一種循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置及操作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置及操作方法。本裝置包括耐壓低溫液體罐C1、升壓氣化器C2、循環(huán)水浴液氮氣化器C3、涼水塔循環(huán)水集水池C4和調(diào)控閥C18；耐壓低溫液體罐C1底部通過調(diào)控閥C18與循環(huán)水浴液氮氣化器C3連接，來自耐壓低溫液體罐C1的液氮被流動的循環(huán)水加熱而氣化進入到氮氣管網(wǎng)系統(tǒng)C5，流動的循環(huán)水來自涼水塔循環(huán)水集水池C4。借助本發(fā)明可實現(xiàn)氮氣系統(tǒng)的應急快速需求，在1—2分鐘完成既定操作，將液氮氣化為氮氣送入氮氣管網(wǎng)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，選擇適當?shù)囊后w罐容積，使液氮應急氣化裝置維持在一定時間內(nèi)，為處理突發(fā)事故贏得寶貴時間。
【專利說明】一種循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置及操作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)中的深冷液化空氣分離氧氣、氮氣，以及氣化液氮與壓縮輸 送【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置及操作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在大型工業(yè)生產(chǎn)中，一般都有配套規(guī)模的空分裝置，分離出的氮氣通過壓縮輸送 到管網(wǎng)，供各生產(chǎn)裝置作為設備容器應急置換、密封隔離、輸送物料等用途，氮氣的連續(xù)穩(wěn) 定供應非常重要。但是，在長期的生產(chǎn)中，由于受到某種條件的制約，不可避免地存在空分 裝置異常需要減量運行、氮壓機突然連鎖停車、外部裝置突然加大氮氣的需求量等等情況， 為保障安全生產(chǎn)，氮氣系統(tǒng)也必須有相應的應對措施。
[0003] 目前，穩(wěn)定氮氣管網(wǎng)壓力的措施有以下幾種：一是備用空分生產(chǎn)裝置；二是備用 高壓氮氣緩沖罐；三是液氮應急氣化系統(tǒng)。第一種備用空分生產(chǎn)裝置適用于裝置的計劃檢 修；第二種備用高壓氮氣緩沖罐適用于短時間重要裝置或部位的緊急噴氮；第三種液氮應 急汽化適用于處理幾十分鐘至幾天內(nèi)的故障問題。
[0004] 上述第三種液氮應急氣化系統(tǒng)又分為：蒸汽水浴液氮氣化系統(tǒng)(參見圖1)或空氣 浴液氮氣化系統(tǒng)(參見圖2)。蒸汽水浴液氮氣化系統(tǒng)流程復雜，操作繁瑣，需要先預冷液體 泵、開水泵、通蒸汽等步驟，一般要耗時30分鐘以上，特別是在中國北方冬季寒冷氣候條件 下啟動更加困難，往往出現(xiàn)水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)的凍堵問題，起不到到應急供應氮氣作用，但 其設備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，一旦投用可長時間穩(wěn)定運行。空氣浴液氮氣化系統(tǒng)流程簡 單，操作相對簡單，但設備外形體積龐大，且設備運行受到陰雨天氣或中國北方地區(qū)冬季雨 雪氣候變化的影響?，F(xiàn)有蒸汽水浴液氮氣化系統(tǒng)要耗費大量的蒸汽和電能；流程相對復雜， 操作繁瑣，受外部條件制約較多；啟動耗時相對較長?，F(xiàn)有空氣浴液氮氣化流程受地區(qū)氣候 影響較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置及操作方法，它是基于空分裝置或其 他化工裝置都有循環(huán)水系統(tǒng)為前提。由耐壓低溫液體罐C1、升壓氣化器C2、循環(huán)水浴氣化 器C3、公用涼水塔循環(huán)水池 C4、調(diào)控閥C18等部分組成（圖3);其流程為：耐壓低溫液體罐 C1的液氮通過調(diào)控閥C18進入到循環(huán)水浴氣化器C3,液氮被流動的循環(huán)水加熱而氣化到 5°C左右的氮氣而后進入到氮氣管網(wǎng)系統(tǒng)C5 ;備用狀態(tài)時耐壓低溫液體罐C1的液位(通過 液位計C7測量)要維持80%以上，并保持設定壓力（比如1. 0兆帕)，以便有充足的液氮量維 持足夠長的供應氮氣時間和有一定的壓力差提供充足的動力將液氮送出；借助本發(fā)明可實 現(xiàn)氮氣系統(tǒng)的應急快速需求，在1一2分鐘完成既定操作，使液氮氣化為氮氣送入氮氣公用 管網(wǎng)，根據(jù)實際需要可維持在90分鐘左右，實現(xiàn)氮氣管網(wǎng)的連續(xù)穩(wěn)定供應。
