专利名称：分置组合式主换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种有过冷器及主换热器组成的分置组合式主换热器。
背景技术：
在空分装置的精馏流程设计时，为了对制冷剂进行制冷，往往需要使用到过冷器。 在通常的情况下，该过冷器是单独设计的，如液氮过冷器、液空过冷器等。上述冷气体通过过冷器后，再进入主换热器，冷却如空气、高压空气等热流体，自身被加温到常温状态流出主换热器。请参考图1的常规液空过冷器，热源为液体的空气，冷源为出液氮过冷器的氮气 5、污氮气，及出上塔的氧气共同来冷却液空，即液体的空气。这是一个拥有四股流的换热器。氧气进口 3、氧气出口 4封头设置在换热器的两侧面上，同样液空进口 2及液空出口 3 同样设置在换热器的两侧面上。由于氮气等冷气体是从上塔引出的，因此它们的流向是由上向下的，导致液空的流向只能是由下向上才能冷却到最低的温度。由图1可以看出液空是由换热器的右下侧面进入，经导流片导流均勻分布到整个通道中，冷却完成后，由换热器的左上侧面经导流片流出换热器。氧气通道则从换热器的右上侧进入换热后从换热器的左下侧流出。由于整套设备提取产品气的量不相同，因此三股冷流体各自的通道数也不相同， 使整台换热器的通道排列无法具体确定。而且由于冷流体有三股，而且数量不固定，因此无法具体确定三股冷流体的通道排列顺序。氮气和污氮气通过液空过冷器时，要经过两个端面上的大封头，氧气也要通过两个封头。请参考图2的常规液氮过冷器的结构。液氮作为热源，氮气5作为冷源，在液氮过冷器中也有上下设有液氮进口 6及液氮出口 7两个大封头。现在有一种将过冷器及主换热器组成在一起的组合式主换热器，在这种常规的组合式主换热器中，主换热器本身就是各股冷流体均分布在整台换热器中，因此每台组合式主换热器的结构都一样，全部包含了所有冷气流和热流体以及要被冷却的液体馏分。使组合式主换热器的结构非常复杂，导致在制造、安装过程中，费工时耗材料，且在过冷器这一换热段的热力设计时，由于冷流体主要是按主换热器的要求安排设计的，无法实现馏分液体最佳流动流速的安排，使过冷段的传热系数远达不到最佳化，从而导致在热力计算时，就扩大了换热器的外形尺寸。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种分置组合式主换热器，解决如何使换热器以最合理的组合方式进行换热的技术问题。分置组合式主换热器，包括主换热器、第一段过冷器；第一段过冷器设在主换热器下端，第一段过冷器一侧上端设有热源进口，另一侧下端设有热源出口，底端具有冷源进口 ；主换热器一侧上端具有热源进口，另一侧下端具有热源出口，顶端具有冷源出口 ；第一段过冷器的冷源出口与主换热器的冷源进口相通。[0008]主换热器另一侧具有一个热源进口，在相对该侧的另一侧下端具有热源出口。所述第一段过冷器为液空过冷器，液空过冷器一侧上端设有液空进口，另一侧下端设有液空出口。所述第一段过冷器下端具有液氮过冷器，液氮过冷器一侧上端设有液氮进口，另一侧下端设有液氮出口。 所述第一段过冷器下端具有污氮过冷器，液氮过冷器一侧上端设有污氮进口，另一侧下端设有污氮出口。本实用新型的有益效果是1、一个主换热器加上一个液空过冷器在加上一个液氮过冷器就组成了一个氮气分置组合式主换热器，氮气分置组合式主换热器起到了三个换热器的作用通常的液氮过冷器、液空过冷器、主换热器。如此的组合，省掉了以下结构液氮过冷器、液空过冷器的四个大封头，氮气连接液氮过冷器、液空过冷器的管路和弯管接头，液氮过冷器和液空过冷器的支架等；并省掉了制造液氮过冷器和液空过冷器大部分的工序，缩短了制造周期，节省了工时，提高了原材料的利用率，降低了制造成本。