低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備制造方法
【專利摘要】本發明主要應用于合成氨及低溫液氮【技術領域】，涉及低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備技術，應用－191.5℃、1.8MPaH2、－193.4℃、5.19MPaN2—H2合成氣、－191.5℃、0.18MPaN2—Ar—CO—CH4污氮冷卻42℃、5.9MPaN2至－188℃、5.6MPaLN2及冷卻來自低溫甲醇工藝的H2—N2—CO—Ar—CH4凈化氣至－188.2℃、5.21MPa，即應用洗滌后的N2—H2合成氣、高壓H2及污氮的冷量回熱冷卻來流高壓N2、低溫甲醇洗后的凈化氣，給洗滌塔提供低溫液氮洗滌低溫凈化氣的溫度條件；采用三段式三級低溫多股流纏繞管式換熱結構，換熱效率高，可用于解決42℃～－197℃低溫液氮用三級多股流纏繞管式換熱技術難題，提高低溫液氮工藝系統的低溫回熱換熱效率。
【專利說明】低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備
【技術領域】
[0001]本發明主要應用于合成氨低溫液氮工藝設備【技術領域】，涉及低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備技術，應用低溫液氮工藝中氣液分離器分離出的一 191.5°C、1.8MPaH2、洗滌塔頂流出的一193.4°C、5.19MPa N2—H2合成氣及洗滌塔頂流出的一191.5°C、
0.18MPa N2—Ar—CO—CH4污氮、補充高壓LN2冷卻一127.2°C>5.7MPa 隊至一188°C、5.6MPaLN2及冷卻來自低溫甲醇工藝的H2—N2-CO — Ar — CH4凈化氣至一188.2°C、5.2IMPa,即應用洗滌后的N2-H2合成氣、高壓H2及污氮的冷量回熱冷卻液化來流高壓N2、低溫甲醇洗后的凈化氣，給洗滌塔提供低溫液氮洗滌低溫凈化氣的溫度條件；其結構緊湊，換熱效率高，可用于42°C?一 193.4°C氣體帶相變低溫回熱換熱領域，解決低溫液氮一、二、三級連續回熱制冷技術難題，提高低溫液氮工藝系統的低溫回熱換熱效率。
【背景技術】
[0002]合成氨低溫液氮洗工藝中的主換熱設備為多股流螺旋纏繞管式換熱器，主換熱工藝流程主要包括三個階段，主要由三個不同換熱溫區的換熱器組成，其中，第一個階段是將壓縮后的高壓氮氣進行預冷，即將42°C高壓氮氣預冷至一 63.6°C，第二個階段是將高壓氮氣及低溫甲醇工藝來的凈化氣從一 63.6°C冷卻至一 127.2°C，為低溫液化做準備，第三個階段是將一 127.2°C高壓氮氣冷卻至一 188°C并液化及將一 127.2°C凈化氣冷卻至一188.2°C，三個過程連續運行并連接成為一整體式低溫液氮回熱換熱裝備。目前，大多低溫液氮洗工藝系統采用整體換熱方式，將三段制冷過程連接為一整體，換熱器高度可達60?80米，換熱效率得到明顯提高。此外，由于普通列管式換熱器采用管板連接平行管束方式，結構簡單，自收縮能力較差，一般為單股流換熱，換熱效率較低，體積較大，溫差較小，若要將高壓N2在一個流程內冷卻并液化，需要多臺列管式換熱器連接換熱，換熱器數量眾多，不宜管理。另外，傳統的補充液氮的方法是將制氮系統生產的液氮在0.18MPa飽和狀態下直接注入污氮中降低整個回流溫度，加速啟動擴散制冷過程，但汽化后的氮氣與污氮一起排出系統燃燒后排入大氣，造成氮氣浪費。本發明采用5.9MPa高壓過冷液氮直接打入殼體反向冷卻纏繞管束，氣化后與殼程高壓氮氣混合，可直接起到加速氣氮液化作用，推動洗滌塔內擴散制冷過程，補充液氮也可有效應用于合成氨氣體的配比這程，節流了氮氣的使用量。最后，傳統的精配合成氣中的氮氫含量方法是另外補充高壓氮氣配平，本發明直接從二級制冷段引出精配氮氣，直接加入到二級合成氣管束的方法精確配平合成氣氮氫比例，操作方便。本發明根據低溫液氮洗工藝技術特點及液氮三級低溫液化特點，采用三段各自獨立的螺旋纏繞管式換熱器做為主要換熱設備，分段獨立制冷，重點針對低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備回熱制冷工藝流程，研究開發溫區介于42°C?一 188°C之間的三級制冷工藝技術及纏繞管式換熱裝備結構及回熱換熱工藝流程，解決三級高壓氮氣低溫回熱液化與凈化氣預冷核心技術問題，即LN2低溫液化一、二、三級多股流纏繞管式換熱裝備結構及工藝流程問題。