[0006] 本文提到的耐壓低溫液體罐C1，就是一個盛放液體氮氣的一個容器，只要此容器 能夠耐受一定壓力及低溫，就滿足本發(fā)明工藝的要求；至于其具體結(jié)構(gòu)并不在本發(fā)明之列， 因此省略，可以是真空夾層球形容器、圓柱形容器；也可是單層容器外加保溫石棉或珍珠巖 等等均不影響本發(fā)明流程的完整性。
[0007] 本文提及的涼水塔是工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)水冷卻塔公用名稱，亦稱為冷卻塔；循環(huán)水 回水溫度較高或達到70度等等，28度即可稱為涼水。
[0008] 本發(fā)明的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，其液氮可來自于全低壓空分裝置的主冷 C23出口的壓力液氮時，通過閥C12將液氮充裝到耐壓低溫液體罐C1內(nèi)；在充裝過程中耐 壓低溫液體罐C1內(nèi)液氮氣化的氮氣不直接排入大氣中，而是將低溫氮氣通過閥C11返回至 全低壓空分裝置上塔C24氮氣進主換熱器C20前的管道中（其壓力在0. 03兆帕左右)，經(jīng)過 主換熱器C20及閥C25排入低壓氮氣管道中，以回收氮氣產(chǎn)品及冷量。
[0009] 同樣原理，外部液氮槽車也可將液氮通過耐壓低溫液體罐C1的進出口閥C16充入 液氮罐內(nèi)；當采用外部液氮槽車向耐壓低溫液體罐充裝液氮時，也可將在耐壓低溫液體罐 內(nèi)液氮氣化的氮氣通過閥C11返回至全低壓氮氣外壓縮空分裝置上塔C24氮氣進主換熱器 C20前的管道中（其壓力在0. 03兆帕左右)，經(jīng)過主換熱器C20及閥C25排入低壓氮氣管道 中，以回收氮氣產(chǎn)品及冷量，但液氮槽車所用液體罐要承受住足夠壓力，一般設計使用壓力 在0. 2兆帕以上。
[0010] 如上所述的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，在循環(huán)水浴液氮氣化器C3出口設有溫 度報警自調(diào)回路，當溫度低于設定值時，關(guān)小調(diào)控閥C18,防止過低溫氮氣對外管網(wǎng)管材由 于急劇的溫度變化所帶來的低溫脆裂問題。
[0011] 本發(fā)明的另一實施例中，優(yōu)選把一組帶翅片管式蒸發(fā)器E2 (循環(huán)水浴液氮氣化器 C3的一種）布置于循環(huán)水涼水塔集水池中靠近循環(huán)水流出口位置(或布置于涼水塔水池的 水面之上，使從布水器填料中流出的水沖擊液氮蒸發(fā)器)，以便使更多的循環(huán)水穿越翅片夾 縫促進換熱。
[0012] 本發(fā)明循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，備用前逐項次序檢查核實以下情況： 1、 液氮罐C1的液位計、壓力表、安全防爆膜前的閥門處于常開狀態(tài)； 2、 打開C11、C12閥，向液體灌內(nèi)充裝液位至80%液位以上，然后關(guān)閉C11閥； 或用外部液氮槽車卸放液氮接頭連接到第十六閥（C16)前的接頭上，然后打開第十六、 十一閥（C16、C11)，用外部液氮槽車向液體灌內(nèi)充裝液位至80%液位以上，然后關(guān)閉第 十六、第十一閥（C16、C11);拆下外部液氮槽車卸放液氮接頭； 3、 關(guān)閉C11閥后，待液氮罐C1壓力和空分裝置的下塔壓力持平時，再關(guān)閉C12閥； 4、 打開液氮罐C1底部升壓汽化器C2前后閥C15、C13,通過壓力控制閥C14把液氮灌 壓力調(diào)整到設定壓力（比如1. 0兆帕左右）； 5、 打開C17、C19閥，這時整個系統(tǒng)即處于應急備用狀態(tài)； 6、 當外管網(wǎng)C5氮氣壓力低于設定壓力值（比如0.5兆帕)時，調(diào)控閥C18自動開啟，液 體罐頂部壓力靠升壓氣化器壓力控制閥（C14)自動調(diào)節(jié)維持在指標范圍內(nèi)，可以從容應對 突發(fā)事故。
