CN217058158U - 一种膨胀空气的冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种膨胀空气的冷却系统，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器、主空气输送管道和精馏塔，所述的精馏塔包括上塔和下塔,所述的上塔底部设有主冷凝蒸发器,所述的上塔设置有氧气出口，主换热器和氧气出口上设置有成品氧气输送管，主换热器、主空气输送管道和上塔之间设置有空气输送支管，主空气输送管道的末端和下塔相连通，主换热器和上塔之间的空气输送支管上设置有透平膨胀机，空气输送支管和成品氧气输送管上设置有第一辅助换热器。本产品降低空分设备运行所需的能耗，本实用新型调节、使用方便，具有广泛的市场前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及深冷空分技术领域，具体涉及一种膨胀空气的冷却系统。
背景技术
随着社会经济的发展，近年来，空分设备的应用领域不断扩展，如石化、玻璃、橡胶、建筑、碳纤维等行业都有涉足。企业对空分设备的要求不断提高，对空分系统的安全性、可操作性提出了更高的需求。
现有技术中原料空气经透平膨胀机降温后通常是直接送入精馏塔进行精馏，原料空气的降温单纯的依靠透平膨胀机来实现，通过透平膨胀机降温后的原料空气送入精馏塔仍存在过热度过高的情况从而引起精馏效率不高，系统能耗过大的情况。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能够降低空分设备运行所需的能耗的膨胀空气的冷却系统，用于克服现有技术中缺陷。
本实用新型采用的技术方案为：一种膨胀空气的冷却系统，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器、主空气输送管道和精馏塔，所述的精馏塔包括上塔和下塔,所述的上塔底部设有主冷凝蒸发器,所述的上塔设置有氧气出口，主换热器和氧气出口上设置有成品氧气输送管，主换热器、主空气输送管道和上塔之间设置有空气输送支管，主空气输送管道的末端和下塔相连通，主换热器和上塔之间的空气输送支管上设置有透平膨胀机，透平膨胀机与上塔之间的空气输送支管和主换热器与氧气出口之间的成品氧气输送管上设置有第一辅助换热器。
优选的，所述的透平膨胀机和第一辅助换热器之间的空气输送支管上设置有第一温度传感器，主空气输送管道和主换热器之间的空气输送支管上设置有第二辅助换热器。
优选的，所述的第一辅助换热器与上塔之间的空气输送支管上设置有第二温度传感器，第一辅助换热器与主换热器之间的成品氧气输送管上设置有第三温度传感器。
优选的，所述的氧气出口一侧的上塔上设置有第四温度传感器。
优选的，所述的主换热器远离上塔一侧的成品氧气输送管上设置有第一在线色谱检测仪。
优选的，所述的空气输送支管在远离主换热器一侧的主空气输送管道上设置增压机组，空气输送支管和主换热器之间的主空气输送管道上设置有第一调节阀，主空气输送管道和主换热器之间的空气输送支管上设置有第二调节阀。
本实用新型有益效果是：首先，本实用新型产品在经过透平膨胀机降温后又和第一辅助换热器冷源通道内的低温氧气进行二次热交换，降低进入所述的精馏塔的原料空气的温度，整体能耗更低。
其次，本实用新型增加了一个第一辅助换热器，与传统空分无冷却器工艺相比改善了上塔精馏工况，提高了上塔精馏效率，降低了上塔设备高度，虽然增加设备，却减少了投资，提高了设备的安全性；也降低了空分运行能耗，符合国家现在对高耗能产业的节能减排的要求。以10000型空分为例，系统总功率约6300kw，每年运行时间按8400小时计算，则节约电耗246400度电；每年节约费用约17.2万元。从而可见，产生的效益十分可观。
最后，本实用新型在夏季由于环境温度过高，为了方便降低透平膨胀机的负载在原料空气进入透平膨胀机之前先进入到第二辅助换热器的热源通道并同时向第二辅助换热器的冷源通道内输送冷冻水用以降低从空气输送支管输送给第二辅助换热器的热源通道内的原料空气的温度而后在进入透平膨胀机进行膨胀冷却，在夏季运行时有效的降低了透平膨胀机的负载间接提高了透平膨胀机的使用寿命和运行安全。