【發明內容】

[0003]本發明主要針對高壓氮氣一、二、三級42°C?一 188°C分段低溫液化問題，采用具有體積小、換熱效率高、換熱溫差大、具有自緊收縮調整功能的一、二、三級多股流纏繞管式主回熱換熱器做為主換熱設備，應用一191.5°C、1.8MPa H2、一 193.4°C、5.19MPa N2-H2混合氣體及一191.5°C、0.18MPa N2—A「C0—CH4混合氣體回熱制冷工藝流程，控制相變制冷流程，進而控制高壓氮氣及凈化氣預冷溫度及壓力，提高換熱效率，解決高壓氮氣一、二、三級低溫回熱液化及凈化氣預冷問題，為低溫液氮洗滌提供低溫流體條件。
[0004]本發明的技術解決方案:
低溫液氮用多股流纏繞管式主換熱裝備，包括一級氮氣進口(I)、一級合成氣出口
(2)、一級污氮出口(3)、一級污氮纏繞管束(4)、一級上支撐圈(5)、一級筒體(6)、一級下支撐圈(7)、一級污氮進口(8)、二級污氮出口(9)、二級凈化氣進口(10)、二級上支撐圈(11)、二級筒體(12)、二級下支撐圈(13)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級凈化氣進口( 15)、二級污氮纏繞管束(16)、二級污氮進口( 17)、三級污氮出口( 18)、三級污氮纏繞管束(19)、三級凈化氣進口(20)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級上支撐圈(22)、三級筒體(23)、三級下支撐圈(24)、三級凈化氣出口(25)、三級污氮進口(26)、三級補充液氮進口(27)、三級裙座
(28)、三級液氮出口(29)、三級下封頭(30)、三級合成氣進口(31)、三級氫氣進口(32)、三級螺旋盤管(33)、三級中心筒(34)、三級氫氣纏繞管束(35)、三級氫氣出口(36)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級合成氣出口(38)、二級精配氮氣出口(39)、二級合成氣進口(40)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級氫氣進口(42)、二級氫氣纏繞管束(43)、二級螺旋盤管(44)、二級中心筒(45)、二級氫氣出口(46)、二級合成氣出口(47)、一級氫氣進口(48)、一級合成氣進口(49)、一級中心筒(50)、一級螺旋盤管(51)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)、一級氫氣出口(54)、一級上封頭(55)，其特征在于:一級污氮纏繞管束(4)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)、繞一級中心筒(50)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(51)安裝于一級筒體(6)內；一級中心筒(50)—端安裝一級上支撐圈(5), —端安裝一級下支撐圈(7)，一級上支撐圈(5)固定于一級筒體(6)上部，一級下支撐圈(7)固定于一級筒體(6)下部，一級污氮纏繞管束(4)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)纏繞于一級上支撐圈(5)與一級下支撐圈(7)之間；一級筒體(6)上部左側安裝一級污氮出口(3)級筒體(6)上部中間安裝一級合成氣出口(2)級筒體(6)上部右側安裝一級氫氣出口(54)級筒體(6)下部左側安裝一級污氮進口(8)級筒體(6)下部中間安裝一級合成氣進口(49);一級筒體(6)下部右側安裝一級氫氣進口(48) ;二級污氮纏繞管束
