一种回收发散氧氮氩气体的冷凝液化装置的制作方法

1.本实用新型属于空气分离存储技术领域，具体涉及一种回收发散氧氮氩气体的冷凝液化装置。


背景技术：

2.目前大型空分设备生产液相产品一般通过管道输送至相应的储罐内进行储存，在管道的输送过程中的冷损及液相产品在储罐内自然蒸发产生气体均会与液相产品一起存储与储罐内；如果相应的气体量过大会对储罐的安全存储构成威胁，在此基础上部分企业选择采用在储罐的顶部安装呼吸阀，即当气体的压力过大时进行外排；上述安装呼吸阀仅仅是为了保证储罐安全而进行的设置，无法对气化的气体进行回收，不仅增加了企业对于液相的生产成本，且浪费了液相产品资源。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种通过利用空分设备生产出的氧、氮、氩物质的沸点差异为基础，使液氮液化氧、氩气体并进行回流，同时通过液化单元对气氮进行液化处理，以实现降低企业生产成本、液相产品稳定、提高产品利用率和避免资源浪费的回收发散氧氮氩气体的冷凝液化装置。
4.本实用新型的目的是这样实现的：
5.一种回收发散氧氮氩气体的冷凝液化装置，包括空分装置，空分装置分别通过管道与液氧储罐、液氮储罐以及液氩储罐相连，所述液氧储罐的顶部气相出口通过冷凝器的氧液化通道与液氧储罐的液相回流口相连；液氩储罐的顶部气相出口通过冷凝器的氩液化通道与液氩储罐液相回流口相连；液氮储罐下部的液氮出口与冷凝器的壳程相连，冷凝器的壳程气相出口与液化单元相连，液化单元的出口与设置在空分装置和液氮储罐之间的第一三通的第三端相连；第一三通的第三端还与冷凝器的壳程液相出口相连；所述冷凝器的壳程与液化单元之间设有第二三通，第二三通的第三端与液氮储罐的顶部气相出口相连。
6.优选的，所述液化单元包括缓冲罐，缓冲罐的出口循环压缩机、膨胀机的增压端以及冷却器与第三三通相连，第三三通的第二端通过板式换热器的第一通道和节流阀与气液分离器相连，气液分离器的液相出口与空分装置和液氮储罐之间的管道相连；所述第二三通的第二端与缓冲罐进口相连。
7.优选的，所述第三三通的第三端通过板式换热器的第二通道与低温制冷装置的进口相连，低温制冷装置的出口通过板式换热器的第三通道与膨胀机的膨胀端相连，膨胀机的膨胀端出口通过板式换热器的第四通道与缓冲罐进口相连；所述第二三通的第二端通过板式换热器的第五通道与缓冲罐进口相连。
8.优选的，所述板式换热器、膨胀机的膨胀端、节流阀以及气液分离器设置在冷箱内。
9.优选的，所述氧液化通道的进口处设有带氧气放空阀的氧气放空管道；所述氩液
化通道的进口处设有带氩气放空阀的氩气放空管道；所述冷凝器的壳程气相出口处设有带氮气放空阀的氮气放空管道。
10.优选的，所述液氮储罐下部的液氮出口和冷凝器的壳程之间依次设有第四三通和液氮加压泵，液氮加压泵的气体出口管道上设有与液氮储罐相连的第一氮气管道；第四三通的第三端通过液氮充装泵与液氮冲槽车相连，液氮充装泵的气体出口管道上设有与液氮储罐相连的第二氮气管道。
11.优选的，所述液氧储罐下部的液氧出口通过液氧充装泵与液氧冲槽车相连；液氧充装泵的气体出口管道上设有与液氧储罐相连的氧气管道。
12.优选的，所述液氩储罐下部的液氩出口通过液氩充装泵与液氩冲槽车相连；液氩充装泵的气体出口管道上设有与液氩储罐相连的氩气管道。
