CN215908874U - 一种高效高产的空分系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高效高产的空分系统，解决现有空分系统液氧产量低、备用系统能耗高、液氧损耗大以及无法实现无扰动切换等问题。该高效高产的空分系统中，主冷凝蒸发器的第一出口通过备用管路与高压板式换热器的进口连接，工艺氧泵设置在备用管路上，高压板式换热器的出口与供气管网连接；主冷凝蒸发器的第二出口通过提取管路与液氧储槽的进口连接，液氧储槽的出口通过主管路与高压板式换热器连接，且储槽氧泵设置在主管路上；汽化器的进口与储槽氧泵出口处的主管路连接，汽化器的出口通过后备管路与供气管网连接。该系统可降低空分装置能耗，增加非满负荷工况时液氧产量，也可实现空分装置与后备供气装置无缝衔接切换。

Description

一种高效高产的空分系统

技术领域

本实用新型涉及空分系统，具体涉及到一种高效高产的空分系统。

背景技术

现有空分工艺流程为内压缩流程，为实现空分系统安全稳定运行，配备有2台工艺氧泵和1台后备氧泵。液氧流出主冷凝蒸发器后分为两路，一路流经2台工艺氧泵，液氧经工艺氧泵加压后进入高压板式换热器进行换热，换热后的氧气送至供气管网；另一路液氧作为副产品直接流至液氧储槽，供后备系统使用，多余液氧进行外售。后备系统流程为：后备氧泵将液氧储槽内的液氧抽出加压经汽化器气化后送至生产管网，若要实现快速启用后备系统，后备氧泵必须为冷态备用状态。

系统正常运行时，2台工艺氧泵中1台工艺氧泵为主泵运行，另1台为备泵，为实现主泵故障时备泵可立即增加负荷供气，备泵需低速惰转运行，以保持备泵为冷态。同理，为防止紧急停车状态下无法供氧，后备氧泵也需低速惰转。因此，该系统运行时，存在如下问题：1)当氧气用量偏低时，无法提高副产品液氧产量；2)为保障空分系统或工艺氧泵(主泵)出现问题后，备泵或后备系统可立即启动，备泵和后备氧泵必须保持惰转，导致能耗增加；3)空分系统或工艺氧泵(主泵)出现问题后，备泵和后备系统均无法实现与空分系统无扰动切换，影响后续生产；4)后备氧泵惰转运行时，液氧经过后备氧泵加压后回流至储槽，将导致液氧汽化损耗，造成液氧浪费。

发明内容

本实用新型目的是解决现有空分系统液氧产量低、备用系统能耗高、液氧损耗大以及无法实现无扰动切换等问题，提供一种高效高产的空分系统。该系统可降低空分装置能耗，增加非满负荷工况时液氧产量，也可实现空分装置与后备供气装置无缝衔接切换。

为实现以上实用新型目的，本实用新型的技术方案为：

一种高效高产的空分系统，包括主冷凝蒸发器、液氧储槽、高压板式换热器、汽化器、工艺氧泵、储槽氧泵、备用管路、主管路、提取管路和后备管路；所述主冷凝蒸发器的出口包括第一出口和第二出口；所述第一出口通过备用管路与高压板式换热器的进口连接，且工艺氧泵设置在备用管路上，所述工艺氧泵的出口还通过第一回流管路与主冷凝蒸发器连接，且第一回流管路上设置有第六阀门；所述高压板式换热器的出口与供气管网连接；所述第二出口通过提取管路与液氧储槽的进口连接，所述液氧储槽的出口通过主管路与高压板式换热器连接，且储槽氧泵设置在主管路上；所述提取管路为两路，分别为第一提取管路和第二提取管路，所述第一提取管路上设置有第二阀门，所述第二提取管路上设置有第一阀门，且第二提取管路的出口还与储槽氧泵的进口连接；所述储槽氧泵的出口还通过第二回流管路与液氧储槽连接；所述汽化器的进口与储槽氧泵出口处的主管路连接，所述汽化器的出口通过后备管路与供气管网连接。

进一步地，所述汽化器的进口与储槽氧泵出口处的主管路通过两位三通阀连接，所述储槽氧泵与液氧储槽之间的主管路上设置有紧急切断阀，所述储槽氧泵与两位三通阀之间的主管路上设置有第四阀门。

