一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器的制作方法

1.本实用新型涉及空分冷凝蒸发器技术领域，具体涉及一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器。


背景技术：

2.冷凝蒸发器(以下简称主冷)是低温法空气分离设备(以下简称空分设备)中的核心设备，是精馏塔上塔和下塔之间的纽带，该换热器常见类型有浴式和降膜式两种。相对于浴式，降膜式在换热效率上更有优势，但其制造难度较大、安全性较差，且需要增加一个专门的液氧循环泵用于液氧循环。而常规浴式主冷因其天然局限性，渐渐跟不上空分等级不断增大的步伐。
3.为突破常规浴式主冷的天然局限性，近年出现了一种设计理念完全不一样的浴式主冷-多层主冷。
4.在常规浴式主冷中，由于板式是整体浸泡在液氧中，液氧在热虹吸的作用下，由板式换热单元的下段进入蒸发侧通道，气化后的氧气，携带大量液氧由板式换热单元的上端流出。同时，这样的结构也造成了，越靠近板式下端，液氧液柱静压力就越大，液氧泡点温度随之上升，换热温差也随之降低，也即，常规浴式主冷板式越高，平均换热效率越低。
5.为突破这一局限，发展出了两种型式的多层主冷-外多层和内多层。
6.外多层的主冷是将板式整体在高度方向上分隔成2个板式单元，主冷壳体分隔成两个腔，分别持液，通常称之为双层主冷，详见图1；而内多层则是将加高后的板式氧侧通道分隔成多个换热单元(3-5个)，用侧面液斗进行辅助持液，通常称之为多层主冷和多层板式，详见图2、图3。
7.由图2、图3可以看出，由空分上塔进入主冷的液氧，流入一层液斗，然后在一层换热单元中循环气化；一层剩余的液氧通过设置在一层液斗的溢流管，流入二层液斗，然后在二层换热单元中循环气化；二层剩余的液氧通过设置在二层液斗的溢流管，流入三层液斗，然后在三层换热单元中循环气化；三层剩余的液氧由三层液斗上沿溢流至主冷底部，并在四层换热单元中循环气化。-8.在换热单元等高的情况下，4层换热单元换热效率相同，气化的液氧基本一样，也就是，在常规外压缩流程中，流入一层液斗的液氧量与一层换热单元中气化的液氧量的比值大于4倍，即循环倍率大于4；而在常规内压缩流程中，循环倍率可以达到5～6倍。
9.降膜式主冷是一种换热效率更高的板翅式换热器，如图4所示，其综合换热系数k值可达浴式主冷的1.5～2倍，这也意味着，在换热量相同的情况下，用降膜式主冷，可以很大程度上减小板式体积(投资省)，或者降低换热温差(温差越低，能耗越低)。
10.但是降膜式主冷也有其缺点。由于其液氧是在重力作用下，由上往下流动，为保证液氧中有害成分(如碳氢化合物、氧化亚氮、二氧化碳等)不会在换热器通道中析出并聚集，堵塞通道造成局部干蒸引发危险，液氧的流通量必须保有足够的循环倍率(注)，通常这个倍率应大于3倍，以5～7倍为佳。然而无论是外压缩流程还是内压缩流程，均无法满足纯降
膜式主冷达到这么大的循环倍率，这就需要配置一台额外的液氧泵，将流出换热板式的液氧，重新送入处于较高位置的液氧进口，以达到加大循环倍率的目的。


