一种空分系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种空分系统，包括空分设备，所述空分设备包括原料空气压缩部分、预冷部分、制冷部分、以及分离部分；其中，所述原料空气压缩部分与所述预冷部分相连接，所述空分系统还包括外来压缩气体部分和第一控制部分；所述外来压缩气体部分与所述预冷部分相连接；所述第一控制部分连接于所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间、以及连接于所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间，以控制所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间连通、或所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间连通。通过本实用新型的空分系统，避免了启动阶段中使用原料空气压缩部分时需要释放掉大部分压缩空气而造成的电能浪费，有效降低启动阶段的能源消耗。
【专利说明】一种空分系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于空分设备【技术领域】，具体涉及一种空分系统。
【背景技术】
[0002]空分设备是冶金、化工行业的常见重要设备，空分设备用于以空气为原料来生产氧气、氮气或氩气。在空分设备进行正常生产之前，需要完成空分设备的启动过程，空分设备的启动过程包括冷却设备、积累液体和调节纯度三个阶段，在启动过程中需要将冷箱内的大量设备从常温冷却到低温，并且积累起不少数量的液体，最后来调节纯度。启动过程的这三个阶段中空分设备只消耗能源没有产品产出。
[0003]在空分设备启动前期的冷却设备阶段，由于精馏工况尚未建立，主冷凝蒸发器还未工作，原料空压机加工的大量的空气只利用了供透平膨胀机制冷用的小部分；另外，在积累液体阶段有部分空气被液化，同样只需要原料空压机加工的大量的空气中的小部分。在主冷凝蒸发器开始较好的工作之前，空分设备需要的气体量与正常生产时所需的气体量相比要小很多。
[0004]然而，由于原料空压机通常为离心式压缩机，不能够将原料空压机的加工气量关得很小，否则会出现喘振工况，因此，原料空压机的加工气量需要保持在较高水平，但原料空压机的加工气量只有很小部分被利用，而大部分需要被放散掉，因此，造成了空分设备的启动过程中，始终有很大数量的加工空气没有被利用，造成了很大的能源浪费。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是为了解决现有的空分设备在启动阶段存在较大能源浪费的问题。
[0006]解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种空分系统，包括空分设备，所述空分设备包括原料空气压缩部分、预冷部分、制冷部分、以及分离部分；其中，所述原料空气压缩部分与所述预冷部分相连接，
[0007]所述空分系统还包括外来压缩气体部分和第一控制部分；
[0008]所述外来压缩气体部分与所述预冷部分相连接；
[0009]所述第一控制部分连接于所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间、以及连接于所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间，以控制所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间连通、或所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间连通。
[0010]优选地，所述空分系统包括M个空分设备和N个外来压缩气体部分，其中M和N为正整数；
[0011]其中，所述每一个空分设备中的预冷部分均与N个外来压缩气体部分中的一个或多个相连接。
[0012]优选地，所述第一控制部分包括第一控制子单元，所述第一控制子单元连接于N个外来压缩气体部分和M个空分设备的预冷部分之间，以控制空分设备的预冷部分与N个外来压缩气体部分中的一个或多个相连通。
[0013]所述外来压缩气体部分提供的外来压缩气体为压缩空气或压缩氮气。在空分设备的启动阶段，可以使用压缩空气也可以使用其他的压缩气体来维持设备的正常启动，通常工厂里的氮气管网和空气管网是联通的，当氮气用量较少时，使用多余的压缩氮气作为空分设备的外来压缩气体是一种较为经济的做法。
[0014]优选地，所述外来压缩气体部分包括气体压缩机、空气压缩站、压缩空气存储罐、或原料空气压缩机中的一种或多种。
[0015]优选地，所述气体压缩机包括活塞式无油润滑空气压缩机、螺杆式空气压缩机或离心式空气压缩机中的一种或多种。其中，离心式空气压缩机提供的气体量较大，且经济实用性高；活塞式空气压缩机需要采用无油润滑的类型，以避免与空分系统中的氧气发生相互作用，提高了安全性。
[0016]优选地，所述外来压缩气体部分所提供的气体量小于所述原料空气压缩部分所提供的气体量。
[0017]优选地，所述第一控制部分包括管道和阀件；
