一种简单节能的液氧蒸发装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种简单节能的液氧蒸发装置，属于高压氧气快速制取装置，结构简单，节约成本和能源，本装置利用喷射式真空泵，从高压液氧罐的上下两端分别向外输送液氧，下部液氧经过绕管换热器加热后进入喷射泵作为工作流体，经过喷射泵的拉瓦尔喷嘴后形成负压，将高压液氧罐上端的氧气吸入喷射泵，两路氧气在喷射泵的扩散器中充分混合换热，静压升高，速度下降，达到所需目的。本装置无需液氧泵和液氧罐自升压装置，通过修改喷射泵的结构尺寸可以调节氧气出口压力，真正实现节能环保。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高压氧气快速制取装置，尤其是指一种稠油热采蒸汽发生器用高压液氧蒸发装置。
技术介绍
在石油石化行业，局限于小结构的大需求，特别是稠油热采蒸汽发生器，需要在小装置内要求大量高压氧气进行燃烧，液氧蒸发装置由此得以应用。常规的高压液氧蒸发装置需要液氧泵提供液氧运送动力，而且后续的工作的压力需要管道和调节阀精确控制，液氧罐也需要自升压装置来稳定输出液氧；中国申请的技术专利(申请号201020538562.9)公开了一种低压液氧蒸发装置，结构中有液氧泵和液氧罐自升压装置，液氧泵和自升压装置均需要消耗动力能源。常见的液氧蒸发的结构有空浴式结构，蓄热式结构，和间壁式结构等。空浴式蒸发装置，空气和氧气直接换热，结构简单，缺点是，氧气的冷量直接排放到空气，浪费能量，而且管道两端的温差较大，最大温差在150摄氏度以上，缩短了管道寿命；蓄热式结构需要较大热容的蓄热材料，比如相变材料，金属材料，无形中增加的设计成本，而且需要定时进行切换进行取热，相比其他换热结构，装置的利用率低，同时，冷热流体交叉换热时候，难免有掺混现象，降低了氧气的纯度；间壁式换热器，采用逆流换热形式，降低了管道内外温差，可以将冷量直接取走，提高了设备利用率，被冷却的空气可以进行液化处理，冷却动力设备或对生活工作环境进行降温，但是仍然需求液氧泵提供动力以及调节阀控制压力。
技术实现思路
本技术为了解决现有技术存在的问题，提供一种无需液氧泵以及自升压装置的液氧蒸发装置，该装置利用氧气喷射泵，在液氧罐中形成上下两路输出管线，在氧气罐底部输出压力稳定的液氧，经过与空气换热进入喷射泵，通过喷射泵中的拉瓦尔喷管形成真空，将液氧罐顶部的氧气吸入喷射泵中，与高温氧气混合换热，提高氧气本身的压力利用效率，使其转化成速度，输送稠油热采蒸汽发生器所需的高压氧气；将空气作为热流体，通过绕管换热器将冷量直接取走，提高能量利用率，降低管道内外温差，增加了管道的使用寿命；该液氧蒸发装置无需液氧泵以及自升压装置，减少了成本和资源消耗，回收冷量提高了资源利用率，利用空气换热减少污染，对高效节能环保有重要意义。为了实现上诉目的，本技术采用如下技术方案：一种高压液氧蒸发装置，包括：高压液氧罐T1，压力5MPa，其顶部设置高压氧气出口管线L1，在高压氧气出口管线L1上设有高压氧气出口阀V1；在高压液氧罐T1底部设置高压液氧出口管线L2，在高压液氧出口管线L2上设有高压液氧出口阀V2。绕管式换热器E1，是利用空气加热低温液氧的系统，包括外壳体D1和芯筒D2，其液氧进口与所述高压液氧出口管线L2连接，其出口设有高压氧气管线L4，在高压氧气出口管线L4上设有高压氧进系统紧急切断阀V4。喷射式真空泵G1，喷射泵是一种两路入口，一路出口的流体动力泵，喷射泵没有机械传动和机械工作构件，内部有拉瓦尔喷嘴A和扩散器C，它借助一路工作流体的能量做动力源来输送另一路的低能量流体。其工作流体入口管线为L4，低能量入口管线为L1，出口设有氧气出口管线L5，在氧气出口管线L5上设有高压氧气出口阀V5。所述高压液氧罐T1上部设置高压液氧放空管线L3，在高压液氧放空管线L3上设有高压液氧放空阀V3。所述高压液氧出口管线L1上还设有高压液氧出口安全阀V6。所述高压氧气出口管线L2上还设有高压氧气出口安全阀V7。本技术的有益效果：所提出的液氧蒸发装置，结构简单，成本低，无需液氧罐自升压装置、液氧泵以及压力调节装置，仅需一台风机即可达到换热要求，充分利用高压液氧罐本身的压力，利用无需动力的喷射泵来调节出口氧气压力以及达到充分换热的目的，节省能源，对目前低碳环保有重要意义。附图说明图1是本技术的高压液氧蒸发装置结构示意图。图2是喷射式真空泵的结构简图。图3是绕管式换热器结构图。图中：T1—高压液氧罐；G1—喷射式真空泵；E1—绕管式换热器；L1—高压液氧罐顶部氧气出口管线；L2—高压液氧罐底部液氧出口管线；L3—高压液氧放空管线；L4—换热器出口管线；L5—喷射式真空泵出口管线；V1—高压氧气出口阀；V2—高压液氧出口阀；V3—高压液氧放空阀；V4—紧急切断阀；V5—氧气出口阀；A—拉瓦尔喷嘴；B1—被抽氧气；B2—已加热氧气；B3—混合气体；C—扩散器；C1—膨胀段；C2—喉管；C3—收缩段；D1—外壳体；D2—芯管。