帶低溫冷凍機的大型氧氣/氮氣液化裝置的制作方法

本實用新型涉及的是一種將常溫氧氣/氮氣降溫液化成低溫的帶低溫冷凍機的大型氧氣/氮氣液化裝置，適用于給大型產氧氣/氮氣的空分裝置配套，將多余的氧氣/氮氣液化成低溫液體儲存的低溫裝置。

背景技術：

圖1所示，液化裝置作為一種低溫成套設備，常規的設備配置有：循環增壓機NC、增壓透平膨脹機E、液化冷箱CB；其中液化冷箱CB內主要設備是鋁制板翅式換熱器E01以及設備連接管道，液化冷箱CB表面是鋼結構、面板所包圍的一個封閉式箱體，內部充填珠光砂絕熱防止跑冷。液化裝置的主要作用是：產生冷量并通過換熱交換冷箱，將約-30℃的氧氣/氮氣通過本裝置降溫至約-183℃~-193℃的低溫液氧/液氮產品。

液化裝置的主要制冷原理是：將原料氮氣N₂通過循環增壓機NC及膨脹機增壓端ETC增壓后，通過膨脹機膨脹端膨脹ET對外做功獲得冷量。其流程主要概述為：原料氮氣N₂通過循環增壓機NC加壓后，引入膨脹機增壓端ETC再次加壓，然后進入液化冷箱CB在板式換熱器E01中與返流的低溫氮氣進行換熱，降溫至一定溫度后，大部分氮氣進入膨脹機膨脹端ET進行膨脹制冷，小部分氮氣作為液氮繼續在板式換熱器E01中與低溫返流氮氣換熱降溫之約-193℃時作為低溫液氮產品LN抽出液化冷箱，輸入液體管網。膨脹后的低溫氮氣返流進入板式換熱器E01與常溫的氮氣/氧氣換熱后，復熱至常溫，抽出液化冷箱CB，引入循環增壓機NC入口作為循環氮氣重復使用，所以在液化裝置中，氮氣N₂既是低溫液氮的原料氣，也是裝置的制冷介質。常溫氧氣O₂進入液化冷箱CB，在板式換熱器E01中與返流低溫氮氣換熱后，降溫至約--183℃時作為低溫液氧產品LO抽出，輸入液體管網。

從液化裝置的設備配置來看，主要能耗設備為循環增壓機NC，所以在理論計算和實際運行中如何降低循環增壓機的能耗，成為整個裝置節能降耗的關鍵；當循環增壓機NC穩定運行時，其入口氮氣壓力和出口氮氣壓力是穩定的，即單位體積氮氣能耗是一定的，那么要節能就要想辦法循環增壓機NC的氮氣增壓量；從流程分析可知，氮氣N₂增壓量由進膨脹機的膨脹量和出液化冷箱的產品液氮量決定的，所以再保證產品輸出量的同時要減少氮氣增壓量就意味著要減少去膨脹機的膨脹量，減少膨脹量就意味著整個裝置的制冷量減少。

從液化裝置冷箱平衡分析，膨脹機制冷量等于裝置冷損時才能保證一定量的液體產品輸出。液化裝置冷損由三部分構成：液化冷箱跑冷；液體產品輸出冷箱；不可復熱冷箱。而當液化裝置規模一定，及輸出產品一定的情況下，可以認為液化冷箱跑冷冷損和液體產品輸出冷損是一定的，所以如何減少裝置的不可復熱冷箱是關系到是否能減少膨脹量的關鍵，也是整個裝置節能降耗的關鍵。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種在原液化裝置配置基礎上增加一個冷凍機配置，從而改善液化冷箱內板式換熱器的換熱效率，減少液化冷箱的不可復熱冷損，從而減少液化裝置的循環增壓量，使循環增壓機的電耗減低，達到節能降耗目的的帶低溫冷凍機的大型氧氣/氮氣液化裝置。

本實用新型是通過如下技術方案來完成的：一種帶低溫冷凍機的大型氧氣/氮氣液化裝置，主要設備配置有：循環增壓機、透平增壓膨脹機、液化冷箱、低溫冷凍機，以及將各設備連接的管道；所述循環增壓機進口連接原料氮氣進料管，在循環增壓機的出料管連接膨脹機增壓端對壓縮后的原料氮氣繼續增壓，所述膨脹機增壓端的出口管接于液化冷箱中的板式換熱器中與返流低溫氮氣進行換熱的前段壓力氮氣換熱通道，其特征在于所述板式換熱器中間的前段壓力氮氣換熱通道設置有一抽出口該抽出口連接外設的冷凍機，經過該冷凍機后再回接于板式換熱器中的后段壓力氮氣換熱通道，該后段壓力氮氣換熱通道分叉有兩路，一路連接至膨脹機膨脹端，另一路通過板式換熱器中的后段壓力氮氣通道并從液化冷箱接出液氮產品管道；所述膨脹機膨脹端后再次接入板式換熱器中的、與進入液化冷箱內的前段和后段壓力氮氣換熱通道以及氧氣換熱通道進行直接換熱的低溫氮氣換熱通道，并通過連接低溫氮氣換熱通道出口的氮氣復熱管道，再次回接于循環增壓機進口。

