用于空气分馏设备的管道模块的制作方法与工艺

用于空气分馏设备的管道模块本发明涉及用于空气分馏设备(airfractionationplant)的至少一个主热交换器的管道模块，涉及具有这样的管道模块的空气分馏设备，并涉及装配空气分馏设备的方法。

背景技术：
大气是气体混合物，其基本上由氮气(78％)、氧气(21％)和氩气(0.9％)组成。剩余的0.1％主要包括二氧化碳与惰性气体氦气、氪气和氙气作为其余组分。采用精馏的用于空气分馏的设备(以下简称″空气分馏设备″)是公知的。其被用于生产气态氧和氮和任选的液态氧、液态氮以及所述的惰性气体。空气分馏包括基本的步骤：压缩、预冷、净化、冷却和精馏。例如在带有中间冷却和后冷却的多级涡轮压缩机中压缩至约6巴或更高的压力。在压缩之前，可在″强化的″过滤器中除去尘粒。随后的预冷可在水操作的直接接触冷却器中进行，其中水溶性的杂质可部分地洗去。使用的水可例如在蒸发的阶式冷却器(tricklecooler)中被来自精馏的剩余的气态氮(下文还表示为″冷却的氮″)再冷却。通常在分子筛吸附器中净化预冷空气，在吸附器中除去水分、二氧化碳和碳氢化合物。采用这种方式净化的空气通过在一个或多个主热交换器中冷却至约-175℃而液化。采用与设备中产生的冷气体流逆流的内部热交换进行冷却。在这种情况下，也通常至少使用来自精馏的剩余气态氮。在随后的膨胀中，空气由于焦耳-汤姆逊效应而进一步地冷却并液化。在分离塔系统的分离塔(精馏塔)中进行空气的实际分馏(精馏)，开始产生富氧的塔底馏分和富氮的塔顶馏分。取决于最后产品和/或待产生的气体需要的纯度，分离塔系统可采用不同的塔构造。例如，两个分离塔可用作″中压″和″低压″塔形式的双塔。惰性气体，例如氩气和/或氖气可由下游的分离塔和方法步骤产生。精馏也可例如包括液化纯氮气而蒸发氧气并将它们再循环进入分离塔系统。相应的设备还可包括其他装置，例如附加的或后压缩机、膨胀涡轮、高压热交换器、内压缩泵和/或液体分离器。因此空气分馏设备由″温暖″部分、″冷却″部分和分离塔系统组成，其中″温暖″部分含有用于压缩、预冷和净化的部件，″冷却″部分具有主热交换器和任选的其他热交换器，例如逆流过冷器。冷却部分中的部件可设置在一个或多个″冷箱″中。这些是夹套的钢框架，其充满隔热材料，例如珍珠岩以减少来自环境的热量输入。冷箱内部理想地免维护。需要维护的部件可为此用隔离壁与隔热材料隔离，并设置为从外部可触及。阀可朝外部延伸以便例如使其驱动可触及。通过氮冲洗可防止水分渗透。取决于设备的尺寸，多个部件可集成在共同的冷箱中。在相对小的设备中，例如，主热交换器和分离塔系统可合并在一个冷箱中，而在较大的设备中，这些部件分布于多个冷箱之间。大的设备可还包括多个主热交换器，它们容纳于分离的冷箱中。也可提供另外的冷箱，例如多个塔箱和/或″氩箱″(在设备中以获得氩气)。空气分馏设备中获得的气态氧和氮可送入管道系统并直接输送到消费者。液态的氧、氮和氩保存在中间存储器，例如储罐中，并在罐车中运输到使用地点。相应的空气分馏设备应优选在相应的气体使用的地点，因而例如在精炼厂或石油矿床附近，以保持所述流体的运输距离尽可能短。这里空气分馏设备通常由预制部件组装。然而，常见的问题是没有足够熟练的组装人员或者成本很高。对于连接主热交换器特别是如此。因而需要改进，实现空气分馏设备更可靠和简单的装配。

技术实现要素：
