一种内置换热器的气液分离装置的制作方法

本实用新型涉及化工、制药、食品、机械、勘探、电力、电子生产等领域的气液分离装置，具体涉及一种内置换热器的气液分离装置，尤其涉及一种采用该内置换热器的气液分离装置的真空泵机组的回水系统。

背景技术：

在化工、制药、食品、机械、勘探、电力、电子生产等工程领域，广泛采用真空泵，在密闭容器或系统中形成真空或压力，部分气液混合物经由气液分离器分离后，分离出来的液态产物需要回流循环利用，如在液环真空泵系统中，分离液体液相分离产物只有经过换热器冷却后，才能进入真空泵本体内并作为真空泵液环的补充液使用。

现有的真空泵机组中，往往设有气液分离罐和换热器，气液分离罐的作用主要是分离真空泵排出的气液混合物中所含有的大量气体，把分离液收集用于再循环利用，并避免气体进入真空泵，造成真空泵抽吸性能下降，在现有技术中，如：

专利CN203239642U公开了一种真空泵工作水冷却装置，包括真空泵、气水分离器、工作水冷却器，其主要技术方案是在真空泵和工作水冷却器之间的管路上设置工作水深度冷却装置和用以切换工作水冷却器和工作水深度冷却装置独立工作的切换阀，从而改善了冷却水的水质，减小冷却水的硬度，减少了冷却水管路中容易出现结垢、堵塞的现象，但此类传统的气水分离及冷却逐步进行方式存在换热率低、能耗高、气水分离效率差的问题，已不能满足现有真空泵气液混合物循环再利用的发展要求；

专利CN101691858A公开了一种水环真空泵机组自冷凝气水分离装置，内设置有一中间水箱，中间水箱内部设置有内冷凝箱，中间水箱外包有外冷凝箱，中间水箱的顶部设有排气口和泵工作液返回口，底部设有泵工作液供应口，内冷凝箱和外冷凝箱分别连通补水管和抽气管，其主要技术原理是利用水在负压状态下快速蒸发降温的原理而设计，巧妙地实现了气水分离和对水环真空泵工作液降温两种功能，虽然在一定程度上取代了板式换热器和气水分离器，简化了结构，减轻了装置的重量，但相应的增加了额外的冷凝箱和抽真空装置，使得生产成本更高，且存在运行不稳定的问题；

再如专利CN106422531A公开了一种换热器内置的卧式气水分离器，其包括壳体、气水分离区、换热区、整流区、气水混合物入口、气相出口、分离液产物出口、换热液进口和换热液出口、导流板、气相通道、第一液相通道、第一引流隔板、第二引流隔板、第二液相通道；换热区内安装有换热管和换热隔板，相邻两个换热管之间安装有挡板，多个下换热管的出水口与所述多个上换热管的进水口连通；换热液进口与下换热管的进水口连通；换热液出口与上换热管的出水口连通。其充分的利用高度空间，采用引流隔板和导流板将壳体内部分为了三个区域，上部为分离区和整流区，下部分离液体覆盖区为换热区，在气水分离区内进行气水分离，分离气体经由导流孔板整流后可减少液滴携带，分离液体在进入换热区后可被热升或降温，虽然如其所述在实现气液分离的同时，还实现了气态产物中液滴的拦截和液态产物的高效换热目的，但是冷水中的含气量较高，而热水中含气量低，其所采用的换热方式对气水分离率存在一定的影响，使得气水分离不完全，继而使得冷却后的分离液体中所含相对较高含气量，造成抽气能力下降、汽蚀等问题，在一定程度上影响了真空泵的工作效率和使用寿命。

