一种低温气液分配系统的制作方法

1.本发明涉及液氮换热设备技术领域，尤其涉及一种低温气液分配系统。


背景技术：

2.在化工、制药和罐区储罐在生产和储运过程中，由于工艺过程的需要，高浓度vocs工艺尾气的排放不可避免。在排放至大气环境中之前，经常采用的液氮超低温冷凝的工艺方法对其中的有害组分进行冷凝析出净化处理。
3.该冷凝净化的工艺系统中，冷凝换热器是其关键设备。该高浓度vocs工艺尾气在该换热器中，与低温液氮进行热交换，并达到低温冷凝净化的目的。通常情况下，冷侧的液氮温度与热侧介质的温差高达150
°
以上。在该情况下，热侧的有害组分非常容易在换热器热侧表面结霜并形成堵塞。从而导致换热器无法长时间持续运行。在该情况下，一个加剧换热器快速堵塞的重要因素是：液氮在换热器管内分配的均匀性对换热器堵塞时间存在决定性的作用。
4.通常情况下，液氮一般从换热器的顶部进入换热器，并在换热器的管箱内实现液氮的分配。在液氮进入换热器内部之前，一般通过控制阀对液氮流量大小进行调节。在该调节阀处液氮存在一定程度的节流和减压，导致部分液氮被气化，然后少质量比例的液氮被气化后，在体积上却远比未被气化的液氮大很多。进入液氮换热器之后，n2就以液体和气体两相的方式存在。气液两相的n2则完全无法保证均匀地进入换热管中与vocs工艺尾气进行热交换。
5.常见的做法是，如图1所示，在进口处设置一个挡板14当两相混合的n2进入后，液氮n2被挡板14拦截并反溅回来，再落入换热器管板2，并流入换热管9中。而气态氮则以气体的形式进入换热管之中。
6.需要说明的是：一方面由于气液两相的存在，无法进行满液式的分配方式。另一方面的原因是，由于液氮换热器管的管径，由于制造工艺的要求，通常比实际需要大很多。一般而言换热管的最小直径采用φ8及以上。而该尺寸，在保证换热面积的前提下，远远大于液氮分配所需要的尺寸。所以在既满足换热器换热面积和换热管径的前提下，如何实现液氮的分配均匀性的问题是亟需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明实施例提供一种低温气液分配系统，用以实现液氮的无压损分配，确保液氮可均匀地进入换热管中。
8.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种低温气液分配系统，其设置于管壳式液氮换热器的封头内，所述的低温气液分配系统包括液氮进液管和分配盘，所述的液氮进液管的进液端穿出封头并位于封头的外部，以连接液氮供应管路，以液氮进液管的延伸方向为垂直方向，并以液氮进液管的进液端相对于其出液端的位置为上，管壳式液氮换热器的轴线沿垂直方向延伸，所述的分配盘包括沿水平方向设置的底板和由底板的边缘向上延
伸形成的筒形围板，底板位于液氮进液管的出液端的下部，底板上设置有多个沿垂直方向设置的分液管，各分液管的上端部均高于液氮进液管的出液端且低于筒形围板的上边缘，各分液管的下端部均穿出底板，且各分液管与底板间均为密封连接，
9.管壳式液氮换热器一般包括外壳和设置于外壳内的多个换热管，所述的外壳包括圆筒形壳体和设置于圆筒形壳体两端的封头，各换热管的两端均连接于对应侧的管板上，两个管板分设于外壳内部的两侧并将外壳内部空间分隔为三个相互独立的空间，
10.管壳式液氮换热器的一个管板位于分配盘的下方，管板上连接的换热管的进液端均高于管板的上表面，且管板上的换热管与分配盘上的分液管为错位布置，以使从分液管落下的液氮不能直接掉落至换热管中，而是掉落至管板上表面。
11.本发明使得从液氮进液管进入的气液两相的n2先进入分液盘中，气相和液相进行分离，其中的气相n2通过分液盘的上开口以及分液盘与封头间的气流环缝直接进入换热管中，而其中的液相n2在分液盘中累积，当液氮到达分液管的高度后，则开始通过分液管重力溢流并下落到管板上。由于分液管与换热管为错位布置，落下的液态n2并不能直接进入换热管中，且由于换热管高出管板一定高度，所以液态n2累积在管板上；当累积到超过换热管的进液端时，液态n2则同样以溢流的形式进入换热管中，实现再次溢流分配。
12.液氮进液管与液氮换热器密封连接，例如可以是焊接连接等，对此不作限定。分配盘固定设置于管壳式液氮换热器内，其可以通过连接件与管壳式液氮换热器固定连接，也可以通过连接件与液氮进液管固定连接，也可以通过其他方式固定，对此不作限定。
13.分液管的数量根据需要设计，优选的，分液管的流通面积总和应不小于液氮进液管的流通面积。
14.可选的，所述的分液管的上端部的高度比筒形围板的上边缘的高度低10mm-100mm。进一步优选的，所述的分液管的上端部的高度比筒形围板的上边缘的高度低20～50mm。
15.可选的，分液管超出底板上表面的部分的高度为30mm～100mm。进一步优选的，分液管超出底板上表面的部分的高度为40-60mm。
16.可选的，所述的液氮进液管的端部设置有用于防喷溅的挡板，该挡板的面积一般为液氮进液管外径的2-5倍，其可根据与管板的距离进行调增。可选的，所述的挡板为平板；也可选的，所述的挡板为向下凹陷的弧形板或球形板，并且优选的，所述的弧形板或球形板上设置有漏水孔，弧形板或球形板在能够向下渗液的同时，其内部能够储存一定液体，对从液氮进液管流出的液体形成缓冲作用，提升防溅效果。
17.可选的，挡板与分液盘的底板间的距离设置为10～50mm。
