一种油气回收装置的制作方法

1.本实用新型属于油气回收技术领域，特别是一种油气回收装置。


背景技术：

2.码头油气回收设施的建设起步较晚，实际运行经验不足。随后在沿海稳步推广原油码头油气回收，港口码头中安装油气回收设施的越来越多，而且码头油气回收设施的连续运行基本能满足装船的连续性，但是使用效果参差不齐，能耗比较大。现有技术如“一种码头油气回收装置”(cn2013104309861)解决了装置连续性运行问题，但是对于化工品类vocs废气，因深冷无备用冷场，其无法实现码头24h连续运行。且现有轮油码头油气回收设施存在油气温度波动大且机组能耗比较大。


技术实现要素：

3.实用新型目的：为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种油气回收装置，该装置实现连续的油气回收的同时，油气温度波动小且能耗小。
4.技术方案：包括油气系统、制冷系统和控制系统；所述油气系统包括与油气入口连通的凝液罐、与所述凝液罐出口连通的风泵、与风泵连接的回热换热器、与回热换热器的热侧气路出口连接的预冷换热器、分别与预冷换热器的气路出口连接的第一浅冷换热器以及第二浅冷换热器，与所述第一浅冷换热器的气路出口连接的第一深冷换热器、与所述第二浅冷换热器的气路出口连接的第二深冷换热器、分别与所述第一深冷换热器以及第二深冷换热器的出口连接的气液分离罐、与所述气液分离罐的气路出口连接的气氟换热器、与所述气氟换热器的气路出口连接的回热换热器；
5.所述制冷系统包括一级制冷系统、二级制冷系统和三级制冷系统；所述一级制冷系统包括与所述预冷换热器、第一浅冷换热器以及第二浅冷换热器连接的一级冷凝器，以及分别与第一浅冷换热器以及与第二浅冷换热器连接的两路冲霜支路；所述二级制冷系统包括蒸发冷凝器以及与气氟换热器连接的二级冷凝器；所述三级制冷系统包括与第一深冷换热器以及第二深冷换热器连接的蒸发冷凝器，以及与第一深冷换热器以及与第二深冷换热器连接的两路冲霜支路。
6.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述一级制冷系统还包括一级制冷压缩机，所述一级制冷压缩机制冷剂出口与一级冷凝器连接，所述一级冷凝器的出口分别与所述预冷换热器、第一浅冷换热器以及第二浅冷换热器的进口连接；所述一级制冷压缩机的出口分别引出两路冲霜支路与第一浅冷换热器以及与第二浅冷换热器连接；
7.所述二级制冷系统还包括二级制冷压缩机，二级制冷压缩机出口与二级冷凝器连接；所述二级冷凝器的出口与气氟换热器的制冷剂进口连接，所述蒸发冷凝器的进口与所述气氟换热器的出口连接；
8.所述三级制冷系统还包括三级制冷压缩机以及切换控制阀，三级制冷压缩机与蒸发冷凝器连接，切换控制阀设置在所述蒸发冷凝器的进口；所述蒸发冷凝器的出口分别与
第一深冷换热器以及第二深冷换热器的进口连接；所述蒸发冷凝器的进口分别引出两路冲霜支路与第一深冷换热器以及与第二深冷换热器连接。
9.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述预冷换热器的进口设置有预冷节流元件，所述第一浅冷换热器的进口设置有第一节流元件，所述第二浅冷换热器的进口设置有第二节流元件。
10.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述蒸发冷凝器的冷凝侧出口与所述第一深冷换热器的进口之间设置有第三节流元件，所述蒸发冷凝器的冷凝侧出口与所述第二深冷换热器的进口之间设置有第四节流元件；和/或所述气氟换热器的出口以及蒸发冷凝器的蒸发侧进口之间设置有第五节流元件。
11.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述一级制冷压缩机的出口与所述第一浅冷换热器之间设置有第一控制阀，所述一级制冷压缩机的出口与所述第二浅冷换热器之间设置有第二控制阀；所述第一浅冷换热器以及第二浅冷换热器的出口分别设置有第三控制阀和第四控制阀。
