集成式换热器及冷箱制造技术

本实用新型专利技术涉及一种集成式换热器以及采用该换热器的冷箱，集成式换热器包括叠加放置的多个最小换热单元，最小换热单元具有集成层和非集成层，集成层的上段、中段和下段均设置有流体入口，不同温度等级的流体分别从各段的入口通入各段，集成层把不同温度等级的流体串联一起。本实用新型专利技术把不同放热形式、不同温度等级的物流换热器集成在一起，组成综合式换热器，简化了换热系统的管路连接，减少了换热器台数及总体积，降低了制造成本及操作要求，从而使得采用该集成式换热器的冷箱的体积显著减小，降低了运输难度和运输费用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种换热设备，尤其涉及一种板翅式换热器以及具有该换热器 的冷箱。
技术介绍
在化工产品生产的工艺过程中，往往是把原料(如原油、煤炭等)按要求先裂解 成原料气，再把原料气进一步分离纯化成所需的各个单一组分的产品气或混合气。单一 组分的纯气体往往就是要求的产品，而纯化后的混合气有时再匹配某些纯气体组成新的 混合气，作为合成气合成所需的化工产品。有时原料就是混合气(如天然气)，也是需要 分离纯化成所需的各个单一组分的产品气或新的某几种气体的混合气。因此，分离纯化 原料气是化工产品生产过程中很普遍的工艺过程。而低温分离纯化又是很重要的工艺方 法。像合成氨工艺过程中的液氮洗冷箱、乙烯生产过程中的乙烯冷箱等都是使用低温分 离纯化的工艺设备。在低温分离纯化的工艺设备中，为了能量的合理组织，需要大量的适应各种换 热过程和条件的换热器，如液化器、蒸发器、高压换热器、低压换热器等。在以往的 化工设备中，这些换热器往往都是单独按各自的换热方式及条件，进行单独适应性的设 计，制造成多台各式各样的换热器。这些换热器在冷箱中的布置，都是用管路按程序连 接组成一个换热系统。这种设计方案的最大缺点是换热器台数多、连接管路长、冷箱 的体积大、能量消耗多、制造周期长、成本高等。这是此类设备技术水平要提高时必须 要解决的问题。图1为国外某公司为我国某化肥厂设计制造的合成氨工艺设备的液氮洗冷箱流 程图。参见图1，裂解的原料气1的组分为H281.28%，CH49.56%, C06.46%, N2: 1.54%, Ar 1.0%, C2H60.16%。 原料气1以_62°C的温度2.3MPa的压力进入冷箱中的 板翅式换热器EX1，其最终的要求是该裂解原料气经液氮洗工艺处理后，把其中的 CH4, CO、Ar、C2H6等杂质去除，并把氮气的组分提高，得到H2含量为75%、N2含量 为25%的两股合成氨原料气，分别是14和17。原料气14的状态为温度为35°C，压 力为2.09MPa，产品气17的温度为-65°C，压力为2.19MPa。裂解的原料气在板翅式换 热器EXl中冷却到-167°C时，其中甲烷气CH4大部分液化，因此抽出换热器，进入分离 器Cl进行气液分离，气相混合物继续进入板翅式换热器EX2进一步冷却达到-182°C时出 换热器进入氮洗塔19底部，作为氮洗塔19的上升气。分离器Cl得到的液相混合物节流 后和氮洗塔19釜液10的节流产物12混合后，进入分离器C4，气液分离后，气相和液相 单独分别进入板翅式换热器EX3，作为板翅式换热器EX3冷却高压氮气4的一股冷源， 该冷源在EX3中复热后得燃料气15，其组分为H22.38%、CH476.67%, C013.85%, N22.19%, Ar3.37%, C2H61.54%,压力为0.135MPa，温度为35°C。当然，该气也可以作 为提取甲烷CH4的原料气，也可以作为提取其他组分的原料气。氮洗塔19的釜液10的 另一股，经节流得气液混合物11进入气液分离器C2，气液分离后气相和液相单独分别进入换热器EX2，作为换热器EX2的冷源，进一步冷却裂解原料混合气。该股冷流体出换 热器EX2后，气液混合物进入分离器C3，把气液分离开，气相和液相单独分别进入板翅 式换热器EX3，作为换热器EX3冷却高压氮气4的另一股冷源，这股冷源在板翅式换热 器EX3中复热后得到另一股混合气16，其组分为H22.67%、CH414.25%, C043.49%, N234.05%, Ar5.64%,压力为0.13MPa，温度为35°C。 