相对于背景技术，本发明提出一种管道模块，用于空气分馏设备的至少一个主热交换器，具有这样的管道模块的空气分馏设备以及装配具有独立权利要求特征的空气分馏设备的方法。优选的改进分别在从属权利要求的主题和以下的描述中。发明优点本发明提出了一种管道模块，通过该管道模块使得构造用于空气分馏设备中的至少一个主热交换器的至少两个流体连接件能够连接到在空气分馏设备的温暖部分的至少两个流体管线。所述管道模块包括在主压缩机侧的至少两个连接件，其可与在空气分馏设备的温暖部分的至少两个流体管线结合，和在主热交换器侧的至少两个连接件，其可与至少一个主热交换器的至少两个流体连接件结合，以及至少两个流体管线，其与主压缩机侧的至少两个连接件和主热交换器侧的至少两个连接件相连。本发明提出的管道模块使得可以替代″集管管路(headerpiping)″，通常在空气分馏设备中的主热交换器需要所述集管管路。集管管路通常用来将主热交换器与设备的所述温暖部分连接，并且设置在主热交换器的上侧。空气分馏设备的主热交换器至少用来冷却向空气分馏设备的分离塔提供的用来分馏的进料空气，其与从进料空气产生的至少一种空气产物逆流。因而主热交换器被设置用于通过与来自分离塔系统的回流间接热交换而冷却空气，并具有相应设置的构件，其包括例如合适构造的管线。空气分馏设备也可设置用于″内部″压缩，其中液流从一个或多个分离塔排出，作为液体调整压力，并在主热交换器中被传热介质蒸发以产生气态的压缩产物，传热介质通常是压缩空气流。如果相应的液流为超临界压力，其并不蒸发，而是出现伪蒸发。用于蒸发或伪蒸发的传热介质，因此例如适当的压缩空气流，由于热力学的原因被压缩至通常明显高于分离塔系统中使用的工作压力的压力。其在主热交换器中液化(或者如果超临界压力占优势时，任选地伪液化)。主热交换器因而也用于提供相应的气态压缩产物。由于空间原因或结构考虑，特别使用多个主热交换器，例如当空气分馏设备需要的主热交换器不能设置在单独的冷箱中和/或建造和/或运输时，将另外造成不能容忍的费用。在各情况中，空气分馏设备的主热交换器可由并联和/或串联的一个或多个主热交换器区或主热交换器段构成，例如一个或多个板式热交换器区。以下所述的提供多个主热交换器，这应理解为表示多个分离单元，但各自原则上执行相同的功能。例如，全部的主热交换器由相同数量的流体管线通过，并且将它们冷却或加热到基本上相同的温度。因此这些包括多个单元，可并联连接，从而能够执行较大主热交换器的功能。另一方面，以下所述的多个主热交换器区应理解为表示多个独立单元，但是各自执行不同的功能。例如，它们可为多个分离的板式热交换器区，各自由不同的流体通过。例如，为了所述的内压缩目的，待液化(或伪液化)的传热介质和待蒸发(或伪蒸发)的内压缩流(或多个流)可在分离的板式热交换器中彼此相反引导而间接热交换。必须设计成低压的分离的板式热交换器区可用于待冷却和待加热的剩余流。多个主热交换器区共同执行主热交换器的功能。多个主热交换器可分别包括相同的类型的主热交换器区。单独的主热交换器区也可设置在不同的冷箱。主热交换器自身是空气分馏设备的上述″冷却″部分(任选地带有它它们的分离主热交换器区)的部分，但构造用以连接其温暖的部分。在任何情况下主热交换器基本上不同于设置在空气分馏设备温暖部分的热交换器或冷却器(例如一个或多个压缩机的后冷却器)，因为向它们提供和/或从其排出冷却到深冷温度的至少一个流体。例如低于-50℃的低温温度，特别是低于-100℃。主热交换器因而设置为在相应的低温操作，通过例如包括或由能够承受低温的材料制造。