CN107588667B - 星形多层冷凝蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星形多层冷凝蒸发器，属于空分设备技术领域。若干个换热器呈星形布置，氮气通道为单层密封结构，液氧通道为多层结构，每层液氧通道的底部两侧设有液氧进口，顶部两侧设有氧气出口，在各换热器之间分别设置有连接在各换热器两侧的液斗，液斗为多层结构且层与层之间设置有溢流降液管，除了液氧通道的最下层不设置液斗外，液斗的每层和液氧通道的每层结构一一对应，液斗连通液氧进口，液斗层与层之间设有缺口，缺口连通所述氧气出口。本发明成倍扩大了冷凝蒸发器的换热面积，且能耗降低，可满足8‑10万等级空分设备冷凝蒸发器的换热面积要求。

Description

星形多层冷凝蒸发器

技术领域

本发明属于空分设备技术领域，尤其涉及一种换热量大的星形多层冷凝蒸发器。

背景技术

冷凝蒸发器是低温法空气分离设备中的核心设备，它主要是将来自精馏塔下塔的压力氮气冷凝，精馏塔上塔的液氧蒸发。目前，空气分离设备中常用的冷凝蒸发器有浴式和膜式两种，其换热单元均为铝制板翅式。浴式冷凝蒸发器的换热单元浸泡在低压的液氧中，液氧与冷凝蒸发器换热通道内的氮气换热后汽化，氮气冷凝。膜式冷凝蒸发器，其原理是液氧依靠重力或液氧泵输送到膜式冷凝蒸发器顶部，通过那里的液体分配器均匀分布到换热单元的通道内，在通道的垂直壁面上形成一层向下流动的液膜，液氧膜在沿壁面向下流动的同时与氮气通道中的气氮换热自身汽化。相较于浴式冷凝蒸发器，膜式冷凝蒸发器传热系数较大，所以换热温差可以控制得更小，在节能降耗上有明显的优势，但其制造难度和运行风险高于浴式冷凝蒸发器，因其风险较大，目前国内应用较少。

当前浴式冷凝蒸发器从结构形式上区分，主要有立式单层、立式双层和卧式多列三种类型。其中立式单层结构简单，数只（1只、2只、3只或4只）板式排布壳体内，采用星型布置或并列布置；立式双层有上下两层，通过溢流管与升气管连接上下两层；卧式多列其结构较长，工作容量大，可满足5万等级以上空分装置主冷换热面积要求，但是在冷箱内占据空间较大，配管难度较大，同时支撑只能设置在冷箱壁面，会使得运行时受到的应力较大。

随着空分装置的大型化及特大型化的进程不断推进，6-12万等级的空分设备不断问世，传统的单层冷凝蒸发器及立式双层冷凝蒸发器由于直径受限制使其换热面积不能满足要求，卧式多列主冷由于其配管及支撑问题缺点较多使其不能推广，多层主冷制造较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的星形多层冷凝蒸发器，相较于同高度的浴式冷凝蒸发器，相同换热量时设备直径更小，耗能更少，可满足8-10万等级空分设备的冷凝蒸发器的换热面积要求。

为实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：一种星形多层冷凝蒸发器，包括立式壳体、在所述立式壳体内部的换热器、液氧进口总管、氮气进口总管及液氮出口管，所述立式壳体为密封结构，所述换热器包括冷凝侧的氮气通道及蒸发侧的液氧通道，所述液氧进口总管通过液氧进口支管连通所述立式壳体，所述氮气进口总管的一端通过氮气进口支管连通所述氮气通道的顶部，另一端连通所述立式壳体的外部，所述液氮出口管一端连通所述氮气通道的底部，另一端连通所述立式壳体的外部，若干个所述换热器呈星形布置，分别竖直固定在所述立式壳体的底部，所述氮气进口总管设置在星形中心，所述氮气通道为单层密封结构，所述液氧通道为多层结构，每层液氧通道的底部两侧设有液氧进口，顶部两侧设有氧气出口，在各所述换热器之间分别设置有连接在各所述换热器两侧的液斗，所述液斗为多层结构且层与层之间设置有溢流降液管，所述液斗的最上层连通所述液氧进口支管，除了所述液氧通道的最下层不设置所述液斗外，所述液斗的每层和所述液氧通道的每层结构一一对应，所述液斗连通所述液氧进口，所述液斗层与层之间设有缺口，所述缺口连通所述氧气出口。