真空泵在运行时，工作水的温度和含气量应保持在稳定低温和稳定低含量状态，并希望越低越好。但在实际运行中很难保持，尤其长时间运行中，工作水温度将升高至50℃以上，导致真空泵的抽气效率变差，当温度更高时，真空泵甚至丧失抽气功能，直接影响着真空泵的工作性能和系统的安全运行，而传统的气水分离器只能将气和水分离，不具备降温功能，工作水的降温依靠独立的换热器实现，而当前的换热器降温效果差，难以满足真空泵工作水水温要求，且换热器阻力较大，增大了真空泵进水阻力，从而导致真空泵耗电量上升，而抽气效率降低。而目前较为普遍采用的内置换热器的气水分离器，如上述专利所述的气水分离器，因其生产成本、分离液温度、气体含量以及运行的稳定性等不能有效的兼容，造成生产成本高，检修频繁，工作效率低，以及易产生气浊、真空泵使用寿命短等问题。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有技术中的上述问题，提出一种同时具备气液分离和换热两种功能，且阻力小、结构紧凑、成本低、运行稳定的内置换热器的气液分离装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的第一个方面是提供一种内置换热器的气液分离装置，包括壳体，所述壳体顶部设置有气液混合物进口、出气口，其中：

所述壳体内部横向设置有贯穿其左、右两侧壁的管式热交换器，所述管式热交换器下部与所述壳体底部之间横向设置有减速孔板；

所述壳体内部自左到右依次纵向设置有上折流板和下折流板，所述管式热交换器贯穿于所述上折流板和下折流板设置，所述上折流板的顶端与所述壳体的顶部不接触连接，所述上折流板的下端止于所述减速孔板，所述下折流板的上端低于所述上折流板，所述下折流板底端止于所述壳体底部；

所述上折流板和下折流板将所述壳体的内部自左到右依次分为第一分离换热区、第二分离换热区和换热集水区，所述第一分离换热区与所述气液混合物进口连通，所述换热集水区底部与出水管连通，使得气液混合物依次通过第一分离换热区、第二分离换热区和换热集水区分别进行多次换热和气液分离后从出水管排出。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述出气口位于所述换热集水区顶部的壳体上，并分别与所述第一分离换热区、第二分离换热区、换热集水区连通。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述气液混合物进口正下方位置设置有挡流板，所述挡流板宽度略大于所述气液混合物进口的直径。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述减速孔板采用表面凸起形状为矩形或三角形锯齿状的平板，且所述平板表面均匀钻设有通孔。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述出水管从壳体侧壁下部插入壳体内，并从所述减速孔板的下部穿过所述下折流板与所述换热集水区连通。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述壳体上部设置有溢水口。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述壳体底部设置有补水口和排污口。

进一步优选地，所述补水口安装于所述换热集水区底部的壳体上，所述排污口安装于所述第一分离换热区或第二分离换热区底部的壳体上。

进一步优选地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述壳体上设置有液位计。

更进一步优选地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述换热集水区底部的壳体上还设置有分离液体温度计，用于检测经气液分离和换热后的分离液体的液体温度。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述管式热交换器包括多个间隔布置的传热管，所述多个传热管由至少一个出水传热管和至少一个进水传热管组成，所述出水传热管和进水传热管的同一端设置于换热器封头内并相互连通，所述出水传热管的另一端与换热器出水管连通，所进水传热管的另一端与换热器进水管连通。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述出水传热管和进水传热管分别为多个且水平间隔排列设置，采用串联设置以增加管束换热长度，从而提升换热效率。

更进一步优选地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述换热器出水管上安装有换热器出水温度计，所述换热器进水管上安装有换热器进水温度计，所述换热器封头上安装有换热器压力接管。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，所述壳体的主体为横卧式的圆筒，两侧壁采用椭圆封头，壳体设有的气液混合物进口与真空泵的出口通过管道相连接。

进一步地，在所述的内置换热器的气液分离装置上，还包括设置在所述第一分离换热区、第二分离换热区或换热集水区内管式热交换器周边的弧形挡板，在弧形挡板的拦截下，使得气液混合物在管式热交换器附近进行S型曲向流动，从而增大气液混合物与管式热交换器的换热效率。