具体实施方式下面结合实施例的附图对本技术的具体实施方式进行详细说明。如图1所示，本技术的高压液氧蒸发装置的结构如下：高压液氧罐T1，压力5MPa，其顶部设置高压氧气出口管线L1，在高压氧气出口管线L1上设有高压氧气出口阀V1和高压液氧出口安全阀V6；在高压液氧罐T1底部设置高压液氧出口管线L2，在高压液氧出口管线L2上设有高压液氧出口阀V2和高压氧气出口安全阀V7；在高压液氧罐T1上部设置高压液氧放空管线L3，在高压液氧放空管线L3上设有高压液氧放空阀V3。绕管式换热器E1，是利用空气加热低温液氧的系统，其液氧进口与所述高压液氧出口管线L2连接，其出口设有高压氧气管线L4，在高压氧气出口管线L4上设有高压氧进系统紧急切断阀V4。喷射式真空泵G1，喷射泵是一种两路入口，一路出口的流体动力泵，喷射泵没有机械传动和机械工作构件，它借助一路工作流体的能量做动力源来输送另一路的低能量流体。其工作流体入口管线为L4，低能量入口管线为L1，出口设有氧气出口管线L5，在氧气出口管线L5上设有高压氧气出口阀V5。如图2所示，为喷射式真空泵结构图，从高压液氧罐底部出口输送的液氧经过绕管换热器被加热到283K，已加热氧气B2经过L4管线进入喷射式真空泵的拉瓦尔喷嘴A中，在喷嘴后段形成负压区，速度达到超音速，同时从高压液氧罐顶部出口输送的温度为133k的低温氧气为被抽氧气B1，在自身压力和负压的综合作用下，经过管线L1被吸入喷射式真空泵中，两股冷热氧气在喷射式真空泵的扩散器C中先经过收缩段C1到达喉段C2，此过程两种流体充分混合换热，使能量相互交换，温度到达273k，速度也逐渐一致，从喉段进入膨胀段C3，速度放慢，静压力回升，最终出来的是混合气体B3，达到运输氧气的目的。如图3所示，为绕管式换热器结构图，在芯筒D2与外壳体D1之间的环形空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕，相邻两层螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用11根管子并行盘绕(第1层为6根管子，第二层为5根，以此类推)，管子材料为铝，高压液氧在管子内运输；在换热器外部用风机向壳层内吹送空气，空气经过风机被加热到300k，与管子内的低温液氧进行充分换热；最后，出口空气温度为160k，可以通过外接装置将此低温空气中的冷量回收，提高能量利用率。本技术的高压液氧蒸发装置的特点是：液氧罐无需自升压装置，液氧罐有上下两路出口，分别对应高压氧气和高压液氧，底部液氧的压力可控，而上部氧气压力可能会变化而不可控，将底部液氧通过绕管式换热器与空气换热，通入喷射式真空泵，作为工作流体将上路的氧气吸入喷射泵中进行换热，喷射泵无需动力支持，只需工作流体本身的能量即可达到控制出口氧气温度和压力的目的。整套装置结构简单，无需氧气泵，通过修改喷射泵的结构尺寸就可以调节氧气出口压力，节省能源，产生的低温空气也可以将冷量回收利用，对节能环保有重要意义。本技术领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简单节能的液氧蒸发装置，其特征是：高压液氧罐(T1)，其顶部设置高压氧气出口管线(L1)，在高压氧气出口管线(L1)上设有高压氧气出口阀(V1)，在高压液氧罐(T1)底部设置高压液氧出口管线(L2)，在高压液氧出口管线(L2)上设有高压液氧出口阀(V2)；绕管式换热器(E1)，是壳层运输空气，管子内运输氧气的换热系统，其液氧进口与所述高压液氧出口管线(L2)连接，其出口设有高压氧气管线(L4)，在高压氧气出口管线(L4)上设有高压氧进系统紧急切断阀(V4)；喷射式真空泵(G1)，喷射泵是一种两路入口，一路出口的流体动力泵，喷射泵没有机械传动和机械工作构件，内部有拉瓦尔喷嘴(A)和扩散器(C)，喷射式真空泵的工作流体入口管线(L4)接通拉瓦尔喷嘴的入口，低能量入口管线(L1)，出口设有氧气出口管线(L5)，在氧气出口管线(L5)上设有高压氧气出口阀(V5)。

【技术特征摘要】
1.一种简单节能的液氧蒸发装置，其特征是：高压液氧罐(T1)，其顶部设置高压氧气出口管线(L1)，在高压氧气出口管线(L1)上设有高压氧气出口阀(V1)，在高压液氧罐(T1)底部设置高压液氧出口管线(L2)，在高压液氧出口管线(L2)上设有高压液氧出口阀(V2)；绕管式换热器(E1)，是壳层运输空气，管子内运输氧气的换热系统，其液氧进口与所述高压液氧出口管线(L2)连接，其出口设有高...

【专利技术属性】
技术研发人员：董辉，李占科，仇性启，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东;37