CN216278339U - 空气压缩机系统及氮气制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空气压缩机系统及氮气制备系统，其中，空气压缩机系统，包括：压缩机组，包括冷却器，冷却器具有第一流道和第二流道，第一流道用于通入待冷却流体；进气管、出气管及风机，进气管与第二流道的进口连通，出气管与第二流道的出口连通，风机设置在进气管上，通过风机能够将冷却气体抽入至进气管中，并通过进气管进入至第二流道，冷却气体在第二流道中与第一流道中的待冷却流体进行换热以对待冷却流体进行冷却，换热后的冷却气体由出气管排出。上述空气压缩机系统能够起到节约水资源、提高冷却效果、降低冷却介质能量损耗、工艺流程简单、装置较少、不存在堵塞管道的问题、既能保证系统持续稳定运行又能节约成本等作用。

Description

空气压缩机系统及氮气制备系统

技术领域

本实用新型涉及焦化工程技术领域，具体地，涉及一种空气压缩机系统及氮气制备系统。

背景技术

目前，空气压缩机组在焦化工程技术领域得到广泛应用，例如，通过空气压缩机组制取压缩空气，以该压缩空气作为原料进行氮气的制备，制备得到的氮气可用于作为厂区内锅炉等设备的保护气体等用途；或者，直接将通过空气压缩机组制取的压缩空气作为厂区内设备的吹扫用气体，等等。

上述空气压缩机组在工作过程中通常需要对其内部的气体、油液等进行冷却，而现有的空气压缩机组常见的冷却方式为水冷式冷却，即采用冷却水作为冷却介质以带走空气压缩机组工作中产生的热量。具体地，如图1所示，水冷式空气压缩机系统1的下游设置有制氮装置2，水冷式空气压缩机系统1制取的压缩空气作为原料通入制氮装置2进行氮气制备，制备得到的氮气供厂区使用。水冷式空气压缩机系统1包括空气压缩机组1-1、循环管道1-2、循环水泵1-3和冷却塔1-4。其中，循环管道1-2与空气压缩机组1-1中的冷却器进行连通，循环管道1-2中存在冷却水，循环水泵1-3设置在循环管道1-2上，通过循环水泵1-3使冷却水在循环管道1-2中流动以形成循环。循环冷却水除流经空气压缩机组1-1外，还可流经厂区内其它需要冷却的设备以对其进行冷却降温。由于对循环冷却水的水质要求较高，需要设置专门的水处理系统保证冷却水在循环过程中不会轻易结垢、堵塞管道，因此在焦化工程厂区内往往设置冷却塔1-4，用于储存并处理冷却水供整个厂区(包括空气压缩机组1-1)使用。

然而，随着环境问题日益受到关注，国家大力推广清洁生产技术，尤其是对水资源的利用极为重视，水冷式冷却技术逐步暴露出弊端。首先，水冷式冷却技术需要的循环冷却水水量较大，由此产生的废水、污水排放量也较大，因此不适宜在缺水地区使用，甚至在水量丰富的地区也不提倡采用；其次，水冷式冷却技术仅依靠显能换热(即换热过程冷却水不发生相变)，因此换热效率较低，冷却效果有限；再次，由于循环冷却水供整个厂区使用，循环管道1-2的路径较长，从而会产生更大的能量损耗，致使所需循环水泵1-3和冷却塔1-4中轴流风机的功率较大；此外，即便是处理过的循环冷却水也难免结垢，堵塞管道，从而带来安全隐患，为了保证系统安全性，需要定期清理维护，费时费力。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种空气压缩机系统及氮气制备系统。

第一方面，本实用新型提供一种空气压缩机系统，包括：压缩机组，包括冷却器，冷却器具有第一流道和第二流道，第一流道用于通入待冷却流体；进气管、出气管及风机，进气管与第二流道的进口连通，出气管与第二流道的出口连通，风机设置在进气管上，通过风机能够将冷却气体抽入至进气管中，并通过进气管进入至第二流道，冷却气体在第二流道中与第一流道中的待冷却流体进行换热以对待冷却流体进行冷却，换热后的冷却气体由出气管排出。

