CN101806529A - 一种整体式主换热器与过冷器 - Google Patents

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Abstract

一种整体式主换热器与过冷器，它包括有至少一空气和/或增压空气与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成的返流气体在各自的换热流道进行热交换的主换热器芯体部分，一液空和/或液氮与氮气和/或污氮气，液空还与氧气在各自的换热流道进行热交换的过冷器芯体部分；所述的主换热器芯体与过冷器芯体在长度方向叠加后形成一个整体式芯体，氧气和/或氮气和/或污氮气在经过与所述液空和/或液氮相交布置成错流传热后成为所述的返流气体；它不仅提高了换热效率，减少了整体金属消耗，还节省了中间连接管道，可以实现一次钎焊成型，节省制造成本，减小阻力损耗，节省运行成本，提高液体的流速，弥补了错流换热中温差的修正所需增的换热面积。

Description

一种整体式主换热器与过冷器
技术领域
本发明涉及的是一种热交换设备，尤其是一种用于空分设备中进行不同温度介质进行热交换的设备，属于间壁式换热设备。
背景技术
目前空分装置中由空气和/或增压空气利用低温返流(包括氮气和/或污氮气和/或氧气等)的冷量，实现冷却的换热器通常称主换热器，液空和/或液氮利用氮气和/或污氮气的冷量，实现过冷的换热器称过冷器。从分馏塔顶部抽出的氮气和/或污氮气的温度比从分馏塔中部抽出的氧气温度低，通常就将氮气和/或污氮气先与液空和/或液氮换热，使之过冷，再同氧气等返流气体一起与空气和/或增压空气等换热，复热至常温。传统空分装置中主换热器和过冷器因其需实现的目的不相同、流体的换热特性不同而分别单独设置，相同介质再用管道连接，给总体布置带来了困难，而且分次钎接，制造成本高，同时由于增设了管道，流体的阻力也增大，不仅材料浪费，所配套的空分能耗也相应增加。
发明内容
本发明的目的在于克服已有主换热器与过冷器分置的不足，提供一种换热效果好，能降低制造和/或运行成本的整体式主换热器与过冷器。它包括有至少一空气和/或增压空气与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成的返流气体在各自的换热流道进行热交换的主换热器芯体部分，一液空和/或液氮与氮气和/或污氮气，液空还与氧气在各自的换热流道进行热交换的过冷器芯体部分；所述的主换热器芯体与过冷器芯体在长度方向叠加后形成一个整体式芯体，氧气和/或氮气和/或污氮气在经过与所述液空和/或液氮相交布置成错流传热后成为所述的返流气体。
所述的空气是单程流换热流道布置，其换热流道与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成返流气体的换热流道交替布置成间壁逆流传热，所述的液空和/或液氮是单程流或多程流换热流道布置，其换热流道与氮气和/或污氮气换热流道相交布置成错流传热，同时液空的换热流道与氧气换热流道相交布置成使氧气的冷量从原主换热器部分转移至液空过冷部分的错流传热。
所述氮气和污氮气由底部导流口进入过冷器芯体部分，在其换热流道中先与液氮换热流道错流传热，将液氮过冷至所需温度，再与液空换热流道错流传热，将液空过冷至所需温度；所述氮气和污氮气在完成了与所述液空或/和液氮的原过冷器段的换热后，继续向上再与所述的空气和/或增压空气换热流道进行逆流传热。
所述的换热芯体内包括有氮气和/或污氮气和/或氧气换热流道以及液空和/或液氮换热流道，所述的氮气和/或污氮气的换热流道先与液氮错流换热，再和氧气与液空错流换热，芯体内液氮与液空以封条进行隔开，这两段合并成过冷段。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：其一是该结构提高了液空和/或液氮的流速，提高了该侧的换热系数，弥补了错流中温差的修正，不因错流换热降低换热效率；其二是将氧气的冷量从原主换热器部分转移至液空过冷部分，由于气-液换热比气-气换热效率高，所以实现同样的换热量，利用本发明技术的换热器所需金属消耗少，降低制造成本；其三将常规的主换热器与过冷器合理组合成一体，不仅减少了钎焊次数，而且减少了返流氮气和/或污氮气进出口的封头与接管(每单元两组)，降低了整体金属消耗和制造成本；其四是与传统主换热器与过冷器分开制造，用管路连接的方式相比，可以简化了配管；其五是可以降低氮气和/或污氮气等返流流体的流动阻力，节省了运行成本，达到节能目的。
附图说明
图1是本发明的换热流道布置示意图。
图2是图1所示换热流道布置的对应芯体结构示意图。
图3是本发明的另一种换热流道布置示意图。
图4是图3所示换热流道布置的对应芯体结构示意图。
图5是本发明的又一种换热流道布置示意图。
图6是图5所示换热流道布置的对应芯体结构示意图。
图7是本发明的又一种换热流道布置示意图。
图8是图7所示换热流道布置的对应芯体结构示意图。