2、一个主换热器加上一个液空过冷器在加上一个污氮过冷器就组成了一个污氮分置组合式主换热器，污氮分置组合式主换热器的优点也和氮气分置组合式换热器一样， 它起到了三个换热器的作用通常的污液氮过冷器、液空过冷器、主换热器。如此的组合，省掉了以下结构污液氮过冷器、液空过冷器的四个大封头，连接污液氮过冷器、液空过冷器的管路和弯管接头，污液氮过冷器和液空过冷器的支架等；并省掉了制造污液氮过冷器和液空过冷器大部分的工序，缩短了制造周期，节省了工时，提高了原材料的利用率，降低了制造成本。其次和氮气分置组合式主换热器一样，由于上述三台换热器都组合成整体的一台换热器了，使换热系统在冷箱内的布置大大简化，节约了塔器之间的连接管路，降低了冷箱的体积、空间和保温材料，减少了冷箱布置时的占地面积和冷量损失，进而又降低了制造成本并进一步降低了能耗指标；大大提高了空分设备的技术水平和社会效益。3、一个主换热器加上一个液空过冷器就组成了一个氧气分置组合式主换热器，该换热器同样节省了一些结构。
图1是常规液空过冷器的结构示意图；图2是常规液氮过冷器的结构示意图；图3是分置式主换热器的结构示意图；图4是氮气分置组合式主换热器；图5是图4所示换热器中空气出口和液空进口的结构示意图；图6是图5的K向示意图；图7是污氮气分置组合式主换热器的结构示意图；图8是氧气分置组合式主换热器的结构示意图；图中1.液空进口、2.液空出口、3.氧气进口、4.氧气出口、5.氮气、6.污氮气进口、7.污氮气出口、8.污氮、9.空气进口、10.空气出口、11.增压空气进口、12.增压空气出口、13.冷流体、14.液氮进口、15.液氮出口、16.封条、17.换热翅片、18.导流片、19.隔板。
具体实施方式
请参考图3，冷流体13可选氧气、氮气、污氮气中的一股，而热流体全部一样为空气和增压空气，主换热器上分别设有空气进口 9、空气出口 10、增压空气进口 11、增压空气出口 12。冷流体通道和热流体中的通道，是流经整个换热器的。请参考图4，冷源为氮气5，氮气5从上塔引出后，直接进入氮气分置组合式主换热器，首先在换热器的第III换热段中，冷却来自下塔温度最低而要被送往上塔的液氮，液氮从液氮进口 14进入冷却器内并从液氮出口 15流出，液氮吸收了上塔温度最低的氮气的冷量，又把这部分冷量重新带回上塔。氮气5冷却液氮温度升高后，进入冷却液空的第II换热段，又把部分温度稍高的冷量交给液空，液氮从液空进口 1进入冷却器内并从液空出口 2流出，液空把这部分冷量又带回上塔。氮气冷却液空后，温度升到通常进入主换热器冷端的水平，才进入分置式主换热器，冷却空气和增压空气，直到回复到常温态排出分置组合式主换热器。该空气从空气进口 9流入并从空气出口 10流出，该增压空气从增压空气进口 11流入并从增压空气出口 12流出。由图-4可见氮气从换热器冷端进入到恢复到常温从热端引出，是在一个连通的通道内完成的。但它却完成了通常要在流过液氮过冷器、液空过冷器、主换热器才能完成的功能。实现了极限缩短氮气流路的目的，从而大大降低了氮气的流动阻力，最大限度的减少了设备的台数及连接管路的长度。真正实现了设备的集成化。请参考图5及图6，图5所示是空气出口 10和液空进口 1在每一层的局部结构。 空气由换热翅片17经导流片18导流而流出换热器。液空由液空进口 1经导流片18导流进入换热翅片17，和邻近的氮气通道换热。上述的所有零件都被两块隔板19夹牢，经钎焊工艺过程焊成为一体，因此空气通道和液体空气通道由两条封条16隔离，再加上另外两条封条16和隔板19，形成了各自的独立密封通道。但两个独立通道由隔板19连结在一起形成了一个整体。液空出口 2和液氮进口 14处的局部结构，和图5相同。两个通道的隔离封条处，即是第II换热段和第III换热段的分界线。