CN219037383U - 空分装置的加热系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种空分装置的加热系统，属于空分装置技术领域，加热系统包括空分装置和连通通路，其中，空分装置设有至少两个，空分装置包括依次串接的压缩机、纯化单元和空分组件，连通通路与空分装置数量相同，至少两个连通通路的一端相互连通，至少两个连通通路的另一端分别连通于对应的纯化单元和空分组件之间的管道。本实用新型提供的加热系统中，待复热空分组件可以分流少量其他工作空分组件对应压缩机的高压空气，便于对待复热空分组件缓慢恢复常温，避免回温过快对空分组件造成的应力损伤，还可以解决了使用一台压缩机单独给待复热空分组件提供高压空气导致高压空气利用率低的问题。

Description

空分装置的加热系统
技术领域
本实用新型属于空分装置技术领域，具体涉及一种空分装置的加热系统。
背景技术
空分装置是用来把空气中的各组份气体分离，分别生产氧气、氮气，氩气等气体的一套工业设备装置。在冶金行业中，一般是采用空分装置来制氧。空分装置中的空分组件例如精馏塔会在运行中会有碳氢化合物和二氧化碳聚集，为了保证安全稳定运行，一般每三年对空分装置加热，将残留在精馏塔中的水份、二氧化碳、氧化亚氮等杂质进行加温吹除。
现有技术中，在排液加热过程中需空压机运行，空压机提供的压缩空气作为加热精馏塔的热源，在复热过程中，需保证精馏塔加热过程温差不过大，均匀平稳上升，另通过精馏塔的加热气量不能大，会损坏精馏塔，因此，空压机产生的高压空气只有约30％左右用于对精馏塔复热，大量升压后的空气通过放散阀排放，造成了能源浪费。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种空分装置的加热系统，可以对空分装置缓慢复热，且节约能源。
本实用新型采用的技术方案为：提供了一种空分装置的加热系统，包括：
空分装置，设有至少两个，所述空分装置包括依次串接的压缩机、纯化单元和空分组件；
连通通路，与所述空分装置数量相同，所述至少两个连通通路的一端相互连通，所述至少两个连通通路的另一端分别连通于对应的所述纯化单元和所述空分组件之间的管道。
在一些实施例中，所述空分装置的数量为两个或者三个。
在一些实施例中，每个所述连通通路上设有控制通断的第一开闭阀。
在一些实施例中，所述至少两个连通通路的相互连通处设有第一排气阀；每个所述连通通路上设有流量计。
在一些实施例中，所述空分装置还包括串接于所述空分组件的排气口的第二排气阀以及串接于所述纯化单元和所述空分组件之间的调节阀，所述调节阀的输入端连通于对应的所述连通通路。
在一些实施例中，所述纯化单元包括两个并接的纯化组件，每个纯化组件包括纯化器，两个所述纯化器的输入端均连通于对应的所述压缩机的排气口，两个所述纯化器的输出端均连通于对应的所述空分组件。
在一些实施例中，每个纯化组件包括依次串接于所述纯化器的输出端的连通管和第二开闭阀，两个所述第二开闭阀均连通于对应的所述空分组件；
所述加热系统包括与所述空分装置数量相同的活化再生组件，所述活化再生组件包括依次连通的第三开闭阀和加热单元，所述第三开闭阀连通于对应的所述纯化单元与所述空分组件之间的管道，所述加热单元连通于对应的两个所述连通管。
在一些实施例中，所述加热单元为蒸汽加热器和/或电加热器。
在一些实施例中，所述活化再生组件还包括与所述纯化器数量相同的放散阀，所述放散阀的两端分别连通于对应的所述纯化器入口以及放散塔。
在一些实施例中，所述加热系统还包括与所述空分装置数量相同的第四开闭阀，所述第四开闭阀的两端分别连通于对应的所述空分组件的污氮出口以及对应的所述纯化单元的两个连通管。
本实用新型的有益效果至少包括：
