一种冷能综合利用的热交换站系统的制作方法

本发明属于低温液体储存，具体涉及一种冷能综合利用的热交换站系统。

背景技术：

1、现代大型石化工厂常配套建设规模较大的低温仓储罐区，如我司低温罐区储存的物料涵盖低温乙烯(-102℃)、低温丙烷(-42℃)、低温液氨(-33℃)，涉及主要工艺为上述低温物料复热外输至各生产装置。受液氨内外盘价格影响，原料采购分为卸船、卸车两种方式，当内盘价格较低时液氨采购将以常温液氨卸车为主，我司低温罐区设有卸车鹤位4个，液氨球罐2座用于液氨槽车接卸。现有常温液氨倒料进低温液氨储罐能力约8t/h，倒料能力较低，无法满足液氨卸车需求，且倒料工况造成低温储罐的bog再液化系统电耗大幅增加。

2、低温仓储罐区所储存的物料富含冷能，如有效回收、综合利用这些冷能，将取得显著的节能减排效益。因此回收低温乙烯、低温丙烷复热前的冷能对常温液氨进行冷冻后再倒进低温罐，将明显提高常温液氨的倒料能力并降低能耗。但低温仓储罐区的低温物料也需要以相对稳定的温度复热后输出，因此在进行冷能利用时需要同时考虑低温物料的输出温度控制和液氨倒料的输送量和温度控制，因此对于冷能利用有较高的可控性要求。

3、同时低温罐储存的物料基本都是装置生产原料，当不同介质在热交接过程中发生窜料，可能导致严重的品质事故，对下游装置的生产安全及平稳度造成重大影响，因此回收冷能须充分评估窜料风险并设计防范措施。最后除液氨外，低温仓储罐区的温控设备等装置还会产生循环水(冷冻水)，循环水从相应设备装置输出时温度较高，需要启动冰机对循环水进行制冷，从而为相应的物料伴冷。这些冰机的运行也会产生大量能耗，如能够利用低温物料的冷能则能进一步降低该部分能耗。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种冷能综合利用的热交换站系统，从而解决现有技术缺乏对液氨倒料过程对低温物料进行冷能利用并难以同时保证低温物料输出温度和液氨倒料增量控温等多方面要求的技术问题。

2、所述的一种冷能综合利用的热交换站系统，包括第一低温物料源、第二低温物料源、液氨源、冷冻水管网、第一低温物料复热器、第二低温物料复热器、低温液氨储罐、第一低温物料预热器、第二低温物料预热器一、第二低温物料预热器二和冷冻水储罐，第一低温物料源通过第一管路连接第一低温物料预热器的冷源进口，第一低温物料预热器的冷源出口通过第二管路连接到第一低温物料复热器的入口，液氨源连接第三管路的进口，第三管路具有两个热源输出支路，两个热源输出支路的出口分别连接第一低温物料预热器的热源进口和第二低温物料预热器一的热源进口，低温液氨储罐连接第四管路的出口，第四管路具有两个热源输入支路，第一低温物料预热器的热源出口和第二低温物料预热器一的热源出口分别连接到两个热源输入支路的进口，第二低温物料源连接第五管路的进口，第五管路具有两个冷源输出支路，两个冷源输出支路的出口分别连接到第二低温物料预热器一的冷源进口和第二低温物料预热器二的冷源进口，第二低温物料复热器的入口连接第六管路，第六管路具有两个冷源输入支路，第二低温物料预热器一的冷源出口和第二低温物料预热器二的冷源出口分别连接到两个冷源输入支路的进口，冷冻水管网通过冷冻水输出管连接冷冻水储罐，冷冻水储罐连接有第七管路，第七管路经冷冻水循环泵连接到第二低温物料预热器二的热源进口，第二低温物料预热器二的热源出口通过冷冻水循环管接回冷冻水管网。

3、优选的，第一低温物料为低温乙烯，第二低温物料为低温丙烷；第一低温物料源为低温乙烯储罐及乙烯供料泵，第二低温物料源为低温丙烷储罐及丙烷供料泵，复热器则分别为对应的乙烯复热器和丙烷复热器，预热器分别为对应的乙烯预热器、丙烷预热器一和丙烷预热器二，液氨源为液氨槽车或液氨球罐及对应的液氨供料泵。

