一种氪氙精制装置中纯氪氙塔底蒸发加热系统的制作方法

本发明涉及一种氪氙精制装置中纯氪氙塔底蒸发加热系统，属于高纯氪氙精制领域。

背景技术：

空气中的氪氙含量非常稀少，氪在空气中的含量约为1.138ppm，氙在空气中的含量约为0.086ppm，纯氪和纯氙产品目前仅能从空气中提取。在空分装置中氪和氙由于沸点低，一般浓缩在液氧或者液空之中，利用贫氪氙塔将液氧或液空进一步浓缩，可以获取含约2000~2500ppm氪氙的贫氪氙混合液，这部分贫氪氙原料液经过催化培烧去除里面的碳氢化合物后，再次利用精馏系统浓缩600倍，可以获得纯度约为99%氪氙混合气。在纯氪氙精制系统中利用氪氙混合液中氪、氙以及各种杂质组分的沸点和液化点不同，采用多次精馏的方法可将氪氙两种组分分离并提纯，获得99.999%高纯度的氪产品和氙产品。氪氙浓缩液（99%kr+xe）进入氪氙精制系统中，精馏塔顶设有冷凝器，底部设有蒸发器。蒸发器的作用是加热精馏塔底的液体，使塔底液体气化，产生上升气体，与塔顶流下来的冷凝液进行充分的传质传热，完成氪气和氙气的分离和提纯。

空分装置精馏塔蒸发器一般采用气体作热源。高纯氪氙精馏塔跟空分装置有相近的地方，也有特殊的地方。氪、氙产量极低，分馏塔尺寸很小，蒸发器需要的热负荷也很小，仅几十瓦到几百瓦，要达到精度控制难度较大。如果采用气体加热器，对换热面积以及气体流量的控制要求比较精准。采用电加热可以弥补热负荷调整和控制的难度，但是，氪氙精馏塔安装在冷箱内，冷箱内填充保冷用的珠光沙，一旦加热器出现故障，维修十分困难。而且氪氙气的稀少和珍贵，维修精馏塔，必定需要对氪氙塔进行停车置换，费用不可估计。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种配置合理，维修方便，降低费用，提高工作效率的氪氙精制装置中纯氪氙塔底蒸发加热系统。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种氪氙精制装置中纯氪氙塔底蒸发加热系统，它包括两套被安装在氪氙精馏塔底部相互独立的加热系统，所述的两套加热系统分别为气体加热器和电加热器，其中：

所述的气体加热器主要由氪氙精馏塔内、流过氮气的换热管和气体质量流量控制器组成；

所述的电加热器主要由氪氙精馏塔内的电加热器和晶闸管调功器组成；

在所述氪氙精馏塔内还安装有温度和液位检测系统以及在中央控制室内安装集散控制系统。

作为优选：所述的集散控制系统为可以显示流量控制器的实际流量，也能输出控制值给流量控制器作为流量设定值的dcs控制系统；

所述气体质量流量控制器可以根据流程计算以提供温度、进出口压力、介质成分与流量范围特殊定制，气体质量流量控制器内部有控制电路和流量控制阀，并保证流量控制器稳定输出给定值的流量；

所述的晶闸管调功器是高精度晶闸管调功器，包括恒功率模式、恒电压模式及恒电流模式。

所述氪氙精馏塔的塔底设置有主要用来作报警连锁控制、防止液位过低和加热器干烧的液位测点licas1。

作为优选：所述气体质量流量控制器通过改变换热管的氮气流量，达到调节热负荷的作用；所述dcs控制系统根据精馏塔底的温度测点ticas1进行温度的自动控制，并把控制环节投自动控制模式，流量控制器接受温度测点ticas1经过pid运算以后的输出值。

所述的晶闸管调功器为恒功率模式，即不管电网电压波动或者加热管电阻在低温下阻值变化，保证输出恒定的功率；所述的dcs控制系统通过手动输出功率值给调功器，调功器根据设定值恒功率运行；所述的dcs控制系统也可以用温度ticas1来实现温度自动控制。

本发明具有配置合理，维修方便，降低费用，提高工作效率等特点。

附图说明

图1是本发明的安装结构示意图。

图中所示：c1为氪氙精馏塔，e1为气体加热器，e2为电加热器，ticas1为温度传感器，licas1为液位传感器，fcv1为气体质量流量控制器，qcv1晶闸管调功器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种氪氙精制装置中纯氪氙塔底蒸发加热系统，它包括两套被安装在氪氙精馏塔c1底部相互独立的加热系统，所述的两套加热系统分别为气体加热器e1和电加热器e2，其中：

