液氮蒸发系统的制作方法

1.本技术涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种液氮蒸发系统。


背景技术：

2.氮气，是一种无色无味气体，化学性质很不活泼，生产中常为反应提供惰性气氛，还可用于制造氨，氮气在化工生产中具有非常广泛的应用。为了氮气的方便运输，一般将氮气在加压、冷却的环境下液化制成液氮，在需要使用氮气时，经过液氮蒸发系统将液氮蒸发形成氮气。
3.目前通常采用直燃式蒸发器将液氮蒸发为气体。由于直燃式蒸发器是利用燃油燃烧产生的热量，对液氮进行加热得到氮气，因而此种方式会造成燃料的大量消耗，同时在应用于含有易燃物品的工况中时，容易引发安全隐患，且液氮在进蒸发器前携带有大量的冷能，现有技术未能考虑将这一能量进行回收利用，造成较大浪费。


技术实现要素：

4.本技术提供一种液氮蒸发系统，用以解决液氮蒸发时造成的能量消耗较大，易引发安全隐患以及大量冷能浪费的问题。
5.一种液氮蒸发系统，包括：液氮罐、液氮蒸发器和缓冲罐，液氮罐和液氮蒸发器通过第一液氮输送管路连接，第一液氮输送管路上设置有夹套管，夹套管的进口与待换热介质储罐连接，夹套管的出口与待换热介质冷箱的冷却介质进口连接，待换热介质冷箱的冷却介质出口与待换热介质储罐连接，液氮蒸发器设置有空气进口和空气出口。
6.夹套管用于通入待换热介质，并通过液氮对待换热介质进行冷却。
7.可选的，第一液氮输送管路上设置有第一自动调节阀。
8.可选的，第一液氮输送管路并联连接有第二液氮输送管路；
9.第二液氮输送管路的进口设置于液氮罐和夹套管之间，第二液氮输送管路的出口设置于第一自动调节阀和液氮蒸发器的进口之间。
10.可选的，夹套管的进口与待换热介质储罐连接的管路上设置有第二自动调节阀。
11.可选的，第二液氮输送管路上设置有第三自动调节阀。
12.可选的，夹套管上设置有温度传感器。
13.可选的，液氮蒸发系统还设置有控制器；
14.控制器与温度传感器、第一自动调节阀、第二自动调节阀和第三自动调节阀连接。
15.可选的，液氮蒸发器中设置有u型翅片管，翅片管上设置有多个翅片。
16.可选的，翅片的截面为波纹形。
17.本技术提供的液氮蒸发系统，实现了对液氮的蒸发，达到液氮蒸发形成氮气的目的，相比于现有技术，具有如下有益效果：
18.(1)本技术通过在第一液氮输送管路上设置夹套管，利用液氮对夹套管内的待换热介质进行制冷，将液氮携带的冷量进行充分利用，而无需通过电能对待换热介质进行制
冷，很大程度上降低了电能损耗和设备损耗，从而达到了节能减排的目的，同时将液氮在进入液氮蒸发器之前进行预热，降低了后续液氮蒸发器的负荷，提高了液氮蒸发器的蒸发效率。
19.(2)通过液氮蒸发器设置的空气进口和空气出口，将液氮与空气进行换热，使得液氮发生汽化，相比于使用燃油燃烧产生热量对液氮进行汽化，这样设置避免了燃油的使用，节约了能耗，同时使得液氮汽化更加安全。
20.(3)通过设置控制器，根据夹套管内的温度，自动调节第二自动调节阀的开度，从而调节待换热介质的流量，既能达到对待换热介质的制冷，又能避免待换热介质流量过小导致结冰，保持待换热介质输送管路的通畅，同时实现液氮蒸发系统的自动运行，减少操作人员数量，降低劳动强度。
21.(4)通过将翅片设置为波纹形，加大空气流道的长度，从而大大增加了换热面积，提高了液氮的蒸发效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本技术一实施例提供的液氮蒸发系统的结构示意图；
24.图2为本技术另一实施例提供的液氮蒸发系统的结构示意图；
25.图3为本技术一实施例提供的液氮蒸发器的结构示意图；