进一步地，进气管的进口与大气连通，冷却气体为大气中的空气，出气管的出口与大气连通。

进一步地，还包括制冷装置，制冷装置设置在进气管上，以用于将进气管中的空气冷却至预设温度。

进一步地，风机为轴流风机，轴流风机设置在进气管中，轴流风机的进出风方向与进气管的中心线平行。

进一步地，冷却器为管壳式冷却器，其中，第一流道为管程，第二流道为壳程。

进一步地，第一流道包括多个第一流道段和至少一个第二流道段，其中，多个第一流道段沿冷却器的周向或径向间隔布置，各第一流道段沿冷却器的轴向延伸设置，通过至少一个第二流道段将相邻的两个第一流道段首尾相连。

进一步地，至少一个第一流道段具有沿垂直于该第一流道段延伸方向的方向弯曲的弯曲部；和/或，至少一个第二流道段沿背离第一流道段的方向弯曲。

进一步地，压缩机组还包括多级压缩机，冷却器设置在相邻两级压缩机之间和多级压缩机整体的下游；和/或，压缩机组还包括压缩机和油液回路，油液回路用于对压缩机内进行喷油，冷却器设置在油液回路上。

第二方面，本实用新型还提供一种氮气制备系统，包括空气压缩机系统和制氮装置，由空气压缩机系统生成的压缩空气作为原料通入至制氮装置中进行氮气的制备，空气压缩机系统为上述的空气压缩机系统。

进一步地，还包括依次设置在空气压缩机系统与制氮装置之间的压缩空气储气罐、干燥净化装置和净化空气储气罐，以及设置在制氮装置下游的氮气储气罐。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的空气压缩机系统通过风机将冷却气体抽入至进气管中，并通过进气管进入至压缩机组的冷却器的第二流道，以在第二流道中与冷却器的第一流道中的待冷却流体进行换热，从而实现对待冷却流体冷却降温。相比于现有的水冷式空气压缩机系统，上述采用冷却气体作为冷却介质进行冷却的空气压缩机系统主要具备以下优点：

1)、无需大量冷却水，从而减少废水、污水排放量，达到节约水资源、环保的目的，特别适用于在水资源贫瘠地区推广使用，当然也可提倡在水量丰富的地区使用；

2)、冷却气体在冷却过程中存在潜能换热，即存在冷却气体中的小液滴(例如空气中的小水滴)遇热汽化以使其发生相变，与现有的冷却水仅存在显能换热相比，换热效率大幅提升，从而有利于提高冷却效果；

3)、由于冷却气体的进气管和出气管无需与冷却塔连接，空气压缩机系统可就近在站房内布置，从而大大降低了远距离输送冷却介质带来的能量损耗，进而降低风机的负荷；

4)、相比于现有的水冷式空气压缩机系统，上述空气压缩机系统的工艺流程简单、装置较少，并且冷却气体不存在堵塞管道的问题，既能保证系统持续稳定运行，又能节约成本。

附图说明

图1为现有技术中的采用水冷式空气压缩机系统的氮气制备系统的结构示意图；

图2为根据本实用新型的一个实施例的空气压缩机系统及采用该空气压缩机系统的氮气制备系统的结构示意图；

图3为图2的空气压缩机系统的压缩机组的结构示意图；

图4为图3的压缩机组的冷却器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的空气压缩机系统及氮气制备系统进行详细描述。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其它器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

本实用新型提供了一种采用冷却气体(例如大气中的空气)作为冷却介质进行冷却的空气压缩机系统，通过该空气压缩机系统能够制备压缩空气，制备得到的压缩空气的具体用途并不作限定，例如，可以用于直接作为吹扫用气体对厂区内设备进行吹扫清洁等用途，也可以用于作为原料进行氮气的制备等用途，等等。

图1为现有技术中的采用水冷式空气压缩机系统的氮气制备系统的结构示意图；图2为根据本实用新型的一个实施例的空气压缩机系统及采用该空气压缩机系统的氮气制备系统的结构示意图；图3为图2的空气压缩机系统的压缩机组的结构示意图；图4为图3的压缩机组的冷却器的结构示意图。

