低温介质汽化系统的制作方法

本发明涉及低温介质汽化领域，特别涉及一种低温介质汽化系统。

背景技术：

在化工生产中为了运输方便，经常采购低温液态状的原材料，例如液相低温乙烯，进而通过蒸汽加热汽化成气相供装置使用。大部分的储运企业的蒸汽都是通过外购园区的蒸汽，但蒸汽的供应商都不再回收企业的凝液。由于乙烯气化后的蒸汽凝液温度都高达100℃以上，国家对排水的标准是不高于40℃，因此乙烯储运企业都需要通过兑工业水进行降温至40℃后直排，这造成了能源的极大浪费。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种低温介质汽化系统，旨在减少对低温介质汽化过程中的能源浪费。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低温介质汽化系统，包括：

低温介质管路，用于传输待汽化的低温介质；

高温介质管路，用于为所述低温介质管路供热能；

主换热组件，与所述低温介质管路、所述高温介质管路均连接，以在所述低温介质管路和所述高温介质管路之间进行换热；所述主换热组件具有用于输出换热后所述高温介质的凝液输出端；及

热能回收组件，连接于所述凝液输出端和所述低温介质管路之间，所述热能回收组件用于回收换热后所述高温介质的热能，并将回收的热能传输至所述低温介质管路。

可选的，所述热能回收组件包括蒸汽凝液换热器和所述预热换热器；所述蒸汽凝液换热器和所述预热换热器均具有第一换热层和第二换热层；所述第二换热层内具有传热介质；

所述蒸汽凝液换热器的第一换热层与所述凝液输出端连接，所述蒸汽凝液换热器的第二换热层与所述预热换热器的第二换热层连接，所述预热换热器的第一换热层与所述低温介质管路连接。

可选的，所述蒸汽凝液换热器和所述预热换热器均为管壳式换热器，所述管壳式换热器具有管程和壳程，所述管程为所述第一换热层，所述壳程为所述第二换热层；

所述蒸汽凝液换热器的管程与所述凝液输出端连接，所述蒸汽凝液换热器的壳程与所述预热换热器的壳程连接，所述预热换热器的管程与所述低温介质管路连接。

可选的，所述低温介质管路包括预热管段，所述预热管段位于所述低温介质管路与主换热组件连接处的前端；

所述热能回收组件连接于所述预热管段，以对所述预热管段内的低温介质进行预热。

可选的，所述预热管段包括并联的主支段以及辅支段，所述主支段上设置有第一控制阀；

所述预热换热器的管程串联于所述辅支段上。

可选的，所述热能回收组件还包括蒸汽凝液罐和蒸汽凝液泵；

所述蒸汽凝液罐与所述凝液输出端连接，以接收冷凝液或冷凝输出的气相高温介质；

所述蒸汽凝液泵连接于所述蒸汽凝液罐和所述蒸汽凝液换热器之间，以将所述蒸汽凝液罐中的冷凝液泵入所述蒸汽凝液换热器中。

可选的，所述蒸汽凝液换热器和所述预热换热器之间还包括多个壳程依次连接的辅助换热器；

所述蒸汽凝液换热器、多个所述辅助换热器、所述预热换热器的壳程依次连接；每所述辅助换热器的管程分别串联于所述低温介质管路上。

可选的，所述蒸汽凝液换热器和所述预热换热器形成热能回收支路，所述低温介质汽化系统包括多个所述热能回收支路，且多个所述热能回收支路均并联于所述凝液输出端和所述低温介质管路之间；

每所述热能回收支路串联有第二控制阀。

可选的，所述低温介质汽化系统还包括控制器，以及与所述控制器电连接的温度检测装置；

所述温度检测装置设于所述排水管路内，所述控制器根据所述温度检测装置的检测结果，控制所述第二控制阀的通断。

可选的，所述排水管路的外侧包裹有导热层。

可选的，所述低温介质汽化系统具有输出管路，所述主换热组件包括依次连接的第一换热器、第二换热器、第三换热器；

所述第一换热器的管程的一端与所述高温介质管路连接，所述第一换热器的管程的另一端为所述凝液输出端；

所述第一换热器的壳程与所述第二换热器的壳程连接，所述第二换热器的管程的一端与所述低温介质管路连接，所述第二换热器的管程的另一端与所述输出管路连接；

所述第三换热器壳程与所述第二换热器的壳程连接，所述第三换热器管程的两端连接于所述输出管路上，且所述第三换热器与所述输出管路的连接处串联有三通阀。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：