26.图4为本技术一实施例提供的液氮蒸发器的翅片的结构示意图。
27.附图标记说明：
28.1：液氮罐；
29.2：液氮蒸发器；
30.21：翅片管；
31.22：翅片；
32.23：空气进口；
33.24：空气出口；
34.3：缓冲罐；
35.4：第一液氮输送管路；
36.41：第一自动调节阀；
37.5：夹套管；
38.51：温度传感器；
39.52：第二自动调节阀；
40.6：待换热介质冷箱；
41.7：待换热介质储罐；
42.8：第二液氮输送管路；
43.81：第三自动调节阀；
44.9：控制器。
具体实施方式
45.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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它实施例，也属于本技术保护的范围。
46.图1为本技术一实施例提供的液氮蒸发系统的结构示意图，如图1所示，一种液氮蒸发系统，包括：液氮罐1、液氮蒸发器2和缓冲罐3，液氮罐1和液氮蒸发器2通过第一液氮输送管路4连接，第一液氮输送管路4上设置有夹套管5，夹套管5的进口与待换热介质储罐7连接，夹套管5的出口与待换热介质冷箱6的冷却介质进口连接，待换热介质冷箱6的冷却介质出口与待换热介质储罐7连接，液氮蒸发器2设置有空气进口23和空气出口24。
47.夹套管5用于通入待换热介质，并通过液氮对所述待换热介质进行冷却。
48.具体地，将液氮罐1内的液氮通过第一液氮输送管路4输至液氮蒸发器2进行蒸发，液氮沸点温度为-196℃，在液氮蒸发器2内，液氮与常温下的空气进行换热，使得液氮吸收空气的热量后温度上升，汽化形成氮气，氮气通过氮气输送管路输至缓冲罐3进行存储，后续经管道输送进入需要使用氮气的车间，供车间使用。
49.液氮在进液氮蒸发器2前携带有大量的冷能，在第一液氮输送管路4上设置夹套管5，向夹套管5内通入待换热介质。将待换热介质从待换热介质储罐7通过夹套管5的进口输至夹套管5内，使得携带热量的待换热介质与第一液氮输送管路4内流动的液氮进行热交换，待换热介质获得冷能，温度得以降低，同时待换热介质携带的热量被液氮吸收，实现了对液氮的预加热，一部分液氮吸热发生汽化形成氮气，与未汽化的液氮一起受液氮罐1的压力推动继续进入液氮蒸发器2，通过使液氮与空气进行换热，使得液氮发生汽化，相比于使用燃油燃烧产生热量对液氮进行汽化，这样设置避免了燃油的使用，使得液氮汽化更加安全，同时节约了能耗。待换热介质经液氮制冷后输至待换热介质冷箱6，在待换热介质冷箱6中作为冷却介质，与热物料换热获得热量后温度上升，再次输至待换热介质储罐7中暂存，通过待换热介质储罐7进入夹套管5内，并继续被液氮制冷。本技术中，待换热介质为乙二醇。
50.夹套管5的设置，能够将液氮携带的冷量进行充分利用，无需通过电能对待换热介质乙二醇进行制冷，很大程度上降低了电能损耗和设备损耗，从而达到了节能减排的目的，同时将液氮在进入液氮蒸发器2之前进行预热，降低了后续液氮蒸发器2的负荷，提高了液氮蒸发器2的蒸发效率。
51.本技术通过上述方案，完成了将液氮蒸发为氮气的目的。通过设置夹套管5，将液氮携带的冷量进行充分利用，无需通过电能对本需冰机制冷的待换热介质乙二醇进行制冷，降低了电能损耗和设备损耗，从而达到了节能减排的目的，对企业具有很好的经济效益。同时将液氮在进入液氮蒸发器2前与待换热介质乙二醇进行换热，实现了对液氮的预加热，使得一部分液氮汽化形成氮气，提高了液氮蒸发器2的蒸发效率。液氮蒸发器2使用空气与液氮换热，这样设置避免了燃油的使用，使得液氮汽化更加安全，同时节约了能耗，降低企业生产成本，具有很好的经济效益。
52.图2为本技术另一实施例提供的液氮蒸发系统的结构示意图，可选的，第一液氮输送管路4上设置有第一自动调节阀41。