如图2至图4所示，在一些实施例中，空气压缩机系统100包括压缩机组10、进气管20、出气管30及风机40。其中，压缩机组10包括冷却器11，冷却器11具有第一流道111和第二流道112，第一流道111用于通入待冷却流体。进气管20与第二流道112的进口1121连通，出气管30与第二流道112的出口1122连通。风机40设置在进气管20上。通过风机40能够将冷却气体抽入至进气管20中，并通过进气管20进入至第二流道112。上述冷却气体在第二流道112中与第一流道111中的待冷却流体进行换热，以对待冷却流体进行冷却降温。换热后的冷却气体由出气管30排出至压缩机组10外。

在上述空气压缩机系统100中，通过风机40将冷却气体抽入至进气管20中，并通过进气管20进入至压缩机组10的冷却器11的第二流道112，以在第二流道112中与冷却器11的第一流道111中的待冷却流体进行换热，从而实现对待冷却流体冷却降温。相比于现有的水冷式空气压缩机系统，上述采用冷却气体作为冷却介质进行冷却的空气压缩机系统100主要具备以下优点：

1)、无需大量冷却水，从而减少废水、污水排放量，达到节约水资源、环保的目的，特别适用于在水资源贫瘠地区推广使用，当然也可提倡在水量丰富的地区使用；

2)、冷却气体在冷却过程中存在潜能换热，即存在冷却气体中的小液滴(例如空气中的小水滴)遇热汽化以使其发生相变，与现有的冷却水仅存在显能换热相比，换热效率大幅提升，从而有利于提高冷却效果；

3)、由于冷却气体的进气管20和出气管30无需与冷却塔连接，空气压缩机系统100可就近在站房内布置，从而大大降低了远距离输送冷却介质带来的能量损耗，进而降低风机40的负荷；

4)、相比于现有的水冷式空气压缩机系统，上述空气压缩机系统100的工艺流程简单、装置较少，并且冷却气体不存在堵塞管道的问题，既能保证系统持续稳定运行，又能节约成本。

如图2所述，在一些实施例中，进气管20的进口与大气连通，冷却气体为大气中的空气，出气管30的出口与大气连通。大气中的空气的温度一般低于压缩机组10中待冷却流体的温度，通过风机40将低温空气抽入至进气管20中并作为冷却气体进入压缩机组10。同时，换热后的高温空气不存在任何有害物质，可以由出气管30直接排出至大气中，操作更为方便，且节省资源。其中，“低温空气”和“高温空气”是相对而言的，用于表明空气在进行换热后的温度高于进行换热之前的温度，并不代表空气的具体温度处于某一范围内。

需要说明的是，冷却气体的具体类型并不限于大气中的空气，在其它实施方式中，冷却气体也可以为其它类型的气体，例如可以设置惰性气体源，将进气管20、出气管30与惰性气体源均连接以形成循环，通过惰性气体源将惰性气体通入至进气管20中，并且惰性气体通过进气管20进入至压缩机组10中用于冷却待冷却流体。

进一步地，在一些实施例中，空气压缩机系统100还包括制冷装置(图中未示出)，制冷装置设置在进气管20上，以用于将进气管20中的空气冷却至预设温度。通过制冷装置对进入进气管20的空气进行冷却，从而使空气的温度降低至预设温度，这样可以有利于提高后续对压缩机组10中待冷却流体的冷却效果。其中，“预设温度”可以根据压缩机组10中待冷却流体的具体类型、冷却前的温度、冷却后所需达到的温度等进行计算得出。此外，制冷装置的具体类型并不作限定，可以为任何能够实现对空气进行冷却降温的结构。

在一些实施例中，当换热后的高温空气通过出气管30直接排出的大气时，为了避免高温空气对站房内的工作人员造成伤害，可以将出气管30的出口设置在高于工作人员普遍身高的高度上，例如，将出气管30的出口距离地面的高度设置为2.5m以上。同时，将出气管30的出口朝向正上方或者斜上方设置。另外，还可以将出气管30出口通向余热回收装置，通过余热回收装置对高温空气进行降温，并将高温空气中的热量进行回收再利用。至于余热回收装置的具体结构并不作限定，余热回收装置为较为成熟的技术，在此不再赘述。

