通管路PN206,返回主换热器El，另外一部分氮气继续经主换热器El后，再经过冷器E2后， 通过管路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分 液氮通过管路LN203返回过冷器E2,经过冷器E2后，接入管路PN210, 一部分液氮通过管路 LN204接入主换热器E1，经主换热器E1，在主换热器El内与所述管路PN206的氮气汇合，进 一步经主换热器El后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路 PNlO 1，接入低压增压机Bl压缩入口，经低压增压机Bl后，通过管路PN102接入冷却器WEl， 通过管路PN103接入主换热器El，从主换热器El中部抽出，通过管路PN105接入低压膨胀 机ETl进口，低压膨胀机ETl出口接入管路PN106,与所述管路PN210汇合接入管路PN107， 返回主换热器E1，经主换热器El后，送出冷箱，通过管路PN109接入低压氮气管网； 所述的压力氧气管网氧气通过管路G0101接入主换热器E1，经主换热器El后，送出冷 箱，通过管路L0102接入液氧贮槽。
5. 根据权利要求1或4所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征 在于，所述的主换热器E1、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1、WE2为管壳式换 热器。
6. -种利用权利要求4所述的装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，其 特征在于，包括以下步骤： (1) 中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5)的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管 路PNlOl接入低压增压机Bl压缩入口，经低压增压机Bl压缩，然后通过管路PN102接入冷 却器WEl，经冷却器WEl冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在主换热器El内冷却到 一定温度后，从主换热器El中部抽出，接入低压膨胀机ETl膨胀获得冷量并驱动低压增压 机Bl做功，低压膨胀机出口接入管路PN106 ; (2) 高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201接入高压增压机B2压缩 入口，经高压增压机B2压缩，然后通过管路PN202接入冷却器WE2,经冷却器WE2冷却后通 过管路PN203送入液化冷箱内，首先经主换热器El冷却，一部分氮气作为第三氮气，在主换 热器El中部抽出进入高压膨胀机ET2膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀 机ET2出口连接管路PN206,其余氮气作为第四氮气，在主换热器El中继续冷却直至液化并 过冷，再经过冷器E2进一步过冷； (3) 来自（2)的第四氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管 路PN210,同时过冷来自液化器E12的液氮，一部分液氮返回主换热器E1，作为第一返流气， 一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽； (4) 步骤（3)所述PN210氮气与步骤（1)所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回 主换热器E1，经主换热器El回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网； (5) 来自步骤（3)第一返流气被加热、汽化并复热到一定温度后与步骤（2)的PN206氮 气汇合，作为第三返流气，经主换热器El继续复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮 气管网放空氮气PNlOO汇合，送入步骤（1)低压增压机Bl压缩入口； (6) 液氩贮槽液氩通过管路LARlOl接入主换热器E1，经主换热器El加热、蒸发、复热 到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网； (7) 压力氧气管网氧气通过管路GOlOl接入主换热器E1，经主换热器El冷却、液化、过 冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路L0101接入液氧贮槽。
7. -种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在于，包括高压氮气管 网、中压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、低压氮气管网、换热器系统、膨胀制冷系 统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，所述的换热器系统和膨胀制冷系统设于液化冷箱中， 所述的换热器系统包括一个主换热器El和一个过冷器E2,所述主换热器包括上段预冷器 El 1和下段液化器E12,所述的膨胀制冷系统至少有一个低压膨胀机ETl和至少一个高压膨 胀机ET2组成，各设备之间通过管路连通，连接关系如下： 所述的液氩贮槽通过管路LARlOl依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12后， 