本发明技术方案通过采用主换热组件在低温介质管路和所述高温介质管路之间进行换热，以便于适配不同形状和尺寸的低温介质管路和所述高温介质管路。同时主换热组件具有输出换热后所述高温介质的凝液输出端，从而便于热能回收组件收集换热后的高温凝液。热能回收组件一方面连接于所述凝液输出端，以重新对凝液输出端输出的高温凝液进行热能回收，同时回收后的热能直接反馈至低温介质管路上，实现了热能的回收再利用，有效的避免了能源的浪费，提高了蒸汽的利用率。并且由于经过热能回收组件的冷凝液的温度较低，从而无需或仅仅需要混入较少量的工业水，即能达到排放标准，从而进一步节省了水资源。因此本发明技术方案减少对低温介质汽化过程中的能源浪费，提高了能源的利用率。

附图说明

图1是本发明低温介质汽化系统一实施例的功能模块图；

图2是对应图1的一实施例的线路连接图。

附图标记说明如下：10、低温介质管路；11、预热管段；12、第一控制阀；20、高温介质管路；30、主换热组件；31、第一换热器；32、第二换热器；33、第三换热器；34、三通阀；40、热能回收组件；41、蒸汽凝液换热器；42、预热换热器；43、蒸汽凝液罐；44、蒸汽凝液泵；50、排水管路；60、输出管路。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本申请实施例提出一种低温介质汽化系统，请参阅图1，低温介质汽化系统包括低温介质管路10、高温介质管路20、主换热组件30以及热能回收组件40。低温介质管路10用于传输待汽化的低温介质；高温介质管路20用于为低温介质管路10供热能；主换热组件30与低温介质管路10、高温介质管路20均连接，以在低温介质管路10和高温介质管路20之间进行换热；主换热组件30具有用于输出换热后高温介质的凝液输出端；热能回收组件40连接于凝液输出端和低温介质管路10之间，热能回收组件40用于回收换热后高温介质的热能，并将回收的热能传输至低温介质管路10。

本方案中的低温介质管路10供低温介质传输。低温介质常压沸点低于-30℃的低温介质，例如乙烯、丙烯、乙烷等，在以下实施例中，以乙烯作为上述低温介质为例说明。低温介质在低温介质管路10里状态可以呈液态、也可以呈气液混合态，在此不做具体限定。低温介质管路10优选为金属管，且外层包裹有保温层，以对低温介质管路10进行保温，防止低温介质汽化。在本实施例中，低温介质管路10可以呈直管也可以是弯管，在此不做限定。低温介质自低温介质管路10的一端流入，沿低温介质管路10流向与高温介质管路20换热的部件或管段。

本实施例中高温介质管路20供高温介质传输，高温介质可以是沸点较高的液体，也可以是气态。本实施例中，高温介质优选为蒸汽。蒸汽自高温介质管路20的一端通入，沿高温介质管路20流向与低温介质管路10换热的部件或管段。本方案中高温介质管路20可以呈直管也可以是弯管，在此不做限定。在以下实施例中，以高温介质为蒸汽为例说明。

基于上述实施例，高温介质管路20和低温介质管路10之间的换热方式可以是多种，按照换热过程来看，可以是直接换热，即高温介质管路20和低温介质管路10之间直接进行换热，也可以是间接换热，即通过另一部件实现间接换热。从换热机理来看，可以是通过热传导换热或热对流换热等。在本实施例中，高温介质管路20和低温介质管路10通过主换热组件30进行换热。主换热组件30与低温介质管路10、高温介质管路20均连接，以在低温介质管路10和高温介质管路20之间进行换热；主换热组件30具有用于输出换热后蒸汽的凝液输出端，凝液输出端与热能回收组件40连接。

请参阅图2，具体的，高温介质管路20先与主换热组件30进行换热，以使主换热器吸收高温介质管路20内高温介质的热能；之后主换热器再与低温介质管路10进行换热，以将吸收的热能传输给低温介质管路10内的低温介质，最终使其汽化。例如，气态的蒸汽释放热能后，形成液态或气液混合态，由高温介质管路20的出口或主换热组件30排出。本方案中，主换热组件30具有凝液输出端，凝液输出端用于输出换热后蒸汽的冷凝液和/或温度较上述高温介质低的蒸汽。