所述液氧通道的每层上下两端设有V形导流片，液氧通过所述液氧进口后经下端的所述V型导流片进入所述液氧通道，氧气通过上端的所述V形导流片后经所述氧气出口释放至所述壳体内。

所述液氧通道由上往下依次设有四层。

所述缺口为V形结构。

所述液斗为V形结构。

所述换热器为6个。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

换热器的蒸发侧采用双侧进出物料，使得进液和出气流速更低、阻力更小、分布更均匀；蒸发侧采用多层结构，层高可降至浴式冷凝蒸发器换热单元高度的一半，降低了蒸发侧液体液柱高度，同等换热面积的情况下，降低了下塔顶部氮气压力，从而降低空压机排气压力，降低了空压机能耗；V形液斗的设计充分利用了换热器之间的空隙，同时还留出了足够的气体通道；换热器蒸发侧的V形导流片设计，可以增加蒸发侧翅片的相对高度，从而增加蒸发侧换热面积。

附图说明

图1为本发明星形多层冷凝蒸发器的结构示意图。

图2为本发明星形多层冷凝蒸发器的俯视结构示意图。

图3为本发明星形多层冷凝蒸发器的主视图的剖视图。

图4为本发明星形多层冷凝蒸发器的液氧通道及氮气通道的结构示意图。

1、立式壳体，2、换热器，3、液氧进口总管，4、氮气进口总管，5、液氮出口管，6、氮气通道，7、液氧通道，8、液氧进口支管，9、氮气进口支管，10、液氧进口，11、氧气出口，12、液斗，13、溢流降液管，14、缺口，15、V形导流片。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参看附图1、2、3、4，一种星形多层冷凝蒸发器，包括立式壳体1、在所述立式壳体1内部的换热器2、液氧进口总管3、氮气进口总管4及液氮出口管5，所述立式壳体1为密封结构，所述换热器2包括冷凝侧的氮气通道6及蒸发侧的液氧通道7，所述液氧进口总管3通过液氧进口支管8连通所述立式壳体1，所述氮气进口总管4的一端通过氮气进口支管9连通所述氮气通道6的顶部，另一端连通所述立式壳体1的外部，所述液氮出口管5一端连通所述氮气通道6的底部，另一端连通所述立式壳体1的外部，若干个所述换热器2呈星形布置，本实施例中所述换热器2为6个，其分别竖直固定在所述立式壳体1的底部，星形布置为蒸发侧的液氧通道双侧进出物料提供了条件。

所述氮气进口总管4设置在星形中心，所述氮气通道6为单层密封结构，由于所述氮气通道6及进出口管都在立式壳体内部，省去了设备对外管口和复杂的外部管道连接，降低了串漏和泄漏风险。所述液氧通道7为多层结构，本实施例中所述液氧通道7由上往下依次设有四层，每层液氧通道的底部两侧设有液氧进口10，顶部两侧设有氧气出口11，在各所述换热器2之间分别设置有连接在各所述换热器2两侧的液斗12，本实施例中所述液斗12为V形，所述液斗12充分地利用了换热器之间的空隙，同时还留出了足够的气体通道；所述液斗12为多层结构且层与层之间设置有溢流降液管13，所述液斗12的最上层连通所述液氧进口支管8，以使最上层液斗中的液氧通过所述溢流降液管13依次进入下层液斗，除了所述液氧通道7的最下层不设置所述液斗12外，所述液斗12的每层和所述液氧通道7的每层结构一一对应，所述液斗12连通所述液氧进口10，所述液斗12层与层之间设有缺口14，本实施例中所述缺口14为V形，所述缺口14连通所述氧气出口11。液氧由所述液氧进口支管8进入所述液斗12，经所述液氧进口10进入所述液氧通道7，蒸发后的氧气经所述氧气出口11释放到所述立式壳体1内，然后上升回到上塔。最下层液氧通道不设置液斗，是因为最下层液斗中的液氧溢出后储存在立式壳体的底部，由最下层的液氧进口进入液氧通道。