本实用新型具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1细节A的局部放大示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种膨胀空气的冷却系统，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器1、主空气输送管道2和精馏塔，所述的精馏塔包括上塔3和下塔4,所述的上塔3底部设有主冷凝蒸发器5,所述的上塔3设置有氧气出口6，主换热器1和氧气出口6上设置有成品氧气输送管7，主换热器1、主空气输送管道2和上塔3之间设置有空气输送支管8，主空气输送管道2的末端和下塔4相连通，主换热器1和上塔3之间的空气输送支管8上设置有透平膨胀机9，透平膨胀机9与上塔3之间的空气输送支管8和主换热器1与氧气出口6之间的成品氧气输送管7上设置有第一辅助换热器10。
下塔4的顶部与主冷凝蒸发器5热源通道入口端通过热源氮气输送管23相连通，主冷凝蒸发器5热源通道出口端与上塔3通过液氮输送管24相连通，下塔4的底部与上塔3通过富氧液空输送管21相连通，上塔3的顶端设置有再生用污氮输送管28，上塔3还设置有成品氮气输送管29，成品氮气输送管29、再生用污氮输送管28、富氧液空输送管21以及液氮输送管24上设置有过冷器30，成品氮气输送管29与再生用污氮输送管28分别作为过冷器30的热源，富氧液空输送管21与液氮输送管24分别作为过冷器30的冷源；主冷凝蒸发器5热源通道出口端与过冷器30之间的液氮输送管24与下塔4的顶部通过回流管26相连通，回流管26上设置有第五调节阀27，过冷器30和上塔3之间的富氧液空输送管21上设置有第三调节阀22，过冷器30和上塔3之间的液氮输送管24上设置有第四调节阀25。
主空气输送管道2、成品氧气输送管7、空气输送支管8、再生用污氮输送管28以及成品氮气输送管29均有部分相应的管路安装在主换热器1上。
另外本产品还设置有冷箱20，主换热器1、所述的精馏塔以及第一辅助换热器10均安装在冷箱20内，所述的透平膨胀机9和第一辅助换热器10之间的空气输送支管8上设置有第一温度传感器11，主空气输送管道2和主换热器1之间的空气输送支管8上设置有第二辅助换热器12，第二辅助换热器12安装在冷箱20外侧。在夏季由于环境温度过高，为了方便降低透平膨胀机9的负载在原料空气进入透平膨胀机9之前先进入到第二辅助换热器12的热源通道并同时向第二辅助换热器12的冷源通道内输送冷冻水用以降低从空气输送支管8输送给第二辅助换热器12的热源通道内的原料空气的温度而后在进入透平膨胀机9进行膨胀冷却，在夏季运行时有效的降低了透平膨胀机9的负载间接提高了透平膨胀机9的使用寿命和运行安全。
所述的第一辅助换热器10与上塔3之间的空气输送支管8上设置有第二温度传感器13，第一辅助换热器10与主换热器1之间的成品氧气输送管7上设置有第三温度传感器14。所述的空气输送支管8在远离主换热器1一侧的主空气输送管道2上设置增压机组16，空气输送支管8和主换热器1之间的主空气输送管道2上设置有第一调节阀17，主空气输送管道2和主换热器1之间的空气输送支管8上设置有第二调节阀18。根据第二温度传感器13以及第三温度传感器14所反馈的数据进而调整第一调节阀17与第二调节阀18的开度进而调整通过主空气输送管道2输送给上塔3的原料空气以及通过空气输送支管8作为第一辅助换热器10的热源然后输送给上塔3的原料空气，进而确保作为第一辅助换热器10热源的原料空气的输送量。
所述的氧气出口6一侧的上塔3上设置有第四温度传感器15。安装第四温度传感器15方便反馈氧气出口6输送氧气的温度参数。
所述的主换热器1远离上塔3一侧的成品氧气输送管7上设置有第一在线色谱检测仪19；所述的主换热器1远离上塔3一侧的成品氮气输送管29上设置有第二在线色谱检测仪31。安装第一在线色谱检测仪19以及第二在线色谱检测仪31方便反馈相应的纯度参数。
本产品使用方法如下：如图1、2所示，原料空气经增压机组16增压后而后一部分继续通过主空气输送管道2输送给下塔4，期间作为第一个热源经过主换热器1；另外一部分经空气输送支管8作为主换热器1的第二个热源通过主换热器1，而后经过透平膨胀机9的膨胀形成第一次降温，第一次降温的参数通过第一温度传感器11进行反馈，再然后通过第一辅助换热器10的热源通道同氧气出口6经成品氧气输送管7输送给第一辅助换热器10的冷源通道的低温氧气进行热交换形成第二次降温而后输送给氧气出口6上方的上塔3内。作为第一辅助换热器10冷源的低温氧气被加热后继续通过成品氧气输送管7经过主换热器1，期间作为主换热器1第一个冷源，最后在经过第一在线色谱检测仪19反馈浓度参数后送给用户。
通过主空气输送管道2输送给下塔4的原料空气经过塔板逐步分离在下塔4顶部形成高纯氮气而后作为主冷凝蒸发器5的热源通道与主冷凝蒸发器5的冷源通道内的液氧进行热交换形成液氮，一部分液氮回流到下塔4顶部作为下塔4内的冷源逐渐下落最终在下塔4的底部形成富氧液态空气；另一部分液氮作为过冷器30的一个冷源经过冷器30后输送给上塔3作为上塔3的一个冷源；所述的富氧液态空气作为过冷器30的另一个冷源经过冷器30后输送给上塔3作为上塔3的另一个冷源。