因而以建造为目的设置它们的结构并且具有至少冷却用于在空气分馏设备的分离塔中分馏的进料空气的功能，其中进料空气与由该进料空气产生的至少一种空气产物逆向流动。相反，主热交换器的上游，即设备的温暖部分，通常仅由热交换器或冷却器组成，其中向它们提供调节至高温的流体或由它们排出这些流体。这些流体通常具有至少0℃的温度。因此，主压缩机中压缩的空气通常由至少一个冷却器冷却，如水冷却器，以驱散压缩热。然而，这里冷却完全在高于0℃的温度进行，而不是深冷温度和/或不是与由进料空气产生的至少一种空气产物逆流。为了本发明的目的，主压缩机是由外部能量驱动的唯一机械的压缩机或压缩机设置，例如采用单级或多级的压缩机的形式，其所有级连接相同的驱动。所有级可容纳在单个外壳或由传动装置连接。后压缩机经常不包括在外部能量驱动的机械中，因为它们由分别随其关联的膨胀机驱动。空气分馏设备的″温暖″部分通过本发明的管道模块与主热交换器连接，并包括主热交换器作为其中心部件，但可以包括其他装置，例如后压缩机和/或净化设备和/或产品压缩机(用于空气产物的外部压缩)。如上所述，当为空气分馏设备提供多个主热交换器和/或带有多个主热交换器区的主热交换器时，集管管路的装配证明是特别昂贵的。在这种情况下，相应的主热交换器和/或主热交换器区上的管道或包封它们的冷箱必须装配在空气分馏设备的安装地点，以分别提供到公共流体管线的连接。预制集管管路可能的唯一的困难是实际中公差经常太大。换句话说，例如实际上不可能生产精密度允许直接安装一个或多个预制集管管线(headerlines)的主热交换器和/或主热交换器区。开口直接进入主热交换器和/或主热交换器区，相应的收集器和连接其他部件例如上述的上游压缩和净化装置的的输送管线，因而必须以非常昂贵的方式在现场安装。相反，本发明提出将所述管道从主热交换器和/或主热交换器区或相应的冷箱的顶部转移进入″管道垫架(pipingskid)″形式的管道模块。管道模块可垂直设置在主热交换器和/或主热交换器区旁边。在空气分馏设备的安装地点，所有还要做的是在主热交换器和/或主热交换器区与管道模块之间形成连接，以产生与相应的流体管线的连接。这与上述定制组装相比通常要求不苛刻的。本发明提供的管道模块区别在于其主要，尤其是唯一地，包括构造用于输送流体的管线(流体管线)。管道模块构造与主压缩机侧连接以连接空气分馏设备的温暖部分，并与主热交换器侧连接以连接其冷却部分，更精确地与主热交换器和/或主热交换器区或其连接件所连接。管道模块例如包括为此目的的主压缩机侧的n个连接件和主热交换器侧的n×m个连接件，其中m表示能够连接到管道模块的主热交换器的数量，并且达到例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。主压缩机侧的连接件和主热交换器侧的连接件通过所述流体管线彼此连接。当n＞1，主热交换器侧的多个连接件可通过流体歧管分别连接主压缩机侧的连接件。管道模块任选地包括关闭构件以关闭单独的流体管线和/或调整构件以调整流体流，特别是在主热交换器侧的m个连接件之间均匀地分配主压缩机侧的连接件的流体，但没有构件主动地影响压力和/或温度，即压缩机、膨胀阀或膨胀机、加热装置、冷却器、热交换器等。因而本发明的管道模块结构上构成使得引导通过管道模块的流体流，特别是每个流体流都具有出口压力和/或出口温度，其基本上分别对应于入口压力或进口温度。通过主压缩机侧的连接件进入管道模块并通过主热交换器侧的连接件(或主热交换器侧的m个连接件)离开或者相反的流体流，当离开及进料时具有基本上相同的压力和基本上相同的温度。