[0018]所述原料空气压缩机通过管道和阀件与所述预冷部分相连接，且所述外来压缩气体部分通过管道和阀件与所述预冷部分相连接。
[0019]优选地，所述第一控制部分连接至所述分离部分中设置的液位传感器，以根据液位传感器的液位信息实现原料空气压缩部分和所述预冷部分连通之间的连通切换；和/或，
[0020]所述第一控制部分连接至时钟系统，以根据时钟系统的时间信息实现原料空气压缩部分和所述预冷部分连通之间的连通切换。
[0021]优选地，所述空分系统还包括Q个产品压缩部分，其中Q为正整数；
[0022]其中，每个空分设备中的分离部分均与Q个产品压缩部分中的一个或多个相连接；
[0023]所述空分系统还包括第二控制部分，所述第二控制部分连接于M个空分设备的分离部分和Q个产品压缩部分之间，以控制空分设备的分离部分与Q个产品压缩部分中的一个或多个相连通。
[0024]使用本实用新型的空分系统，能够在启动阶段使用外来压缩气体部分来提供压缩空气，在正常工作阶段使用原料空气压缩部分来提供压缩空气，从而通过外来压缩气体部分提供适合启动阶段的气体量，避免了使用原料空气压缩部分提供压缩空气时所提供的气体量太大而需要释放掉大部分压缩空气，相对于现有的空分设备，解决现有的空分设备在启动阶段因无法关小而造成的电能浪费，有效降低空分设备的设备启动阶段的能源消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型实施例中一种空分系统的结构示意图；
[0026]图2为本实用新型实施例中的空分系统的模块示意图；
[0027]图3为本实用新型实施例中另一种空分系统的结构示意图；
[0028]图4为本实用新型实施例中又一种空分系统的结构示意图。【具体实施方式】
[0029]为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。
[0030]本实用新型实施例提供一种空分系统，包括空分设备，所述空分设备包括原料空气压缩部分、预冷部分、制冷部分、以及分离部分；其中，所述原料空气压缩部分与所述预冷部分相连接，所述预冷部分与所述制冷部分相连接，所述预冷部分还与所述分离部分相连接，所述制冷部分与所述分离部分相连接，所述空分系统还包括外来压缩气体部分和第一控制部分；所述外来压缩气体部分与所述预冷部分相连接；所述第一控制部分连接于所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间、以及连接于所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间，以控制所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间连通、或所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间连通。
[0031]下面结合附图和具体的示例进行说明。
[0032]如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种空分系统的结构示意图。
[0033]空分系统包括空分设备100、外来压缩气体部分200以及第一控制部分300。其中，空分设备100包括原料空气压缩部分110、预冷部分120、制冷部分130、以及分离部分140。其中，所述第一控制部分300连接于所述原料空气压缩部分110与所述预冷部分120之间、以及连接于所述外来压缩气体部分200与所述预冷部分120之间，以控制所述原料空气压缩部分110与所述预冷部分120之间连通、或所述外来压缩气体部分200与所述预冷部分120之间连通。
[0034]具体地，在空分设备100的启动阶段，第一控制部分300使得空分设备100的预冷部分120与外来压缩气体部分200连通，在空分设备100的正常工作阶段，第一控制部分300使得空分设备100的预冷部分120与原料空气压缩部分110连通。
[0035]一般冶金或化工企业大多数都使用两台以上的空分设备，或者除了空分设备之夕卜，还有大型的空气压缩机组集中供应压缩空气，而且一般都具备空气压缩机，并且其它的空气压缩机的压力和空分设备中的原料空压机的压力基本一致，因此，通过本实用新型的空分系统，只需要小部分的设计改装，即在空气压缩机和空分设备之间增加用于连通控制的第一控制部分，其结构简单，实现方便，而无需大规模改造就可以解决空分设备在启动阶段因无法关小而造成的电能浪费，有效降低空分设备的设备启动阶段的能源消耗。
[0036]本实用新型实施例中，外来压缩气体部分200所提供的气体量小于所述原料空气压缩部分110所提供的气体量。且外来压缩气体部分200提供的外来压缩气体可以是压缩空气或压缩氮气。
[0037]外来压缩气体部分200可以是气体压缩机、空气压缩站或压缩空气存储罐。气体压缩机包括活塞式无油润滑空气压缩机、螺杆式空气压缩机或离心式空气压缩机。通过这些设备实现的外来压缩气体部分200能够提供较小气体量的压缩气体，从而满足启动阶段的气体量，避免了使用原料空气压缩部分110提供压缩空气时所提供的气体量太大而需要释放掉大部分压缩空气所造成的电能浪费。