上塔3内由主冷凝蒸发器5的冷源通道内汽化形成的氧气在上升过程中先经过所述的富氧液态空气的冷却而后在经过进入上塔3的液氮的冷却形成液态空气重新回流至主冷凝蒸发器5的冷源通道内，因此在主冷凝蒸发器5上方的部分上塔3的塔体内存在大量的高纯氧气，并能够通过相应高度的温度参数来反馈该信息；所述的富氧液态空气的氮气部分以及杂质部分上升至上塔3塔顶形成污氮气，所述的污氮气通过再生用污氮输送管28作为过冷器30的一个热源经过冷器30后，再作为主换热器1的第二个冷源经过主换热器1后输送给相应的用户端。上塔3塔顶下方存在高纯度的成品氮气经成品氮气输送管29作为过冷器30的另一个热源经过冷器30后，再作为主换热器1的第三个冷源经过主换热器1后，最后经过第二在线色谱检测仪31反馈浓度后输送给相应的用户。
通过本实施例，和现有技术相对比来说，由于本产品在经过透平膨胀机9降温后又和第一辅助换热器10冷源通道内的低温氧气进行二次热交换，降低进入所述的精馏塔的原料空气的温度，整体能耗更低；并且温度更低的原料空气进入所述的精馏塔进行精馏能够降低所述的精馏塔的整体高度，这是由于所需的理论塔板数的降低决定的，减少了设备的投资。
另外需要说明的是发明在于将101K的膨胀空气冷却到95K，部分消除膨胀空气过热度，改善上塔精馏工况，提高精馏效率，降低装置能耗；并可以降低上塔高度，减少设备投资。本装置将93K的氧气升温到约97K，从而间接提高装置效率。所述的精馏系统中，上塔采用规整填料塔。所述的换热器采用铝制板翅式换热器。
本实用新型是满足于深冷空分技术领域工作者需要的一种膨胀空气的冷却系统，使得本实用新型具有广泛的市场前景。
Claims (6)
1.一种膨胀空气的冷却系统，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器(1)、主空气输送管道(2)和精馏塔，所述的精馏塔包括上塔(3)和下塔(4),所述的上塔(3)底部设有主冷凝蒸发器(5),其特征在于：所述的上塔(3)设置有氧气出口(6)，主换热器(1)和氧气出口(6)上设置有成品氧气输送管(7)，主换热器(1)、主空气输送管道(2)和上塔(3)之间设置有空气输送支管(8)，主空气输送管道(2)的末端和下塔(4)相连通，主换热器(1)和上塔(3)之间的空气输送支管(8)上设置有透平膨胀机(9)，透平膨胀机(9)与上塔(3)之间的空气输送支管(8)和主换热器(1)与氧气出口(6)之间的成品氧气输送管(7)上设置有第一辅助换热器(10)。
2.根据权利要求1所述的膨胀空气的冷却系统，其特征在于：所述的透平膨胀机(9)和第一辅助换热器(10)之间的空气输送支管(8)上设置有第一温度传感器(11)，主空气输送管道(2)和主换热器(1)之间的空气输送支管(8)上设置有第二辅助换热器(12)。
3.根据权利要求1所述的膨胀空气的冷却系统，其特征在于：所述的第一辅助换热器(10)与上塔(3)之间的空气输送支管(8)上设置有第二温度传感器(13)，第一辅助换热器(10)与主换热器(1)之间的成品氧气输送管(7)上设置有第三温度传感器(14)。
4.根据权利要求1所述的膨胀空气的冷却系统，其特征在于：所述的氧气出口(6)一侧的上塔(3)上设置有第四温度传感器(15)。
5.根据权利要求1所述的膨胀空气的冷却系统，其特征在于：所述的主换热器(1)远离上塔(3)一侧的成品氧气输送管(7)上设置有第一在线色谱检测仪(19)。
6.根据权利要求1所述的膨胀空气的冷却系统，其特征在于：所述的空气输送支管(8)在远离主换热器(1)一侧的主空气输送管道(2)上设置增压机组(16)，空气输送支管(8)和主换热器(1)之间的主空气输送管道(2)上设置有第一调节阀(17)，主空气输送管道(2)和主换热器(1)之间的空气输送支管(8)上设置有第二调节阀(18)。
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| CN114459205A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-10 | 开封黄河空分集团有限公司 | 一种膨胀空气的冷却系统 |
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2022
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