本实用新型所提供的空分装置的加热系统包括空分装置和连通通路，其中，空分装置设有至少两个，空分装置包括依次串接的压缩机、纯化单元和空分组件，连通通路与空分装置数量相同，至少两个连通通路的一端相互连通，至少两个连通通路的另一端分别连通于对应的纯化单元和空分组件之间的管道。压缩机将空气压缩，然后进入纯化单元中去除水分、吸附CO2以及碳氢化合物，然后进入至空分组件中分离出氧气、氮气以及氩气。在需要对某个空分组件排液复热时，该空分组件所在的压缩机和纯化单元均停止工作，其余空分装置正常工作，其余空分装置的压缩机形成的压力常温空气进入对应的纯化单元中干燥并吸附杂质，此时纯化单元处理后的低压干燥空气一路进入对应的空分组件分离出产品，另一路通过连通通路进入至处于停止工作状态的纯化单元对应的空分组件内，从而对未工作的空分组件复热至常温；对待复热空分组件来讲，其可以分流少量其他工作空分组件对应压缩机的高压空气，便于对待复热空分组件缓慢恢复常温，避免回温过快对空分组件造成的应力损伤，还可以解决了使用一台压缩机单独给待复热空分组件提供低压空气导致低压空气利用率低的问题。
附图说明
图1示出了本实施例的一种空分装置的加热系统的结构示意图。
图2示出了空分装置数量为两个时空分组件复热的原理图。
附图标记说明：
10-空分装置，11-压缩机，12-纯化单元，121-纯化器，122-连通管，123-第二开闭阀，124-第六开闭阀，13-空分组件，14-第二排气阀，15-调节阀，
20-连通通路，21-第一开闭阀，22-第一排气阀，23-流量计，
30-活化再生组件，31-第三开闭阀，32-蒸汽加热器，33-电加热器，34-放散阀，35-放散塔，36-第四开闭阀，37-第五开闭阀。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
本申请实施例提供了一种空分装置的加热系统，该加热系统利用其中一个空分装置的压缩机为另一个空分装置复热提供热能，保证复热过程缓慢升温，降低了空分装置的故障率；同时解决了使用一台压缩机单独给待复热空分组件提供高压空气导致高压空气利用率低的问题。
请结合图1，本申请实施例提供的空分装置的加热系统包括空分装置10和连通通路20，其中，空分装置10设有至少两个，空分装置10包括依次串接的压缩机11、纯化单元12和空分组件13，连通通路20与空分装置10数量相同，至少两个连通通路20的一端相互连通，至少两个连通通路20的另一端分别连通于对应的纯化单元12和空分组件13之间的管道。
一般空分装置10设有两个或者三个，当然也可能是其他数量，压缩机11将空气压缩，形成低压常温空气，然后进入纯化单元12中去除水分、CO2以及碳氢化合物等杂质，然后进入至空分组件13中分离出氧气、氮气和氩气，并排出污氮。请结合图2，在需要对某个空分组件13加热排液时，该待复热的空分组件13对应的压缩机11和纯化单元12均停止工作，其余空分装置10正常工作，其余空分装置10的压缩机11形成的低压常温空气进入对应的纯化单元12中干燥并吸附杂质，此时纯化单元12处理后的低压干燥空气一路进入对应的空分组件13分离出产品，另一路通过连通通路20进入至待复热的空分组件13内进行热交换，以将空分组件13中的精馏塔缓慢加热至常温，以排出水分、二氧化碳和杂质气体；对待复热空分组件13来讲，其可以分流少量其他工作空分组件13对应压缩机11的低压常温空气，便于将待复热空分组件13缓慢恢复常温，避免回温过快对空分组件13造成的应力损伤，还解决了使用一台压缩机11单独给待复热空分组件13提供低压空气导致低压空气利用率低的问题。
为了避免工作空分组件13中的低温气体反流至连通通路20中腐蚀连通通道，在一些实施例中，请结合图1，每个连通通路20上设有控制通断的第一开闭阀21，优选地，第一开闭阀21靠近连通通路20的另一端，也就是多个连通通路20相背离的一端。在需要复热时，第一开闭阀21打开，在不需要复热时，第一开闭阀21关闭。
为了平衡管道内的压力，请结合图1，在一些实施例中，至少两个连通通路20的相互连通处设有第一排气阀22；在另一个实施例中，每个连通通路20上设有流量计23，以根据空分组件13的复热需求监测低压气体流量。
在一些实施例中，空分装置10还包括调节阀15和第二排气阀14，调节阀15串接于纯化单元12和空分组件13之间，调节阀15的输入端连通于对应的连通通路20，可用于调节进入对应的空分组件13的复热低压常温空气的流量，保证空分组件13缓慢复热，第二排气阀14连通于空分组件13的排气口，用于排出与空分组件13内热量交换后的气体。
