CN104121475B - 一种循环水浴液氮快速气化装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种循环水浴液氮快速气化装置及操作方法。本装置包括耐压低温液体罐C1、升压气化器C2、循环水浴液氮气化器C3、凉水塔循环水集水池C4和调控阀C18；耐压低温液体罐C1底部通过调控阀C18与循环水浴液氮气化器C3连接，来自耐压低温液体罐C1的液氮被流动的循环水加热而气化进入到氮气管网***C5，流动的循环水来自凉水塔循环水集水池C4。借助本发明可实现氮气***的应急快速需求，在1—2分钟完成既定操作，将液氮气化为氮气送入氮气管网，根据生产工艺要求，选择适当的液体罐容积，使液氮应急气化装置维持在一定时间内，为处理突发事故赢得宝贵时间。

Description

一种循环水浴液氮快速气化装置及操作方法

技术领域

本发明属于工业生产中的深冷液化空气分离氧气、氮气，以及气化液氮与压缩输送技术领域，特别涉及一种循环水浴液氮快速气化装置及操作方法。

背景技术

在大型工业生产中，一般都有配套规模的空分装置，分离出的氮气通过压缩输送到管网，供各生产装置作为设备容器应急置换、密封隔离、输送物料等用途，氮气的连续稳定供应非常重要。但是，在长期的生产中，由于受到某种条件的制约，不可避免地存在空分装置异常需要减量运行、氮压机突然连锁停车、外部装置突然加大氮气的需求量等等情况，为保障安全生产，氮气***也必须有相应的应对措施。

目前，稳定氮气管网压力的措施有以下几种：一是备用空分生产装置；二是备用高压氮气缓冲罐；三是液氮应急气化***。第一种备用空分生产装置适用于装置的计划检修；第二种备用高压氮气缓冲罐适用于短时间重要装置或部位的紧急喷氮；第三种液氮应急汽化适用于处理几十分钟至几天内的故障问题。

上述第三种液氮应急气化***又分为：蒸汽水浴液氮气化***（参见图1）或空气浴液氮气化***（参见图2）。蒸汽水浴液氮气化***流程复杂，操作繁琐，需要先预冷液体泵、开水泵、通蒸汽等步骤，一般要耗时30分钟以上，特别是在中国北方冬季寒冷气候条件下启动更加困难，往往出现水***、蒸汽***的冻堵问题，起不到到应急供应氮气作用，但其设备结构紧凑，占地面积小，一旦投用可长时间稳定运行。空气浴液氮气化***流程简单，操作相对简单，但设备外形体积庞大，且设备运行受到阴雨天气或中国北方地区冬季雨雪气候变化的影响。现有蒸汽水浴液氮气化***要耗费大量的蒸汽和电能；流程相对复杂，操作繁琐，受外部条件制约较多；启动耗时相对较长。现有空气浴液氮气化流程受地区气候影响较大。

发明内容

本发明提供一种循环水浴液氮快速气化装置及操作方法，它是基于空分装置或其他化工装置都有循环水***为前提。由耐压低温液体罐C1、升压气化器C2、循环水浴气化器C3、公用凉水塔循环水池C4、调控阀C18等部分组成（图3）；其流程为：耐压低温液体罐C1的液氮通过调控阀C18进入到循环水浴气化器C3，液氮被流动的循环水加热而气化到5℃左右的氮气而后进入到氮气管网管道C5；备用状态时耐压低温液体罐C1的液位（通过液位计C7测量）要维持80%以上，并保持设定压力（比如1.0兆帕），以便有充足的液氮量维持足够长的供应氮气时间和有一定的压力差提供充足的动力将液氮送出；借助本发明可实现氮气***的应急快速需求，在1—2分钟完成既定操作，使液氮气化为氮气送入氮气公用管网，根据实际需要可维持在90分钟左右，实现氮气管网的连续稳定供应。

本文提到的耐压低温液体罐C1，就是一个盛放液体氮气的一个容器，只要此容器能够耐受一定压力及低温，就满足本发明工艺的要求；至于其具体结构并不在本发明之列，因此省略，可以是真空夹层球形容器、圆柱形容器；也可是单层容器外加保温石棉或珍珠岩等等均不影响本发明流程的完整性。