12.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述蒸发冷凝器的冷凝侧进口与所述第一深冷换热器之间设置有第五控制阀，所述蒸发冷凝器的冷凝侧进口与所述第二深冷换热器之间设置有第六控制阀；所述第一深冷换热器以及第二深冷换热器的出口分别设置有第七控制阀和第八控制阀。
13.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述控制系统包括设置在油气入口与风泵之间的压力变送器以及切断阀。本实用新型的控制系统还包括了第一差压变送器、第二差压变送器，另外还包括控制回路的三通换向阀和控制元件。
14.作为优选，所述控制元件为plc控制模块，集成西门子控制软件或ge及其他控制软件。
15.作为本实用新型的一种优选实施方式，控制阀为气动双作用的低温切断阀。
16.本实用新型所述的低温切换阀，包括阀体、设置于阀体内的阀座、与阀座连接的阀芯元件、与所述阀芯元件上端固定的推杆以及设置在所述推杆顶端的气缸，所述阀芯元件外周为阀腔；所述阀芯元件包括由连接杆、设置于所述连接杆外周的波纹管节、以及设置在所述波纹管节下端的阀芯以及设置在所述波纹管节上端的封板，所述封板与所述连接杆之间密封。
17.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述气缸包括缸套、设置在所述缸套上下两端的上缸盖以及下缸盖、设置在所述上缸盖上的第一气源接口、设置在下缸盖上的第二气源接口以及设置于所述缸套内的活塞，所述活塞底端与推杆连接；和/或所述阀体与阀腔之间通过第一螺栓固定。
18.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述波纹管节包括连接段、固定板以及设置于所述阀芯以及固定板之间的波纹段。
19.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述阀座通过第二螺栓与所述阀芯元件固定。
20.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述阀芯元件与所述阀体之间设置有阀腔垫片。
21.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述阀腔垫片材料为聚四氟乙烯。
22.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述阀腔顶端设置有第一连接法兰，所述第一连接法兰通过第一立柱与下缸盖固定。
23.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述阀腔的顶部与所述推杆之间设置有防尘圈、填料以及o型圈。
24.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述阀腔的顶部与所述推杆底端通过第一螺母固定。
25.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述活塞与所述气缸的内壁之间设置有活塞环。
26.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述上缸盖与所述下缸盖之间通过第二螺栓固定。
27.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述第一浅冷换热器与所述第一深冷换热器之间设置有第一差压变送器。
28.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述第二浅冷换热器与所述第二深冷换热器之间设置有第二差压变送器。
29.作为本实用新型的一种优选实施方式，自所述一级制冷压缩机的出口引出两路冲霜支路送出的制冷剂与一级冷凝器出口送出的制冷剂汇合；自所述蒸发冷凝器的冷凝侧进口引出的两路冲霜支路将换热后的制冷剂再次与送入蒸发冷凝器的制冷剂汇合。