53.具体地，当通过第一液氮输送管路4内的液氮对待换热介质乙二醇进行降温时，开启第一自动调节阀41，使得液氮通过第一液氮输送管路4输送至液氮蒸发器2，实现对待换热介质乙二醇的制冷。
54.可选的，第一液氮输送管路4并联连接有第二液氮输送管路8。
55.第二液氮输送管路8的进口设置于液氮罐1和夹套管5之间，第二液氮输送管路8的出口设置于第一自动调节阀41和液氮蒸发器2的进口之间。
56.具体地，当夹套管5内的待换热介质乙二醇达到冰点时，继续通过第一液氮输送管路4对夹套管5进行降温时，待换热介质乙二醇会结冰堵塞夹套管5，因此，将液氮通过第二液氮输送管路8输至液氮蒸发器2进行汽化，防止夹套管5堵塞而影响待换热介质乙二醇的流通。
57.可选的，夹套管5的进口与待换热介质储罐7连接的管路上设置有第二自动调节阀52。
58.具体地，第二自动调节阀52用于调节待换热介质乙二醇的流量，既能达到对待换热介质乙二醇的制冷，又能避免待换热介质乙二醇流量过小导致乙二醇结冰。
59.可选的，第二液氮输送管路8上设置有第三自动调节阀81。
60.具体地，当通过第一液氮输送管路4对夹套管5进行降温时，开启第一自动调节阀41，关闭第三自动调节阀81，避免液氮通过第二液氮输送管路8输至液氮蒸发器2，导致液氮冷量的利用率降低。当需要通过第二液氮输送管路8输送液氮时，开启第三自动调节阀81，关闭第一自动调节阀41。
61.可选的，夹套管5上设置有温度传感器51。
62.具体地，温度传感器51用于检测夹套管5内待换热介质乙二醇的温度。
63.可选的，液氮蒸发系统还设置有控制器9。
64.控制器9与温度传感器51、第一自动调节阀41、第二自动调节阀52和第三自动调节阀81连接。
65.具体地，温度传感器51用于检测夹套管5内待换热介质乙二醇的温度，并将检测的温度值实时传输至控制器9。待换热介质乙二醇的冰点温度为-11.5℃，将-9.5℃设置为第一预设温度，将-4.5℃设置为第二预设温度，将3.5℃设置为第三预设温度。
66.对液氮进行蒸发时，开启第一自动调节阀41和第二自动调节阀52，并控制第二自动调节阀52的开度为30-50％，使得液氮通过第一液氮输送管路4输至液氮蒸发器2中，在液氮蒸发器2中与空气换热，进而使得液氮汽化得到氮气，氮气通过氮气输送管路输至缓冲罐3进行存储。同时液氮通过夹套管5时，对夹套管5内的待换热介质乙二醇进行降温，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第三预设温度时，控制器9调节第二自动调节阀52的开度为50-80％，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第二预设温度时，控制器9调节第二自动调节阀52的开度为80-100％，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第一预设温度时，待换热介质乙二醇接近冰点，若继续通过第一液氮输送管路4输送液氮，会导致夹套管5内待换热介质乙二醇结冰，进而导致待换热介质乙二醇的输送管路堵塞。因此，控制器9关闭第一自动调节阀41，并开启第三自动调节阀81，
使得液氮通过第二液氮输送管路8输至液氮蒸发器2中进行汽化。待换热介质乙二醇继续通过夹套管5内部，第二自动调节阀52的开度保持为80-100％，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第二预设温度时，控制器9控制开启第一自动调节阀41，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第三预设温度时，控制器9调节第二自动调节阀52的开度为50-80％，并关闭第三自动调节阀81，如此循环对待换热介质乙二醇进行制冷，同时对液氮进行预热，使得部分液氮汽化成氮气。