本文提及的凉水塔是工业生产中循环水冷却塔公用名称，亦称为冷却塔；循环水回水温度较高或达到70度等等，28度即可称为凉水。

本发明的循环水浴液氮快速气化装置，其液氮可来自于全低压空分装置的主冷C23出口的压力液氮时，通过阀C12将液氮充装到耐压低温液体罐C1内；在充装过程中耐压低温液体罐C1内液氮气化的氮气不直接排入大气中，而是将低温氮气通过阀C11返回至全低压空分装置上塔C24氮气进主换热器C20前的管道中（其压力在0.03兆帕左右），经过主换热器C20及阀C25排入低压氮气管道中，以回收氮气产品及冷量。

同样原理，外部液氮槽车也可将液氮通过耐压低温液体罐C1的进出口阀C16充入液氮罐内；当采用外部液氮槽车向耐压低温液体罐充装液氮时，也可将在耐压低温液体罐内液氮气化的氮气通过阀C11返回至全低压氮气外压缩空分装置上塔C24氮气进主换热器C20前的管道中（其压力在0.03兆帕左右），经过主换热器C20及阀C25排入低压氮气管道中，以回收氮气产品及冷量，但液氮槽车所用液体罐要承受住足够压力，一般设计使用压力在0.2兆帕以上。

如上所述的循环水浴液氮快速气化装置，在循环水浴液氮气化器C3出口设有温度报警自调回路，当温度低于设定值时，关小调控阀C18，防止过低温氮气对外管网管材由于急剧的温度变化所带来的低温脆裂问题。

本发明的另一实施例中，优选把一组带翅片管式蒸发器E2（循环水浴液氮气化器C3的一种）布置于循环水凉水塔集水池中靠近循环水流出口位置（或布置于凉水塔水池的水面之上，使从布水器填料中流出的水冲击液氮蒸发器），以便使更多的循环水穿越翅片夹缝促进换热。

本发明循环水浴液氮快速气化装置，备用前逐项次序检查核实以下情况：

1、耐压低温液体罐C1的液位计、压力表、安全防爆膜前的阀门处于常开状态；

2、打开C11、C12阀，向液体灌内充装液位至80%液位以上，然后关闭C11阀；

或用外部液氮槽车卸放液氮接头连接到第十六阀(C16）前的接头上，然后打开第十六、十一阀（C16、C11），用外部液氮槽车向液体灌内充装液位至80%液位以上，然后关闭第十六、第十一阀（C16、C11）；拆下外部液氮槽车卸放液氮接头；

3、关闭C11阀后，待耐压低温液体罐C1压力和空分装置的下塔压力持平时，再关闭C12阀；

4、打开耐压低温液体罐C1底部升压汽化器C2前后阀C15、C13，通过压力控制阀C14把液氮灌压力调整到设定压力（比如1.0兆帕左右）；

5、打开C17、C19阀，这时整个***即处于应急备用状态；

6、当氮气管网管道C5氮气压力低于设定压力值（比如0.5兆帕）时，调控阀C18自动开启 ，液体罐顶部压力靠升压气化器压力控制阀（C14）自动调节维持在指标范围内，可以从容应对突发事故。

本发明公用凉水塔循环水池C4所使用的循环水温度在28℃左右。

本发明所公开的应急液氮快速气化装置可在新上空分装置时作为外供氮气工艺的一部分一并设计，可消除外供氮气管网的压力波动，将大大提高空分装置的保障能力，降低投资费用。

与现有技术相比较，本发明的优点和效果：

1、本发明最大的优势是启动快，1—2分钟即可完成操作，使得气化氮气并网送出；

2、本发明不用蒸汽，不用耗电，节能效果显著，而且还可回收液氮的冷量；

3、本发明用循环水替代软水（蒸汽水浴时）做冷却介质，由于循环水有一定的浓缩倍数，水中阴阳离子更多，传热性能更好；

4、本发明所涉及的循环水的冰点比软水低，在零度以下，循环水的热容量也高于软水，这些因素强化了液氮换热气化；

5、本发明所涉及的循环水温度在28℃左右，高于蒸汽水浴液氮气化所用软水（软水温度一般在10℃左右，有水泵强制循环，若软水温度控制高等于浪费蒸汽）；

6、本发明由于操作简单，可频繁投用，即可消除外供氮气管网的压力波动；本发明若在新上空分装置时作为外供氮气工艺的一部分一并设计，将大大提高空分装置的保障能力，降低投资费用。