图9是本发明的再一种换热流道布置示意图。
图10是图1所示换热流道布置的对应芯体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的氮气和/或污氮气由底部导流口进入换热通道，先与所述的液空或/和液氮换热流道进行换热，再与所述的空气换热流道进行换热，其余返流如氧气等则根据温度梯度分布，在合适的位置进入换热芯体，消除了中间的连接管道，制造上可以实现一次钎焊成型。
图1、2所示，它包括有至少一空气和/或增压空气与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成的返流气体在各自的第一和第二换热流道1、2进行热交换的主换热器芯体部分3，一液空和/或液氮与氮气和/或污氮气，液空还与氧气在各自的第三、第四和第五换热流道4、5、6进行热交换的过冷器芯体部分7(参见图6)；所述的主换热器芯体部分3与过冷器芯体部分7在长度方向叠加后形成一个整体式芯体，氧气和/或氮气和/或污氮气在经过与所述液空和/或液氮相交布置成错流传热后成为所述的返流气体。
所述的空气是单程流换热流道布置，其换热流道与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成返流气体的换热流道交替布置成间壁逆流传热，所述的液空和/或液氮是单程流或多程流换热流道布置，其换热流道与氮气和/或污氮气换热流道相交布置成错流传热，同时液空的换热流道与氧气换热流道相交布置成使氧气的冷量从原主换热器部分转移至液空过冷部分的错流传热。
所述氮气和污氮气由芯体底部导流口进入过冷器芯体部分7，在其第四换热流道中先与液氮第三换热流道错流传热，将液氮过冷至所需温度，再与液空换热流道错流传热，将液空过冷至所需温度；所述氮气和污氮气在完成了与所述液空或/和液氮的原过冷器段的换热后，继续向上再与所述的空气和/或增压空气在各自的第二和第一换热流道进行逆流传热。
本发明主要包括有空气和/或增压空气等与返流气体(氧气和/或氮气和/或污氮气等)在各自的换热流道进行逆流热交换，液空和/或液氮与氮气和污氮气在各自的换热流道进行错流热交换的芯体。所述的空气和/或增压空气等与返流气体(氧气和/或氮气和/或污氮气等)相交布置成逆流传热，这部分换热流道起到了通常称主换热器的作用，以下图3、4，图5、6，图7、8结构相同；所述的液空和/或液氮是单程流换热流道布置，其换热流道与氮气和污氮气换热流道相交布置成错流传热，这部分换热流道起到了通常称过冷器的作用。
附图3、4所示，本发明至少包括有液空和液氮与氮气和/或污氮气在各自的换热流道进行热交换的芯体，所述的液空和液氮是单程流换热流道布置，其换热流道与氮气和/或污氮气换热流道相交布置成错流传热。
附图5、6所示，本发明至少包括有液空和液氮与氮气和污氮气在各自的换热流道进行热交换的芯体，所述的液空为双程流、液氮为双程流换热流道布置，其换热流道与氮气和污氮气换热流道相交布置成错流传热，氧气进口则与液空出口高度一致，参与与液空的错流换热。
附图7、8所示，本发明至少包括有有液空和液氮与氮气和/或污氮气在各自的换热流道进行热交换的芯体，所述的液空双程流、液氮多程流换热流道布置，其换热流道与氮气和污氮气换热流道相交布置成错流传热，氧气进口与液空出口高度一致，参与与液空的错流换热。
附图9、10所示，本发明至少包括有液空和液氮与氮气和/或污氮气在各自的换热流道进行热交换的芯体，所述的液空多程流、液氮多程流换热流道布置，其换热流道与氮气和污氮气换热流道相交布置成错流传热，氧气进口与液空出口高度一致，参与与液空的错流换热。
本发明将通常称为主换热器和过冷器的两个换热器在长度方向进行叠加，合二为一，是一种整体式主换热器与过冷器。
所述芯体中包括有空气和/或增压空气与返流气体(氧气和/或氮气和/或污氮气等)相交布置成逆流传热，这部分换热流道起到了通常称主换热器的作用。
所述芯体中还包括有液空和/或液氮换热流道与氮气和/或污氮气换热流道相交布置成错流传热，液空与氧气换热流道相交布置成错流传热，这部分换热流道起到了通常称过冷器的作用。
所述氮气和/或污氮气由底部导流口进入芯体，在其换热流道中先与液氮换热流道错流传热，将液氮过冷至所需温度，再和/或氧气一起与液空换热流道错流传热，将液空过冷至所需温度。所述氮气和/或污氮气和/或氧气在完成了与所述液空或/和液氮的原过冷器段的换热后，继续向上再与所述的空气换热流道进行逆流传热，参与了原主换热器段的换热。
所述的芯体内包括有液氮和/或液空换热流道，所述液空和/或液氮换热流道根据需要可以是单程流，如附图1、2，图3、4所示，也可以是双程流，如附图5、6，图7、8所示，还可以是多程流，如附图9、10所示。
本发明在同样气量和温差条件下，实现了原主换热器和过冷器的一次钎焊成型，简化了配管，降低了制造成本，缩短了制造周期。本发明包括用铝、不锈钢、铜等金属制成的整体式板翅式换热器与过冷器，提高了整套空分设备的性能及经济效益。使我国的空分设备技术水平提高到一个新的档次。