67.图3为本技术一实施例提供的液氮蒸发器的结构示意图，如图3所示，可选的，液氮蒸发器2中设置有u型翅片管21，翅片管21上设置有多个翅片22。
68.具体地，液氮通过第一液氮输送管路4或第二液氮输送管路8输至液氮蒸发器2内的u型翅片管21，u型翅片管21上设置有多个翅片22，翅片22能够增大u型翅片管21的换热面积，使得液氮与空气的换热效率进一步提高，从而提高了液氮的汽化效率。
69.图4为本技术一实施例提供的液氮蒸发器的翅片的结构示意图，如图4所示，可选的，翅片22的截面为波纹形。
70.具体地，翅片22的截面为波纹形，波纹形翅片能够改变空气流动方向，加大空气流道的长度，从而大大增加了换热面积，提高了液氮的蒸发效率。
71.下面以具体的实施例对本技术的技术方案进行详细举例说明。
72.本实施例中液氮蒸发系统，在具体工作时的运行流程如下：
73.将液氮罐1内的液氮通过第一液氮输送管路4输至液氮蒸发器2进行蒸发，在液氮蒸发器2内，液氮与空气进行换热，使得液氮温度上升汽化形成氮气，氮气通过氮气输送管路输至缓冲罐3进行存储，经管道输送进入需要使用氮气的车间，供车间使用。液氮在进液氮蒸发器2前携带有大量的冷能，在第一液氮输送管路4上设置夹套管5，向夹套管5内通入待换热介质乙二醇。将待换热介质乙二醇从待换热介质储罐7通过夹套管5的进口输至夹套管5内，使得待换热介质乙二醇携带热量与第一液氮输送管路4内流动的液氮进行热交换，待换热介质乙二醇获得冷能，温度得以降低，同时待换热介质乙二醇携带的热量被液氮吸收，一部分液氮吸热发生汽化形成氮气，未汽化的液氮受液氮罐1的压力推动继续进入液氮蒸发器2，通过将液氮与空气进行换热，使得液氮发生汽化。待换热介质乙二醇经液氮制冷后输至待换热介质冷箱6，在待换热介质冷箱6中作为冷却介质完成换热后，输至待换热介质储罐7继续与液氮进行换热。
74.对液氮进行蒸发时，开启第一自动调节阀41和第二自动调节阀52，并控制第二自动调节阀52的开度为30-50％，使得液氮通过第一液氮输送管路4输至液氮蒸发器2中，在液氮蒸发器2中与空气换热，进而使得液氮汽化得到氮气。同时液氮通过夹套管5时，对夹套管5内的待换热介质乙二醇进行降温，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第三预设温度时，控制器9调节第二自动调节阀52的开度为50-80％，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第二预设温度时，控制器9调节第二自动调节阀52的开度为80-100％，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第一预设温度时，控制器9关闭第一自动调节阀41，并开启第三自动调节阀81，使得液氮通过第二液氮输送管路8输至液氮蒸发器2中进行汽化。待换热介质乙二醇继续通过夹套管5内部，第二自动调节阀52的开度保持为80-100％，当控制器9接收到来自温度传感器51传送的温度值等于第二预设温度时，控制器9控制开启第一自动调节阀41，当控制器9接收到来自温度传感器51传送
的温度值等于第三预设温度时，控制器9调节第二自动调节阀52的开度为50-80％，并关闭第三自动调节阀81，如此循环对待换热介质乙二醇进行制冷，同时对液氮进行预热，使得部分液氮汽化成氮气。
75.最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。