附图说明

图1是现有技术的蒸汽水浴液氮气化流程图。

图2是现有技术的空气浴液氮气化流程图。

图3 是本发明的循环水浴液氮快速气化流程图。

图4是凉水塔冷却原理示意图。

图5是液氮气化器在凉水塔循环水集水池中的俯视图。

图6是液氮气化器在凉水塔循环水集水池主视图的剖面图。

图中标记含义为：

A1—低温液体灌；A2—升压气化器；A3—升压气化器入口阀；A4—升压气化器出口阀；A5—低温液体灌液氮外送出或外接入阀；A6—液氮泵入口阀；A7—液氮泵入口过滤器；A8—液氮泵；A9—液氮泵出口止逆阀；A10—液氮泵出口安全阀；A11—液氮泵出口阀；A12—低温液体罐液位计正压阀；A13—低温液体灌液位计；A14—低温液体灌液位计负压阀；A15—低温液体灌放空阀；A16—空分装置液氮进低温液体灌阀；A17—空分装置液氮管线；A18—低温液体罐安全阀组；A19—蒸汽水浴气化器温控蒸汽调节阀；A20—蒸汽阀；A21—蒸汽管道；A22—蒸汽水浴气化器除盐水充入阀；A23—除盐水管道；A24—蒸汽水浴气化器强制循环水泵；A25—蒸汽水浴气化器罐体；A26—蒸汽水浴气化器冷凝水接收罐液位计；A27—蒸汽水浴气化器冷凝水接收罐；A28—冷凝水排出泵入口阀；A29—冷凝水排出泵；A30—冷凝水排出泵出口止逆阀；A31—冷凝水排出泵出口阀；A32—冷凝水排出管道；A33—气化氮气管道；A34—气化氮气出口阀；A35—蒸汽水浴气化器气化氮气安全阀；A36—蒸汽水浴气化器液氮换热盘管；

B1—低温液体灌；B2—升压气化器；B3—升压气化器入口阀；B4—低温液体灌液氮外送出或外接入阀；B5—低温液体罐液位计正压阀；B6—低温液体灌液位计；B7—低温液体灌液位计负压阀；B8—低温液体灌放空阀；B9—空分装置液氮进低温液体灌阀；B10—低温液体罐安全阀组；B11—空分装置液氮管线；B12—升压气化器出口阀； B13—液氮泵入口阀；B14—液氮泵入口过滤器；B15—液氮泵；B16—液氮泵出口止逆阀；B17—液氮泵出口安全阀；B18—液氮泵出口阀； B19—空气浴气化器；B20—气化氮气出口阀；B21—外管网氮气管道；

C1—耐压低温液体罐；C2—升压气化器；C3—循环水浴液氮气化器；C4—公用凉水塔循环水集水池；C5—氮气管网管道；C6—耐压低温液体罐液位计正压阀；C7—耐压低温液体灌液位计；C8—耐压低温液体灌液位计负压阀；C9—耐压低温液体罐安全阀组；C10—耐压低温液体灌放空阀；C11—气化低温氮气返回空分装置氮气入主换热器前管道阀；C12—空分装置液氮出主冷进耐压低温液体灌阀；C13—升压气化器出口阀；C14—升压气化器压力控制调节阀；C15—升压气化器入口阀；C16—耐压低温液体灌液氮外送出或外接入阀；C17—循环水浴液氮气化器入口阀；C18—循环水浴液氮气化器调控阀；C19—气化氮气出口阀；C20—空分装置主换热器；C21—空分装置过冷器；C22—空分装置下塔；C23—空分装置主冷； C24—空分装置上塔； C25—空分装置氮气出冷箱阀；C26—空分装置主冷液氮去上塔阀；C27—空分装置冷箱；

D1—风筒；D2—风扇；D3—布水器；D4—喷嘴；D5—填料；D6—回水阀；D7—凉水塔框架；D9—集水池液位；D10—地面；D11—干冷空气；D12—凉水下落；D13—湿热空气排出；

E1—集水池壁；E3—集水池出口；E4—水流示意；

F4—气化器固定支架；F5—支架固定螺栓；F8—集水池地基。

具体实施方式

下面以每小时外供20000立方米氮气、氮气管网正常压力为0.5兆帕为例说明循环水浴液氮快速气化装置。选取耐压低温液氮真空罐使用压力等级为1.0兆帕、有效容积50立方米，将设备按照图3所示流程安装就位。假设全低压空分装置生产正常，将冷箱C27外部的循环水浴液氮快速气化装置阀门全部关闭，然后按以下步骤进行：

