多管层沥青降膜冷却器及其应用的沥青冷却成型工艺的制作方法

本发明涉及沥青生产及深加工技术领域，尤其涉及多管层沥青降膜冷却器及其应用的沥青冷却成型工艺。

背景技术：

煤焦油加工过程中一般产生约50％～60％的中温沥青，属于焦油加工的大宗产品，改质沥青是目前中温沥青的主要下游产品，主要用于电解铝行业生产预焙阳极，制备电池棒或电极粘结剂。

国内生产的中温沥青、改质沥青产品，可以采用液体装车的方式销售液体沥青，也可以采用沥青固化冷却成型的固体方式进行销售，但不管哪种方式，都需要将生产出的热沥青(中温沥青或改质沥青)冷却到适宜贮存的中等温度的液体沥青或用于固化成型的低温度的液体沥青。

目前焦油蒸馏装置生产的中温沥青以及中温沥青经釜式加热法生产的改质沥青，冷却方式基本上采用沥青降膜冷却器作为冷却设备，其冷却工艺为热沥青在去液体沥青装车、去沥青贮槽或沥青成型装置前，经换热器换热后送到降膜冷却器，在降膜冷却器与蒸汽冷凝液换热到需要的温度，然后用氮气压送去装车、到沥青贮槽或沥青成型装置的喷嘴，具体详细的过程如下：目前使用的沥青降膜冷却器，上部为降液管液-液换热器，下部设置沥青储槽，上部换热器的降液管通过上下固定管板固定，热沥青经沥青分配管均匀分配到上部固定管板上，并以满流的方式进入各降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需的温度后，收集到下部的沥青储槽，沥青储槽要保持一定的液位，然后通过氮气背压压送到沥青贮槽或沥青成型装置的喷嘴，而汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器通过循环冷却水冷却后，经冷凝水罐通过泵送回到降膜冷却器。

沥青降膜冷却器作为冷却设备，换热的效果非常好，但本身也有局限性，每根降液管的处理量是固定的，要想提高设备处理量，靠增加降液管的根数就可以了，也就是增加设备的直径就行，而提高沥青的冷却温差，只能提高降液管高度，这也导致沥青降膜冷却器的外形尺寸非常的高大，甚至难以克服，而如果采用几台沥青降膜冷却器串联，不但占地面积大，而且工艺也复杂，导致投资的浪费，劳动强度增大。

如前所述，在沥青的冷却工艺当中，沥青送降膜冷却器前常常要进行换热回收热量，因为无论是中温沥青还是改质沥青，在送降膜冷却器前温度非常高，常常要接近400℃，而沥青换热器由于沥青本身含有悬浮物、软化点高粘度大的特性，换热效率随着时间的推移会逐渐降低，甚至堵塞，堵塞是沥青换热器的最大障碍，基本上不可克服，所以，沥青降膜冷却器的设计冷却温差富裕能力要非常大，以备各种工况的发生，所以，怎样通过单台设备提高沥青的冷却温差是急需要解决的问题。

综上所述，现有的沥青降膜冷却器，设备直径仅解决设备的物料处理能力，而不能解决物料的降温温差；沥青降膜冷却器外形尺寸通常是又细又高，无法利用设备直径解决物料的降温温差，只能采用多台沥青降膜冷却器串联的方式解决换热温差大的问题，用多台沥青降膜冷却器串联的方式占地面积大，工艺复杂，成本高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了多管层沥青降膜冷却器及其应用的沥青冷却成型工艺。通过正常的设备高度、单个设备便可解决换热温差大的问题，降低了设备的高度，简化了工艺，占地面积小，投资成本及运行成本低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

多管层沥青降膜冷却器，包括设置在上部的降液管液-液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液-液换热器中的多个降液管通过上管板、下管板固定；沥青降膜冷却器的顶部设沥青入口接管，底部设沥青出口；所述多管层沥青降膜冷却器上管板的顶部设隔板将上管板的顶部空间分隔为2～n个独立的分液区，对应每个分液区的沥青降膜冷却器顶部分别设沥青入口接管和氮气入口接管，各个沥青入口接管分别向降膜冷却器中心延伸，每个沥青入口接管的底部均沿纵向设有多个沥青分配管；所述下管板底部设隔板将沥青储槽空间分隔为2～n个独立的沥青储槽，每个沥青储槽都有各自的沥青出口管，每个沥青储槽对应各自顶部的分液区。