13.按照上述方案制成的一种回收发散氧氮氩气体的冷凝液化装置，本实用新型针对大型空气分离系统分离出的液相产品存储而使用，其具体针对液相产品在管道输送过程中的冷损及液体自然蒸发产生气体进行液化以解决常规技术中直接通过放空的形式而造成成本提高以及资源浪费的问题；具体的说本实用新型利用氧、氮、氩物质的沸点差异为基础，使液氮液化氧、氩气体并进行回流，同时通过液化单元对气氮进行液化处理；上述方式能够在不改变原空气分离设备的前提下无需外购冷源，即可实现降低企业生产成本、液相产品稳定、提高产品利用率、避免资源浪费和保证相应储罐安全的目的；进一步地，本实用新型对于上述气相的液化还包括了罐装液相产品中产生的气相，以达到提高液相产品回收率的特点；再进一步的本实用新型使用了液化单元，通过对以氮气为气氮的冷却介质并在此基础上进行梯级冷却和气液分离以保证进入储罐内液相产品的中不含有气相，从而实现对气氮的液化以及保证液相产品纯度的目的；本实用新型中还考虑到整个冷凝液化装置的安全性和经济性，当气氧和/或气氩的气相通过冷凝器时，气氧和/或气氩的压力仍然过高时可采用同时放空的形式进行解决；当液氮针对冷凝器中气氧和/或气氩冷凝的过程中，如果气氮产生的量过小，造成冷凝后液氮量的价格不足以启动液化单元时，为了考虑经济型可对气氮进行放空处理；具有结构简单、设计合理、操控简便灵活，在保证气罐安全储藏的前提下降低企业生产成本、液相产品稳定、提高产品利用率和避免资源浪费的优点。
附图说明
14.图1为本实用新型的结构示意图。
15.图2为本实用新型液化单元的示意图。
具体实施方式
16.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
17.如图1、2所示，本实用新型为一种回收发散氧氮氩气体的冷凝液化装置，包括空分装置1，空分装置1分别通过管道与液氧储罐2、液氮储罐3以及液氩储罐4相连，所述液氧储罐2的顶部气相出口通过冷凝器5的氧液化通道6与液氧储罐2的液相回流口相连；液氩储罐4的顶部气相出口通过冷凝器5的氩液化通道7与液氩储罐4液相回流口相连；液氮储罐3下
部的液氮出口与冷凝器5的壳程相连，冷凝器5的壳程气相出口与液化单元相连，液化单元的出口与设置在空分装置1和液氮储罐3之间的第一三通8的第三端相连；第一三通8 的第三端还与冷凝器5的壳程液相出口相连；所述冷凝器5的壳程与液化单元之间设有第二三通9，第二三通9的第三端与液氮储罐3的顶部气相出口相连。本实用新型提供了针对氮、氧、氩液相产品储罐中的气相进行液化再回收的技术方案，该技术方案能够实现保证各储罐的运行安全，与此同时本实用新型利用氮、氧、氩的沸点差异，以液氮为基础对气氧和气氩进行液化，该方式无需外购冷源且能够实现再不改变原有空分系统的基础上降低液相产品的生产成本、提高液相产品的回收率、避免资源浪费和液相产品稳定的稳定性；具体的说氧和氩通过液氮进行换热冷凝，而换热后的气氮通过液化单元进行冷凝；上述冷凝后的液相产品回流入各自的储罐内实现外售。
18.进一步地，所述液化单元包括缓冲罐10，缓冲罐10的出口循环压缩机11、膨胀机的增压端12以及冷却器13与第三三通14相连，第三三通14的第二端通过板式换热器15的第一通道和节流阀36与气液分离器38相连，气液分离器 38的液相出口与空分装置1和液氮储罐3之间的管道相连；所述第二三通9的第二端与缓冲罐10进口相连。本实用新型中的气氮通过增压、换热以及气液分离的形式不仅能够逐步实现对气氮的冷凝液化，该方式能够避免液相产品中夹带氮气从而影响液氮储罐3中液相产品的品质。
19.进一步地，所述第三三通14的第三端通过板式换热器15的第二通道与低温制冷装置16的进口相连，低温制冷装置16的出口通过板式换热器15的第三通道与膨胀机的膨胀端17相连，膨胀机的膨胀端17出口通过板式换热器15的第四通道与缓冲罐10进口相连；所述第二三通9的第二端通过板式换热器15的第五通道与缓冲罐10进口相连。本实用新型首先利用氮气作为冷却介质能够实现避免外购气源同时还能够防止发生泄漏而影响液相产品品质的问题，其次，作为换热介质的氮气通过低温制冷装置16以及膨胀机的膨胀端17两次降温并经过两次进入板式换热器15内与产品进行梯级换热，以实现提高气氮冷凝效果和避免液氮中出现气相的问题。
