CN209131473U - 一种液氮气化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种液氮气化系统，包括热气装置、热气道、热气分布器、水箱、氮气换热管、液氮源，所述热气装置、液氮源设于水箱外，所述热气道、热气分布器、氮气换热管设于水箱内；其中，所述热气道的进气段与热气装置连接，出气段与下部的热气分布器连接；所述氮气换热管的一端通过管道与液氮源连接，另一端通过管道与氮气引出机构连接；所述热气道内还设置阻水机构，所述热气分布器、氮气换热管设于水箱的液面之下。采用本实用新型提供的液氮气化系统进行液氮的气化，其需要产生的温度低、热利用率高，具有对环境适应性强，排放污染物少的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于天然气管道氮气置换技术领域，具体涉及一种液氮气化系统。
背景技术
天然气作为一种清洁能源越来越受到各界的青睐，而天然气管道里程数也在突飞猛进的增长。为了提高管道碰口、检修等施工作业的安全性并考虑尽量缩短停气时间，工程上要求将液氮高效气化并短时间置换管道中的天然气以便安全检修，而注氮点往往较为偏远。
关于液氮气化的方法，最为常用的为空温式气化工艺、电加热水浴式气化工艺：
1)、常规空温气化工艺：
如图1所示，包括液氮供应系统、空温式气化器。
液氮通过增压进入空温式气化器，吸收热量后气化并过热，再进入后方用气管网。该工艺为最常用的液氮气化工艺，主要是利用空气自然对流加热氮气换热管中的液氮，使其完全蒸发。
2)、电加热水浴式气化工艺：
如图2所示，包括液氮供应系统、水箱、不锈钢盘管、电加热器。
液氮通过增压进入浸没在温水中的不锈钢盘管，吸收温水的热量后气化并过热，经再进入后方用气管网。电加热器加热水，使水温保持一定范围。
上述现有工艺的作为气化液氮用时的缺点是：
1、空温式气化工艺：虽然比较节能，但对环境的适应性较差，当环境温度较低时气化效果较差，温度过低时甚至无法进行气化作业。氮气置换作业常常处于野外，道路条件有限，而该方法的设备较大，且单台处理量较小，一般需要多台串联使用，这不仅加大了氮气置换作业的难度和风险，还影响了氮气置换作业的效率。
2、电加热水浴式气化工艺：加热负荷对电力要求高，野外环境无法满足；换热效率偏低。
实用新型内容
基于以上问题，本实用新型的目的在于提供一种移动灵活、高效的液氮气化系统。
为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种液氮气化系统，包括热气装置、热气道、热气分布器、水箱、氮气换热管、液氮源，所述热气装置、液氮源设于水箱外，所述热气道、热气分布器、氮气换热管设于水箱内；其中，所述热气道的进气段与热气装置连接，出气段与下部的热气分布器连接；所述氮气换热管的一端通过管道与液氮源连接，另一端通过管道与氮气引出机构连接；所述热气道内还设置阻水机构，所述热气分布器、氮气换热管设于水箱的液面之下。
本实用新型提供的液氮气化系统，使用前向水箱中注水或其他导热液，流水量一般为水箱内体积的二分之一，最好使氮气换热管与热气分布器全部浸于水中，使用时，热气装置将高温烟气经热气道通入，然后从热气分布器上的小孔喷射到水中，烟气进入池水形成大量的气泡，气泡迅速上升后加热并搅动池水，湍动的水浴再将氮气换热管加热，将氮气换热管内的液氮进行加热，液氮气化后进入外源氮气收集装置中，通过热气装置持续的通入高温气体，就可以对氮气换热管中从液氮源中得到的液氮进行不断的加热以得到氮气。
在液氮气化过程中，通过热气道内的阻水机构使水箱中的水不会从热气分布器中通过热气道倒流至热气装置，当热气道从水箱上部通入时，阻水机构由位于水箱液面之上的部分热气道构成，这样可以保证热气道的部分进气段高于水箱中的水面高度以阻止水流入；当热气道从水箱的底部通入时，阻水机构由位于水箱内的部分热气道呈倒U型弯曲构成，弯曲部的水平高度高于水箱中的液面高度，这样使热气道的部分高出水箱中液面高度以阻止水注入；热气道可采用不锈钢管制作；
具体的，热气分布器为空心板状，在板身上设置多个通孔，特别需要设置开口朝上的通孔，水浴时，热气分布器尽量平铺于水箱底部，高温热气从热气分布器身上的通孔溢出，出来的热气最大可能与水接触以使热气的利用率最大化。
进一步的，所述热气装置包括燃烧器、与燃烧器的燃烧室连接的燃料源，燃烧器的燃气出口与热气道的进气段连接，优选采用柴油燃料源，燃料源中的柴油作为燃料，在燃烧器的燃烧室中与助燃空气按比例混合并充分燃烧就可以得到大量的热燃气，热燃气通过燃气出口流入热气道以对水箱中的水进行加热形成水浴。
优化的，所述水箱上设置循环水装置，进一步的，所述循环水装置包括连通所述水箱底部、顶部的循环水管与设于循环水管上的循环水泵，采用循环水泵将水箱中的水从水箱底部抽出，并从水箱顶部注入以对水箱中未被水浸没的热气道进行降温，以免热气道因温度过高损坏，更进一步的，在所述水箱内还设置冷却水箱，冷却水箱包裹于未被水浸没的热气道周围，循环水泵将水箱底部的水抽出后先注入冷却水箱以冷却未浸没在水中的高温热气道，循环水泵出口的水进入冷却水箱冷却热气道后从上部溢出回到水箱中。
进一步的，所述水箱顶部设置烟囱，通过烟囱将水浴后从水中冒出的热气排出，以免水箱中气压过高，将水从热气道中挤压至热气装置中；更进一步的，还要在水箱底部设置排液口，在排液口外设置排液阀，当液氮气化系统不工作时，通过排液口将水箱中的水排出。
优化的，所述氮气换热管包括两根以上的氮气换热管道，分散或成束设置。
本实用新型的有益效果为：
(1)、本实用新型提供的液氮气化系统，通过热气装置产生的高温热气通过热气道进入水中加热，以使水中的氮气换热管中的液氮气化为氮气，高温热气直接喷入水浴中，将水浴加热，水在进行低温加热时热效率接近100％，由于高温热气从液体中鼓泡排出，气液两相进行直接接触传热，且气液混合与搅动十分强烈，强化了传热过程。