″基本上″相同的压力和″基本上″相同的温度可涉及例如轻微压力升高或压力降低和/或轻微温度升高或温度降低，其可例如分别达到小于1巴、0.5巴或0.1巴或小于10℃、5℃或1℃，并可例如由于传导损耗和/或来自或消散进入环境的热量而出现。″主压缩机侧″的连接件的区别在于其设置用于连接空气分馏设备的温暖部分。另一方面，″主热交换器侧″的连接件被设置用于连接主热交换器和/或主热交换器区或其连接件。如上所述，如果提供m个主热交换器，在主压缩机侧的连接件数量不同于在主热交换器侧的连接件数量。为了连接主热交换器和/或主热交换器区，连接件被特别设置，因为它们包括各自适当的空间设置和/或位置。如上所述，本发明的管道模块特别用于集管管路(或部分代替集管管路)。主热交换器侧的连接件因而优选设置在管道模块上方。设置″上方″或″下方″是指例如相对于安装结构，其支承管道模块并在其下侧包括相应的支撑脚或结构。与上述的预制集管管路相反，管道模块可在三维空间适应主热交换器和/或主热交换器区的相应连接件(连接部分)与管道模块之间的连接管道。这里管道模块有利地包括在其上部的连接件，即所述的主热交换器侧的连接件，该连接件与至少一个主热交换器和/或主热交换器区的连接件对应并可与之结合。本发明的管道模块可完全预制，即例如油漆过的、压力测试过的、绝热、有仪表的和有导线。在允许在建造地点安全验收测试的建造地点通常可用适当的试验和安装设备。这样有可能避免例如需要昂贵的修理的损坏或建造错误，或在极端的情况下当在空气分馏设备的安装地点发现时，返回制造厂。利用本发明的管道模块还可以显著地改善空气分馏设备的规划和设计。本发明的管道模块提供相应设备的布局结构并给出了特定设计。这意味着采用可按需扩展的模块化系统的方式，设备可以大体上由具有彼此适合的相应连接件的标准化组件装配。精炼，三次采油(提高石油收率)和钢铁业特别需要大量的纯气体。为了提高石油收率而生产氮的最大设备的空气处理能力达到约500,000标准立方米空气每小时，而正建造生产量约860,000标准立方米氧每小时的设备用于精炼。本发明的用于空气处理能力至少200,000标准立方米空气每小时的设备的管道模块，可运输而没有任何问题。这样大小的设备的主热交换器或相应的需要的性能的主热交换器区，只能在少数专门的建造地点制造。这也是由于这样的设备所使用的制造技术。特别地，真空焊接的铝板热交换器对所述设备特别有利。这样的热交换器在真空炉中制造，而不使用熔剂。这个方法要求高质量建造，因为用于连接的铜焊料的熔点与待连接的材料的熔点略微不同。然而，为了获得最佳性能，管道要求满足相应的精确的组装质量要求。特别地，不合适的焊接可显著地损害主热交换器以及整个空气分馏设备的性能。特别地，管道需要的无应力的组装造成困难。极端的情况下可出现相当大的损害。本发明的管道模块显著地简化了这样的主热交换器的管道，使得使用者不必像通常所必须的非常熟练，或者可选地仅在较短时间需要使用熟练度高的技术人员。正如已经部分解决的，本发明的管道模块有利地构造为连接至少两个主热交换器和/或主热交换器区。这使得能够特别灵活地装配空气分馏设备，其可以适合于特别的应用性能要求。对于各种气体应用，气体供应有最佳的经济效益，其取决于多种限制。当每小时需要仅200标准立方米的氮或1,000标准立方米的氧时，通过精馏进行空气分馏通常是可行。从这些值开始到前面提到的最大产量，有非常大的生产量范围，其需空气分馏设备满足。