进一步地，所述高压板式换热器与供气管网的连接管路上设置有压力传感器。

进一步地，所述汽化器的出口与供气管网之间的后备管路上设置有第八阀门。

进一步地，所述第二提取管路的出口与储槽氧泵的进口之间的管路上设置有第七阀门。

进一步地，所述工艺氧泵与高压板式换热器之间的备用管路上设置第五阀门。

进一步地，所述第二回流管路上设置有第三阀门。

进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第六阀门和第七阀门为防爆阀门。

进一步地，所述第一回流管路和第二回流管路为蒙乃尔材质管路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型高效高产的空分系统中，当氧气用量减少时，储槽氧泵可自动降低负荷，减少液氧送出量，提高副产品液氧产量。

2.本实用新型高效高产的空分系统中，当空分系统出现故障、管网压力低于设定值或停车时，控制单元控制储槽氧泵工作，储槽氧泵将加压后的液氧送入汽化器汽化后再送至供气管网，同时，控制单元控制工艺氧泵开始工作，实现无扰动供气，保障供气稳定。

3.本实用新型高效高产的空分系统中，只包括1台工艺氧泵和1台储槽氧泵，相比原有系统，减少1台备用泵运行，降低能耗，减少维修成本。

4.本实用新型高效高产的空分系统无需设置后备氧泵，避免了原系统中后备氧泵运行时导致的液氧汽化浪费的问题和能耗增加问题，从而减少液氧汽化浪费和能耗。

附图说明

图1为本实用新型高效高产的空分系统示意图。

附图标记：1-主冷凝蒸发器，2-液氧储槽，3-高压板式换热器，4-汽化器，5-工艺氧泵，6-储槽氧泵，7-备用管路，8-主管路，9-第五阀门，10-后备管路，11-第一回流管路，12-第六阀门，13-第一提取管路，14-第二提取管路，15-第二阀门，16-第一阀门，17-第二回流管路，18-第三阀门，19-两位三通阀，20-紧急切断阀，21-第四阀门，22-压力传感器，23-第八阀门，24-第七阀门24。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

空分技术已发展多年，以气体为主产品、液体为副产品的内压缩空分工艺流程存在低负荷时副产品产量低，后备系统能耗高、液体损耗大且无法实现装置与后备系统无扰动切换等问题，基于此，本实用新型提供一种高效高产的空分系统及其控制方法，该系统能够增加副产品液氧产量、降低液氧蒸发量和设备能耗，同时实现空分装置与后备系统无扰动切换。

如图1所示，本实用新型高效高产的空分系统包括主冷凝蒸发器1、液氧储槽2、高压板式换热器3、汽化器4、工艺氧泵5、储槽氧泵6、备用管路7、主管路8、提取管路和后备管路10；主冷凝蒸发器1的出口包括第一出口和第二出口；第一出口通过备用管路7与高压板式换热器3的进口连接，且工艺氧泵5设置在备用管路7上，高压板式换热器3的出口与供气管网连接；第二出口通过提取管路与液氧储槽2的进口连接，液氧储槽2的出口通过主管路8与高压板式换热器3连接，且储槽氧泵6设置在主管路8上；上述提取管路为两路，分别为第一提取管路13和第二提取管路14，第一提取管路13上设置有第二阀门15，第二提取管路14上设置有第一阀门16，同时，第二提取管路14的出口还与储槽氧泵6的进口连接；汽化器4的进口与储槽氧泵6出口处的主管路8连接，汽化器4的出口通过后备管路10与供气管网连接，且高压板式换热器3与供气管网的连接管路上设置有压力传感器22。

在本实用新型系统中，储槽氧泵6的出口还通过第二回流管路17与液氧储槽2连接，且第二回流管路17上设置有第三阀门18。工艺氧泵5的出口还通过第一回流管路11与主冷凝蒸发器1连接，且第一回流管路11上设置有第六阀门12。第三阀门18和第六阀门12为防爆阀门，第一回流管路11和第二回流管路17为蒙乃尔材质管路。本实用新型系统在储槽氧泵6和液氧储槽2之间设置有第二回流管路17，在检修或维护储槽氧泵6后需进行试运行操作时，此时液氧无法进入供气管网，此时可通过第二回流管路17将介质返流至储槽；同时，若因生产工艺要求，储槽氧泵6需作为备泵时也需设置回流管路，此时，第二回流管路17可作为回流管路将液氧返流至储槽。