18.可选的，换热管的上端部距离管板高度为5-20mm。
19.本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
20.本发明采取两次溢流分配实现气液两相混合的n2的分配，完全避免液氮分配不均匀导致的快速的霜堵和冰堵。且第二次溢流分配在无气流扰动的情况下进行，使分配更加均匀。
21.分配的整个过程中，能够有效避免常规的分液器的压降损失，实现无压损分配；同时分液管的管径比传统减压分配器的孔径大很多，可以避免出现堵塞的情况。
附图说明
22.图1为现有液氮换热器的结构示意图；
23.图2为本发明的结构示意图；
24.图3为本发明的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明实施例提供一种低温气液分配系统，如图2、图3所示，其设置于管壳式液氮换热器的封头3内，所述的低温气液分配系统包括液氮进液管4和分配盘7，所述的液氮进液管4的进液端穿出封头3并位于封头3的外部，以连接液氮供应管路，以液氮进液管4的延伸方向为垂直方向，并以液氮进液管4的进液端相对于其出液端的位置为上，管壳式液氮换热器的轴线沿垂直方向延伸，所述的分配盘7包括沿水平方向设置的底板和由底板的边缘向上延伸形成的筒形围板，底板位于液氮进液管4的出液端的下部，底板上设置有多个沿垂直方向设置的分液管6，各分液管6的上端部均高于液氮进液管4的出液端且低于筒形围板的上边缘，各分液管6的下端部均穿出底板，且各分液管6与底板间均为密封连接，
27.管壳式液氮换热器一般包括外壳和设置于外壳内的多个换热管8，所述的外壳包括圆筒形壳体1和设置于圆筒形壳体1两端的封头3，各换热管8的两端均连接于对应侧的管板2上，两个管板2分设于外壳内部的两侧并将外壳内部空间分隔为三个相互独立的空间，
28.管壳式液氮换热器的一个管板2位于分配盘7的下方，管板2上连接的换热管8的进液端均高于管板2的上表面，且管板2上的换热管8与分配盘7上的分液管6为错位布置，以使从分液管6落下的液氮不能直接掉落至换热管8中，而是掉落至管板2上表面。
29.本发明使得从液氮进液管4进入的气液两相的n2先进入分液盘中，气相和液相进行分离，其中的气相n2通过分液盘的上开口以及分液盘与封头3间的气流环缝10直接进入换热管8中，而其中的液相n2在分液盘中累积，当液氮到达分液管6的高度后，则开始通过分液管6重力溢流并下落到管板2上。由于分液管6与换热管8为错位布置，落下的液态n2并不能直接进入换热管8中，且由于换热管8高出管板2一定高度，所以液态n2累积在管板2上；当累积到超过换热管8的进液端时，液态n2则同样以溢流的形式进入换热管8中，实现再次溢流分配。
30.液氮进液管4与液氮换热器密封连接，例如可以是焊接连接等，对此不作限定。分配盘7固定设置于管壳式液氮换热器内，其可以通过连接件与管壳式液氮换热器固定连接，也可以通过连接件与液氮进液管4固定连接，也可以通过其他方式固定，对此不作限定。
31.分液管6的数量根据需要设计，优选的，分液管6的流通面积总和应不小于液氮进液管4的流通面积。
32.可选的，所述的分液管6的上端部的高度比筒形围板的上边缘的高度低10mm-100mm。进一步优选的，所述的分液管6的上端部的高度比筒形围板的上边缘的高度低20～50mm。
33.可选的，分液管6超出底板上表面的部分的高度为30mm～100mm。进一步优选的，分液管6超出底板上表面的部分的高度为40-60mm。
34.可选的，所述的液氮进液管4的出液端设置有用于防喷溅的挡板5，该挡板5的面积一般为液氮进液管外径的2-5倍，其可根据与管板2的距离进行调增。挡板可以通过连接杆与液氮进液管4固定连接，也可以通过连接件与分配盘固定连接，也可通过连接件与其他部件固定连接，对此不作限制，只要使其固定置于液氮进液管4的出液端的下方即可。可选的，如图2所示，所述的挡板5为平板；也可选的，如图3所示，所述的挡板5为向下凹陷的弧形板或球形板，并且优选的，所述的弧形板或球形板上设置有漏水孔，弧形板或球形板在能够向下渗液的同时，其内部能够储存一定液体，对从液氮进液管4流出的液体形成缓冲作用，提升防溅效果。
35.可选的，挡板5与分液盘的底板间的距离设置为10～50mm。
36.可选的，换热管8的上端部距离管板2高度为5-20mm。
37.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
38.本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
39.本发明采取两次溢流分配实现气液两相混合的n2的分配，完全避免液氮分配不均匀导致的快速的霜堵和冰堵。且第二次溢流分配在无气流扰动的情况下进行，使分配更加均匀。
40.分配的整个过程中，能够有效避免常规的分液器的压降损失，实现无压损分配；同时分液管的管径比传统减压分配器的孔径大很多，可以避免出现堵塞的情况。
41.本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，均可以以任何方式组合。
42.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
43.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。