一种两级压缩循环氮气液化装置及其液化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种两级压缩循环氮气液化装置及其液化方法，所述两级压缩循环氮气液化装置具有透平膨胀制冷回路和J

【技术实现步骤摘要】
一种两级压缩循环氮气液化装置及其液化方法


[0001]本专利技术涉及氮气液化制冷
，特别是涉及一种两级压缩循环氮气液化装置及其液化方法。

技术介绍

[0002]液氮是一种较为方便的冷源，具有资源丰富、安全性较好、不易燃易爆等优点，在医疗、食品、电子、冶金、航天、机械制造等领域得到越来越普遍的应用。液氮通常是空气液化分离的最大宗产品、工业制氧的副产品，在需求用量大的场合大宗购置液氮的成本较低，而对于如科研实验室、学校等液氮用量小的场合，长期直接零散购买液氮成本较高；在偏远地区、野外或特殊场合等液氮槽车不方便到达的地方，往往需要配置现场氮气液化/制冷装置。目前氮气液化装置主要采用带预冷的克劳德制冷循环来实现氮气液化，根据循环压力，可分为低压液化循环流程及高压液化循环流程。低压循环液化流程一般适用于液氮产量小于60t/d的中小型液化装置；而高压循环液化流程则适用于液氮产量大于60t/d的大型液化装置。因此科研实验室、学校等液氮用量小的场合往往采用如图1所示低压循环液化流程。对于小型装置，如果透平膨胀机的轴功较小，可以不回收透平轴功，从而简化流程。
[0003]如图1所示，现有的一种低压循环氮气液化装置100P的具体结构被阐明，所述低压循环氮气液化装置100P包括压缩机1P、精密滤油器2P、第一换热器3P、预冷换热器4P、透平膨胀机5P、第二换热器6P、第三换热器7P、J
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T节流阀8P、液氮储存罐9P、冷箱10P以及水冷器13P,所述低压循环氮气液化装置100P的液化流程为：低压氮气经所述压缩机1P压缩形成中压氮气，中压氮气经由所述水冷器13P冷却和所述精密滤油器2P除油后依次流经所述第一换热器3P和所述预冷换热器4P中进行换热处理，换热后的一部分氮气输入所述透平膨胀机5P中膨胀制冷，膨胀制冷后的低压氮气依次返流经所述第二换热器6P和所述第一换热器3P换热处理后，重新进入所述压缩机1P中循环；换热后的另一部分氮气依次经过所述第二换热器6P、所述第三换热器7P换热处理，换热后的氮气经由所述J
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T节流阀8P节流降温后形成低压氮气和液氮，低压氮气和液氮输入所述液氮储存罐9P中，低压氮气经由所述液氮储存罐9P的气体出口进入所述第三换热器7P换热，换热后的低压氮气和所述透平膨胀机5P输出的低压氮气汇合，汇合后的低压氮气依次经所述第二换热器6P、所述第一换热器3P换热后，重新进入所述压缩机1P中循环。
[0004]可以理解的是，在液化装置中透平膨胀机是提供冷量的关键低温动设备，而压缩机是为透平膨胀机提供绝热膨胀所需压力气体的核心室温动设备，压缩机和膨胀机的性能参数对整体流程的能耗有很大的影响，此外，换热器的换热效率对整体流程的能耗也至关重要。对于图1所示的低压循环氮气液化装置100P来讲，由于所述透平膨胀机5P的膨胀比较大，理论焓差较大，因而所述透平膨胀机5P的效率相对不易提高；而且，所述低压循环氮气液化装置100P所采用的所述压缩机1P的压缩也比较大，因此压缩机1P的效率也相对较低。另外，对于液化所需的J
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T节流而言，节流前的压力对循环性能影响较大，一方面是氮气的临界压力为33.98bara，临界温度为126.2K，在所述低压循环氮气液化装置100P中，低压循
环的J
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T氮气流在三级低温换热器内出现两相等温液化段，不利于提高换热器的换热效率。
[0005]总的来讲，现有低压循环氮气液化装置100P的透平膨胀效率、压缩机的效率以及换热效率均较低，能耗较高，不适用于液氮用量小的场合。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的一目的是，提供一种两级压缩循环氮气液化装置及其液化方法，能够有效提高换热效率和氮气的液化率，减少装置能耗。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术提供了一种两级压缩循环氮气液化装置，所述两级压缩循环氮气液化装置具有透平膨胀制冷回路和J
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T节流液化回路，所述透平膨胀制冷回路采用低压循环，所述J
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T节流液化回路采用高压循环，所述两级压缩循环氮气液化装置包括低压压缩机，连接于所述低压压缩机的氮气出口的低压循环滤油器和中压压缩机，连接于所述中压压缩机的氮气出口的中压循环滤油器，连接于所述低压循环滤油器和所述中压循环滤油器的氮气出口以及所述低压压缩机的氮气进口的冷箱，设置于所述冷箱的一级换热器、预冷换热器、透平膨胀机、二级换热器以及三级换热器，连接于所述三级换热器的高压出口和液氮储存罐的气液两相进口的J
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T节流阀，所述液氮储存罐的气体出口连接于所述冷箱；
[0008]其中低压氮气在所述低压压缩机中被压缩形成中压氮气，一部分中压氮气经由所述低压循环滤油器精密除油处理后，进入所述冷箱，依次经所述一级换热器、所述预冷换热器换热处理后进入所述透平膨胀机中膨胀制冷，形成低温低压氮气，低温低压氮气返流经过所述二级换热器、所述一级换热器换热处理后，重新回到所述低压压缩机中进行循环，构成所述透平膨胀制冷回路；