[0038]另外，外来压缩气体部分200除了通过上述方式实现，也通过其他空分设备100的原料空气压缩部分110实现，也就是说，在一台空分设备100的启动阶段，当其他一台或几台使用中的空分设备100的气体量有余量时，可以通过其他一台或几台使用中的空分设备100的原料空气压缩部分110来实现外来压缩气体部分200。
[0039]本实用新型实施例中，所述第一控制部分300包括管道和阀件；所述原料空气压缩机通过管道和阀件与所述预冷部分相连接，且所述外来压缩气体部分通过管道和阀件与所述预冷部分相连接。通过阀件可以控制预冷部分120与原料空气压缩部分110之间的连通的关闭和开启，也可以控制预冷部分120与外来压缩气体部分200之间的连通的关闭和开启。
[0040]另外，第一控制部分300可以连接至所述分离部分中设置的液位传感器(图中未示出)；和/或，第一控制部分300连接至时钟系统。第一控制部分300可以通过液位传感器的液位信号和/或时钟系统提供的时间信息来判断启动阶段的结束，从而关闭对应的原料空气压缩部分110与预冷部分120之间的连通，并开启对应的外来压缩气体部分200与预冷部分120之间的连通，或者反之。时钟系统可以空分系统中专门设置的，也可以利用空分系统外部的其他时钟系统。
[0041]下面给出一个具体的示例，如图2所示，为本实用新型实施例提供的空分系统的模块示意图。如图2所示，该空分系统包括外来气体过滤器1、外来气体压缩机2、原料过滤器3、原料空气压缩机4、送出阀5、放散端6、空气冷却塔7、透平膨胀机8、返流管9、换热器10、以及冷凝蒸发器11。其中，外来压缩气体部分包括连接有外来气体过滤器I的外来气体压缩机2。原料空气压缩部分包括原料过滤器3、原料空气压缩机4、送出阀5、以及放散端6。原料空气压缩机4的入口端通过管道连接原料过滤器3，出口端通过管道及送出阀5与放散端6相连。预冷部分包括带分子筛纯化器的空气冷却塔7 ;制冷部分包括透平膨胀机8和换热器10。分离部分包括冷凝蒸发器11和返流管9。外来气体压缩机2与原料空气压缩机4均通过管道、阀件以及其它必要的常用组件(图中未示出)连接于带分子筛纯化器的空气冷却塔7的入口端，空气冷却塔7的出口端分两路，一路通过管道与透平膨胀机8相连，另一路通过管道穿过换热器10连接冷凝蒸发器11，透平膨胀机8通过管道穿过换热器10连接于冷凝蒸发器11，冷凝蒸发器11的出料口连接有返流管9，返流管9穿过换热器10。
[0042]现有的空分设备中，不具备外来气体过滤器I和外来气体压缩机2，在空分设备的启动和检修阶段，依然由原料空气压缩机4提供压缩空气，从原料空气压缩机4来的压缩空气小部分经过空气冷却塔7冷却、分子筛纯化器吸附，再分两路进入换热器10，后经制冷进入冷凝蒸发器11，而大部分原料压缩空气，由于启动过程中冷凝蒸发器11没有工作，精馏工况尚未建立，为了维持系统压力，多余的压缩空气直接经送出阀5后在放散端6散掉，导致空分系统在冷却设备阶段(持续大约10?20个小时)只用了相对于正常工作时约20-30%的气体量，积液阶段的大部分时间(持续大约10?20个小时)只用了相对于正常工作时约30-40%的气体量，大量电能被白白浪费，同样对于现有的空分设备，检修阶段也因为所需气体量较小而造成大量的能源浪费。而在本实用新型实施例中，通过外来气体过滤器I和外来气体压缩机2的设置，在空分设备的启动阶段或检修阶段中，可以由外来气体压缩机2来提供空分设备所需的压缩空气，由于外来气体压缩机2可以提供合适的气体量，从而避免了大量电能被白白浪费。
[0043]如图3所示，为本实用新型实施例提供的另一种空分系统的结构示意图。
[0044]空分系统包括M个空分设备100，以及N个外来压缩气体部分200，其中M和N为正整数,且M和N中至少一个大于或等于2。其中，M个空分设备中的预冷部分中每一个均与N个外来压缩气体部分中的每一个相连接。第一控制部分300包括第一控制子单元310，所述第一控制子单元310连接于N个外来压缩气体部分200和M个空分设备100的预冷部分120之间，以控制空分设备100的预冷部分120与N个外来压缩气体部分中的一个或多个相连通。
[0045]另外，本示例中以每一个预冷部分均与每一个外来压缩气体部分相连接。另外，空分设备中的预冷部分也可以与N个外来压缩气体部分中的一个或多个相连接。
[0046]例如，在M为2，N为2的情况下，空分系统包括2个空分设备100以及2个外来压缩气体部分200。
[0047]以其中的一个空分设备100来说，该空分设备100的预冷部分120与2个外来压缩气体部分200均存在连接关系，2个外来压缩气体部分200所能提供的气体量分别为该空分设备100正常工作时所需气体量的20%和30%。因此，在该空分设备100的启动阶段中冷却设备阶段，此阶段所需的气体量为正常工作时所需气体量的20%，第一控制子单元310使得该空分设备100的预冷部分120与提供的气体量为20%的外来压缩气体部分200连通；在该空分设备100的启动阶段中积累液体阶段，此阶段所需的气体量为正常工作时所需气体量的30%，第一控制子单元310使得该空分设备100的预冷部分120与提供的气体量为30%的外来压缩气体部分200连通。