[0013] 本發(fā)明公用涼水塔循環(huán)水池 C4所使用的循環(huán)水溫度在28 °C左右。
[0014] 本發(fā)明所公開的應急液氮快速氣化裝置可在新上空分裝置時作為外供氮氣工藝 的一部分一并設計，可消除外供氮氣管網(wǎng)的壓力波動，將大大提高空分裝置的保障能力，降 低投資費用。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點和效果： 1、 本發(fā)明最大的優(yōu)勢是啟動快，1一2分鐘即可完成操作，使得氣化氮氣并網(wǎng)送出； 2、 本發(fā)明不用蒸汽，不用耗電，節(jié)能效果顯著，而且還可回收液氮的冷量； 3、 本發(fā)明用循環(huán)水替代軟水(蒸汽水浴時）做冷卻介質(zhì)，由于循環(huán)水有一定的濃縮倍 數(shù)，水中陰陽離子更多，傳熱性能更好； 4、 本發(fā)明所涉及的循環(huán)水的冰點比軟水低，在零度以下，循環(huán)水的熱容量也高于軟水， 這些因素強化了液氮換熱氣化； 5、 本發(fā)明所涉及的循環(huán)水溫度在28°C左右，高于蒸汽水浴液氮氣化所用軟水(軟水溫 度一般在1(TC左右，有水泵強制循環(huán)，若軟水溫度控制高等于浪費蒸汽）； 6、 本發(fā)明由于操作簡單，可頻繁投用，即可消除外供氮氣管網(wǎng)的壓力波動；本發(fā)明若在 新上空分裝置時作為外供氮氣工藝的一部分一并設計，將大大提高空分裝置的保障能力， 降低投資費用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽水浴液氮氣化流程圖。
[0017] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的空氣浴液氮氣化流程圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明的循環(huán)水浴液氮快速氣化流程圖。
[0019] 圖4是涼水塔冷卻原理示意圖。
[0020] 圖5是液氮氣化器在涼水塔循環(huán)水集水池中的俯視圖。
[0021] 圖6是液氮氣化器在涼水塔循環(huán)水集水池主視圖的剖面圖。
[0022] 圖中標記含義為： A1-低溫液體灌；A2-升壓氣化器；A3-升壓氣化器入口閥；A4-升壓氣化器出口 閥；A5-低溫液體灌液氮外送出或外接入閥；A6-液氮泵入口閥；A7-液氮泵入口過濾 器；A8-液氮泵；A9-液氮泵出口止逆閥；A10-液氮泵出口安全閥；All-液氮泵出口閥； A12-低溫液體罐液位計正壓閥；A13-低溫液體灌液位計；A14-低溫液體灌液位計負壓 閥；A15-低溫液體灌放空閥；A16-空分裝置液氮進低溫液體灌閥；A17 -空分裝置液氮 管線；A18-低溫液體罐安全閥組；A19-蒸汽水浴氣化器溫控蒸汽調(diào)節(jié)閥；A20-蒸汽閥； A21-蒸汽管道；A22-蒸汽水浴氣化器除鹽水充入閥；A23-除鹽水管道；A24-蒸汽水浴 氣化器強制循環(huán)水泵；A25-蒸汽水浴氣化器罐體;A26-蒸汽水浴氣化器冷凝水接收罐液 位計；A27-蒸汽水浴氣化器冷凝水接收罐；A28-冷凝水排出泵入口閥；A29-冷凝水排 出泵；A30-冷凝水排出泵出口止逆閥；A31-冷凝水排出泵出口閥；A32-冷凝水排出管 道；A33-氣化氮氣管道；A34-氣化氮氣出口閥；A35-蒸汽水浴氣化器氣化氮氣安全閥； A36-蒸汽水浴氣化器液氮換熱盤管； B1-低溫液體灌；B2-升壓氣化器；B3-升壓氣化器入口閥；B4-低溫液體灌液氮外 送出或外接入閥；B5-低溫液體罐液位計正壓閥；B6-低溫液體灌液位計；B7-低溫液體 灌液位計負壓閥；B8-低溫液體灌放空閥；B9-空分裝置液氮進低溫液體灌閥；B10-低溫 液體罐安全閥組；B11-空分裝置液氮管線；B12-升壓氣化器出口閥；B13-液氮泵入口 閥；B14-液氮泵入口過濾器；B15-液氮泵；B16-液氮泵出口止逆閥；B17-液氮泵出口安 全閥；B18-液氮泵出口閥；B19-空氣浴氣化器；B20-氣化氮氣出口閥；B21-外管網(wǎng)氮 氣管道； Cl 一耐壓低溫液體灌；C2-升壓氣化器；C3-循環(huán)水浴液氮氣化器；C4 