所述多管层沥青降膜冷却器，即可以用于中温沥青，也适用于改质沥青，或其它性质相近化工原料。

所述多管层沥青降膜冷却器的直径≤1000mm时，分液区的顶部、沥青储槽的下部采用盲板作为封头；多管层沥青降膜冷却器的直径＞1000mm时，分液区的顶部、沥青储槽的下部应采用椭圆形封头。

一种沥青冷却成型工艺，包括如下步骤：

1)送沥青液体装车或沥青成型的液态沥青，首先送到沥青换热器，在沥青换热器通过与焦油换热，回收一定的热量后，进入沥青降膜冷却器的第1分液区，上管板相当于受液盘，其上通过隔板分为2～n个独立的分液区，原料沥青入口管上设流量记录仪表，通过沥青入口管上设置的流量记录仪表测量并记录液态沥青的流量；

2)液态沥青经沥青入口接管上设置的多个沥青分配管均匀分配到第1分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部对应的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐，再通过冷凝水泵抽送回到沥青降膜冷却器中进行换热；

3)沥青储槽保持设定的液位，通过第1分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到降液管上管板隔板隔离的下一个独立的第2分液区，通过设置在沥青出口管上的流量调节阀，使沥青储槽上的液位记录控制仪表显示的液位保持恒定；此时，沥青出口管的实际流量与沥青入口管上流量记录仪表显示的流量数值是相同的，即流出流量等于流入流量；

4)第1分液区下部沥青储槽送来的液态沥青经第2分液区沥青入口接管上设置的多个沥青分配管均匀分配到第2分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与第1分液区相同壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部对应的沥青储槽中；

5)沥青储槽保持设定的液位，通过第2分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到降液管上管板隔板隔离的下一个独立的第3分液区，通过设置在沥青出口管上的流量调节阀，使沥青储槽上的液位记录控制仪表显示的液位保持恒定，若有液体沥青装车，第2分液区对应沥青储槽液态沥青流出管道要增加一个分支去液体装车，因为液体沥青装车温度不能太低，250℃±20℃；第2分液区通入的氮气背压低于第1分液区，使第一分液区对应的下部沥青储槽的沥青通过氮气背压压入第2分液区；

6)同理，第2分液区到3分液区、第3分液区到4分液区、第n-1分液区到n分液区的操作和第1分液区到第2分液区的操作原理和方式相同，n分液区对应的下部沥青储槽的沥青靠背压直接压送到沥青成型器喷嘴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过在沥青降膜冷却器上管板处增设隔板对受液盘进行独立分区，使各个分区变为共用液-液换热器的几个独立的沥青降膜冷却器，并且这些独立的沥青降膜冷却器通过各自的氮气背压串联操作，成功的缩短了降液管的高度，使得沥青降膜冷却器在处理原料需要降温温差大的情况下，设备外形高度在选用一个设备的情况下成功的降低了，与原来需要几个沥青降膜冷却器串联运行的方案相比，简化了设计，节省了设备占地、投资成本和运行成本。

2)采用本发明所述方案后，沥青降膜冷却器的在降温温差相同的情况下，可以显著降低设备的高度，或者说，在设备高度相同的情况下，增加设备直径，也可以达到提高沥青降温的温差的功能，这样，就可以使沥青降膜冷却器适宜多种操作工况，使得沥青降膜冷却器的使用得心应手。

附图说明

图1是本发明所述多管层沥青降膜冷却器的结构示意图。

图2是本发明所述上管板顶部空间设2个分液区的示意图。

图3是本发明所述上管板顶部空间设3个分液区的示意图。

图4是本发明所述上管板顶部空间设4个分液区的示意图。

图5是本发明所述超大直径多管层沥青降膜冷却器的结构示意图。

图6是本发明结构示意与工艺原理图。

图中：1-管层沥青降膜冷却器2-一次换热沥青入口管3-二次换热沥青入口管4-降液管上管板隔板5-改质沥青分配管6-降液管7-上管板8-下管板9-沥青储槽隔板101-顶部盲板111-底部盲板102-与法兰连接的顶部封头112-与法兰连接的底部封头12-第一高压氮气入口管13-第二高压氮气入口管14-一次换热沥青出口管15-二次换热沥青出口16-蒸汽冷凝器17-冷凝水罐18-冷凝水泵19-第一流量调节阀20-第二流量调节阀21-第一氮气自立式调节阀22-第二氮气自立式调节阀23-成型器喷嘴24-第一阀门25-第二阀门fr01-流量记录仪表lrc01-第一液位记录调节仪表lrc02-第二液位记录调节仪表