(16)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級氫氣纏繞管束(43)繞二級中心筒(45)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(44)安裝于二級筒體(12)內；二級中心筒(45) —端安裝二級上支撐圈(11 )，一端安裝二級下支撐圈(13)，二級上支撐圈(11)固定于二級筒體(12)上部，二級下支撐圈(13)固定于二級筒體(13)下部，二級污氮纏繞管束(16)、二級合成氣纏繞管束(41 )、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級氫氣纏繞管束(43)纏繞于二級上支撐圈(11)與二級下支撐圈(13)之間；二級筒體(12)上部左側安裝二級凈化氣進口(10)、二級污氮出口(9) ;二級筒體(12)上部右側安裝二級氫氣出口(46)，二級合成氣出口(47);二級筒體(12)下部左側安裝二級凈化氣出口( 15)，二級污氮進口( 17); 二級筒體(12)下部右側安裝二級氫氣進口(42)，二級合成氣進口(40) ;二級筒體(12)下部中間安裝二級精配氮氣出口(39);三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級凈化氣纏繞管束(21 )、三級氫氣纏繞管束(35)繞三級中心筒(34)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(33)安裝于三級筒體(23)內；三級中心筒(34) —端安裝三級上支撐圈(22)，一端安裝三級下支撐圈(24)，三級上支撐圈(22)固定于三級筒體(23)上部，三級下支撐圈(24)固定于三級筒體(23)下部，三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級凈化氣纏繞管束(21 )、三級氫氣纏繞管束(35 )纏繞于三級上支撐圈(22 )與三級下支撐圈(24)之間；三級筒體(23 )上部左側安裝三級凈化氣進口(20)、三級污氮出口(18);三級筒體(23)上部右側安裝三級氫氣出口(36)，三級合成氣出口(38);三級筒體(23)下部左側安裝三級凈化氣出口(25)，三級污氮進口(26);三級筒體(23)下部右側安裝三級氫氣進口(32)，三級合成氣進口(31);三級筒體(23)下部中間安裝三級補充液氮進口(27)級筒體(6)上部與一級上封頭(55)連接，一級上封頭(55)頂部安裝一級氮氣進口(I);一級筒體(6)下部與二級筒體(12)上部連接；二級筒體(12)下部與三級筒體(23)上部連接；三級筒體(23)下部與三級下封頭(30 )連接，三級下封頭(30 )頂部安裝三級液氮出口( 29 );三級下封頭(30 )下部連接三級裙座(28)。
[0005]氫氣在一 191.50CU.8MPa時通過三級氫氣進口(32)進入三級氫氣纏繞管束(35)各支管，三級氫氣纏繞管束(35)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至1.78MPa，再經三級氫氣出口(36)、二級氫氣進口(42)進入二級氫氣纏繞管束(43)各支管；二級氫氣纏繞管束(43)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 66.30C、壓力降低至1.77MPa，再經二級氫氣出口(46)、一級氫氣進口(48)進入一級氫氣纏繞管束
(53)各支管；一級氫氣纏繞管束(53)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至1.75MPa，再經一級氫氣出口(54)離開主換熱裝置。
[0006]合成氣在一 193.40C>5.19MPa時通過三級合成氣進口(31)進入三級合成氣纏繞管束(37)各支管，三級合成氣纏繞管束(37)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至5.14MPa，再經三級合成氣出口( 38)、二級合成氣進口(40)進入二級合成氣纏繞管束(41)各支管；二級合成氣纏繞管束(41)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 66.3°C、壓力降低至5.lOMPa，再經二級合成氣出口(47)、一級合成氣進口(49)進入一級合成氣纏繞管束(52)各支管；一級合成氣纏繞管束(52)經螺旋纏繞后在一級筒體
(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至5.04MPa，再經一級合成氣出口(2)離開主換熱裝置。