(2)、本实用新型提供的液氮气化系统，进一步的将热气道的管道设置为具有一定高度的倒U型，使高温热气先绕过水面再进入热气道出口的热气分布器，以防止燃烧室进水，更进一步的通过设置循环水装置来对高于水面的热气道进行降温。
(3)、采用本实用新型提供的液氮气化系统进行液氮的气化过程中，需要的水浴温度约为40～50℃，其加热温度较低，热气的热量最大限度地传给了被加热液体，排烟温度低，热利用率高，且热气进行水浴后排放出的废气中倒U型的含量较低，减少了环境污染。
(4)、本实用新型提供的液氮气化系统，所需加热的温度低，对环境的适应性强，移动灵活，适野外建造与使用。
附图说明
图1为现有技术中空温式液氮气化工艺流程示意图；
图2为现有技术中水浴式液氮气化工艺流程示意图；
图3为本实用新型提供的液氮气化系统的示意图；
其中，1为热气装置，2为热气道，3为热气分布器，4为水箱，5为氮气换热管，6为液氮源，7为燃烧器，8为燃烧室，9为燃料源，10为循环水泵，11为烟囱，12为排液口，13为外源氮气收集装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种液氮气化系统，包括热气装置1、热气道2、热气分布器3、水箱4、氮气换热管5、液氮源6；所述热气装置1、液氮源6设于水箱4外，热气道2设于水箱4内，热气分布器3、氮气换热管4设于水箱4内的液面之下；
其中，热气道2从水箱4的底部通入，进气段与热气装置1连接，出气段与下部的热气分布器3连接；热气道2内还设置阻水机构，阻水机构由位于水箱4内的部分热气道2呈倒U型弯曲构成，弯曲部的水平高度高于水箱4内高度的二分之一，热气道2出气端口靠近水箱4底部；
热气装置1包括燃烧器7、与燃烧器的燃烧室8连接的燃料源9，燃烧器7的燃气出口与热气道2的进气端连接；
水箱4上还设有循环水装置，包括连通水箱4底部与顶部的循环水管与设于循环水管上的循环水泵10，水箱4顶部设置烟囱11，水箱4底部设置排液口12；
氮气换热管5由若干氮气换热管道成束排列设置而成，其一端与液氮源6连接，另一端与氮气引出机构连接，氮气引出机构为外源氮气收集装置13。
使用前向水箱4中注水至水箱内高度的二分之一，使氮气换热管5全部浸于水中，使用时，燃料源9中的柴油燃料进入燃烧器7中的燃料室8中并燃烧，产生的高温烟气经热气道2通入水箱4，然后从热气分布器3上的小孔喷射到水中，烟气进入池水形成大量的气泡，气泡迅速上升后加热并搅动池水，湍动的水浴对氮气换热管5内的液氮进行加热，液氮气化后通过管道进入外源氮气收集装置13中，通过热气装置1持续的通入高温烟气，就可以对氮气换热管5中从液氮源6中得到的液氮进行不断的加热以得到氮气，期间，开启循环水泵10将水箱4底部的水抽出再从顶部通入以对热气道2露出水面的部分进行降温，水浴过程中，从水面冒出的废燃气通过水箱顶部的烟囱11排出，使用后关闭各装置，打开水箱4底部的排液口12使水箱中的水排出即可。
本实用新型的上述实施例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种液氮气化系统，其特征在于，包括热气装置、热气道、热气分布器、水箱、氮气换热管、液氮源，所述热气装置、液氮源设于水箱外，所述热气道、热气分布器、氮气换热管设于水箱内；其中，所述热气道的进气段与热气装置连接，出气段与下部的热气分布器连接；所述氮气换热管的一端通过管道与液氮源连接，另一端通过管道与氮气引出机构连接；所述热气道内还设置阻水机构，所述热气分布器、氮气换热管设于水箱的液面之下。
2.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述热气道从水箱的底部通入，所述阻水机构由位于水箱内的部分热气道呈倒U型弯曲构成，弯曲部的水平高度高于水箱中的液面高度。
3.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述热气道从水箱的上部通入，所述阻水机构由位于水箱液面之上的部分热气道构成。
4.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述热气装置包括燃烧器、与燃烧器的燃烧室连接的燃料源，燃烧器的燃气出口与热气道的进气段连接。
5.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述水箱上设置循环水装置。
6.根据权利要求5所述的液氮气化系统，其特征在于，所述循环水装置包括连通所述水箱底部、顶部的循环水管与设于循环水管上的循环水泵。
7.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述水箱顶部设置烟囱。
8.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述水箱底部设置排液口。
9.根据权利要求1所述的液氮气化系统，其特征在于，所述氮气换热管包括两根以上的换热管道。
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|---|---|---|---|---|
| CN112177698A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-05 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 一种液化天然气冷能发电装置 |
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2018
- 2018-07-27 CN CN201821199356.2U patent/CN209131473U/zh active Active
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