在本申请实施例中，低温介质汽化系统具有输出管路60，主换热组件30包括依次连接的第一换热器31、第二换热器32、第三换热器33。第一换热器31、第二换热器32、第三换热器33均为管壳式换热器，管壳式换热器的工作原理和内部结构均为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。第一换热器31、第二换热器32、第三换热器33内具有传热介质。

第一换热器31的管程的一端与高温介质管路20连接，第一换热器31的管程的另一端为上述凝液输出端；此时蒸汽经过高温介质管路20输入至第一换热器31内，与第一换热器31内壳程的传热介质进行换热，换热后的蒸汽冷凝液或蒸汽自凝液输出端排出。第一换热器31的壳程与第二换热器32的壳程连接，第二换热器32的管程的一端与低温介质管路10连接；此时第一换热器31内的壳程传热介质吸收了热能后流动到第二换热器32壳程内，并在第二换热器32内与低温介质管路10中的乙烯进行换热，使低温液态的乙烯汽化，此时的气态乙烯的温度仍旧较低。

进一步的，第二换热器32的管程的另一端与输出管路60连接；第三换热器33的壳程与第二换热器32的壳程连接，第三换热器33管程的两端连接于输出管路60上，且第三换热器33与输出管路60的连接处串联有三通阀34。通过调整三通阀34的状态，可以控制自第二换热器32输出的气态乙烯直接由输出管路60输出；或者控制自第二换热器32输出的气态乙烯，输入至第三换热器33内，进一步与第三换热器33的传热介质进行换热，从而使低温的气态乙烯形成较高温度的气态乙烯，再从输出管路60中输出。

本申请实施例技术方案中，自第一换热器31凝液输出端输出的蒸汽凝液和/或蒸汽，仍旧具有较高的温度，为了提高能量的利用率，并且减少或避免需要额外的工业水与该蒸汽凝液进行混合，以满足排放的要求。本申请方案的热能回收组件40用于回收换热后高温介质的热能，并将回收的热能传输至低温介质管路10。具体的，热能回收组件40连接于凝液输出端和低温介质管路10之间。

本发明技术方案通过采用主换热组件30在低温介质管路10和高温介质管路20之间进行换热，以便于适配不同形状和尺寸的低温介质管路10和高温介质管路20。同时主换热组件30具有输出换热后高温介质的凝液输出端，以此便于热能回收组件40收集换热后的高温凝液。热能回收组件40一方面连接于凝液输出端，以重新对凝液输出端输出的高温凝液进行热能回收，同时回收后的热能直接反馈至低温介质管路10上，实现了热能的回收再利用，有效的避免了能源的浪费，提高了蒸汽的利用率。并且由于经过热能回收组件40的冷凝液的温度较低，从而无需或仅仅需要混入较少量的工业水，即能达到排放标准，从而进一步节省了水资源。因此本发明技术方案减少对低温介质汽化过程中的能源浪费，提高了能源的利用率。

热能回收组件40可以包括多种传热结构、传热材料。热能回收组件40按照换热机理来分，可以以热传导换热、热对流换热等工作原理进行工作。热能回收组件40可以通过换热结构和/或换热材料实现在凝液输出端和低温介质管路10之间的换热过程。例如，热能回收组件40可以通过导热材料将自凝液输出端输出的凝液和/或蒸汽的热量导出，再将该部分热量传输至低温介质管路10上。

请参阅图2，在本实施例中，所述热能回收组件包括蒸汽凝液换热器41和预热换热器42；蒸汽凝液换热器41和预热换热器42均具有第一换热层和第二换热层；第二换热层内具有传热介质；蒸汽凝液换热器41的第一换热层与凝液输出端连接，蒸汽凝液换热器41的第二换热层与预热换热器42的第二换热层连接，预热换热器42的第一换热层与低温介质管路10连接。蒸汽凝液换热器41和预热换热器42可以为板式换热器、板壳式换热器、管翅式换热器、以及管壳式换热器等。上述板式换热器、板壳式换热器、管翅式换热器、以及管壳式等换热器的工作原理和内部结构均为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。

在一具体的实施例中，蒸汽凝液换热器41和预热换热器42均为管壳式换热器，管壳式换热器具有管程和壳程，管程为第一换热层，壳程为第二换热层，蒸汽凝液换热器41的管程与凝液输出端连接，蒸汽凝液换热器41的壳程与预热换热器42的壳程连接，预热换热器42的管程与低温介质管路连接。