优选地，在一些实施例中风机40为轴流风机，轴流风机设置在进气管20中，并且轴流风机的进出风方向与进气管20的中心线平行，这样能够保证由进气管20的进口进入的空气全部被输送至冷却器11的第二流道112中，减少风量损失，从而有利于提高冷却效率。当然，在其它实施例中，风机40也可以为能够实现驱动气体流动的其它类型的风机。

需要说明的是，上述压缩机组10的冷却器11的具体结构并不作限定，可以为任何能够实现冷却气体与待冷却流体换热的冷却器结构。例如，如图4所示，在一些实施例中，冷却器11为管壳式冷却器，其中，第一流道111为管程，第二流道112为壳程。具体地，冷却器11包括冷却壳113和设置在冷却壳113内的冷却管114，冷却管114内部形成第一流道111(即为管程)，冷却壳113与冷却管114之间的空间形成第二流道112(即为壳程)。在图4示出的具体实施例中，高温待冷却流体由第一流道111的进口1111进入第一流道111(管程)，低温空气由第二流道112的进口1121进入第二流道112(壳程)，高温待冷却流体与低温空气进行换热，换热后的低温待冷却流体由第一流道111的出口1112流出，高温空气由第二流道112的出口1122流出。其中，“低温待冷却流体”和“高温待冷却流体”是相对而言的，用于表明待冷却流体在进行换热后的温度低于进行换热之前的温度，并不代表待冷却流体的具体温度处于某一范围内。

进一步地，如图4所示，在一些实施例中，第一流道111包括多个第一流道段111a和至少一个第二流道段111b。其中，多个第一流道段111a沿冷却器11的周向或径向间隔布置，各第一流道段111a沿冷却器11的轴向延伸设置，通过至少一个第二流道段111b将相邻的两个第一流道段111a首尾相连。也就是说，第一流道111的大致走向呈“蛇形”，这样设置可以增加第一流道111与第二流道112的换热面积，从而提高换热冷却效果。

需要注意的是，第一流道段111a的第二流道段111b的具体数量、形状、尺寸等可以根据具体换热需求、冷却壳113内空间等因素进行合理设计。以第一流道段111a的第二流道段111b的形状为例，在图4示出的具体实施例中，第一流道段111a呈直线状。当然，在图中未示出的其它实施例中，至少一个第一流道段111a也可以具有沿垂直于该第一流道段111a延伸方向的方向弯曲的弯曲部，也就是说，该第一流道段111a的至少部分是呈弯曲状的，这样可以进一步增加第一流道111与第二流道112的换热面积，从而提高换热冷却效果。此外，在图4示出的具体实施例中，用于连通相邻的第一流道段111a的第二流道段111b均呈朝向沿背离第一流道段111a的方向弯曲的弧形，这样可以使相邻的第一流道段111a之间均匀过度，从而减少冷却气体的能量损失。当然，在其它实施例中，也可以至少一个第二流道段111b沿背离第一流道段111a的方向弯曲。

需要说明的是，上述压缩机组10的冷却器11的具体设置位置并不作限定，可以根据待冷却流体的具体类型进行设计。例如，如图3所示，在一些实施例中，压缩机组10还包括多级压缩机12，冷却器11设置在相邻两级压缩机12之间和多级压缩机12整体的下游。待冷却流体为设置在冷却器11的上游的压缩机12排出的气体(即为待冷却流体)和多级压缩机12整体最终生成的气体(即为待冷却流体)。在图3示出的具体实施例中，多级压缩机12包括一级压缩机12a和二级压缩机12b，冷却器11设置在一级压缩机12a和二级压缩机12b之间以及二级压缩机12b的下游。此时，位于一级压缩机12a和二级压缩机12b之间的冷却器11为中间冷却器，二级压缩机12b下游的冷却器11为后冷却器。经过一级压缩机12a压缩生成的气体先进入中间冷却器进行冷却降温，再进入二级压缩机12b进行压缩，经过二级压缩机12b压缩生成的气体进入后冷却器进行冷却降温。另外，在一些实施例中，压缩机组10还包括压缩机12和油液回路，油液回路用于对压缩机12内进行喷油。冷却器11设置在油液回路上以用于对油液(即为待冷却流体)进行冷却降温。