[0048]另外，在分系统包括多个空分设备100、以及多个外来压缩气体部分200时,可以根据在空分设备100在不同阶段运行时所需的气体量、以及各个外来压缩气体部分200的所能提供的气体量，由第一控制单元将一个或者多个外来压缩气体部分200并联连通至该空分设备100。
[0049]如图4所示，为本实用新型实施例提供的另一种空分系统的结构示意图。在图3所示的空分系统的基础上，空分系统还包括Q个产品压缩部分400，其中Q为正整数。其中，M个空分设备100中的分离部分140中的每一个均与Q个产品压缩部分400中的每一个相连接。空分系统还包括第二控制部分500，所述第二控制部分500连接于各个空分设备100的分离部分140和Q个产品压缩部分400之间，以控制空分设备100的分离部分140与Q个产品压缩部分400中的一个或多个相连通。其中，产品压缩部分400优选地是产品压缩机。
[0050]另外，本示例中以每一个分离部分均与每一个产品压缩部分相连接为例进行了说明。另外，空分设备中的分离部分也可以与Q个产品压缩部分中的一个或多个相连接。
[0051]通过本实用新型实施例提供的空分系统，当某些空分设备100的产量较低时，可以使用一个产品压缩部分400对多个空分设备100生产的产品进行压缩，或者在空分设备100和产品压缩部分400的功率不完全匹配时，将多个空分设备100生产的产品集中由一个或多个产品压缩部分400进行处理，从而实现不同设备之间的配合工作的功率最优配置，减少了能源的消耗。
[0052]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种空分系统，包括空分设备，所述空分设备包括原料空气压缩部分、预冷部分、制冷部分、以及分离部分；其中，所述原料空气压缩部分与所述预冷部分相连接，其特征在于， 所述空分系统还包括外来压缩气体部分和第一控制部分； 所述外来压缩气体部分与所述预冷部分相连接； 所述第一控制部分连接于所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间、以及连接于所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间，以控制所述原料空气压缩部分与所述预冷部分之间连通、或所述外来压缩气体部分与所述预冷部分之间连通。
2.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，所述空分系统包括M个空分设备和N个外来压缩气体部分，其中M和N为正整数； 其中，所述每一个空分设备中的预冷部分均与N个外来压缩气体部分中的一个或多个相连接。
3.根据权利要求2所述的空分系统，其特征在于，所述第一控制部分包括第一控制子单元，所述第一控制子单元连接于N个外来压缩气体部分和M个空分设备的预冷部分之间，以控制空分设备的预冷部分与N个外来压缩气体部分中的一个或多个相连通。
4.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，所述外来压缩气体部分提供的外来压缩气体为压缩空气或压缩氮气。
5.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，所述外来压缩气体部分包括气体压缩机、空气压缩站、压缩空气存储罐、或原料空气压缩机中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的空分系统，其特征在于，所述气体压缩机包括活塞式无油润滑空气压缩机、螺杆式空气压缩机或离心式空气压缩机中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，所述外来压缩气体部分所提供的气体量小于所述原料空气压缩部分所提供的气体量。
8.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，所述第一控制部分包括管道和阀件； 所述原料空气压缩机通过管道和阀件与所述预冷部分相连接，且所述外来压缩气体部分通过管道和阀件与所述预冷部分相连接。
9.根据权利要求8所述的空分系统，其特征在于， 所述第一控制部分连接至所述分离部分中设置的液位传感器，以根据液位传感器的液位信息实现原料空气压缩部分和所述预冷部分连通之间的连通切换；和/或， 所述第一控制部分连接至时钟系统，以根据时钟系统的时间信息实现原料空气压缩部分和所述预冷部分连通之间的连通切换。
10.根据权利要求2所述的空分系统，其特征在于，所述空分系统还包括Q个产品压缩部分，其中Q为正整数； 其中，每个空分设备中的分离部分均与Q个产品压缩部分中的一个或多个相连接； 所述空分系统还包括第二控制部分，所述第二控制部分连接于M个空分设备的分离部分和Q个产品压缩部分之间，以控制空分设备的分离部分与Q个产品压缩部分中的一个或多个相连通。
【文档编号】F25J3/04GK203432209SQ201320532818
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】钱立新 申请人:北大方正集团有限公司, 苏州苏信特钢有限公司, 江苏苏钢集团有限公司