1、打开耐压低温液体罐C1的液位计、压力表、安全防爆膜前的阀门；

2、打开C11、C12阀，向耐压低温液体罐C1内充装液至80%液位以上；

3、先关闭C11阀，待耐压低温液体罐C1压力和空分装置的下塔压力持平时，再关闭C12阀；

4、打开耐压低温液体罐C1底部升压气化器前后阀C15、C13，通过压力控制阀C14把液氮灌C1压力调整到0.8兆帕左右；

5、打开C17、C19阀，这时整个***即处于备用状态；

6、当氮气管网管道C5氮气压力低于设定中0.5兆帕时，调控阀C18自动开启，液体罐底部的升压气化器C2的压力控制阀C14也自动调节，以维持液体灌的顶部压力稳定在指标范围内，液体灌内液体可以维持在90分钟左右，在此时间段内可以从容应对突发事故；

7、在实施步骤7时，当氮气管网管道C5氮气压力低至0.46兆帕时，关闭液体罐底部的升压气化器阀C15，打开C12阀维持液体灌的顶部压力，这样可以更多的回收液氮的冷量于循环水中，同时液体灌内液体可以维持更长的使用时间。

以上所述，仅是本发明的较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种循环水浴液氮快速气化装置，包括耐压低温液体罐（C1）、升压气化器（C2）、循环水浴液氮气化器（C3）、凉水塔循环水集水池（C4）和调控阀（C18）；耐压低温液体罐（C1）底部通过调控阀（C18）与循环水浴液氮气化器（C3）连接，来自耐压低温液体罐（C1）的液氮被流动的循环水加热而气化进入到氮气管网管道（C5），流动的循环水来自凉水塔循环水集水池（C4）；

其中，耐压低温液体罐（C1）顶部的液氮入口通过第十二阀（C12）与全低压空分装置的主冷（C23）液氮管道连接；或耐压低温液体罐（C1）通过第十六阀（C16）与外部液氮槽车相连；

耐压低温液体罐（C1）的气化氮气排出口通过第十一阀（C11）与全低压空分装置上塔（C24）顶部的主换热器（C20）前的氮气管道相连。

2.如权利要求1所述的循环水浴液氮快速气化装置，在循环水浴液氮气化器（C3）出口设有温度报警自调回路，当温度低于设定值时，关小调控阀（C18）。

3.如权利要求1-2任一所述的循环水浴液氮快速气化装置，循环水浴液氮气化器（C3）要布置于凉水塔循环水集水池（C4）靠近循环水集水池流出口的位置，或布置于凉水塔循环水集水池的水面之上，使从凉水塔布水器填料中流出的水淋洒在循环水浴液氮蒸发器表面。

4.一种如权利要求1-3任一所述循环水浴液氮快速气化装置的操作方法，其包括以下步骤：

（1）打开耐压低温液体罐（C1）的液位计、压力表、安全防爆膜前的阀门；

（2）打开第十一、十二阀（C11、C12），向耐压低温液体罐（C1）内充装液位至80%液位以上，然后关闭第十一阀（C11）；

或用外部液氮槽车卸放液氮接头连接到第十六阀(C16）前的接头上，然后打开第十六、十一阀（C16、C11），用外部液氮槽车向耐压低温液体罐（C1）内充装液位至80%液位以上，然后关闭第十六、第十一阀（C16、C11）；拆下外部液氮槽车卸放液氮接头；

（3）关闭第十一阀（C11）后，待耐压低温液体罐（C1）压力和全低压空分装置的下塔压力持平时，再关闭第十二阀（C12）；

（4）打开耐压低温液体罐（C1）底部升压汽化器（C2）前后阀（C15、C13），通过压力控制阀（C14）把耐压低温液体罐（C1）压力调整到第一设定压力；

（5）打开第十七、十九阀（C17、C19），这时整个***即处于应急备用状态；

（6）当氮气管网管道（C5）氮气压力低于第二设定压力值，第十八调控阀（C18）自动开启，耐压低温液体罐（C1）压力靠升压气化器（C2）的压力控制阀（C14）自动调节维持在指标范围内。

5.如权利要求4所述的操作方法，备用状态下维持液体罐内液位在80%以上，耐压低温液体罐（C1）内的设定压力比氮气管网管道（C5）正常压力高0.2—0.5兆帕。

6.如权利要求4所述的操作方法，当氮气管网管道氮气压力低于空分装置下塔压力时，则可打开第十二阀（C12）进行液氮充装，而关闭升压气化器（C2）的前阀（C15）。

7.如权利要求4所述的操作方法，在实施步骤（6）时，当氮气管网管道（C5）氮气压力低至第三设定压力值，关闭耐压低温液体罐（C1）底部的升压气化器（C2）的前阀（C15），打开第十二阀（C12）维持耐压低温液体罐（C1）的压力，这样可以更多的回收液氮的冷量于循环水中，同时液体灌内液体可以维持更长的使用时间。