20.进一步地，所述板式换热器15、膨胀机的膨胀端17、节流阀36以及气液分离器38设置在冷箱37内。通过上述设置能够提高冷源的利用效率，尽量减少与外界换热的作用。
21.进一步地，所述氧液化通道6的进口处设有带氧气放空阀18的氧气放空管道19；所述氩液化通道7的进口处设有带氩气放空阀20的氩气放空管道21；所述冷凝器5的壳程气相出口处设有带氮气放空阀22的氮气放空管道23。通过上述设置能够在考虑整个系统的安全性和经济性的前提下实现灵活操作的目的。
22.进一步地，所述液氮储罐3下部的液氮出口和冷凝器5的壳程之间依次设有第四三通24和液氮加压泵25，液氮加压泵25的气体出口管道上设有与液氮储罐3相连的第一氮气管道26；第四三通24的第三端通过液氮充装泵27与液氮冲槽车28相连，液氮充装泵27的气体出口管道上设有与液氮储罐3相连的第二氮气管道29。
23.进一步地，所述液氧储罐2下部的液氧出口通过液氧充装泵30与液氧冲槽车31相连；液氧充装泵30的气体出口管道上设有与液氧储罐2相连的氧气管道32。
24.进一步地，所述液氩储罐4下部的液氩出口通过液氩充装泵33与液氩冲槽车34相连；液氩充装泵33的气体出口管道上设有与液氩储罐4相连的氩气管道35。
25.本实用新型所述的冷凝液化装置的冷凝液化方法，包括如下步骤：
26.步骤1：空分装置1产出的氧、氮、氩液体产品，通过管道输送分别进入液氧储罐2、液氮储罐3以及液氩储罐4中，在氧、氮、氩液体产品管道输送的过程中冷损以及在产品进入相应储罐内部后的自然挥发，使气体进入相应的储罐顶部聚集，导致相应储罐顶部压力升高；
27.步骤2：液氧储罐2内部气相通过冷凝器5的氧液化通道6与冷凝器5壳程内的液氮进行换热，换热后由氧液化通道6出口排出的液氧通过液氧储罐2的液相回流口进入液氧储罐2内；液氧储罐2顶部气相出口的气相为气氧，温度为：-178℃，压力为：10～26kpa，气氧的流量为125nm3/h～135nm3/h；冷凝器 5壳程内为液氮，温度为-186℃，压力:170kpa；通过液氧储罐2的液相回流口的液氧温度为：-183℃、压力：23kpa；
28.步骤3：液氩储罐4内部气相通过冷凝器5的氩液化通道7与冷凝器5壳程内的液氮进行换热，换热后由氩液化通道7出口排出的液氩通过液氩储罐4液相回流口进入液氩储罐4内；液氩储罐4顶部气相出口的气相为气氩，温度为：
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181℃、压力：10～26kpa、流量为：125nm3/h～135nm3/h；冷凝器5壳程内为液氮，温度为-186℃，压力:170kpa；通过液氩储罐4液相回流口的液氩温度为：-183℃、压力：23kpa；
29.步骤4：上述步骤2和/或步骤3中冷凝器5壳程内的液氮来自于液氮储罐3 内，液氮储罐3下部的液氮出口通过第四三通24和液氮加压泵25进入冷凝器5 的壳程内进行换热，通过在上述步骤2和/或步骤3中换热后成为气氮，气氮的温度：-186℃，压力为：170kpa、流量1500nm3/h；
30.步骤5：步骤4中的气氮和步骤1中管道输送的过程中冷损以及液氮储罐3 自然挥发的气氮在第二三通9汇合后，通过板式换热器15的第五通道进行换热，换热后的气氮和循环氮气共同进入缓冲罐10内；