如图2所示，本实用新型还提供了一种氮气制备系统，包括空气压缩机系统100和制氮装置200，由空气压缩机系统100生成的压缩空气作为原料通入至制氮装置200中进行氮气的制备。空气压缩机系统100为上述的空气压缩机系统100。

进一步地，氮气制备系统还包括依次设置在空气压缩机系统100与制氮装置200之间的压缩空气储气罐300、干燥净化装置400和净化空气储气罐500，以及设置在制氮装置200下游的氮气储气罐600。空气压缩机系统100制备生成的压缩空气进入压缩空气储气罐300内进行稳压；由压缩空气储气罐300出来的压缩空气进入干燥净化装置400进行干燥净化；干燥净化装置400制备生成的净化压缩空气进入净化空气储气罐500内进行稳压；由净化空气储气罐500出来的净化压缩空气作为原料进入制氮装置200进行氮气的制备；制氮装置200制备得到的氮气进入氮气储气罐600进行稳压；由氮气储气罐600出来的氮气可供厂区使用。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气压缩机系统，其特征在于，包括：

压缩机组，包括冷却器，所述冷却器具有第一流道和第二流道，所述第一流道用于通入待冷却流体；

进气管、出气管及风机，所述进气管与所述第二流道的进口连通，所述出气管与所述第二流道的出口连通，所述风机设置在所述进气管上，通过所述风机能够将冷却气体抽入至所述进气管中，并通过所述进气管进入至所述第二流道，所述冷却气体在所述第二流道中与所述第一流道中的所述待冷却流体进行换热以对所述待冷却流体进行冷却，换热后的所述冷却气体由所述出气管排出。

2.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其特征在于，所述进气管的进口与大气连通，所述冷却气体为大气中的空气，所述出气管的出口与大气连通。

3.根据权利要求2所述的空气压缩机系统，其特征在于，还包括制冷装置，所述制冷装置设置在所述进气管上，以用于将所述进气管中的空气冷却至预设温度。

4.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其特征在于，所述风机为轴流风机，所述轴流风机设置在所述进气管中，所述轴流风机的进出风方向与所述进气管的中心线平行。

5.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其特征在于，所述冷却器为管壳式冷却器，其中，所述第一流道为管程，所述第二流道为壳程。

6.根据权利要求5所述的空气压缩机系统，其特征在于，所述第一流道包括多个第一流道段和至少一个第二流道段，其中，多个所述第一流道段沿所述冷却器的周向或径向间隔布置，各所述第一流道段沿所述冷却器的轴向延伸设置，通过至少一个所述第二流道段将相邻的两个所述第一流道段首尾相连。

7.根据权利要求6所述的空气压缩机系统，其特征在于，至少一个所述第一流道段具有沿垂直于该第一流道段延伸方向的方向弯曲的弯曲部；和/或，至少一个所述第二流道段沿背离所述第一流道段的方向弯曲。

8.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其特征在于，

所述压缩机组还包括多级压缩机，所述冷却器设置在相邻两级所述压缩机之间和多级所述压缩机整体的下游；和/或，

所述压缩机组还包括压缩机和油液回路，所述油液回路用于对所述压缩机内进行喷油，所述冷却器设置在所述油液回路上。

9.一种氮气制备系统，包括空气压缩机系统和制氮装置，由所述空气压缩机系统生成的压缩空气作为原料通入至所述制氮装置中进行氮气的制备，其特征在于，所述空气压缩机系统为权利要求1至8中任一项所述的空气压缩机系统。

10.根据权利要求9所述的氮气制备系统，其特征在于，还包括依次设置在所述空气压缩机系统与所述制氮装置之间的压缩空气储气罐、干燥净化装置和净化空气储气罐，以及设置在所述制氮装置下游的氮气储气罐。

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