[發明專利]星形多層冷凝蒸發器

有效

• 申請號: 201710944196.3
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107588667B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 張建松;李美玲;裴紅珍;李艷;彭喜魁;馬江;王若琦;陳洪杰
• 申請（專利權）人: 開封空分集團有限公司
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00;F28F13/06
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民

技術領域

本發明屬于空分設備技術領域，尤其涉及一種換熱量大的星形多層冷凝蒸發器。

背景技術

冷凝蒸發器是低溫法空氣分離設備中的核心設備，它主要是將來自精餾塔下塔的壓力氮氣冷凝，精餾塔上塔的液氧蒸發。目前，空氣分離設備中常用的冷凝蒸發器有浴式和膜式兩種，其換熱單元均為鋁制板翅式。浴式冷凝蒸發器的換熱單元浸泡在低壓的液氧中，液氧與冷凝蒸發器換熱通道內的氮氣換熱后汽化，氮氣冷凝。膜式冷凝蒸發器，其原理是液氧依靠重力或液氧泵輸送到膜式冷凝蒸發器頂部，通過那里的液體分配器均勻分布到換熱單元的通道內，在通道的垂直壁面上形成一層向下流動的液膜，液氧膜在沿壁面向下流動的同時與氮氣通道中的氣氮換熱自身汽化。相較于浴式冷凝蒸發器，膜式冷凝蒸發器傳熱系數較大，所以換熱溫差可以控制得更小，在節能降耗上有明顯的優勢，但其制造難度和運行風險高于浴式冷凝蒸發器，因其風險較大，目前國內應用較少。

當前浴式冷凝蒸發器從結構形式上區分，主要有立式單層、立式雙層和臥式多列三種類型。其中立式單層結構簡單，數只（1只、2只、3只或4只）板式排布殼體內，采用星型布置或并列布置；立式雙層有上下兩層，通過溢流管與升氣管連接上下兩層；臥式多列其結構較長，工作容量大，可滿足5萬等級以上空分裝置主冷換熱面積要求，但是在冷箱內占據空間較大，配管難度較大，同時支撐只能設置在冷箱壁面，會使得運行時受到的應力較大。

隨著空分裝置的大型化及特大型化的進程不斷推進，6-12萬等級的空分設備不斷問世，傳統的單層冷凝蒸發器及立式雙層冷凝蒸發器由于直徑受限制使其換熱面積不能滿足要求，臥式多列主冷由于其配管及支撐問題缺點較多使其不能推廣，多層主冷制造較為復雜。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，而提供一種結構設計合理的星形多層冷凝蒸發器，相較于同高度的浴式冷凝蒸發器，相同換熱量時設備直徑更小，耗能更少，可滿足8-10萬等級空分設備的冷凝蒸發器的換熱面積要求。

為實現上述目的，本發明是采用以下技術方案實現的：一種星形多層冷凝蒸發器，包括立式殼體、在所述立式殼體內部的換熱器、液氧進口總管、氮氣進口總管及液氮出口管，所述立式殼體為密封結構，所述換熱器包括冷凝側的氮氣通道及蒸發側的液氧通道，所述液氧進口總管通過液氧進口支管連通所述立式殼體，所述氮氣進口總管的一端通過氮氣進口支管連通所述氮氣通道的頂部，另一端連通所述立式殼體的外部，所述液氮出口管一端連通所述氮氣通道的底部，另一端連通所述立式殼體的外部，若干個所述換熱器呈星形布置，分別豎直固定在所述立式殼體的底部，所述氮氣進口總管設置在星形中心，所述氮氣通道為單層密封結構，所述液氧通道為多層結構，每層液氧通道的底部兩側設有液氧進口，頂部兩側設有氧氣出口，在各所述換熱器之間分別設置有連接在各所述換熱器兩側的液斗，所述液斗為多層結構且層與層之間設置有溢流降液管，所述液斗的最上層連通所述液氧進口支管，除了所述液氧通道的最下層不設置所述液斗外，所述液斗的每層和所述液氧通道的每層結構一一對應，所述液斗連通所述液氧進口，所述液斗層與層之間設有缺口，所述缺口連通所述氧氣出口。

所述液氧通道的每層上下兩端設有V形導流片，液氧通過所述液氧進口后經下端的所述V型導流片進入所述液氧通道，氧氣通過上端的所述V形導流片后經所述氧氣出口釋放至所述殼體內。

所述液氧通道由上往下依次設有四層。

所述缺口為V形結構。

所述液斗為V形結構。

所述換熱器為6個。

本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果：

換熱器的蒸發側采用雙側進出物料，使得進液和出氣流速更低、阻力更小、分布更均勻；蒸發側采用多層結構，層高可降至浴式冷凝蒸發器換熱單元高度的一半，降低了蒸發側液體液柱高度，同等換熱面積的情況下，降低了下塔頂部氮氣壓力，從而降低空壓機排氣壓力，降低了空壓機能耗；V形液斗的設計充分利用了換熱器之間的空隙，同時還留出了足夠的氣體通道；換熱器蒸發側的V形導流片設計，可以增加蒸發側翅片的相對高度，從而增加蒸發側換熱面積。

附圖說明

圖1為本發明星形多層冷凝蒸發器的結構示意圖。

圖2為本發明星形多層冷凝蒸發器的俯視結構示意圖。

圖3為本發明星形多層冷凝蒸發器的主視圖的剖視圖。

圖4為本發明星形多層冷凝蒸發器的液氧通道及氮氣通道的結構示意圖。