因此该股混合气又可以作为提 取CO或Ar气的原料，当然也可以作为燃料烧掉。高压氮气4以压力2.6MPa温度40°C 进入换热器EX3后，在换热器EX3中冷却并液化，出换热器后分成三股主要的一股是 5，它在板翅式换热器EX4中进一步冷却(过冷)，进入工作压力为2.26MPa左右的氮洗 塔19塔顶，作为氮洗塔的洗涤液；另外两股都是产品气，为了达到H2含量为75%、N2 含量为25%的要求而作为配料用，分别在产品气14和17在复热前加入。裂解原料气1 在换热器EXl中，甲烷被液化，抽出经分离器Cl分离后，气相继续在换热器EX2中冷 却，出冷却器后则进入氮洗塔，经液氮洗涤后，在氮洗塔塔顶得到仅仅含有H286.5%、 N213.5%的原料混合气7，该原料混合气经换热器EX4时，把进入氮洗塔的液氮进一步冷 却，自己温度升到_186.5°C后分别进入换热器EX3和EX1，并在进入时加入液氮，把组 分匹配成H2含量为75%、N2含量为25%的产品气，复热后得产品气14和17。由于 产品气14和17的温度及量有区别，因此产品气14在换热器EX 3中当温度压力达到和产 品气17相当的温度压力时，抽出一股18作为调节使用。而整个冷箱的冷量平衡调节是由 外界加入的液氮来实现的，尤其是在开车时，要从外界加入大量的液氮到物流5的管路 中，才能实现开车的要求，正常运行时，加入的液氮量仅仅维持冷箱的能量平衡即可。随着科学技术水平的提高，现在看来上述流程的组织显然落后很多，存在许多 缺陷1.能量的平衡是由外界提供的液氮能量来实现，冷箱本身无法实现能量平衡， 因此无法单独运行，要靠另外的液氮设备作为运行的支撑。即使不衡量液氮由冷箱自身 产生和另外设备来产生的成本高低，仅仅就液氮由另外设备输送到冷箱来的管路费用和 冷量损失这一块来看，显然冷箱本身产生液氮要比另外的设备生产液氮的流程要先进得 多，况且液氮由冷箱自身产生和另外设备来生产的成本，往往是自身产生成本低。在该 流程中，仅仅把高压氮气4的工作压力提高，利用焦尔-汤姆森制冷原理，即可使冷箱能 量平衡，从而达到可以使冷箱独立运行的要求。2.产品气14和17的组分匹配(H2含量为75%、N2含量为25% )，是低温实现 还是高温实现有着技术水平高低上的本质区别低温匹配时是把压力基本和产品气相等 的常温氮气，经换热液化成液体后，加到塔顶气中实现的。这股加到塔顶气中的匹配液 氮，最终再经气化升温到产品气14和17的温度。仅仅是为了组分匹配，这股匹配氮气 几乎转了一圈。不仅损失了能量，更加大了换热设备的热负荷，使换热器体积加大，增 加了设备投资成本和运行时的能量消耗。如果改成常温匹配组分，则这股匹配氮气可以 在塔顶气进入合成氨压缩机前加入，达到组分要求后一起压缩进入合成氨工段。由此常 温匹配组分的优点是显而易见的，因此现在的合成氨工艺流程基本上是常温匹配气。3.换热系统由于换热器台数很多，为了适应两相流进入板翅式换热器的需要， 不得不增加了很多分离器，这样一来，使得冷箱内的设备台数、管路长度也不得不增 加，最终使得冷箱的体积也不得不增大。同时由于冷箱内的设备台数多，又不得不增加了很多控制点。由此使得冷箱不仅成本高，而且运行费用高、维护操作难度大、事故易 多发。如果把换热系统集成一台换热器，4台分离器可以仅剩一台Cl即可，其余可以 省去。如此整个冷箱内仅有一台集成换热器、一台分离器和一个氮洗塔这三台设备，使 管路系统、控制系统可以大大简化，从而使冷箱体积也可以大大减小。不仅减少了设备 的投资费用，而且运行费用、维护费用、操作难度都可以大幅度降低。仔细分本文档来自技高网...

【技术保护点】
集成式换热器，包括叠加放置的多个最小换热单元，其特征在于，所述最小换热单元具有集成层和非集成层，所述集成层的上段、中段和下段均设置有流体入口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章有虎，陈环琴，张国兴，
申请(专利权)人：杭州中泰过程设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：33