所述的气体加热器e1主要由氪氙精馏塔c1内、流过氮气的换热管和气体质量流量控制器fcv1组成；

所述的电加热器e2主要由氪氙精馏塔c1内的电加热器和晶闸管调功器qcv1组成；

在所述氪氙精馏塔内还安装有温度和液位检测系统以及在中央控制室内安装集散控制系统dcs。

本发明所述的集散控制系统为可以显示流量控制器的实际流量，也能输出控制值给流量控制器作为流量设定值的dcs控制系统；

所述气体质量流量控制器可以根据流程计算以提供温度、进出口压力、介质成分与流量范围特殊定制，气体质量流量控制器内部有控制电路和流量控制阀，并保证流量控制器稳定输出给定值的流量；

所述的晶闸管调功器是高精度晶闸管调功器，包括恒功率模式、恒电压模式及恒电流模式。

所述氪氙精馏塔的塔底设置有主要用来作报警连锁控制、防止液位过低和加热器干烧的液位测点licas1。

本发明所述气体质量流量控制器通过改变换热管的氮气流量，达到调节热负荷的作用；所述dcs控制系统根据精馏塔底的温度测点ticas1进行温度的自动控制，并把控制环节投自动控制模式，流量控制器接受温度测点ticas1经过pid运算以后的输出值。

所述的晶闸管调功器为恒功率模式，即不管电网电压波动或者加热管电阻在低温下阻值变化，保证输出恒定的功率；所述的dcs控制系统通过手动输出功率值给调功器，调功器根据设定值恒功率运行；所述的dcs控制系统也可以用温度ticas1来实现温度自动控制。

本发明所述的两套加热系统能完全满足氪氙精馏塔的正常运行，同时加热器也做了多重备份，保证设备的能连续运行，减少了设备停车维修时间。两套加热器平时只投用一套，另外一套作为备用。如果遇到精馏塔要复热，两套加热器可以同时投用，可以加快复热速度。

当氪氙精制装置精馏塔运行时，塔底蒸发器里面是低温液体，加热器与低温液体换热，高沸点组份的液体先汽化，产生上升气体，与塔顶冷凝器的下流液在塔内填料上进行传质传热，经过填料精馏，使氪气和氙气分离开。

精馏塔底的加热器是为整个精馏塔提供热量，它的稳定输出是精馏塔能正常运行的重要环节。

纯氪氙塔底部的电加热器，通过动力电缆与晶闸管调功器连接，控制系统根据温铂热电阻和液位计等检测元件来判断氪氙精馏塔需要的热负荷，经过pid运算，发出调节信号给调功器来调节电加热器的功率。

由于电加热器是安装在冷箱内部，冷箱内部填充绝热材料，维修更换需要先将保温材料全部扒出，才能进入冷箱内部进行维修。所有氪氙精馏塔底电加热器内部布置有2组独立的电加热原件，每组电加热管都能满足所需热负荷。加热器常规为内置式，即将电加热器布置在塔体蒸发器内部，但这种方式一般采用法兰连接，容易引起泄漏。本发明采用的电加热器布置在塔体蒸发器外部，加热器发热元件与塔底金属紧密接触，传导热量，加热器外部采取保温，防止热量外传。

精馏塔底加热器控制方法有很多，一般都是根据精馏塔底液体的温度来调节电加热器的功率，这种方法针对温度变化相对比较大，且电加热器功率大的场合很适用。但是氪氙精馏塔底液体组分对温度的变化比较小，即使是a级精度的温度传感器的精度一般都要在0.2℃左右，调节精度一般不超过1%，用温度来控制加热器功率不是很精确。本专利采用根据氪氙精馏塔的工况来决定电加热器需要多少功率，控制系统发送所需功率控制值给调功器，调功器恒功率运行，调功器内部自动检测加热器的电流及电压值，无论供电电压波动还是加热器电阻值随着温度变化导致的偏差，都能恒功率负反馈自动调节，调功器的功率调节精度能达到0.3％。

氪氙精馏塔底部的气体加热器，气体换热管布置在塔体蒸发器内，换热管内通常温氮气，氮气流量由气体质量流量控制器来调节。控制系统根据塔底液体温度计，压力变送器和液位计等检测元件来判断氪氙精馏塔需要的热负荷，经过pid运算，发出调节信号给流量控制器来调节通过气量。气体质量流量控制器是采用热式质量流量计检测流量值，流量一般都比较小，刚好符合我们氪氙精制装置这种小流量的工况，流量控制精度很高，能达0.5％。