一公用涼水塔 循環(huán)水集水池；C5-管網(wǎng)氮氣管道；C6-耐壓低溫液體罐液位計正壓閥；C7-耐壓低溫液 體灌液位計；C8-耐壓低溫液體灌液位計負壓閥；C9 一耐壓低溫液體罐安全閥組；CIO-耐 壓低溫液體灌放空閥；C11 一氣化低溫氮氣返回空分裝置氮氣入主換熱器前管道閥；C12- 空分裝置液氮出主冷進耐壓低溫液體灌閥；C13-升壓氣化器出口閥；C14一升壓氣化器壓 力控制調(diào)節(jié)閥；C15-升壓氣化器入口閥；C16-耐壓低溫液體灌液氮外送出或外接入閥； C17-循環(huán)水浴液氮氣化器入口閥；C18-循環(huán)水浴液氮氣化器調(diào)控閥；C19一氣化氮氣出 口閥；C20-空分裝置主換熱器；C21-空分裝置過冷器；C22-空分裝置下塔；C23-空分裝 置主冷；C24-空分裝置上塔；C25-空分裝置氮氣出冷箱閥；C26-空分裝置主冷液氮去 上塔閥；C27-空分裝置冷箱； D1-風筒；D2-風扇；D3-布水器；D4 -噴嘴；D5-填料；D6 -回水閥；D7-汾、水塔框 架；D9-集水池液位；D10-地面；D11-干冷空氣；D12-涼水下落；D13-濕熱空氣排出； E1-集水池壁；E3-集水池出口；E4-水流示意； F4-氣化器固定支架；F5-支架固定螺栓；F8-集水池地基。

【具體實施方式】
[0023] 下面以每小時外供20000立方米氮氣、氮氣管網(wǎng)正常壓力為0. 5兆帕為例說明循 環(huán)水浴液氮快速氣化裝置。選取耐壓低溫液氮真空罐使用壓力等級為1.0兆帕、有效容積 50立方米，將設備按照圖3所示流程安裝就位。假設全低壓空分裝置生產(chǎn)正常，將冷箱C27 外部的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置閥門全部關(guān)閉，然后按以下步驟進行： 1、 打開液氮罐C1的液位計、壓力表、安全防爆膜前的閥門； 2、 打開Cll、C12閥，向液體灌C1內(nèi)充裝液至80%液位以上； 3、 先關(guān)閉C11閥，待液氮罐C1壓力和空分裝置的下塔壓力持平時，再關(guān)閉C12閥； 4、 打開液氮罐C1底部升壓氣化器前后閥C15、C13,通過壓力控制閥C14把液氮灌C1壓 力調(diào)整到0· 8兆帕左右； 5、 打開C17、C19閥，這時整個系統(tǒng)即處于備用狀態(tài)； 6、 當外管網(wǎng)C5氮氣壓力低于設定中0. 5兆帕時，調(diào)控閥C18自動開啟，液體罐底部的 升壓氣化器C2的壓力控制閥C14也自動調(diào)節(jié)，以維持液體灌的頂部壓力穩(wěn)定在指標范圍 內(nèi)，液體灌內(nèi)液體可以維持在90分鐘左右，在此時間段內(nèi)可以從容應對突發(fā)事故； 7、 在實施步驟7時，當外管網(wǎng)C5氮氣壓力低至0. 46兆帕時，關(guān)閉液體罐底部的升壓氣 化器閥C15,打開C12閥維持液體灌的頂部壓力，這樣可以更多的回收液氮的冷量于循環(huán)水 中，同時液體灌內(nèi)液體可以維持更長的使用時間。
[0024] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實例，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍并不局限于此。本發(fā) 明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當可 根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要 求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，包括耐壓低溫液體罐（Cl)、升壓氣化器（C2)、循 環(huán)水浴液氮氣化器（C3)、涼水塔循環(huán)水集水池（C4)和調(diào)控閥（C18);耐壓低溫液體罐（C1) 底部通過調(diào)控閥（C18)與循環(huán)水浴液氮氣化器（C3)連接，來自耐壓低溫液體罐（C1)的液氮 被流動的循環(huán)水加熱而氣化進入到氮氣管網(wǎng)系統(tǒng)（C5)，流動的循環(huán)水來自涼水塔循環(huán)水集 水池（C4)。