请继续结合图1，在一些实施例中，纯化单元12包括两个并接的纯化组件，每个纯化组件包括纯化器121，两个纯化器121均连通于对应的压缩机11的排气口，两个纯化器121的输出端均连通于对应的空分组件13，在其他实施例中，两个纯化器121的输出端均连通于对应的调节阀15，纯化器121可以将压缩机11压缩空气中的杂质比如水蒸气、二氧化碳以及碳氢化合物脱至痕量，由此避免因杂质造成的管道冻结堵塞。纯化器121设有吸附床，低压空气通过吸附床的过程中，吸附床可以吸附杂质，从而将空气纯化；当吸附床达到转效点或者预定时间后可以通过加热使吸附床脱附杂质实现再生。纯化器121是一种常用的纯化装置，例如分子筛，纯化器121的更多内容本申请不过限制，具体结构可参见现有技术公开。设置两台纯化器121，其中一台可以对压缩机11产生的压缩空气纯化，另一台可以再生，从而使得空分装置10可以连续的实现空气组分分离。
在一些实施例中，请结合图1，每个纯化组件包括依次串接于纯化器121的输出端的连通管122和第二开闭阀123，两个第二开闭阀123均连通于对应的空分组件13；加热系统包括与空分装置10数量相同的活化再生组件30，活化再生组件30包括依次连通的第三开闭阀31和加热单元，第三开闭阀31连通于对应的纯化单元12和空分组件13之间的管道，具体地，第三开闭阀31连通于纯化单元12以及调节阀15的输入端之间的管道，加热单元连通于对应的两个连通管122。第二开闭阀123打开状态，第三开闭阀31关闭状态时，纯化器121处于吸附杂质即工作状态，经纯化器121纯化后的低压空气可以进入空分组件13实现组分分离；第二开闭阀123关闭，第三开闭阀31打开状态时，其他空分装置10的纯化器121纯化后的低压空气可以分流至活化再生组件30中，经过第三开闭阀31进入至加热单元加热，然后再进入到纯化器121内加热，适用于在一台空分装置的分子筛更换后或者长期不使用的纯化器121需要活化的场景。
在其他实施例中，每个纯化组件的两个第二开闭阀123的输出端均连通于对应的调节阀15。在一些实施例中，连通于第三开闭阀31的输入端的管道直径小于连通于第三开闭阀31输出端的管道直径，可对纯化器121纯化后的空气进行降压。
在一些实施例中，请结合图1，加热单元为蒸汽加热器32和/或电加热器33，通过蒸汽加热器32和/或电加热器33对常压空气加热，从而实现纯化器121的活化；在加热单元为蒸汽加热器32和电加热器33时，第三开闭阀31、蒸汽加热器32和电加热器33可依次串接，蒸汽加热器32以及电加热器33均为现有技术，其具体内容可参照现有技术公开，本申请不作赘述。
在一些实施例中，请继续结合图1，活化再生组件30还包括与空分装置10数量相同的第四开闭阀36，第四开闭阀36的两端分别连通于对应的空分组件13的污氮出口以及对应的纯化单元12的两个连通管122。空分组件13排出的污氮温度低，可以通入连通管122及进入纯化器121中对脱附后的吸附床进行冷却，以使得吸附床快速降温以恢复吸附杂质的能力。另外，污氮还可以作为纯化器的再生气源，第四开闭阀36的输出端连通于第三开闭阀31和加热单元之间的管道，将污氮加热后实现对纯化器121吸附床的加热脱附，实现再生。污氮加热实现纯化器再生的行走路径为：第四开闭阀36、加热单元、待再生的纯化器121、放散阀34和放散塔35；污氮冷却纯化器121的吸附床的路径为：第四开闭阀36、连通管122、待冷却的纯化器121、放散阀34和放散塔35。
为了实现对纯化单元的两个纯化器121单独加热活化，在在一些实施例中，加热单元分别通过两个第五开闭阀37连通于对应的两个连通管122，即加热单元的输出端通过一个第五开闭阀37连通于对应的纯化单元中的一个连通管122，加热单元的输出端通过另一个第五开闭阀37连通于对应的纯化单元的另一个连通管122。