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图5所示，一种多管层沥青降膜冷却器，即可以用于中温沥青，也适用于改质沥青，或其它性质相近化工原料。包括设置在上部的降液管液-液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液-液换热器中的多个降液管6通过上管板7、下管板8固定；沥青降膜冷却器的顶部设沥青入口接管，底部设沥青出口。所述上管板7的顶部设降液管上管板隔板4将上管板的顶部空间分隔为2～n个独立的分液区，图2是本发明所述上管板顶部空间设2个分液区的示意图，图3是本发明所述上管板顶部空间设3个分液区的示意图，图4是本发明所述上管板顶部空间设4个分液区的示意图。

对应每个分液区的沥青降膜冷却器顶部分别设一次换热沥青入口管2、二次换热沥青入口管3和第一高压氮气入口管12、第二高压氮气入口管13，各个沥青入口接管分别向降膜冷却器中心延伸，每个沥青入口接管的底部均沿纵向设有多个改质沥青分配管5；所述下管板8底部设沥青储槽隔板9将沥青储槽空间分隔为2～n个独立的沥青储槽，每个沥青储槽都有各自的一次换热沥青出口管14、二次换热沥青出口管15，每个沥青储槽对应各自顶部的分液区。

如图1所示，正常情况下，分液区的顶部、沥青储槽的下部采用盲板作为封头，方便设备的拆卸检修，分液区的顶部设顶部盲板101，沥青储槽的下部设底部盲板111。如图5所示，如果设备的直径超大，直径大于1000mm时，分液区的顶部、沥青储槽的下部应采用椭圆形封头，分液区的顶部设与法兰连接的顶部封头102，沥青储槽的下部设与法兰连接的底部封头112。

如图6所示，一种沥青冷却成型系统，包括沥青换热器26、多管层沥青降膜冷却器1、蒸汽冷凝器16、冷凝水罐17、冷凝水泵18与成型器喷嘴23。

多管层沥青降膜冷却器1的顶部每个分液区都各自设有第一高压氮气入口管12、第二高压氮气入口管13和一次换热沥青入口管2、二次换热沥青入口管3。

原料沥青入口管上设流量记录仪表fr01；降液管液-液换热器的壳程上部设水蒸汽出口，下部设蒸汽冷凝液入口，水蒸汽出口与蒸汽冷凝液入口通过外部循环管道连接，外部循环管道上沿管内介质流动方向依次设有蒸汽冷凝器16、冷凝水罐17及冷凝水泵18。

顶部的每个分液区在下部都有一个对应的沥青储槽，每个沥青储槽底部均设有一次换热沥青出口管14、二次换热沥青出口管15，通过顶部分液区通入的氮气作为背压，使沥青从一次换热沥青出口管14、二次换热沥青出口管15压出，每个沥青出口管道都设一个流量调节阀，即第一流量调节阀19与第二流量调节阀20，每个沥青储槽上都设液位记录调节仪表，第一液位记录调节仪表lrc01与第二液位记录调节仪表lrc02。

依据所对应的沥青储槽的液位记录调节仪表自动调节沥青的流量，最后一个沥青出口管道的末端连接沥青成型器喷嘴23，依据沥青每个出口管的温度，中间某个沥青出口管可以设液体沥青装车分支管线。

如图6所示，一种沥青冷却成型工艺，包括如下步骤：

1)送沥青液体装车或沥青成型的液态沥青，首先送到沥青换热器26，在沥青换热器26通过与焦油换热，回收一定的热量后，进入多管层沥青降膜冷却器1的第1分液区，上管板7相当于受液盘，其上通过隔板分为2～n个独立的分液区，原料沥青入口管上设流量记录仪表fr01，通过一次沥青入口管2上设置的流量记录仪表fr01测量并记录液态沥青的流量；

2)液态沥青经沥青入口接管上设置的多个沥青分配管5均匀分配到第1分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管6，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部对应的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器16中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐17，再通过冷凝水泵18抽送回到多管层沥青降膜冷却器1中进行换热；