4、优选的，所述乙烯预热器采用双复合换热器结构，包括上下两个复合换热器，其中下复合换热器设有乙烯预热器的热源进口和热源出口，常温液氨通过热源进口进入下复合换热器的管程，而上复合换热器设有乙烯预热器的冷源进口和冷源出口，低温乙烯通过冷源进口进入上复合换热器的管程，所述上复合换热器的壳程与所述下复合换热器的壳程连通且两个壳程中具有换热媒介，换热媒介在本实施例中为丙烷。

5、优选的，丙烷预热器一和丙烷预热器二结构相同，均为双管板式换热器；双管板式换热器包括内管板、管束和外管板，内管板与管束间通过胀接密封，外管板与管束间通过焊接密封，内管板与外管板间形成腔室，在腔室中充氮保压并设置压力变送器，保压压力在0.6mpa，压力变送器用于监控管束与管板接缝处的渗漏。

6、优选的，第一管路、两个热源输出支路和两个冷源输出支路上均设有控制阀，用于控制管路开闭和管路中物料流量。

7、优选的，乙烯预热器还设置有如下的自控连锁逻辑：

8、联锁逻辑一：当上复合换热器的壳程温度低于-65℃时，联锁关闭第一管路上的控制阀和对应热源输出管路上的控制阀，切断乙烯预热器的冷源输入和热源输入，同时打开直输管路让低温乙烯直接输入到乙烯复热器；

9、联锁逻辑二：当下复合换热器的热源出口温度低于-40℃时，联锁关闭第一管路上的控制阀和对应热源输出管路上的控制阀，切断乙烯预热器的冷源输入和热源输入，同时打开直输管路让低温乙烯直接输入到乙烯复热器；

10、联锁逻辑三：当上复合换热器的冷源出口压力高于2.8mpa时，联锁关闭对应热源输出管路上的控制阀，切断乙烯预热器的热源输入。

11、优选的，所述冷冻水为含量为55％的乙二醇水溶液，对冷冻水罐设计了氮封措施，在补氮管线上配置减压阀维持恒定的罐压，为防止冷冻水泵抽空，本系统还设有自控联锁逻辑：当冷冻水储罐中冷冻水液位低于阈值时联锁停止冷冻水循环泵。

12、优选的，液氨常温时温度为25℃，冷冻水管网输出的冷冻水温度为12℃，输入乙烯复热器的乙烯温度为-53℃；在稳定状态下，丙烷预热器一输出到丙烷复热器的丙烷温度为-11.6℃，而丙烷预热器二输出到丙烷复热器的丙烷温度为-14℃，丙烷预热器二输出的冷冻水温度为7℃；乙烯预热器输入到低温液氨储罐的液氨温度为-25℃，丙烷预热器一输入到低温液氨储罐的液氨温度为-6.6℃。

13、本发明具有以下优点：本发明通过系统联合运行来充分采集、回收利用低温物料的冷能，从而实现节能效益最大化；该系统的换热器可独立运行，也可联合运行，操作灵活，运行模式多样。当系统联合运行时，将有4种不同介质两两换热后再投送至下游装置。如此充分利用了低温物料的冷能，实现双向换热，降低了液氨倒料的温度，增加了单位时间内的倒料量，提升了低温物料复热外输前的温度，产生了显著的节能减排效益。在具体实施例中，实现常温液氨倒料进低温液氨罐的能力从8t/h提到25t/h，减少常温液氨倒罐产生的电耗约88万kwh/万吨；同时提供储罐伴冷冷能替代冰机组运行，有效利用低温物料降低伴热后输出的冷冻水的温度，每年减少电耗约135万kwh。

14、另一方面，由于输送的低温物料容易渗漏窜料，在设置预热器时采用双管板式换热器，有效降低低温丙烷和常温液氨窜料的风险。而针对乙烯温度较低，可能导致液氨冻结的问题，相应的乙烯预热器采用上下两个复合换热器通过引入换热媒介丙烷来避免液氨冻结，同时也避免了乙烯与液氨之间渗漏窜料的问题。

15、最后本系统采用相应的自控联锁逻辑和相应的工艺参数调整方式，既能避免液氨凝固、管线脆裂、管线胀压过高、冷冻水泵抽空等生产故障，又能实现对系统调节时只对单一工艺参数调节，避免系统同时对两个及以上变量变量调节引发生产波动。