30.作为优选，所述回热换热器为30℃冷场换热器，无冰堵隐患；所述预冷换热器为4℃ (可调)冷场换热器，无冰堵隐患；所述第一浅冷换热器a以及第二浅冷换热器b为-25℃ (可调)冷场换热器；所述第一深冷换热器以及第二深冷换热器为-70℃(可调)冷场换热器。
31.有益效果：(1)本实用新型提供的油气回收装置将存在冰堵隐患的浅冷换热器和深冷换热器为两个，油气系统分为两路，分别为a通道和b通道，一路正常工作，一路备用，可以保证整个装置连续运行，由于冷凝式油气回收装置冰堵现象不可回避，当其中一个油气通道出现冰堵时，切换到另一个油气通道，原通道采用高温制冷剂进行融霜，给通道清障，待用；满足了油轮码头油气回收设施连续性运行的要求。(2)本实用新型通过设置不同的换热器，保证其余换热器在正常工作中无冰堵风险，回热换热器利用温差回热，不结霜；控制预冷换热器的温度高于油气露点温度，不要结霜；气氟换热器利用低温油气的冷量给制冷剂过冷，管程走的高温制冷剂，为温升过程，不会结霜，其他冷量被第二制冷系统制冷剂吸收，用于过冷提高制冷能效；(3)本实用新型进一步在 a通道以及b通道的浅冷换热器以及深冷换热器之间分别设置差压变送器，测定油气通道的差压值和运行时间，选择合适的油气通道，保证装置的连续性；(4)本实用新型提供的油气回收装置的温度波动小，本实用新型的节流元件为电子膨胀阀能精准调节制冷剂流量而有效稳定各级冷场油气温度；其次，本实用新型控制阀采用多重密封保护的零泄漏气动双作用活塞低温切断阀，既避免制冷剂外部泄漏又避免制冷剂内部泄漏进而维持温度波动；最后，本实用新型的装置在通道切换时，通过控制系统给备用油气通道提前预冷，当备用通道达到设定温度后再实施切换，如此切换过程中温度波动可控制在
±
4℃。(6)本实用新型的装置能耗低：既设有回热换热器初步能量回收，又设有气氟换热器降低制冷剂过冷度提高制冷压缩机能效，另外预冷换热器、浅冷换热器、深冷换热器底部设有油冷回收器提高制冷压缩机能效；(7)本实用新型通过单压缩机控制双路冷场系统，至少降低机组40％的能耗。
附图说明
32.图1是本实用新型提供的油气回收装置的油气系统示意图；
33.图2是本实用新型提供的油气回收装置的一级制冷系统示意图；
34.图3是本实用新型提供的油气回收装置的二级制冷和三级制冷系统示意图；
35.图4是本实用新型的低温切换阀的爆炸图；
36.图5是本实用新型的低温切换阀中的阀芯元件的剖视图；
37.图6是本实用新型的低温切换阀的剖视图。
具体实施方式
38.本实用新型的一种油气回收装置，包括油气系统、制冷系统和控制系统。
39.如图1所示，本实用新型的油气系统包括第一阻火器101、凝液罐102、风泵103、第二阻火器104、回热换热器105、预冷换热器106、第一浅冷换热器107、第二浅冷换热器108、第一深冷换热器109、第二深冷换热器110、气液分离罐111和气氟换热器 112。凝液罐102的进口与油气进口相连，凝液罐102的出口与风泵103的进口相连，风泵103的出口与回热换热器105的热侧气路进口相连，凝液罐102的进口与油气进口之间设置有第一阻火器101，风泵103的出口与回热换热器105的热侧气路进口之间设置有第二阻火器104，本实施例中，风泵103为防爆变频罗茨风泵，第一阻火器101为防爆轰型阻火器，第二阻火器104为防爆燃型阻火器。
40.油气在风泵103的作用下送入回热换热器105，回热换热器105的热侧气路出口与预冷换热器106进口相连，预冷换热器106的气路出口分两路分别与第一浅冷换热器107 以及第二浅冷换热器108进口相连，第一浅冷换热器107的气路出口与第一深冷换热器 109进口相连，第二浅冷换热器108的气路出口与第二深冷换热器110进口相连，第一深冷换热器109和第二深冷换热器110出口通过三通换向阀204与气液分离罐111进口相连，气液分离罐111的气路出口与气氟换热器112进口相连，气氟换热器112的气路出口与回热换热器105的冷侧气路进口相连，回热换热器105的冷侧气路出口达标排放或与后级工艺入口相连。