3)沥青储槽保持设定的液位，通过第1分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到降液管上管板隔板隔离的下一个独立的第2分液区，通过设置在沥青出口管上的第一流量调节阀19，使沥青储槽上的第一液位记录调节仪表lrc01显示的液位保持恒定；此时，沥青出口管的实际流量与沥青入口管上流量记录仪表fr01显示的流量数值是相同的，即流出流量等于流入流量；

4)第1分液区下部沥青储槽送来的液态沥青经第2分液区沥青入口接管3上设置的多个沥青分配管5均匀分配到第2分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与第1分液区相同壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部对应的沥青储槽中；

5)沥青储槽保持设定的液位，通过第2分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到降液管上管板隔板隔离的下一个独立的第3分液区，通过设置在沥青出口管上的第二流量调节阀20，使沥青储槽上的第二液位记录调节仪表lrc02显示的液位保持恒定，如果有液体沥青装车，第2分液区对应沥青储槽液态沥青流出管道要增加一个分支去液体装车，因为液体沥青装车温度不能太低，大概250℃左右；第2分液区通入的氮气背压要低于第1分液区，这样第一分液区对应的下部沥青储槽的沥青才能通过氮气背压压入第2分液区；

6)同理，第2分液区到3分液区、第3分液区到4分液区、第n-1液区到第n液区的操作和第1分液区到第2分液区的操作原理和方式都是一样的，只是n分液区对应的下部沥青储槽的沥青靠背压直接压送到沥青成型器喷嘴23。

所述液态沥青包括改质沥青或中温沥青。

以上情形是在沥青换热器26不能正常运行的情况下，如换热器堵塞效率下降或开停工期间，n个分液区要全部运行，在沥青换热器26能够正常运行的情况下，仅运行第1分液区和第2分液区就可以了，即可保证系统正常运行，此时送液体沥青去装车管道可以直接压送到沥青成型器喷嘴23即可。

以下以双管层沥青降膜冷却器及其在冷却工艺当中的应用为实施例，在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，以管层沥青降膜冷却器1顶部设有相同面积的2个分液区为例，阐述液体沥青经双管层沥青降膜冷却器1冷却后去液体沥青装车或成型的具体过程。

如图1、图2、图5所示，一种多管层沥青降膜冷却器，即可以用于中温沥青，也适用于改质沥青，或其它性质相近化工原料。包括设置在上部的降液管液-液换热器及设置在下部的沥青储槽，降液管液-液换热器中的多个降液管6通过上管板7、下管板8固定；沥青降膜冷却器的顶部设沥青入口接管，底部设沥青出口；所述上管板7的顶部设降液管上管板隔板4将上管板的顶部空间分隔为2个独立的分液区，对应每个分液区的沥青降膜冷却器顶部分别设一次换热沥青入口管2、二次换热沥青入口管3和第一高压氮气入口管12、第二高压氮气入口管13，各个沥青入口接管分别向降膜冷却器中心延伸，每个沥青入口接管的底部均沿纵向设有多个改质沥青分配管5；所述下管板8底部设沥青储槽隔板9将沥青储槽空间分隔为2个独立的沥青储槽，每个沥青储槽都有各自的一次换热沥青出口管14、二次换热沥青出口管15，每个沥青储槽对应各自顶部的分液区。

如图1所示，正常情况下，分液区的顶部、沥青储槽的下部采用盲板作为封头，方便设备的拆卸检修，分液区的顶部设顶部盲板101，沥青储槽的下部设底部盲板111。如图5所示，如果设备的直径超大，分液区的顶部、沥青储槽的下部应采用椭圆形封头，分液区的顶部设与法兰连接的顶部封头102，沥青储槽的下部设与法兰连接的底部封头112。

如图6所示，一种沥青冷却成型系统，包括沥青换热器26、双管层沥青降膜冷却器1、蒸汽冷凝器16、冷凝水罐17、冷凝水泵18与成型器喷嘴23。

多管层沥青降膜冷却器1的顶部每个分液区都各自设有第一高压氮气入口管12、第二高压氮气入口管13和一次换热沥青入口管2、二次换热沥青入口管3。

原料沥青入口管上设流量记录仪表fr01；降液管液-液换热器的壳程上部设水蒸汽出口，下部设蒸汽冷凝液入口，水蒸汽出口与蒸汽冷凝液入口通过外部循环管道连接，外部循环管道上沿管内介质流动方向依次设有蒸汽冷凝器16、冷凝水罐17及冷凝水泵18。