由此可见处在同一层的空气通道、液空通道、液氮通道，虽然各自是独立密封的通道，但夹住这些通道零件的两块隔板19是整体的， 因此经钎焊工艺后，三个通道就连接在一起形成了一个整体式的一层。增压空气冷却过程可参考空气冷却过程。图6所示的是污氮气分置组合式主换热器。污氮气来自上塔的中部，是上塔冷流体中温度次低的冷流体。污氮气从上塔引出后，直接通过污氮气进口 6进入污氮气分置组合式主换热器的第III换热段，冷却来自下塔温度次低的污液氮，污液氮从污氮气进口 6流入并从污氮出口 7流出，污液氮把上塔温度次低的污氮气的冷量，又重新带回上塔中部。污氮气冷却污液氮后，进入冷却液空的第II换热段，把冷量交给液空，液空从液空进口 1流入并冲液空出口 2流出，液空又把这部分污氮气的冷量带回上塔。污氮气冷却液空后，才进入相当以往主换热器的第I换热段，冷却空气和增压空气，直到回复到常温态排出主换热器。 该空气从空气进口 9流入并从空气出口 10流出，该增压空气从增压空气进口 11流入并从增压空气出口 12流出。图7所示的是氧气分置组合式主换热器示意图。在本专利的氧气分置组合式主换热器中，氧气直接是从上塔引进的，进入该分置组合式换热器的第II换热段后，直接冷却液空，液空从液空进口 1流入并冲液空出口 2流出，氧气把冷量部分交给液空带回上塔，然后才进入该换热器的第I换热段，冷却空气和增压空气，直至恢复到常温态流出换热器。该空气从空气进口 9流入并从空气出口 10流出，该增压空气从增压空气进口 11流入并从增压空气出口 12流出。 上述实施例的分置组合式主换热器，其中“分置”是指把出上塔的三股冷气体分别放置在不同的三种换热器中进行换热。“组合”是指把出上塔的三股冷气体在恢复到常温状态的过程中所要经过的所有换热器，组合集成在一台换热器中。本分置组合式主换热器可使过冷器和主换热器以最完善的形式组合用氮气来冷却液氮、液空，用污氮气来冷却污液氮和液空，用氧气单独来冷却液空。使能量等级不同的冷气流，得到充分的发挥和利用。从而使能耗指标进一步降低。
权利要求1.分置组合式主换热器，包括主换热器、第一段过冷器；其特征在于第一段过冷器设在主换热器下端，第一段过冷器一侧上端设有热源进口，另一侧下端设有热源出口，底端具有冷源进口 ；主换热器一侧上端具有热源进口，另一侧下端具有热源出口，顶端具有冷源出口 ；第一段过冷器的冷源出口与主换热器的冷源进口相通。
2.依据权利要求1所述的分置组合式主换热器，其特征在于主换热器另一侧具有一个热源进口，在相对该侧的另一侧下端具有热源出口。
3.依据权利要求1所述的分置组合式主换热器，其特征在于所述第一段过冷器为液空过冷器，液空过冷器一侧上端设有液空进口，另一侧下端设有液空出口。
4.依据权利要求1所述的分置组合式主换热器，其特征在于所述第一段过冷器下端具有液氮过冷器，液氮过冷器一侧上端设有液氮进口，另一侧下端设有液氮出口。
5.依据权利要求1所述的分置组合式主换热器，其特征在于所述第一段过冷器下端具有污氮过冷器，液氮过冷器一侧上端设有污氮进口，另一侧下端设有污氮出口。
专利摘要本实用新型公开了一种分置组合式主换热器，包括主换热器、第一段过冷器；第一段过冷器设在主换热器下端，第一段过冷器一侧上端设有热源进口，另一侧下端设有热源出口，底端具有冷源进口；主换热器一侧上端具有热源进口，另一侧下端具有热源出口，顶端具有冷源出口；第一段过冷器的冷源出口与主换热器的冷源进口相通。本实用新型可解决如何使换热器以最合理的组合方式进行换热的技术问题。
文档编号F25J5/00GK202304249SQ20112036180
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者章有虎 申请人:杭州中泰深冷技术股份有限公司