本实用新型的第二方面是提供一种真空泵机组的回水系统，其包括真空泵机组、气液分离器和智能控制装置，所述气液分离器采用上述本实用新型的内置换热器的气液分离装置，所述真空泵机组的出液口与所述气液分离器的气液混合物进口连通，所述真空泵机组的进液口与所述气液分离器的出水管连通。

进一步地，在所述真空泵机组的回水系统中，所述智能控制装置分别与所述真空泵机组、气液分离器电性连接，实现真空泵机组回水系统中循环液气液分离和换热过程的自动化控制。

本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本实用新型的内置换热器的气液分离装置，采用纵向设置的上折流板和下折流板将壳体内部自左到右依次分为第一分离换热区、第二分离换热区和换热集水区，通过上折流板、下折流板以及管式换热器的合理布置，使得气液混合物能够进行多次气液分离和多次热交换，在实现气液高效分离的同时，还实现了分离液体产物的高效换热；通过减速孔板降低并均匀液体的速度，保证上折流板折流位置的气液分离效果，减少管式换热器附近液体的换热端差，以及保证出水管入口处的液体流速平稳；此外，通过挡流板消除气液混合物动能，防止气液混合物直接冲击水面造成水面波动和气体被携带入水底，同时兼具初步气液分离功能。

综上所述，本实用新型的内置换热器的气液分离装置，将气液分离罐与换热器进行了整合，使之具备气液分离和对气液混合物升温或降温两种功能，而且阻力小、结构紧凑、分离和降温效果好、制造和使用成本低，有利于推广运用。

附图说明

图1为本实用新型一种内置换热器的气液分离装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种内置换热器的气液分离装置的优选结构示意图；

图3为本发明一种内置换热器的气液分离装置中减速孔板的平面结构图；

图4为本发明一种内置换热器的气液分离装置中减速孔板的截面结构图。

其中，a-第一分离换热区，b-第一分离换热区，c-换热集水区，1-壳体，2-气液混合物进口，3-挡流板，4-上折流板，5-下折流板，6-出气口，7-溢水口，8-水位计，9-换热器出水口，10-换热器出水温度计，11-换热器进水温度计，12-换热器进水口，13-减速孔板，131-凸起，132-通孔，14-补水口，15-排污口，16-出水管，17-换热器，18-换热器封头，19-换热器压力接管，20-传热管，201-出水传热管，202-进水传热管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种内置换热器的气液分离装置，包括壳体1，壳体1顶部设置有气液混合物进口2、出气口6，其中：在壳体1内部横向设置有贯穿于壳体1左、右两侧壁的管式热交换器17，管式热交换器17用于对进入壳体1内的气液混合物进行热交换，在管式热交换器17下部与壳体1底部之间的区域还横向设置有减速孔板13，用于对通过减速孔板13的气液混合物液体进行降低并均匀液体气液混合物的流速；同时，在壳体1内部自左到右依次纵向设置有上折流板4和下折流板5，管式热交换器17贯穿于上折流板4和下折流板5的中部而横向设置；为便于分离后的气体排出，上折流板4的顶端与壳体1的顶部采取不接触连接，即上折流板4的顶端与留有壳体1的顶部一定的距离，上折流板4的下端止于减速孔板13，下折流板5的上端低于上折流板4，下折流板5底端止于壳体1底部，用于改变气液混合物的流向；沿上折流板4和下折流板5的纵向方向将壳体1的内部自左到右依次分为第一分离换热区a、第二分离换热区b和换热集水区c，第一分离换热区a与气液混合物进口2连通，换热集水区c底部与出水管16连通，使得气液混合物依次通过第一分离换热区a、第二分离换热区b和换热集水区c分别进行多次换热和气液分离后从出水管16排出，在实现气液高效分离的同时，还实现了分离液体产物的高效换热。