所述液氧通道7的每层上下两端设有V形导流片15，液氧通过所述液氧进口10后经下端的所述V型导流片15进入所述液氧通道7，氧气通过上端的所述V形导流片15后经所述氧气出口11释放至所述壳体1内，由于V形导流片相比于传统导流片，液氧通道的高度相对增大了，可以进一步增加蒸发侧翅片的面积，从而增加蒸发侧换热面积。

如图1、2、3、4所示，本发明的工作原理如下：

氮气冷凝工作回路：氮气来自下塔，由于氮气的工作压力高，冷凝饱和点高，液氧工作压力低，蒸发饱和点低，得以使氮气冷凝，液氧蒸发。氮气自氮气进口总管4进入，分流至各氮气进口支管9，进入换热器的氮气通道10冷凝为液氮，由各个液氮出口管5汇集后进入下塔。

液氧蒸发工作回路：液氧来自上塔，上塔底部的液氧汇集过滤后进入液氧进口总管3分流至液氧进口支管8，进入第一层液斗，两侧液斗里的液氧经两侧液氧进口10进入液氧通道7，氧气由两侧的氧气出口11释放后汇集在立式壳体1内，因为所述立式壳体1连通上塔，所以汇集后的氧气上升回到上塔。当液斗12里的液氧液位高于溢流降液管13的管口高度后，液氧通过溢流降液管13溢流至第二层液斗，第二层液斗的液氧溢流至第三层液斗，由于不设置最下层液斗，所以在本实施例中第三层液斗的液氧溢流至立式壳体1的底部，立式壳体1底部的液氧通过最下层的两侧液氧进口12进入最下层液氧通道，氧气由两侧的氧气出口11释放后在立式壳体1内汇集上升回到上塔。

Claims (3)

1.一种星形多层冷凝蒸发器，包括立式壳体（1）、在所述立式壳体（1）内部的换热器（2）、液氧进口总管（3）、氮气进口总管（4）及液氮出口管（5），所述立式壳体（1）为密封结构，所述换热器（2）包括冷凝侧的氮气通道（6）及蒸发侧的液氧通道（7），所述氮气进口总管（4）的一端通过氮气进口支管（9）连通所述氮气通道（6）的顶部，另一端连通所述立式壳体（1）的外部，所述液氮出口管（5）一端连通所述氮气通道（6）的底部，另一端连通所述立式壳体（1）的外部，其特征在于：若干个所述换热器（2）呈星形布置，分别竖直固定在所述立式壳体（1）的底部，所述氮气进口总管（4）设置在星形中心，所述氮气通道（6）为单层密封结构，所述液氧通道（7）为多层结构，每层液氧通道的底部两侧设有液氧进口（10），顶部两侧设有氧气出口（11），在各所述换热器（2）之间分别设置有连接在各所述换热器（2）两侧的液斗（12），所述液斗（12）为多层结构且层与层之间设置有溢流降液管（13），所述液斗（12）的最上层连通液氧进口支管（8），所述液氧进口总管（3）通过液氧进口支管（8）连通所述液斗（12），除了所述液氧通道（7）的最下层不设置所述液斗（12）外，所述液斗（12）的每层和所述液氧通道（7）的每层结构一一对应，所述液斗（12）连通所述液氧进口（10），所述液斗（12）层与层之间设有缺口（14），所述缺口（14）连通所述氧气出口（11）；所述液氧通道（7）的每层上下两端设有V形导流片（15），液氧通过所述液氧进口（10）后经下端的所述V形导流片（15）进入所述液氧通道（7），氧气通过上端的所述V形导流片（15）后经所述氧气出口（11）释放至所述立式壳体（1）内；所述缺口（14）为V形结构；所述液斗（12）为V形结构。

2.根据权利要求1所述一种星形多层冷凝蒸发器，其特征在于：所述液氧通道（7）由上往下依次设有四层。

3.根据权利要求1所述一种星形多层冷凝蒸发器，其特征在于：所述换热器（2）为6个。