在本实用新型系统中，汽化器4的进口与储槽氧泵6出口处的主管路8通过两位三通阀19连接，储槽氧泵6与液氧储槽2之间的主管路8上设置有紧急切断阀20，所述储槽氧泵6与两位三通阀19之间的主管路8上设置有第四阀门21。

本实用新型的提取管路为两路，其中第一提取管路为DN40管路，DN40管路为备用提取管路，当第二提取管路出现故障时，主冷凝蒸发器1内多余液氧将无法进入液氧储槽，此时，需由第一提取管路进行提取。第二提取管路14的出口与储槽氧泵6的进口之间的管路上设置有第七阀门24，工艺氧泵5与高压板式换热器3之间的备用管路7上设置第五阀门9，汽化器4的出口与供气管网之间的后备管路10上设置有第八阀门23。在本实用新型系统中，相应设备及管件材质选择应合理：因产品为液氧，设备及配套阀门控制系统需为防爆材质、管路元件需选择不锈钢，必要时需选择蒙乃尔材质，以防发生安全事故。此时，第一阀门16、第二阀门15、第三阀门18、第五阀门9、第六阀门12和第七阀门24可均为防爆阀门，第一回流管路和第二回流管路为蒙乃尔材质管路。

同时，本实用新型还提供一种上述高效高产的空分系统的控制方法，该方法包括以下过程：

当空分系统正常运行时，控制单元控制储槽氧泵6工作，液氧流出主冷凝蒸发器1后进入储槽氧泵6进口，储槽氧泵6将液氧加压后送至高压板式换热器3进行换热汽化，换热后的氧气送至供气管网；当空分系统出现故障、管网压力低于设定值或停车时，控制单元控制储槽氧泵6工作，储槽氧泵6直接将液氧储槽2内的液氧抽出加压送入汽化器4汽化后再送至供气管网，同时，控制单元控制工艺氧泵5自动增加负荷以维持系统供气压力，实现无扰动供气。

本实用新型系统将空分装置工艺流程进行调整，具体如下：1)液氧流出主冷凝蒸发器1进工艺氧泵5加压后送至高压板式换热器3进行换热汽化，换热后氧气送至供气管网，此工艺线路为备用模式；工艺氧泵5作为备用泵，保持惰转运行；2)液氧流出主冷凝蒸发器1后直接进入储槽氧泵6，再由储槽氧泵6将液氧加压后送至高压板式换热器3进行换热汽化，换热后的氧气送至供气管网。正常运行时以该过程为主，储槽氧泵6为主泵运行；与此同时，储槽氧泵6出口管路与汽化器4连接，连接处加装两位三通阀19，当空分系统出现问题时，两位三通阀19动作，储槽氧泵6加压后的液氧直接进入汽化器4汽化再送至供气管网，同时储槽氧泵6和工艺氧泵5进行联锁控制，当储槽氧泵6出现故障时工艺氧泵5自动切换为主泵运行，实现无扰动供气。

本实用新型系统实现控制点加装，具体如下：1)在供气管网加装压力监控装置，即高压板式换热器与供气管网的连接管路上设置有压力传感器；2)储槽氧泵6和工艺氧泵5加装压力测点联锁装置、电流测点联锁装置、故障联锁和停泵联锁信号；3)供气管网压力与两位三通阀19加装联锁控制；4)机组停车卸载信号与两位三通阀19加装联锁控制。具体联锁控制流程如下：1)储槽氧泵6与供气管网压力联锁控制，储槽氧泵6根据设定的供气压力调整负荷大小以保证供气压力稳定；2)氧泵联锁控制：将储槽氧泵6设为主泵、工艺氧泵5设为辅泵，当储槽氧泵6出现电流归零，故障报警或停泵信号时，工艺氧泵5根据联锁信号自动增加负荷以维持系统供气压力。3)空分装置与后备系统联锁切换控制：两位三通阀19与停车信号和供气管网压力信号联锁控制，当出现管网压力低(低于设定值)和停车信号时，两位三通阀19直接切换至后备流程，同时关闭第一阀门16和第二阀门15。

基于上述描述，与现有的空分系统相比，本实用新型系统具有如下优点：

1)本实用新型高效高产的空分系统中，当空分系统出现故障、管网压力低于设定值或停车时，控制单元控制储槽氧泵6工作，储槽氧泵6将加压后的液氧送入汽化器4汽化后再送至供气管网，同时，控制单元控制工艺氧泵5自动增加负荷以维持系统供气压力，可实现装置与后备系统无扰动切换，保障供气稳定。