在本实施例中，出气口6位于换热集水区c顶部的壳体1上，并分别与第一分离换热区a、第二分离换热区b、换热集水区c连通。此外，为提高气液混合物的分离效果和换热效率，第一分离换热区a、第二分离换热区b、换热集水区c的容积大小，可根据壳体1的容积、形状以及实际生产要求通过调整下折流板和上折流板的位置而自主设定，优选的第一分离换热区a、第二分离换热区b、换热集水区c的容积比为1：0.6-1.2：1-1.5；更为优选地，第一分离换热区a、第二分离换热区b、换热集水区c的容积比为1：0.8：1.2，经生产实践证明这种结构的设计，可有效提高折流过程中的气液分离率，同时气液混合物与换热器的换热率也有显著的提高。

作为本实用新型的一个优选实施例，在该内置换热器的气液分离装置中，气液混合物进口2正下方位置设置有挡流板3，挡流板3宽度大于气液混合物进口2的直径，挡流板3的一边紧靠上折流板4设置。当气液混合物经气液混合物进口2进入壳体1内后，因挡流板正对着气液混合物进口，且其宽度略气液混合物进口2的直径，两侧与罐体有一定间距，可有效消除气液混合物动能，防止直接冲击水面造成水面波动和气体被携带入水底，通过挡流板对气液混合物进行初步的液分离和分流。

于上述技术方案的基础上，在该内置换热器的气液分离装置中，如图3-4所示，减速孔板13采用表面凸起131形状为矩形或三角形锯齿状的平板，且平板表面均匀钻设有通孔132，为进一步抵消气液混合物动能从而均匀混合物的速度，矩形锯齿状的凸起131的内夹角为75-120°，优选为90°。具体地，减速孔板13安装于管式换热器17下部和壳体底部之间的区域，优选地靠近管式换热器17下部设置，用于降低并均匀混合气液流体速度，保证上折流板4折流位置的气液分离效果，同时减少管式换热器17周边液体的换热端差，以及保证出水管16入口处的液体流速平稳。

于上述技术方案的基础上，在该内置换热器的气液分离装置中，出水管16从壳体1侧壁下部插入壳体1内，出水管16设置在减速孔板13的下部并穿过下折流板5与换热集水区c连通，出水管16的另一端位于壳体1外并连接至真空泵的循环液入口，用于将壳体1内的经气液分离和换热后的分离液体输送至真空泵。

如图2所示的内置换热器的气液分离装置，壳体1上部设置有溢水口7，用于防止壳体1内的液位过高。在壳体1底部还设置用于往壳体1内快速补水的补水口14，以及设置有用于排出壳体1内沉积物的排污口15。优选地，补水口14安装于换热集水区c底部的壳体1上，排污口15安装于第一分离换热区a或第二分离换热区b底部的壳体1上。此外，在壳体1上设置有液位计8，液位计8安装于壳体1外侧，用于显示壳体1内水位，并将水位数据传送至控制室，进行实时监测。更进一步优选地，在换热集水区c底部的壳体1上还设置有分离液体温度计，用于检测经气液分离和换热后的分离液体的液体温度。

作为本实用新型的另一优选实施例，在如图2所示结构的内置换热器的气液分离装置上，管式热交换器17包括多个间隔布置的传热管20，多个传热管20由至少一个出水传热管201和至少一个进水传热管202组成，出水传热管201和进水传热管202的左端一并设置于换热器封头18内，并出水传热管201的左端和进水传热管202的左端在换热器封头18内相互连通，出水传热管201的右端与换热器出水管9连通，进水传热管202的右一端与换热器进水管12连通，形成一个流通水循环管路，循环水从换热器进水管12进入进水传热管202，继而通入换热器换热器封头18内，然在一定水压的条件下，循环水从换热器换热器封头18进入出水传热管201内，最后通过换热器出水管9排出，循环水在流经进水传热管202和水传热管201内时分别依次与换热集水区c、第二分离换热区b、第一分离换热区a、第一分离换热区a、第二分离换热区b和换热集水区c内的液体进行来回六次换热，有效的提高了换热效率。