在一些实施例中，请继续结合图1，加热系统还包括与纯化器121数量相同的放散阀34，放散阀34的两端分别连通于对应的纯化器121入口以及放散塔35，高温气体对纯化器121的吸附床加热脱附后形成的废气通过放散阀34以及放散塔35放散。在其他实施例中，纯化组件还包括串接于纯化器121输入端的第六开闭阀124，每个纯化单元12的两个第六开闭阀124的输入端均连通于对应的压缩机11，放散阀34的输入端连通于第六开闭阀124的输出端，在对纯化器121再生或者冷却回复吸附能力时，第六开闭阀124关闭，使得气体不能进入压缩机11，而是通过放散阀34排至放散塔35放散。
以空分装置10数量为2个为例，两个空分装置10分别为第一空分装置和第二空分装置，本申请实施例提供的加热系统的运行过程如下：
第一空分装置和第二空分装置均处于工作状态，第一空分装置的两个纯化组件中，一个处于工作状态，一个处于再生状态，第二空分装置的的两个纯化组件中，一个处于工作状态，一个处于再生状态，两个第一开闭阀21关闭，处于工作状态的两个纯化组件的第二开闭阀123打开，处于再生状态的两个纯化组件的第二开闭阀123关闭，两个第三开闭阀31关闭，两个调节阀15打开，第一空分装置的工作通路：压缩机11将空气变为低压常温气体，低压常温气体从处于工作状态的纯化组件的第六开闭阀124进入至纯化器121中被纯化，然后通过第二开闭阀123以及调节阀15进入至空分组件13分离空气组分；同理，第二空分装置的工作通路：压缩机11将空气变为低压常温气体，低压常温气体从处于工作状态的纯化组件的第六开闭阀124进入至纯化器121中被纯化，然后通过打开的第二开闭阀123以及调节阀15进入至空分组件13分离空气组分。
请结合图2，在第一空分装置(图2中左侧的空分装置10)工作状态，第二空分装置(图2中右侧的空分装置10)的空分组件13复热时：第一空分装置的两个纯化组件中，一个处于工作状态，一个处于再生状态，两个第一开闭阀21打开，第一空分装置中处于工作状态的纯化组件的第二开闭阀123打开，第一空分装置中处于再生状态的纯化组件的第二开闭阀123关闭，第二空分装置的两个第二开闭阀123关闭，两个第三开闭阀31关闭，打开两个调节阀15，第一空分装置的压缩机11压缩后的低压常温空气一路通过处于工作状态的纯化组件的第六开闭阀124、纯化器121、调节阀15进入至空分组件13，另一路通过两个第一开闭阀21运动至第二空分装置的调节阀15，然后进入第二空分装置的空分组件13进行复热，再由第二空分装置的第二排气阀14排出；同理，在第一空分装置(图2中左侧的空分装置10)的空分组件13需复热，第二空分装置(图2中右侧的空分装置10)工作状态时，第二空分装置的两个纯化组件中，一个处于工作状态，一个处于再生状态，两个第一开闭阀21打开，第二空分装置中处于工作状态的纯化组件的第二开闭阀123打开，处于再生状态的纯化组件的第二开闭阀123关闭，第一空分装置的两个第二开闭阀123关闭，两个第三开闭阀31关闭，打开两个调节阀15，第二空分装置的压缩机11压缩后的高压常温空气一路通过第二空分装置的处于工作状态的纯化组件、调节阀15进入至空分组件13，另一路通过两个第一开闭阀21进入至第一空分装置的调节阀15，然后进入第一空分装置的空分组件13进行复热，再由第一空分装置的第二排气阀14排出。
第一空分装置更换了新的纯化器，纯化器内吸附床加热活化的运行路径：第一空分装置未工作，第二空分装置处于工作状态，第二空分装置的两个纯化组件中，一个处于工作状态，一个处于再生状态，两个第一开闭阀21打开，第二空分装置中处于工作状态的纯化组件的第六开闭阀124和第二开闭阀123打开，处于再生状态的纯化组件的第六开闭阀124和第二开闭阀123关闭，第一空分装置中，调节阀15、两个第六开闭阀124以及两个第二开闭阀123关闭，对应的活化再生组件30的第三开闭阀31打开，需要加热活化的纯化器121对应的第五开闭阀37打开，第二空分装置中，对应的第三开闭阀31关闭，调节阀15打开，处于工作状态的纯化组件的第二开闭阀123和第六开闭阀124均打开，第二空分装置的压缩机11压缩后的高压常温空气一路通过第二空分装置的处于工作状态的纯化组件、调节阀15进入至空分组件13，另一路通过两个第一开闭阀21进入至第一空分装置对应的第三开闭阀31并在管道逐步降压，再通过加热单元以及第五开闭阀37对第一空分装置的纯化器121加热活化，然后再通过放散阀34排放至放散塔35。