作為優選：所述的液化冷箱是由鋼結構框架和四周冷箱板焊接而成的密閉方形箱體，內置有鋁制板式換熱器以及膨脹機膨脹端，內填滿珠光砂保溫材料；所述各設備之間通過管道連接，其中液化冷箱與低溫冷凍機之間通過低溫管道連接，原料氮氣和氧氣從外界空分裝置引入，產品液氮和液氧通過真空保溫管道送至液體管網或送至低溫儲槽儲存。

本實用新型是在原增壓后進入液化冷箱的氮氣，在液化冷箱內降至約-22℃時從液化冷箱抽出進冷凍機繼續降溫至約-35℃，送回液化冷箱；在液化冷箱板式換熱器中，繼續降溫至膨脹機進口所需溫度后，抽出送入膨脹機膨脹；其余部分流程走向與原液化裝置同。

經理論計算表明，在增加冷凍機的液化裝置流程計算中，有效的改善和優化了液化冷箱板式換熱器的換熱曲線，使板式換熱更有效，從而降低了循環膨脹量。而且，實際運行表明，液化冷箱的熱端出口溫差比原液化裝置減小，有效降低了裝置的不可復熱冷損。在同樣的循環膨脹量下，可產出更多的低溫液體產品，有效的降低了產品的單位能耗，從而使整個液化裝置節能降耗的目的得以實現。

附圖說明

圖1是現有液化裝置的流程示意圖。

圖2是本實用新型所述的液化裝置流程示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作詳細的介紹：一種帶低溫冷凍機的大型氧氣/氮氣液化裝置，主要設備配置有：循環增壓機NC、透平增壓膨脹機、液化冷箱CB、低溫冷凍機RU，以及將各設備連接的管道；所述循環增壓機NC進口連接原料氮氣N₂進料管，在循環增壓機NC的出料管連接膨脹機增壓端ETC對壓縮后的原料氮氣N₂繼續增壓，所述膨脹機增壓端ETC的出口管接于液化冷箱CB中的板式換熱器E01中與返流低溫氮氣進行換熱的前段壓力氮氣換熱通道，其特征在于所述板式換熱器E01中間的前段壓力氮氣換熱通道設置有一抽出口該抽出口連接外設的冷凍機RU，經過該冷凍機RU后再回接于板式換熱器E01中的后段壓力氮氣換熱通道，該后段壓力氮氣換熱通道分叉有兩路，一路連接至膨脹機膨脹端ET，另一路通過板式換熱器E01中的后段壓力氮氣通道并從液化冷箱接出液氮產品管道；所述膨脹機膨脹端ET后再次接入板式換熱器E01中的、與進入液化冷箱內的前段和后段壓力氮氣換熱通道以及氧氣換熱通道進行直接換熱的低溫氮氣換熱通道，并通過連接低溫氮氣換熱通道出口的氮氣復熱管道，再次回接于循環增壓機NC進口。

本實用新型所述的液化冷箱CB是由鋼結構框架和四周冷箱板焊接而成的密閉方形箱體，內置有鋁制板式換熱器E01以及膨脹機膨脹端ET，內填滿珠光砂保溫材料；所述各設備之間通過管道連接，其中液化冷箱CB與低溫冷凍機RU之間通過低溫管道連接，原料氮氣N₂和氧氣O₂從外界空分裝置引入，產品液氮LN和液氧LO通過真空保溫管道送至液體管網或送至低溫儲槽儲存。

實施例，圖2中，NC表示循環增壓機，ETC-ET表示透平增壓膨脹機，CB表示液化冷箱，EO1表示鋁制板翅式換熱器，RU表示低溫冷凍機。液化冷箱是一個由鋼結構為框架，四周由冷箱板焊接密閉起來的一個方形裝置，ET-膨脹機膨脹端和E01-鋁制板式換熱器都放在CB-液化冷箱內。液化冷箱內整個處于一個低溫狀態，為了保冷絕熱的需要，整個液化冷箱內充滿珠光砂。

冷箱外設備NC循環增壓機和ETC膨脹機增壓端，將氮氣增壓到膨脹所需壓力后，進入液化冷箱換熱降溫至-22℃，抽出去RU冷凍機繼續降溫至-35℃后送回液化冷箱，繼續降溫至膨脹機膨脹所需溫度，大部分氮氣進入膨脹端膨脹制冷，小部分氮氣繼續降溫成液氮產品抽出液化冷箱。膨脹后的低溫氮氣返流進入E01，與進入冷箱的常溫氮氣、氧氣進行換熱，復熱至常溫氮氣后，抽出液化冷箱，送回循環增壓機入口。

各設備之間通過管道連接，其中液化冷箱與低溫冷凍機之間為低溫管道，需要考慮管道保冷絕熱措施，液化冷箱內的管道處于低溫狀態，除了考慮管道耐低溫性，還需考慮低溫管道的應力作用。原料氮氣和氧氣從外界空分裝置引入，產品液氮和液氧通過真空管道送至液體管網送至低溫儲槽儲存。