31.步骤6：缓冲罐10内的气氮通过循环压缩机11增压至1.2mpa后进入膨胀机的增压端12增压至1.65mpa；压力为：1.65mpa的气氮通过冷却器13进行冷却；
32.步骤7：步骤6中通过冷却器13进行冷却后的一部分气氮通过第三三通14 的第二端进入板式换热器15的第一通道进行换热，换热后的液氮通过节流阀36 节流后进入气液分离器38内进行气液分离，气液分离后的液氮通过空分装置1 和液氮储罐3之间的管道进入液氮储罐3中；
33.步骤8：步骤6中通过冷却器13进行冷却后的另一部分气氮通过第三三通 14的第三端、板式换热器15的第二通道进入低温制冷装置16内，通过低温制冷装置16后的气氮依次通过板式换热器15的第三通道、膨胀机的膨胀端17和板式换热器15的第四通道进入到缓冲罐10内；所述通过板式换热器15的第二通道的气氮温度为：-18℃，通过低温制冷装置16的气氮温度为：-20℃，通过膨胀机的膨胀端17膨胀后低温低压氮气温度为-180℃，压力为0.13mpa；
34.步骤9：液氮加压泵25中冷损或加压产生的气氮通过第一氮气管道26回流入液氮储罐3内；液氮充装泵27充装过程中产生的气氮通过第二氮气管道29 回流入液氮储罐3内；上述气氮在液氮储罐3中经过步骤5至步骤7冷凝液化为液氮重新进入液氮储罐3中；
35.液氧充装泵30充装过程中产生的气氧通过氧气管道32进入液氧储罐2内，上述气氧在液氧储罐2经过步骤2冷凝液化为液氧重新进入液氧储罐2中；
36.液氩充装泵33充装过程中产生的气氩通过氩气管道35进入液氩储罐4内，上述气
氩在液氩储罐4经过步骤3冷凝液化为液氩重新进入液氩储罐4中。
37.优选的，所述步骤2中液氧储罐2顶部气相出口的气氧压力为不小于30kpa，在启动冷凝器5的同时通过打开氧气放空阀18对气氧进行放空；所述步骤3中液氩储罐4顶部气相出口的气氩压力为不小于30kpa，在启动冷凝器5的同时通过打开氩气放空阀20对气氩进行放空；所述步骤5中的液化单元不启动时步骤4内冷凝器5中液氮换热后的气氮通过打开氮气放空阀22对气氮进行放空。
38.本实用新型以现有技术中的空气分离系统为基础，针对空气分离系统中产出的液氮、液氧和液氩在冷损以及自然挥发的气相进行冷凝液化处理；本实用新型利用氮、氧、氩的沸点差异，以液氮为基础对气氧和气氩进行液化，该方式无需外购冷源且能够实现再不改变原有空分系统的基础上降低液相产品的生产成本、提高液相产品的回收率、避免资源浪费和液相产品稳定的稳定性；具体的说氧和氩通过液氮进行换热冷凝，而换热后的气氮通过液化单元进行冷凝；上述冷凝后的液相产品回流入各自的储罐内实现外售；进一步的本实用新型具有操作灵活的特点，可根据实际工况、安全性以及经济型进行综合考虑对其进行操作，其具体来说，可以通过液氮单独对气氧进行冷凝液化、液氮单独对气氩进行冷凝液化、气氮单独通过液化单元进行冷凝液化、液氮对气氧和/或气氩进行冷凝液化后的气氮可根据经济性选择直接放空或进入液化单元进行冷凝液化、液氮单独对气氧和/或气氩进行冷凝液化后的气氮与液氮储罐3内的气氮共同进入液化单元进行冷凝液化、在对气氧和/或气氩进行冷凝液化的同时如果压力过高可采用放空的形式保障整个系统的安全性。上述操作过程灵活可控，以实际工况、安全性以及经济型为基础实现对储罐中的气体进行冷凝液化，不仅提高了液相产品稳定性和产品利用率，还能够有效降低企业产品的成本。
39.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。上文的示例仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。