Claims (3)

1.一种整体式主换热器与过冷器，它包括有至少一空气和/或增压空气与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成的返流气体在各自的换热流道进行热交换的主换热器芯体部分，一液空和/或液氮与氮气和/或污氮气，液空还与氧气在各自的换热流道进行热交换的过冷器芯体部分；所述的主换热器芯体与过冷器芯体在长度方向叠加后形成一个整体式芯体，氧气和/或氮气和/或污氮气在经过与所述液空和/或液氮相交布置成错流传热后成为所述的返流气体。
2.根据权利要求1所述的一种整体式主换热器与过冷器，其特征在于所述的空气是单程流换热流道布置，其换热流道与包括由氧气和/或氮气和/或污氮气构成返流气体的换热流道交替布置成间壁逆流传热，所述的液空和/或液氮是单程流或多程流换热流道布置，其换热流道与氮气和/或污氮气换热流道相交布置成错流传热，同时液空的换热流道与氧气换热流道相交布置成使氧气的冷量从原主换热器部分转移至液空过冷部分的错流传热。
3.根据权利要求1或2所述的一种整体式主换热器与过冷器，其特征在于所述氮气和污氮气由底部导流口进入过冷器芯体部分，在其换热流道中先与液氮换热流道错流传热，将液氮过冷至所需温度，再与液空换热流道错流传热，将液空过冷至所需温度；所述氮气和污氮气在完成了与所述液空或/和液氮的原过冷器段的换热后，继续向上再与所述的空气和/或增压空气换热流道进行逆流传热。
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