技术实现要素：

11.1、实用新型要解决的技术问题
12.针对现有换热结构换热效率低的技术问题，本实用新型提供了一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器，它通过将降膜式换热单元和浴式换热单元结合使用，与相同尺寸的多层板式相比，换热效率提高20～25％。
13.2、技术方案
14.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
15.一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器，包括降膜式换热单元，以及依次设于降膜式换热单元下方的若干浴式换热单元，除最下层外的浴式换热单元上均设有分液斗，上方换热单元的氧介质可流经下方换热单元的分液斗进入下方换热单元，相邻两个分液斗通过溢流管连通，液氧从降膜式换热单元顶部流入。
16.可选地，所述降膜式换热单元的顶部设有进液斗。
17.可选地，所述降膜式换热单元和进液斗之间设有液氧分布器。
18.可选地，所述降膜式换热单元的底部设有防碳氢聚集槽。
19.可选地，所述降膜式换热单元包括由上至下依次设置的第一液体导流片、第一换热翅片组和第一气液导流片。
20.可选地，所述第一气液导流片呈三角形。
21.可选地，所述浴式换热单元包括由上至下依次设置的第二气液导流片、第二换热翅片组和第二液体导流片。
22.可选地，所述浴式换热单元的数量为2-4个。
23.3、有益效果
24.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
25.本用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器将常规4层或5层的多层板式的第一层换热单元氧侧由浴式改为降膜式，可以保证这一层降膜式换热单元氧侧的循环倍率超过4，这样既保证了降膜式换热单元的安全性，又提高了换热单元的换热效率，在共4层的半降膜式多层板式中，一层降膜换热单元的液氧循环倍率，在外压缩流程中大于4，在内压缩流程可达5～6，完全满足降膜式板式所需的安全倍率，与相同尺寸的多层板式相比，半降膜式多层板式提高整体换热效率20～25％；降膜式换热单元的液氧由上塔直接流入，且单次流经，其安全性相较于用泵辅助循环的纯降膜式板式更安全；在空分中，上塔流入主冷的液氧中的有害杂质，如碳氢化合物、n2o、co2等，在空分液氧中，含量是最低的。
附图说明
26.图1-4为本实用新型背景技术中提出的多种现有换热器的结构示意图；
27.图5为本实用新型实施例提出的一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器的结构示意图；
28.1、降膜式换热单元；2、浴式换热单元；3、分液斗；4、溢流管；5、进液斗；6、液氧分布
器；7、防碳氢聚集槽；8、第一液体导流片；9、第一换热翅片组；10、第一气液导流片；11、第二气液导流片；12、第二换热翅片组；13、第二液体导流片。
具体实施方式
29.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图1-5及实施例对本实用新型作详细描述。
30.结合附图5，本实施例的一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器，包括降膜式换热单元1，以及依次设于降膜式换热单元1下方的若干浴式换热单元2，除最下层外的浴式换热单元2上均设有分液斗3，上方换热单元的氧介质(液氧和氧气)可流经下方换热单元的分液斗3进入下方换热单元，相邻两个分液斗3通过溢流管4连通，溢流管4的两端分别与对应的分液斗3的中部连通，液氧从降膜式换热单元1顶部流入，所述浴式换热单元2的数量为2-4个，本实施例中，所述浴式换热单元2的数量为3个；以共4层换热单元的板式(图5)为例，液氧由空分上塔经引流管从降膜式换热单元1顶部流入，部分液氧在降膜式换热单元1中气化成氧气，与剩余液氧由降膜式换热单元1的底部侧面流出，由降膜式换热单元1底部侧面流出的气液混合物直接流入下方的浴式换热单元2的分液斗3内，并在分液斗3中分离，氧气由分液斗3上端离开液斗，液氧一部分在二层分液斗3和二层浴式换热单元2中循环气化，剩余部分液氧通过设置在二层分液斗3的溢流管4，流入三层分液斗3，液氧一部分在三层浴式换热单元2和分液斗33中循环气化；剩余部分液氧由三层分液斗3上沿溢流至主冷底部，并在四层浴式换热单元2中循环气化。
31.本用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器将常规4层或5层的多层板式的第一层换热单元氧侧由浴式改为降膜式，可以保证这一层降膜式换热单元氧侧的循环倍率超过3，这样既保证了降膜式换热单元的安全性，又提高了换热单元的换热效率，在共4层的半降膜式多层板式中，一层降膜换热单元的液氧循环倍率，在外压缩流程中大于4，在内压缩流程可达4～6，完全满足降膜式板式所需的安全倍率，与相同尺寸的多层板式相比，半降膜式多层板式提高整体换热效率20～25％；降膜式换热单元1的液氧由上塔直接流入，且单次流经，其安全性相较于用泵辅助循环的纯降膜式板式更安全；在空分中，上塔流入主冷的液氧中的有害杂质，如碳氢化合物、n2o、co2等，在空分液氧中，含量是最低的，所以，半降膜式板翅式换热器安全性相较于用泵辅助循环的纯降膜式板翅式换热器更安全。
32.作为本实用新型的可选方案，所述降膜式换热单元1的顶部设有进液斗5，所述降膜式换热单元1和进液斗5之间设有液氧分布器6，经进液斗5收集起来的液氧通过液氧分布器6保证液氧均匀流入降膜式换热单元1的氧侧通道。
33.作为本实用新型的可选方案，所述降膜式换热单元1的底部设有防碳氢聚集槽7，所述防碳氢聚集槽7为降膜式换热单元1底部的10mm间隙，以防止液氧流动死角的产生(碳氢化合物、n2o、co2浓缩析出，影响液体流动，形成液氧流动死角)，位于换热单元1底部的10mm间隙，使得位于最左侧的液氧可以大量且顺畅地流出换热单元，而大量的液氧不间断冲刷，可以有效溶解因气化而析出的有害成分，避免有害成分聚集并堵塞通道。
34.作为本实用新型的可选方案，所述降膜式换热单元1包括由上至下依次设置的第一液体导流片8、第一换热翅片组9和第一气液导流片10，液氧在降膜式换热单元1内由上至下流动，所述第一气液导流片10呈三角形，相较浴式换热单元2，降膜式换热单元1的第一液
体导流片8，导流方向为由上至下，流体在导流片中无方向改变，且流通截面大，所以相对于浴式换热单元中同位置的导流片(第二气液导流片11)，可以设置得较短，由于降膜式换热单元无需考虑流体流通阻力增大而引起换热效率降低，所以位于换热单元底部的气液导流片，可以去除浴式换热单元同位置导流片(第二液体导流片13)中的导向导流片，将其改为占用面积更小的三角形，第一气液导流片10设置为三角形，导流片的改变可以增加换热翅片面积约25-30％，以进一步提高换热效率。
35.作为本实用新型的可选方案，所述浴式换热单元2包括由上至下依次设置的第二气液导流片11、第二换热翅片组12和第二液体导流片13，液氧在浴式换热单元2内由下至上流动。
36.作为本实用新型的可选方案，本用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器的氮侧通道由传统的顶进侧出改为侧进侧出，氮气由板式上端侧面进入氮侧通道，与液氧换热，被冷凝成液氮，在重力作用下，液氮由板式下端侧面流出。
37.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。