蒸汽凝液换热器41和预热换热器42通过中间传热介质进行传热，可选的，该传热介质在操作压力下的沸点比排水温度(例如40℃)低5℃以下，同时凝固点低于-102℃，以避免传热介质在于乙烯换热后凝固。如传热介质可以为丁烯。

具体的，蒸汽凝液换热器41和预热换热器42均具有管程和壳程；蒸汽凝液换热器41的管程与凝液输出端连接，以接收自凝液输出端输出的凝液和/或蒸汽，蒸汽凝液换热器41的壳程与预热换热器42的壳程连接。蒸汽凝液换热器41壳程中的传热介质在吸收了热能后汽化，并进入预热换热器42的壳程中。预热换热器42的管程与低温介质管路10连接，低温介质管路10中的低温介质与在预热换热器42壳程中的换热介质行换热。

进一步的，热能回收组件40连接于低温介质管路10上的位置是多样的，根据连接位置的不同，热能回收组件40可以在低温介质管路10与主换热组件30换热前或换热后，与低温介质管路10进行换热。本申请方案中，优选设置，热能回收组件40回收的热量用于对低温介质管路10中的低温介质进行预热，以最大限度的利用蒸汽热量。

具体的，低温介质管路10包括预热管段11，预热管段11位于低温介质管路10与主换热组件30连接处的前端，以对预热管段11内的低温介质进行预热。

进一步的，为了调控低温介质管路10中的低温介质流入预热换热器42中低温介质的量。本实施例中，设置预热管段11包括并联的主支段以及辅支段，主支段上设置有第一控制阀12；预热换热器42的管程串联于辅支段上。第一控制阀12具有多个开度，因此通过调节第一控制阀12的开度，能够灵活的控制流入预热换热中低温介质的量。当辅支段上设置有开关控制阀；当开关控制阀关断时，低温介质管路10中的低温介质将不会流入预热换热器42中。

为了有效地控制热能回收组件40的工作节奏，以及提高热能回收组件40工作的可靠性，本方案设置热能回收组件40还包括蒸汽凝液罐43和蒸汽凝液泵44；蒸汽凝液罐43与凝液输出端连接，以接收蒸汽的冷凝液或冷凝输出的气相高温介质；蒸汽凝液泵44连接于蒸汽凝液罐43和蒸汽凝液换热器41之间，以将蒸汽凝液罐43中的冷凝液泵入蒸汽凝液换热器41中。

基于上述实施例，蒸汽凝液换热器41的管程连接有排水管路50，排水管路50用于排出换热后的凝液。本方案中，为了进一步提高热能回收组件40的换热效果，且根据蒸汽凝液罐43中的凝液量以及凝液温度，以更为灵活的调整热能回收组件40的换热量，在本方案一实施例中，蒸汽凝液换热器41和预热换热器42形成热能回收支路，低温介质汽化系统包括多个热能回收支路，且多个热能回收支路均并联于蒸汽凝液泵44和低温介质管路10之间；每热能回收支路串联有第二控制阀。因此当凝液罐中的凝液量较大且凝液温度较高时，通过控制第二控制阀，以使多个热能回收支路全部打开，以提高热能回收组件40的换热量；当凝液罐中的凝液量较小且凝液温度低时，通过控制第二控制阀，以使一个或两个热能回收支路打开，以使热能回收组件40的换热量匹配当前需要换热的凝液量。当排水管内的排水温度较高时，也指示热能回收组件40的换热不完全。因此通过在排水管路50内设置温度检测装置，以根据温度检测装置的检测结果，便于工作人员控制第二控制阀的通断。

上述蒸汽凝液换热器41和预热换热器42之间还可以包括多个壳程依次连接的辅助换热器；蒸汽凝液换热器41、多个辅助换热器、预热换热器42的壳程依次连接；每辅助换热器的管程分别串联于低温介质管路10上。多个辅助换热器串联可以提高整个热能回收组件40内传热介质的量，从而可以增大换热量，另一方面也可以将换热的热量分布于低温介质管路10的多个管段上，从而提高了对低温介质管路10的预热效果。

进一步的，为了实现低温介质汽化系统的控制自动化，本方案中设置低温介质汽化系统还包括控制器，控制器与温度检测装置电信号连接；控制器根据温度检测装置的检测结果，自动控制第二控制阀的通断。在一优选实施例中，控制器中存储有控制算法，以根据温度检测装置检测的温度值所在的温度区间，控制对应数量的第二控制阀的通断，以打开/关断该数量个热能回收支路，实现换热量的灵活控制。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。