41.如图2所示，本实用新型所述的制冷系统包括一级制冷系统、二级制冷系统和三级制冷系统；一级制冷系统包括一级制冷压缩机301(防爆制冷压缩机)、一级油分离器 302(高效油分离器)、一级冷凝器303、预冷节流元件304、第一节流元件305、第二节流元件306和一级气液分离器311；一级制冷压缩机301的制冷剂出口与一级油分离器302的进口连接，一级油分离器302的制冷剂出口与一级冷凝器303的制冷剂入口连接，一级冷凝器303的制冷剂出口分别设置有三个并联的换热支路，该三个并联的换热支路的出口分别与一级气液分离器311的入口连接，相连构成一级制冷循环回路；三个并联的换热之路分别为第一换热支路、第二换热支路以及第三换热支路，第一换热支路包括设置在预冷换热器106进口处的预冷节流元件304和预冷换热器106，第二换热支路包括设置在第一浅冷换热器107进口处的第一节流元件305和第一浅冷换热器107，第三换热支路包括设置在第二浅冷换热器108入口处的第二节流元件306和第二浅冷换热器 108。一级制冷系统的第一浅冷换热器107和第二浅冷换热器108由一级制冷压缩机301 控制，可以交替制冷降温和制热融霜。(本实施例中，节流元件为电子膨胀阀，能精准调节制冷剂流量而有效稳定各级冷场油气温度，保障了装置切换过程中温度波动小)。
42.在一级制冷系统中，自一级油分离器的出口处引出两路冲霜系统(一级冲霜系统)，冲霜支路一(冲霜1)送出的高温制冷剂入口通过第一电磁阀901与第一控制阀307和第一浅冷换热器107中间管道相连，低温制冷剂出口通过第三控制阀309与第一节流元件305和第一浅冷换热器107中间管道相连；冲霜支路二(冲霜2)高温制冷剂入口通过第二电磁阀902与第二控制阀308和第二浅冷换热器108中间管道相连，低温制冷剂出口通过第四控制阀310与第二节流元件306和第二浅冷换热器108中间管道相连。冲霜支路一中的低温制冷剂经过第三控制阀309送出至一级冷凝器303的出口，冲霜支路二中的低温制冷剂经过第四控制阀310一级冷凝器303的出口。
43.如图3所示，二级制冷系统包括二级制冷压缩机401(防爆制冷压缩机)、二级油分离器402、二级冷凝器403、第五节流元件404、蒸发冷凝器600和二级气液分离器405；二级制冷压缩机401的制冷剂出口与二级油分离器402的进口相连，二级油分离器402 的出口与二级冷凝器403的进口相连，二级冷凝器403将制冷剂送入气氟换热器112换热后，从气氟换热器112送出的制冷剂再次送入蒸发冷凝器600，从蒸发冷凝器600送出的制冷剂进入二级制冷压缩机401，第五节流元件404设置在气氟换热器112的出口以及蒸发冷凝器600的蒸发侧进口之间。
44.三级制冷系统包括三级制冷压缩机501(防爆制冷压缩机)、与三级制冷压缩机501 连接的三级油分离器502(高效油分离器)、与三级油分离器502连接的蒸发冷凝器600、第三节流元件503、第四节流元件504、三级气液分离器509和设置在蒸发冷凝器600 进口的切换控制阀510。三级制冷系统设置有两个并联的两个深冷换热支路，其中第一深冷换热支路包括设置在第一深冷换热器109进口的第三节流元件503和第一深冷换热器109，第二深冷换热支路包括设置在第二深冷换热器110进口的第四节流元件504和第二深冷换热器110。三级制冷系统的第一深冷换热器109和第二深冷换热器110由三级制冷压缩机501控制，可以交替制冷降温和制热融霜。本实用新型的二级制冷系统和三级制冷系统共用蒸发冷凝器600，构成一个双机复叠制冷系统。