特别地，至今不可能装配用于任意所需大小的主热交换器。甚至在低于机械限制确定的最大尺寸时，制造非常大的主热交换器经常经济上不可行。所述的这些情况下，需要使用多个主热交换器或主热交换器区(例如设置在相应的冷箱中)并用来自设备的温暖区域的空气提供其连接。在此情况下，可适当地连接到多个主热交换器和/或主热交换器区的管道模块是明确可行的。如上所述，本发明的管道模块有利地为此装备至少一个流体歧管。这里″流体歧管″是指管道设置，其允许连接多个主热交换器和/或主热交换器区或者一个主热交换器连接到公共管线的多个连接件。在此流体歧管辅助提供分别对应于待连接的主热交换器的多组连接件，其中，如上所述，例如提供主压缩机侧的n个连接和主热交换器侧的n×m个连接件。这样的流体歧管可有利地以模块构造。管道模块因而可例如在建造地点由基础模块和相应的流体歧管模块组装。基础模块另外包括通常在使用现场组装的部件是可行的。这表明相应的模块可大量地成批生产和预制，之后，仅需要按需组装。这实现了管道模块的有效率和及时的装配。有利的，在主热交换器侧为各个主热交换器和/或主热交换器区提供单独的连接件组，该连接件组包括至少一个用于压缩的、被预纯化和预冷的空气的进料管线和用于冷却氮的排放管线。如上所述的空气分馏设备使用的主热交换器或主热交换器区包括一系列管线，其引导液体流双向通过主热交换器或主热交换器区。管线终止在一个或多个连接件部分中的主热交换器或主热交换器区的上部。多个连接件部分结合在上述流体歧管中，其在本发明中是管道模块的一部分。为此目的提供所述的进料管线和排放管线。在上述类型的空气分馏设备中，相应的产品流，与通过主热交换器的从温暖部分引导到设备的空气进料逆流引导通过主热交换器。主热交换器侧的连接件组还可包括另外的排放管线，例如氧气、氮气产物和/或惰性气体的排放管线。如果在空气分馏设备中提供额外的高压热交换器(其连接相应的后压缩机或循环压缩机)，也可为此目的在管线设置中提供相应的管线。在相应的连接件组中，相应的连接件有利地进行空间设置从而最大限度地保证简单和直接地连接主热交换器。这样相同的空间设置在此可标准化，使得多个不同的模块(按上述的模块化系统方式)可彼此连接而没有昂贵的调整。然而，该空间设置允许相应连接管线至少一定程度的三维的配合，例如使得可补偿模块和基础的配合公差。因而相应的能够使用预制连接管道，任选地带有相应的标准化法兰，用于连接管道模块与主热交换器。这减少了对组装步骤的要求。然而，这也至少在一定程度上可调整。本发明的管道模块有利地还包括防火氧输送阀。相应必需的防火壁设备可同样与管道模块的其余部件预制在一起，并因而以预制和任选适当地试验过的形式转移至空气分馏设备的安装地点。混凝土壁提供的传统的隔层不是必需的。在一个特别优选的改进中，前述管道模块，任选的带有集成和/或模块结构的前述流体歧管，配置以在至少一个主热交换器或相应的主热交换器区旁边垂直设置。这在一方面实现一个或多个主加热器的节省空间的管道，另一方面实现简单的预制和没有问题的运输。可垂直设置的管道模块在水平方向可能是平的结构，并因此水平预制。因而与传统的设置相比减少了需要的组装空间。本发明同样提供的空气分馏设备受益于上述优点，因而可明确地做出参考。本发明的装配空气分馏设备的方法，涉及提供至少一个主热交换器和本发明的管道模块，并连接该至少一个主热交换器与该管道模块。所述组件优选是预制的。因而同样也获得所述优点。不言而喻，上述特征和下述的那些，可用于分别表述的结合以及其他的结合或单独使用，而不超出本发明的范围。