一初级再沸器1-1和第二初级再沸器1-2的热侧介质入口通入生蒸汽，第一初级再沸器1-1和第二初级再沸器1-2的热侧介质出口流出冷凝水，分离器2内经初步分离的液相分别通过第一初级再沸器1-1、第二初级再沸器1-2、第一次级再沸器4-1和第二次级再沸器4-2的入口分别进入第一初级再沸器1-1、第二初级再沸器1-2、第一次级再沸器4-1和第二次级再沸器4-2吸热并产出部分水蒸汽，返回分离器2后液相产品从分离器2底部排出，蒸汽则先在分离器2内反应，反应后包含分离产物的不凝蒸汽从分离器2顶部排出，然后依次进入并联的两台蒸汽压缩机、并联的两台次级再沸器和并联的两台冷却器，分离器2顶部剩余的未经过第一蒸汽压缩机3-1和第二蒸汽压缩机3-2管路的不凝蒸汽可通过相对应的第一旁路6-1和第二旁路6-2分别直接进入第一冷却器5-1和第二冷却器5-2，最后分离后的产物由连接两台冷却器的分离产物的产品出口排出。

图2中，优选方案为第一初级再沸器1-1、第二初级再沸器1-2、第一次级再沸器4-1和第二次级再沸器4-2的冷侧流量都一致，由于第一初级再沸器1-1、第二初级再沸器1-2、第一次级再沸器4-1和第二次级再沸器4-2的换热量都相同，各自产出的液相产品浓度就是相同的。

由于实际汽液相分离过程中会遇到不凝蒸汽的负荷量不同，需要采用不同的热负荷分配方法，结合分离器操作温度和压力，通过再压缩设备压比的设计、两级再沸器的选型计算等能够实现系统热量和流量合理分配的设计目标。

结合图2，列出具体的几种运行方式如下：

运行方式一：

当分离器顶部不凝蒸汽满负荷（即100%负荷）时，四台再沸器同时运行，且只有这一种运行模式。每台再沸器都分配25%的热负荷。每台次级再沸器各接纳50%的分离器顶部总不凝蒸汽量；

运行方式二：

当分离器顶部不凝蒸汽为75%负荷时，四台再沸器均运行在设备出力的75%负荷下；

运行方式三：

当分离器顶部不凝蒸汽为75%负荷时，第一初级再沸器、第二初级再沸器，第一次级再沸器或第二次级再沸器运行在设备出力100%负荷下，其余分离器顶部不凝蒸汽通过第二旁路或第一旁路进入第二冷却器或第一冷却器；

运行方式四：

当分离器顶部不凝蒸汽为50%负荷时，第一初级再沸器和第二初级再沸器运行且都工作在设备出力的100%负荷下，第一次级再沸器和第二次级再沸器及对应的第一蒸汽压缩机和第二蒸汽压缩机均停运，分离器顶部蒸汽通过第一旁路、第二旁路直接进入冷却器；

运行方式五：

当分离器顶部不凝蒸汽为50%负荷时，任意一台初级再沸器和任意一台次级再沸器都工作在设备出力的100%负荷下，此时分离器顶部不凝蒸汽恰好能被工作的次级再沸器接纳；

运行方式六：

当分离器顶不凝蒸汽为50%负荷时，任意一台初级再沸器工作在设备出力100%负荷，带两台次级再沸器工作在设备出力50%负荷，如出于节电考虑或蒸汽压缩机故障，将其中一台次级再沸器替换为一台初级再沸器，分离器顶部多余不凝蒸汽通过停运蒸汽压缩机的旁路进入冷却器；

运行方式七：

当分离器顶不凝蒸汽小于50%负荷时，也可以有类似上述运行方式四到六的三种运行模式，通过降设备负荷达到运行目标。但从经济性角度考虑，优选两台初级再沸器运行，两台次级再沸器及对应的两台蒸汽压缩机全部停运，分离器顶部不凝蒸汽从旁路直接进入冷却器这一分配方法。

本实用新型提出的蒸汽直接接触法分离系统换热设备的热负荷分配装置和方法，既可以满足不同负荷工况下的工艺要求、维持系统参数稳定、满足产品的设定产量和质量，又能够保障核心设备的稳定运行。分配简单清晰，逻辑控制方便，系统运行稳定，能保障巨大的经济效益，因此本实用新型所述的热负荷分配方法和装置系统在相关领域具备广阔的应用前景。

应当说明的是：以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，上述实施例仅仅用于描述和说明，参照特定的实例所做的描述说明和附图都应理解为是说明性的而非限制性的，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些具体实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型，这些不经创造性的设计出与本技术方案相同或相似的结构装置或产品及其使用方法，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，其特征在于：该分离系统换热设备的热负荷分配装置包括分离器（2）、初级再沸器（1）、次级再沸器（4）、蒸汽压缩机（3）和冷却器（5），蒸汽压缩机（3）设有旁路；各设备间通过管路和阀门连接；

所述初级再沸器（1）的热侧介质入口连接生蒸汽通入管路，初级再沸器（1）的热侧介质出口连接冷凝水排出管路，初级再沸器（1）的冷侧介质入口与冷侧介质出口通过管路分别与分离器（2）连接；

所述分离器（2）的左侧连接初级再沸器（1）的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器（2）的右侧连接次级再沸器（4）的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器（2）的底部连接液相出口，分离器（2）的顶部连接气相出口、并通过管路连接蒸汽压缩机（3）及其旁路（6）的入口；

所述旁路（6）的出口和次级再沸器（4）的热侧介质出口都连接到冷却器（5）的入口；

所述蒸汽压缩机（3）通过管路与次级再沸器（4）的热侧介质入口连接；

所述分离器（2）通过旁路与冷却器（5）的入口连接；

所述冷却器（5）的出口连接分离产物的产品出口。

2.根据权利要求1所述的蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，其特征在于：所述初级再沸器（1）和次级再沸器（4）的换热量均相同，所述初级再沸器（1）和次级再沸器（4）的冷测流量均相同。

3.根据权利要求1所述的蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，其特征在于：所述分离器（2）与蒸汽压缩机（3）连接的管路以及分离器（2）与冷却器（5）连接的旁路（6）上连接有控制开闭的控制阀门；所述次级再沸器（4）与冷却器（5）连接的管路上连接有控制开闭的控制阀门。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，其特征在于：初级再沸器（1）的数量为两台，分别为第一初级再沸器（1-1）和第二初级再沸器（1-2）；次级再沸器（4）的数量为两台，分别为第一次级再沸器（4-1）和第二次级再沸器（4-2）；蒸汽压缩机（3）的数量为两台，分别为第一蒸汽压缩机（3-1）和第二蒸汽压缩机（3-2）；旁路（6）的数量为两条且与两台蒸汽压缩机分别对应，分别为第一旁路（6-1）和第二旁路（6-2）；冷却器（5）的数量为两台，分别为第一冷却器（5-1）和第二冷却器（5-2）。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置，其特征在于：初级再沸器（1）的数量为三台以上；次级再沸器（4）的数量为三台以上；蒸汽压缩机（3）的数量为三台以上；旁路（6）的数量为三条以上且与每台蒸汽压缩机分别对应；冷却器（5）的数量为三台以上。