45.本实用新型的三级制冷系统中，自三级油分离器502的出口引出两路冲霜系统(二级冲霜系统)，冲霜支路三(冲霜3)的高温制冷剂入口通过第三电磁阀903与第五控制阀505和第一深冷换热器109中间管道相连，低温制冷剂出口通过第七控制阀507与第三节流元件503和第一深冷换热器109中间管道相连。冲霜支路四(冲霜4)的高温制冷剂入口通过第四电磁阀904与第六控制阀506和第二深冷换热器110中间管道相连，低温制冷剂出口通过第八控制阀508与第四节流元件504和第二深冷换热器110中间管道相连。冲霜支路三中的低温制冷剂自第七控制阀507送至蒸发冷凝器的冷凝侧进口，冲霜支路四中的低温制冷剂自第八控制阀508送至蒸发冷凝器的冷凝侧进口，切换控制阀510设置两路冲霜系统的制冷剂的进口与两路冲霜系统的制冷剂出口之间。
46.本实用新型通过差压变送器测定油气通道的差压值和运行时间，选择合适的油气通道，保证装置的连续性参数，如设定压差值20kpa、设定运行时间如12h，两者任一达到设定值说明当前通道冻堵，控制系统对另一通道先进行预冷再切换。
47.本实用新型所述的控制系统包括设置在油气入口管道上的压力变送器200以及切断阀201，设置在第一浅冷换热器107以及第一深冷换热器109之间的第一差压变送器202，设置在第二浅冷换热器108以及第二深冷换热器110之间的第二差压变送器203，分别与第
一深冷换热器109以及第二深冷换热器110的出口连通的三通换向阀204和用于控制整个系统工作状态的控制元件205(plc)；控制系统的压力变送器200和风泵103联锁，第一差压变送器202以及第二差压变送器203和三通换向阀204联动，控制元件205 把油气系统和制冷系统有机地整合在一起，自动可靠运行。
48.本实用新型中，第一控制阀307、第二控制阀308、第三控制阀309、第四控制阀 310、第五控制阀505、第六控制阀506、第七控制阀507、第八控制阀508为采用多重密封保护的零泄漏活塞式气动双作用的低温切断阀700，整体不锈钢材质。第一～第八控制阀为多重密封保护的零泄漏气动双作用活塞低温切断阀及缜密的控制系统，保障了装置切换过程中温度波动小。
49.此外，作为本领域常识，一级制冷系统还可在一级冷凝器303后设贮液器、干燥过滤器；同理，二级制冷系统还可在二级冷凝器403后设贮液器、干燥过滤器；三级制冷系统还可在蒸发冷凝器600后设贮液器、干燥过滤器。
50.如图4-图6所示，低温切断阀700的结构为：包括阀体701、设置于阀体701内的阀座702、与阀座702连接的阀芯元件703、与阀芯元件703上端固定的推杆704以及设置在推杆704顶端的气缸705，阀芯元件703外周为阀腔706。
51.阀体701有三个密封面，两端分别为阀体701的进口以及出口，顶部为连接端口，阀体701的进口和出口的密封端面为法兰结构，本实施例中法兰结构选用松套法兰，密封性好，且耐腐蚀又易维护安装。阀体701的连接端口通过阀座702、阀腔垫片707以及阀芯元件703形成的密封面，阀座702通过第二螺栓7021与阀芯元件703固定。本实用新型阀体701的连接端口为常规静态密封面，无泄漏隐患。
52.具体地，本实用新型的阀体701的进口以及出口之间设置有通过阀座702上下移动而实现开启或关闭的通道7011。阀座702中间设置有螺栓穿过的安装孔，第二螺栓7021 通过安装孔与阀芯元件703固定，阀体701上端面(连接端口)的筒壁处设置有与阀芯 7033连接的台阶。
53.阀芯元件703包括连接杆7031、波纹管节7032、设置在波纹管节7032下端的阀芯 7033以及设置在波纹管节7032上端的封板7034，连接杆7031一端通过第二螺栓7021 与阀座702固定连接，连接杆7031顶端与推杆704固定。如图4～6所示，阀芯7033与阀体701的连接端口7012的内径等径，实现连接端口的密封，同时，在阀芯7033与阀体701的连接处设置有阀腔垫片707，加强密封效果，防止泄露。连接杆7031穿过阀芯 7033与推杆704固定。