[0009]其中从所述低压压缩机中出来的另一部分中压氮气经所述中压压缩机压缩形成高压氮气，高压氮气经由所述中压循环滤油器精密除油处理后，进入所述冷箱，依次经所述一级换热器、所述预冷换热器、所述二级换热器、所述三级换热器换热处理后，进入所述J
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T节流阀中节流降压，得到低压氮气和液氮，低压氮气和液氮进入所述液氮储存罐中，其中液氮储存在所述液氮储存罐中，低压氮气经由所述液氮储存罐的气体出口进入所述冷箱，经所述三级换热器换热处理后与所述透平膨胀机出口输出的低压氮气汇合，汇合的低压氮气依次返流经过所述二级换热器、所述一级换热器回收冷量后，重新回到所述低压循环压缩机中进行循环，构成所述J
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T节流液化回路。
[0010]在本专利技术的一实施例中，所述透平膨胀制冷回路采用的低压循环的典型循环压力范围为：0.8～1.2MPaG；所述J
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T节流液化回路采用的高压循环的典型循环压力范围为：2.0～3.5MpaG。
[0011]在本专利技术的一实施例中，所述透平膨胀制冷回路的氮气流量大于所述J
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T节流液化回路的氮气流量。
[0012]在本专利技术的一实施例中，所述两级压缩循环氮气液化装置还包括设置在所述低压压缩机和所述低压循环滤油器之间的第一水冷器，其中中压氮气经由所述第一水冷器冷却后进入所述低压循环滤油器中进行精密除油处理。
[0013]在本专利技术的一实施例中，所述两级压缩循环氮气液化装置还包括设置在所述中压压缩机和所述中压循环滤油器之间的第二水冷器，其中高压氮气经由所述第二水冷器冷却
后进入所述中压循环滤油器中进行精密除油处理。
[0014]本专利技术在另一方面还提供了所述两级压缩循环氮气液化装置的液化方法，包括步骤：
[0015]S1、采用低压循环进行透平膨胀制冷：
[0016]将低压氮气通入低压压缩机中增压形成中压氮气；
[0017]将一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级压缩循环氮气液化装置，其特征在于，所述两级压缩循环氮气液化装置具有透平膨胀制冷回路和J
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T节流液化回路，所述透平膨胀制冷回路采用低压循环，所述J
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T节流液化回路采用高压循环，所述两级压缩循环氮气液化装置包括低压压缩机，连接于所述低压压缩机的氮气出口的低压循环滤油器和中压压缩机，连接于所述中压压缩机的氮气出口的中压循环滤油器，连接于所述低压循环滤油器和所述中压循环滤油器的氮气出口以及所述低压压缩机的氮气进口的冷箱，设置于所述冷箱的一级换热器、预冷换热器、透平膨胀机、二级换热器以及三级换热器，连接于所述三级换热器的高压出口和液氮储存罐的气液两相进口的J
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T节流阀，所述液氮储存罐的气体出口连接于所述冷箱；其中低压氮气在所述低压压缩机中被压缩形成中压氮气，一部分中压氮气经由所述低压循环滤油器精密除油处理后，进入所述冷箱，依次经所述一级换热器、所述预冷换热器换热处理后进入所述透平膨胀机中膨胀制冷，形成低温低压氮气，低温低压氮气返流经过所述二级换热器、所述一级换热器换热处理后，重新回到所述低压压缩机中进行循环，构成所述透平膨胀制冷回路；其中从所述低压压缩机中出来的另一部分中压氮气经所述中压压缩机压缩形成高压氮气，高压氮气经由所述中压循环滤油器精密除油处理后，进入所述冷箱，依次经所述一级换热器、所述预冷换热器、所述二级换热器、所述三级换热器换热处理后，进入所述J
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T节流阀中节流降压，得到低压氮气和液氮共存的气
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液两相混合物，低压氮气和液氮进入所述液氮储存罐中，其中液氮储存在所述液氮储存罐中，低压氮气经由所述液氮储存罐的气体出口进入所述冷箱，经所述三级换热器换热处理后与所述透平膨胀机出口输出的低压氮气汇合，汇合的低压氮气依次返流经过所述二级换热器、所述一级换热器回收冷量后，重新回到所述低压循环压缩机中进行循环，构成所述J
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T节流液化回路。2.根据权利要求1所述的两级压缩循环氮气液化装置，其特征在于，所述透平膨胀制冷回路采用的低压循环的典型循环压力范围为：0.8～1.2MPaG；所述J
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T节流液化回路采用的高压循环的典型循环压力范围为：2.0～3.5MpaG。3.根据权利要求1所述的两级压缩循环氮气液化装置，其特征在于，所述透平膨胀制冷回路的氮气流量大于所述J...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊联友，徐鹏，邵东方，王爱林，王广海，杨坤，
申请(专利权)人：北京中科富海低温科技有限公司，
类型：发明
国别省市：