于上述技术方案的基础上，出水传热管201和进水传热管202分别为多个水平间隔排列设置，且多个的出水传热管201和进水传热管202之间串联连接，以增加管束换热长度，从而提升换热器循环水的利用率。

于上述技术方案的基础上，在换热器出水管9上还安装有换热器出水温度计10，换热器进水管12上安装有换热器进水温度计11，换热器封头18上安装有换热器压力接管19，用于测量管式换热器17的进、出水温度和压力大小。

于上述技术方案的基础上，在该内置换热器的气液分离装置上，壳体1的主体为横卧式的圆筒，两端侧采用椭圆封头，壳体1设有的气液混合物进口2与真空泵的出口通过管道相连接。

于上述技术方案的基础上，该内置换热器的气液分离装置还包括设置在第一分离换热区a、第二分离换热区b或换热集水区c内管式热交换器17附件的弧形挡板，在弧形挡板的拦截下，使得气液混合物在管式热交换器17附近进行S型曲线流动，从而增大气液混合物与管式热交换器17的换热效率。

本实用新型的内置换热器的气液分离装置的使用方法为：

首先，将气液混合物通过气液混合物进口2进入到壳体1内部的第一分离换热区a内，并被挡流板3消除气液混合物的动能，同时初步分离为分离气体和分离液体；其次，将初步分离后的气液混合物与第一分离换热区a内的管式热交换器17接触，气液混合物与管式热交换器17进行第一次换热后，通过减速孔板13进行第一次均匀流速，从上折流板4的底部经折流后进入第二分离换热区b，在折流的过程中由于气液惯性差异较大，液体不能及时跟随气流变向，被重力分离，气液混合物被二次分离为分离气体和分离液体，经初步分离后的分离气体和步骤2中经二次分离后的分离气体均通过壳体1顶部的出气口6排出；再次，将经步骤2二次分离后的分离液体，在第二分离换热区b先通过减速孔板13进行第二次均匀流速后，再与管式热交换器17接触进行第二次换热，然后从下折流板5顶部下落至换热集水区c内；最后，将进入换热集水区c内的分离液体先与管式热交换器17接触进行第三次换热后，再通过减速孔板13进行第三次均匀流速，最后从集水区c底部的出水管16排出，实现气液混合物的连续气液分离和连续换热功能。

上述实施例的内置换热器的气液分离装置的主要技术方案，是将换热器内置入气液分离器内，并通过对气液分离和换热方式的合理优化，具备多次气液分离和热交换功能，能够将气液混合物中的气体和液体有效分离，且气液分离率高，升温或降温效果好，经分离后的分离液体可直接循环再利用，该内置换热器的气液分离装置阻力小、结构紧凑、制造和使用成本低、运行稳定。

作为本实用新型的一个更为优选的实施例，提供了一种基于上述内置换热器的气液分离装置的真空泵机组的回水系统，其包括真空泵机组、气液分离器和智能控制装置，气液分离器采用上述本实用新型的内置换热器的气液分离装置，真空泵机组的出液口与气液分离器的气液混合物进口2连通，真空泵机组的进液口与气液分离器的出水管16连通。

于上述技术方案的基础上，在该真空泵机组的回水系统中，智能控制装置分别与真空泵机组、气液分离器电性连接，实现真空泵机组回水系统中循环液气液分离和换热过程的自动化控制。

本实施例的真空泵机组的回水系统，采用了本实用新型内置换热器的气液分离装，同时具备气液分离和对真空泵工作水降温两种功能，经气液分离换热后的分离液可直接用于真空泵机组液环的补充液使用，降低了真空泵气浊的产生、提高了真空泵的使用寿命。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。