再经预冷器E11，通过管路GAR102接入压力氩气管网； 所述的高压氮气管网高压氮气通过管路PN201接入高压增压机B2压缩入口，经高压增 压机B2后，通过管路PN202接入冷却器WE2,通过管路PN203接入预冷器El 1，一部分氮气从 预冷器Ell中部抽出，通过管路PN205接入高压膨胀机ET2进口，高压膨胀机ET2出口接入 管路PN206,另外一部分氮气继续依次经预冷器E11、液化器E12后，再经过冷器E2,通过管 路LN202分为三部分，一部分液氮送出冷箱，通过管路LN205接入液氮贮槽，一部分液氮通 过管路LN203返回过冷器E2,经过冷器E2后，接入管路PN210, 一部分液氮通过管路LN204 接入液化器E12,经液化器E12后，接入管路PN208,与上述管路PN206汇合接入管路PN207， 经预冷器El 1后，通过管路PN209与中压氮气管网的氮气管路PN100连通，汇入管路PNlOl， 接入低压增压机Bl压缩入口，经低压增压机Bl后，通过管路PN102接入冷却器WEl，通过管 路PN103接入预冷器El 1，依次经预冷器El 1、液化器E12后的氮气从液化器E12中部抽出， 通过管路PN105接入低压膨胀机ETl进口，低压膨胀机ETl出口接入管路PN106,与所述管 路PN210汇合接入管路PN107,返回液化器E12,经液化器E12后，再经预冷器E11，送出冷 箱，通过管路PN109接入低压氮气管网； 所述的压力氧气管网氧气通过管路G0101依次接入预冷器E11、液化器E12,经预冷器 E11、液化器E12后，送出冷箱，通过管路L0101接入液氧贮槽。
8. 根据权利要求4或7所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征 在于，所述的低压增压机Bl和低压膨胀机ETl同步工作，高压增压机B2和高压膨胀机ET2 同步工作。
9. 根据权利要求7所述的综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置，其特征在 于，所述的预冷器E11、液化器E12、过冷器E2为板翅式换热器，所述的冷却器WE1、WE2为管 壳式换热器。
10. -种利用权利要求7所述的装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法， 其特征在于，包括以下步骤： (1) 中压氮气管网的放空氮气PN100与步骤（5)的PN209氮气汇合为第一氮气，通过管 路PNlOl接入低压增压机Bl压缩入口，经低压增压机Bl压缩，然后通过管路PN102接入冷 却器WEl，经冷却器WEl冷却后，通过管路PN103送入液化冷箱内，在预冷器El 1、液化器E12 内冷却到一定温度后，从液化器E12中部抽出，接入低压膨胀机ETl膨胀获得冷量并驱动低 压增压机Bl做功，低压膨胀机出口接入管路PN106 ; (2) 高压氮气管网的放空氮气作为第二氮气，通过管路PN201接入高压增压机B2压缩 入口，经高压增压机B2压缩，然后通过管路PN202接入冷却器WE2,经冷却器WE2冷却后通 过管路PN203送入液化冷箱内，首先经预冷器El 1冷却，一部分氮气作为第三氮气，在预冷 器Ell中部抽出进入高压膨胀机ET2膨胀获得冷量并驱动高压增压机B2做功，高压膨胀机 ET2出口连接管路PN206,其余氮气作为第四氮气，在预冷器E11、液化器E12中继续冷却直 至液化并过冷，再经过冷器E2进一步过冷； (3) 来自（2)的第四氮气分成三部分，一部分液氮送回过冷器E2被加热、汽化，接入管 路PN210,同时过冷来自液化器E12的液氮，一部分液氮返回液化器E12,作为第一返流气， 一部分液氮作为液氮产品送入液氮贮槽； (4) 步骤（3)所述PN210氮气与步骤（1)所述PN106氮气汇合，作为第二返流气，送回 液化器E12,经液化器E12、预冷器Ell回收冷量、复热到常温出冷箱，送入低压氮气管网； (5) 来自步骤（3)第一返流气被加热、汽化并复热到一定温度后与步骤（2)的PN206氮 气汇合，作为第三返流气，经预冷器Ell继续复热到常温出冷箱，通过管路PN209与中压氮 气管网放空氮气PN100汇合，送入步骤（1)低压增压机Bl压缩入口； (6) 液氩贮槽液氩通过管路LARlOl依次接入液化器E12、预冷器E11，经液化器E12、预 冷器Ell加热、蒸发、复热到常温后，送出冷箱，通过管路GAR102接入压力氩气管网； (7) 压力氧气管网氧气通过管路GOlOl依次接入预冷器E11、液化器E12,经预冷器E11、 液化器E12冷却、液化、过冷后得到液氧产品，送出冷箱，通过管路L0101接入液氧贮槽。
【专利摘要】本发明涉及一种综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置和方法，本发明所述装置包括高压氮气管网、中压氮气管网、低压氮气管网、压力氩气管网、压力氧气管网、换热器系统、膨胀制冷系统、液氮贮槽、液氩贮槽和液氧贮槽，本发明还公开了利用上述装置综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的方法，能够有效、全面利用制氧厂的氮气放空能量和液氩冷能来液化放空氮气和氧气获得液氧、液氮，同时为钢铁冶炼提供稳定的氩气，减少了资源的浪费，能量的损失，成本低，具有显著的经济意义。
【IPC分类】F25J3-08
【公开号】CN104807292
【申请号】CN201510171562
【发明人】刘代勇, 张冰, 秦顺利
【申请人】河南开元空分集团有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月13日