本发明通过示例性的具体实施方式示意地图示在附图中，并在下面参考附图详细描述。附图介绍图1表示现有技术中空气分馏设备的非常简化的示意图。图2表示本发明的一个实施方案的带有两个主热交换器的管道模块的示意图。具体实施方式图中，相同的或相等的作用要素任选地带有相同的附图标记，并且为了清晰起见，不重复说明。图1表示现有技术中空气分馏设备的非常简化的示意图。整体上表示为100。本发明特别涉及在这样的空气分馏设备100中连接主热交换器。以主热交换器模块1的形式提供主热交换器。虚线表示的空气流先在压缩机2中压缩并在吸附器3中净化，提供给主热交换器模块1中的主热交换器，其可在相应的冷箱中包括一个或多个主热交换器区。未示出附加的装置，例如过滤器和类似物。虽然图1仅显示一个吸附器3，但空气分馏设备100通常包括多个吸附器3，其可替换地操作并适当地再生。在主热交换器中，提供的压缩和净化过的空气与来自分离塔5塔顶的冷的气态氮GAN在主热交换器模块1中逆流冷却，分离塔5将在以下描述。冷却至接近于液化温度的空气流随后在膨胀阀4中膨胀并部分液态地进入分离塔5的中部区域。相应的设备可附加包括空气(支)流的后压缩并在高压热交换器中冷却。为了清晰起见，这也未示出。如上所述，如图1所示，可用多个串联的分离塔、双塔等作为分离塔系统代替单个分离塔5。利用其组分不同的沸点分馏液态空气。在分离塔5中，液态空气为此通过若干筛板(以非常简化的形式表示)相对于未液化的上升空气逆流流下。这里液体积聚在塔板上并被上升的气泡穿过。因而首先高沸点的氧从气流中液化出来，而低沸点的氮优选从液滴中气化出来。因此，气态氮GAN在分离塔5的冷却顶部收集，液态氧LOX在温暖底部收集。馏分进一步地通过在蒸发器6中蒸发来自分离塔5底部的液态氧LOX而提纯，并且气态氮在″塔顶馏分″冷凝器7中液化。蒸发的气态氧GOX和液化氮LIN再提供给分离塔5，重复精馏直到达到纯度要求。相应地，纯流体可从分离塔5的底部或顶部排出，并在液体罐8、9中存储以备进一步的使用。例如，氧-氩混合物O/Ar也可从分离塔5中排出，可在分离方法中从该混合物中获得高纯度氩混合物。获得惰性气体氙、氪、氦和/或氖也需要分离塔。新抽取的空气(参见上面)通过回收一定比例的获得的氮GAN并再循环到主热交换器模块1中的主热交换器而冷却。图2表示本发明的实施方案的带有两个主热交换器1a和1b的管道模块的示意图。管道模块整体上表示为10，而包括两个主热交换器1a和1b的主热交换器模块表示为1。虽然图2仅表示两个主热交换器1a和1b，本发明还可用超过两个或仅一个主热交换器实现。主热交换器模块1可例如构造为上述冷箱的形式。管道模块10可由基础模块11和流体歧管模块12构成，其通过适当的连接件13彼此连接。基础模块11中可设置中心部件，例如相应的阀14。这里图2表示基础模块11中仅一个管线，其在流体歧管模块12分成两个管线。如上所述，然而这里设置的主热交换器模块1或主热交换器1a或1b实际上由多个不同的流体流彼此逆流通过，使得多个所述管线也出现。如上所述，流体歧管模块12中提供一组连接件用于连接各主热交换器1a或1b。管道模块10可进一步包括(在主模块11和/或流体歧管模块12中)至少一个压力、温度和/或流量控制器15。例如，防火氧阀未示出。流体歧管模块12包括所述的一组连接件12a或12b，以连接主热交换器1a或1b。这些可与连接主热交换器1a或1b的相应的连接件12a′或12b′非常直接地连接。