2. 如權(quán)利要求1所述的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，耐壓低溫液體罐（C1)頂部的液氮 入口通過第十二閥（C12)與全低壓空分裝置的主冷（C23)液氮管道連接，耐壓低溫液體罐 (C1)的氣化氮氣排出口通過第i^一閥（C11)與全低壓空分裝置上塔（C24)頂部的主換熱器 (C20)前的氮氣管道相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，耐壓低溫液體罐（C1)通過第十六 閥（C16)與外部液氮槽車相連。
4. 如權(quán)利要求3所述的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，耐壓低溫液體罐（C1)的氣化氮氣 排出口通過第i^一閥（C11)與全低壓空分裝置上塔（C24)頂部的主換熱器（C20)前的氮氣 管道相連。
5. 如權(quán)利要求1-4任一所述的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，在循環(huán)水浴液氮氣化器 (C3)出口設有溫度報警自調(diào)回路，當溫度低于設定值時，關(guān)小調(diào)控閥（C18)。
6. 如權(quán)利要求1-5任一所述的循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置，循環(huán)水浴液氮氣化器（C3) 要布置于涼水塔循環(huán)水集水池（C4)靠近循環(huán)水集水池流出口的位置，或布置于涼水塔循 環(huán)水集水池的水面之上，使從涼水塔布水器填料中流出的水淋灑在循環(huán)水浴液氮蒸發(fā)器表 面。
7. -種如權(quán)利要求1-6任一所述循環(huán)水浴液氮快速氣化裝置的操作方法，其包括以下 步驟： (1) 打開耐壓低溫液體罐（C1)的液位計、壓力表、安全防爆膜前的閥門； (2) 打開第i^一、十二閥（Cll、C12)，向液體灌（C1)內(nèi)充裝液位至80%液位以上，然后 關(guān)閉第十一閥（C11); 或用外部液氮槽車卸放液氮接頭連接到第十六閥（C16)前的接頭上，然后打開第十六、 i^一閥（C16、C11)，用外部液氮槽車向液體灌（C1)內(nèi)充裝液位至80%液位以上，然后關(guān)閉第 十六、第十一閥（C16、C11);拆下外部液氮槽車卸放液氮接頭； (3) 關(guān)閉第十一閥（C11)后，待液體罐（C1)壓力和全低壓空分裝置的下塔壓力持平時， 再關(guān)閉第十二閥（C12); (4) 打開液體罐（C1)底部升壓汽化器（C2)前后閥（C15、C13)，通過壓力控制閥（C14) 把液體灌（C1)壓力調(diào)整到第一設定壓力，例如1.0兆帕； (5) 打開第十七、十九閥（C17、C19)，這時整個系統(tǒng)即處于應急備用狀態(tài)； (6) 當?shù)獨夤芫W(wǎng)管道（C5)氮氣壓力低于第二設定壓力值，比如設定壓力為0· 5兆帕時， 第十八調(diào)控閥（C18)自動開啟，液體罐（C1)壓力靠升壓氣化器（C2)的壓力控制閥（C14)自 動調(diào)節(jié)維持在指標范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求7所述的操作方法，備用狀態(tài)下維持液體罐內(nèi)液位在80%以上，液體罐 (C1)內(nèi)的設定壓力比氮氣管網(wǎng)管道（C5)正常壓力高0· 2 - 0· 5兆帕。
9. 如權(quán)利要求7所述的操作方法，當?shù)獨夤芫W(wǎng)管道氮氣壓力低于空分裝置下塔壓力 時，則可打開第十二閥（C12)進行液氮充裝，而關(guān)閉升壓氣化器（C2)的前閥（C15)。
10.如權(quán)利要求7所述的操作方法，在實施步驟6時，當?shù)獨夤芫W(wǎng)管道（C5)氮氣壓力 低至第三設定壓力值，例如0. 46兆帕時，關(guān)閉液體罐（C1)底部的升壓氣化器（C2)的前閥 (C15)，打開第十二閥（C12)維持液體灌（C1)的壓力，這樣可以更多的回收液氮的冷量于循 環(huán)水中，同時液體灌內(nèi)液體可以維持更長的使用時間。
【文檔編號】F17C7/04GK104121475SQ201310145614
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】常興路 申請人:中國石油化工股份有限公司