顶部的每个分液区在下部都有一个对应的沥青储槽，每个沥青储槽底部均设有一次换热沥青出口管14、二次换热沥青出口管15，通过顶部分液区通入的氮气作为背压，使沥青从一次换热沥青出口管14、二次换热沥青出口管15压出，每个沥青出口管道都设一个流量调节阀，即第一流量调节阀19与第二流量调节阀20，每个沥青储槽上都设液位记录调节仪表，第一液位记录调节仪表lrc01与第二液位记录调节仪表lrc02。

依据所对应的沥青储槽的液位记录调节仪表自动调节沥青的流量，最后一个沥青出口管道的末端连接沥青成型器喷嘴23，依据沥青每个出口管的温度，中间某个沥青出口管可以设液体沥青装车分支管线。

如图6所示，一种沥青冷却成型工艺，包括如下步骤：

1)送沥青液体装车或沥青成型的液态沥青，首先送到沥青换热器26，在沥青换热器26通过与焦油换热，回收一定的热量后，进入双管层沥青降膜冷却器1的第1分液区，上管板7相当于受液盘，其上通过隔板分为2个独立的分液区，原料沥青入口管上设流量记录仪表fr01，通过一次沥青入口管2上设置的流量记录仪表fr01测量并记录液态沥青的流量，氮气经第一氮气自立式调节阀21调压后通过第一高压氮气入口管12进入第1分液区；

2)液态沥青经沥青入口接管上设置的多个沥青分配管5均匀分配到第1分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管6，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部对应的沥青储槽中；换热后汽化的蒸汽冷凝液在蒸汽冷凝器16中通过循环冷却水冷却，然后送往冷凝水罐17，再通过冷凝水泵18抽送回到沥青降膜冷却器中进行换热；

3)沥青储槽保持设定的液位，通过第1分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到降液管上管板隔板隔离的下一个独立的第2分液区的二次换热沥青入口管3，通过设置在沥青出口管上的第一流量调节阀19，使沥青储槽上的第一液位记录调节仪表lrc01显示的液位保持恒定；此时，沥青出口管的实际流量与沥青入口管上流量记录仪表fr01显示的流量数值是相同的，即流出流量等于流入流量；

4)第1分液区下部沥青储槽送来的液态沥青，分两路送出，一路经第一阀门25送液体沥青去装车，另一路经第二阀门24、第2分液区二次沥青入口接管3上设置的多个沥青分配管5均匀分配到第2分液区上管板上，并以满流的方式进入各个降液管，在降液管内形成均匀的液膜向下流动，通过与第1分液区相同壳程的蒸汽冷凝液换热，达到所需温度后收集到下部对应的沥青储槽中，氮气经第二氮气自立式调节阀22调压后通过高压氮气入口管13进入第2分液区，第2分液区通入的氮气背压要低于第1分液区，这样第一分液区对应的下部沥青储槽的沥青才能通过氮气背压压入第2分液区；

5)沥青储槽保持设定的液位，通过第2分液区通入的氮气背压作为液态沥青流出的动力，压送到沥青成型器喷嘴23，通过设置在沥青出口管上的流量调节阀二20，使沥青储槽上的液位记录控制仪表lrc02显示的液位保持恒定。

本发明通过在沥青降膜冷却器上管板处增设隔板对受液盘进行独立分区，使各个分区变为共用液-液换热器的几个独立的沥青降膜冷却器，并且这些独立的沥青降膜冷却器通过各自的氮气背压串联操作，成功的缩短了降液管的高度，使得沥青降膜冷却器在处理原料需要降温温差大的情况下，设备外形高度在选用一个设备的情况下成功的降低了，与原来需要几个沥青降膜冷却器串联运行的方案相比，简化了设计，节省了设备占地、投资成本和运行成本。

采用本发明所述方案后，沥青降膜冷却器的在降温温差相同的情况下，可以显著降低设备的高度，或者说，在设备高度相同的情况下，增加设备直径，也可以达到提高沥青降温的温差的功能，这样，就可以使沥青降膜冷却器适宜多种操作工况，使得沥青降膜冷却器的使用得心应手。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。