本申请实施例提供的加热系统至少具有如下优点：
1)在一台空分装置停机时，气体的空分装置的压缩机可以作为对停机空分装置复热的热源，提高了能源的利用率；在一台空分装置的分子筛更换时，其余空分装置的经纯化后的干燥空气可以活化新更换的分子筛。
2)根据加热时间及效果进行灵活控制，适用性强；操作更平稳，延长了设备的使用寿命。
3)降低电耗。
4)可在其他区域设备上改造用，应用范围广。
5)对加热后装置可通气保压，缩短了开车时间；结构简单，使用方便。
气体公司于2018年10月为I台和J台空分装置10安装了此节能加热系统，保证了空分加热效果的前提下，降低了装置的能耗，避免了空气量过大造成温升过快，使得低温设备热应力损坏，以及空透启动长时间放散造成的浪费。
2019年J台空分装置10检修期间实现了非空压机提供加热的排液大加热操作，利用I台空分装置10分子筛后的干燥空气作为气源，加热效果好，节约I台空压机的电耗即为产生的效益。按空分装置10大加热解冻时间24小时，空压机电耗是：
27500kw×0.645元/Kw·h×24h＝42.6万元
据此，使用该装置一次产生的经济效益是：42.6万元。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种空分装置的加热系统，其特征在于，包括：
空分装置，设有至少两个，所述空分装置包括依次串接的压缩机、纯化单元和空分组件；
连通通路，与所述空分装置数量相同，所述至少两个连通通路的一端相互连通，所述至少两个连通通路的另一端分别连通于对应的所述纯化单元和所述空分组件之间的管道。
2.根据权利要求1所述的空分装置的加热系统，其特征在于，每个所述连通通路上设有控制通断的第一开闭阀。
3.根据权利要求1所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述至少两个连通通路的相互连通处设有第一排气阀；每个所述连通通路上设有流量计。
4.根据权利要求1所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述空分装置还包括串接于所述空分组件的排气口的第二排气阀。
5.根据权利要求1所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述空分装置还包括串接于所述纯化单元和所述空分组件之间的调节阀，所述调节阀的输入端连通于对应的所述连通通路。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述纯化单元包括两个并接的纯化组件，每个纯化组件包括纯化器，两个所述纯化器的输入端均连通于对应的所述压缩机的排气口，两个所述纯化器的输出端均连通于对应的所述空分组件。
7.根据权利要求6所述的空分装置的加热系统，其特征在于，每个纯化组件包括依次串接于所述纯化器的输出端的连通管和第二开闭阀，两个所述第二开闭阀均连通于对应的所述空分组件；
所述加热系统包括与所述空分装置数量相同的活化再生组件，所述活化再生组件包括依次连通的第三开闭阀和加热单元，所述第三开闭阀连通于对应的所述纯化单元与所述空分组件之间的管道，所述加热单元连通于对应的两个所述连通管。
8.根据权利要求7所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述加热单元为蒸汽加热器和/或电加热器。
9.根据权利要求7所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述活化再生组件还包括与所述纯化器数量相同的放散阀，所述放散阀的两端分别连通于对应的所述纯化器入口以及放散塔。
10.根据权利要求7所述的空分装置的加热系统，其特征在于，所述活化再生组件还包括与所述空分装置数量相同的第四开闭阀，所述第四开闭阀的两端分别连通于对应的所述空分组件的污氮出口以及对应的所述纯化单元的两个连通管。
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