为了避免连接杆7031上下移动时，部分制冷剂通过两者的空隙进入至阀腔706，本实用新型在阀芯7033上方设置了一段波纹管节7032，波纹管节7032 套设在连接杆7031外周，波纹管节7032底端与阀芯7033的上表面固定密封，阀芯7033 上端与封板7034固定密封，使得上窜的制冷剂进入波纹管节7032与连接杆7031之间形成的腔体，且封板7034与连接杆7031之间完全密封，封板7034随着连接杆7031上下移动，保证制冷剂不会从封板7034与连接杆7031之间泄露。封板7034起到了固定波纹管节7032以及密封的作用。封板7034的外径与阀腔706的内壁贴合，可沿着阀腔 706内壁上下移动。阀芯元件703设置的波纹管节7032有很好的弹性位移量和刚度；阀开启时，介质制冷剂在波纹管节7032与连接杆7031组成的腔体内，而且制冷剂骤冷骤热引起的体积变化通过波纹管自行补偿消除热应力，避免泄漏，提高阀门的使用寿命。阀芯元件703外周设置的阀腔706底端(下端面)为法兰结构，阀腔706的下端面与阀
503节流降压成低温低压的汽液两相混和物，进入第一深冷换热器109，低温低压的汽液两相混和物在第一深冷换热器109内蒸发并吸收通过其中的油气的热量，使流经第一深冷换热器109的油气得以进一步降温液化，制冷剂充分汽化后通过三级气液分离器 509再被第三防爆制冷压缩机501压缩进入下一轮循环。
63.(s2)融霜工作方法：b通道冻堵情况下：
64.(s21)通过控制系统，得到需切换指令，先分出部分制冷剂(1/7～1/5制冷剂)给备用油气通道提前预冷，当备用通道达到设定温度后再实施切换，如此切换过程中温度波动可控制在
±
4℃。
65.(s22)一级融霜系统工作时由一级制冷压缩机301排出的高温高压制冷剂气体经一级油分离器302分油后通过第二电磁阀902进入第二浅冷换热器108，附着在第二浅冷换热器108内换热管表面固态油吸收制冷剂的热量而融霜，使第二浅冷换热器108吸收热量而融霜恢复待用，被冷凝成高压制冷剂液体后经第四控制阀310与一级冷凝器 303冷凝液汇合，再进入系统循环。
66.二级融霜系统工作时由三级制冷压缩机501排出的高温高压制冷剂气体经三级油分离器502分油后通过第四电磁阀904进入第二深冷换热器110，附着在第二深冷换热器110内换热管表面固态油吸收制冷剂的热量而融霜，使第二深冷换热器110吸收热量而融霜恢复待用，被冷凝成高压制冷剂液体后经第八控制阀508接入蒸发冷凝换热器600，再进入系统循环。
67.同样地，在a通道冻堵情况下，通过控制冲霜支路一以及冲霜支路三对通道a进行融霜，其余工作方法与b通道的方法相同。
68.被凝析出的液态油从底部出油口引到集油罐，低浓度油气可以直接达标排放，或者进入下一环节，如：吸附段、氧化催化段，进一步净化处理。
69.实施例2：处理量为300m3/h油轮码头的油气回收装置，油气为成品油挥发油气，进气浓度为1000g/m3，目前市场配的码头油气回收装置由两套-70℃单路冷凝油气回收系统组合而成，风泵功率5.5kw，单路冷凝系统功率49.4kw，机组功率合计为104.3kw，单位能耗0.348kw/(m3/h)。
70.本实用新型300m3/h油轮码头油气回收装置，最终油气温度为-70℃，风泵为山东丰源防爆罗茨风泵功率5.5kw，双路冷凝系统第一级防爆压缩机为德国bitzer活塞压缩机 4ge-23y，功率14.3kw，第二级防爆压缩机为中国台湾fusheng螺杆压缩机csr170-ex，功率34.6kw，第三级防爆压缩机为德国bitzer活塞压缩机6he-28y，功率12.4kw，风冷换热器用防爆轴流风机为苏州瑞波，功率4.0kw，机组功率合计为70.8kw，单位能耗0.236kw/(m3/h)，提高了47.5％能效。
71.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型提供的油气回收装置，不限于纯冷凝式油气回收装置，也可以变成冷凝+吸附、冷凝+吸收组合式，也可以增设氧化催化功能等，均是本实用新型保护的范围。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。