2)可提高副产品液氧的产量。原系统流程液氧只能由DN40管道提取，但因管径限制，副产品液氧提取量达到一定数值后无法增加，本实用新型系统增加1路液氧提取管路，新增的液氧管路与液氧储槽2的进液口连接，若氧气使用量小时，可降低储槽氧泵6负荷，将多余的液氧储存于储槽内。

3)本实用新型高效高产的空分系统优化工艺流程，缩短空分装置开车启动时间，减少设备运行负荷和运行数量，从而降低能耗和液氧蒸发量。

现有空分流程为主冷凝蒸发器1凝蒸发器的液氧全部进入储槽，再由储槽氧泵将储槽内液氧加压后送至高压板式换热器3，此流程要求储槽内必须先储存一定量的液氧，否则氧泵无法启动，而储槽积累液氧需要一定的时间。本实用新型系统将工艺氧泵5和储槽氧泵6分为两条线路，工艺氧泵5和储槽氧泵6可直接将主冷凝蒸发器1凝蒸发器的液氧加压后送至高压板式换热器3，液氧储槽内是否存储足量的液氧均不影响开车，减少开车时间。

原流程需运行1台工艺氧泵，另外1台工艺氧泵和储槽氧泵均需惰转运行，以保障系统稳定运行，本实用新型系统只运行1台储槽氧泵6，工艺氧泵5惰转运行，氧泵运行数量减少，降低氧泵运行负荷减少蒸发量。

4)通过实用新型可降低空分装置能耗，增加非满负荷工况时液氧产量，也可实现空分装置与后备供气装置无缝衔接切换。

Claims (9)

1.一种高效高产的空分系统，其特征在于：包括主冷凝蒸发器(1)、液氧储槽(2)、高压板式换热器(3)、汽化器(4)、工艺氧泵(5)、储槽氧泵(6)、备用管路(7)、主管路(8)、提取管路和后备管路(10)；

所述主冷凝蒸发器(1)的出口包括第一出口和第二出口；

所述第一出口通过备用管路(7)与高压板式换热器(3)的进口连接，且工艺氧泵(5)设置在备用管路(7)上，所述工艺氧泵(5)的出口还通过第一回流管路(11)与主冷凝蒸发器(1)连接，且第一回流管路(11)上设置有第六阀门(12)；所述高压板式换热器(3)的出口与供气管网连接；

所述第二出口通过提取管路与液氧储槽(2)的进口连接，所述液氧储槽(2)的出口通过主管路(8)与高压板式换热器(3)连接，且储槽氧泵(6)设置在主管路(8)上；所述提取管路为两路，分别为第一提取管路(13)和第二提取管路(14)，所述第一提取管路(13)上设置有第二阀门(15)，所述第二提取管路(14)上设置有第一阀门(16)，且第二提取管路(14)的出口还与储槽氧泵(6)的进口连接；

所述储槽氧泵(6)的出口还通过第二回流管路(17)与液氧储槽(2)连接；所述汽化器(4)的进口与储槽氧泵(6)出口处的主管路(8)连接，所述汽化器(4)的出口通过后备管路(10)与供气管网连接。

2.根据权利要求1所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述汽化器(4)的进口与储槽氧泵(6)出口处的主管路(8)通过两位三通阀(19)连接，所述储槽氧泵(6)与液氧储槽(2)之间的主管路(8)上设置有紧急切断阀(20)，所述储槽氧泵(6)与两位三通阀(19)之间的主管路(8)上设置有第四阀门(21)。

3.根据权利要求2所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述高压板式换热器(3)与供气管网的连接管路上设置有压力传感器(22)。

4.根据权利要求1或2或3所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述汽化器(4)的出口与供气管网之间的后备管路(10)上设置有第八阀门(23)。

5.根据权利要求4所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述第二提取管路(14)的出口与储槽氧泵(6)的进口之间的管路上设置有第七阀门(24)。

6.根据权利要求5所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述工艺氧泵(5)与高压板式换热器(3)之间的备用管路(7)上设置第五阀门(9)。

7.根据权利要求6所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述第二回流管路(17)上设置有第三阀门(18)。

8.根据权利要求7所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述第一阀门(16)、第二阀门(15)、第三阀门(18)、第五阀门(9)、第六阀门(12)和第七阀门(24)为防爆阀门。

9.根据权利要求8所述的高效高产的空分系统，其特征在于：所述第一回流管路(11)和第二回流管路(17)为蒙乃尔材质管路。

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