[0007]污氮在一 191.5°C、0.18MPa時通過三級污氮進口(26)進入三級污氮纏繞管束(19)各支管，三級污氮纏繞管束(19)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至0.15MPa，再經三級污氮出口( 18)、二級污氮進口( 17)進入二級污氮纏繞管束(16)各支管；二級污氮纏繞管束(16)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一66.3°C、壓力降低至0.13MPa，再經二級污氮出口(9)、一級污氮進口(8)進入一級污氮纏繞管束(4)各支管；一級污氮纏繞管束(4)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至0.llMPa，再經一級污氮出口(3)離開主換熱裝置。
[0008]凈化氣在一 66.3°C、5.26MPa時通過二級凈化氣進口( 10)進入二級凈化氣纏繞管束(14)各支管，二級凈化氣纏繞管束(14)經螺旋纏繞后在二級內壓筒體(12)內被一130.2 0C>1.78MPa 氫氣、一130.2 °C>5.14MPa 合成氣及一130.2°C、0.15MPa 污氮冷卻至一 127.20C >5.24MPa，再經二級凈化氣出口( 15)、三級凈化氣進口(20)進入三級凈化氣纏繞管束(21)各支管；三級凈化氣纏繞管束(21)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被一191.5°C>1.8MPa 氫氣、一193.4°C >5.19MPa 合成氣及一191.5°C、0.18MPa 污氮冷卻至一188.2°C、5.21MPa，再經三級凈化氣出口(25)流出主換熱器并進入洗滌塔。
[0009]高壓氮氣在42°C、5.9MPa時經一級氮氣進口( I)進入一級筒體(6)殼程，被一級污氮纏繞管束(4)內污氮、一級合成氣纏繞管束(52)內合成氣、一級氫氣纏繞管束(53)內氫氣冷卻至一 63.3°C、5.8MPa時進入二級筒體(12)殼程；高壓氮氣在二級筒體(12)殼程被二級污氮纏繞管束(16)內污氮、二級合成氣纏繞管束(41)內合成氣、二級氫氣纏繞管束(43)內氫氣冷卻至一 127.2°C、5.7MPa時進入三級筒體(23)殼程；高壓氮氣在三級筒體(23)殼程被三級污氮纏繞管束(19)內污氮、三級合成氣纏繞管束(37)內合成氣、三級氫氣纏繞管束(35)內氫氣冷卻至一 188.2°C、5.6MPa液氮后經三級液氮出口(29)流出主換熱器并進入洗洚塔。
[0010]補充過冷液氮在一 193.40C>5.9MPa時經三級補充液氮進口(27)進入三級簡體(23)下部，并向上噴淋冷卻三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級氫氣纏繞管束(35)、三級凈化氣纏繞管束(21)，再與三級簡體(23)內高壓氮混合后經三級液氮出口(29)流出主換熱器并進入洗滌塔。
[0011]精配高壓氮氣在一 127.2°C、5.7MPa時經二級精配氮氣出口(39)引出殼體，通過連接管路打入二級合成氣進口(40)進行氮氫比例1:3精配，精配后的氮氫合成氣進入二級合成氣纏繞管束(41 )，與原合成氣形成精配合成氣后，再經二級換熱、一級換熱后流出主換熱器。
[0012]方案所涉及的原理問題:
首先，傳統的低溫LN2液化系統多采用板翅式整體換熱方式，換熱效率較級聯式LN2液化系統有了明顯提高，使換熱器數量減少，整體液化工藝流程得到簡化，獨立運行的制冷系統減少，管理方便，但存在的問題是液化工藝流程簡化后，使LN2主換熱器體積龐大，換熱工藝復雜，加工制造、現場安裝及運輸難度增大，且一旦出現泄漏等問題，難于檢測，容易造成整臺換熱器報廢，成套工藝裝備停產。為解決這一問題，本發明將主換熱器內高壓氮氣溫度變化過程分為 42°C?一63.6°C、一 63.6°C?一127.2°C，一 127.2°C?一188.2°C三個級另O，采用三個獨立的換熱單元，完成三個溫度區間由高至低的換熱過程，重點研究開發一、二、三級42°C?一 188.2°C低溫換熱流程及多股流主換熱器總體結構及進出口參數，并采用三股流回熱制冷工藝，解決三級制冷換熱設備問題。研究過程相對獨立，可與一、二、三級連接成為整體，連接后與整體式主換熱器換熱原理一致，便于主換熱器分拆后運輸及現場安裝。其次，采用補充預冷LN2工藝，在系統開機前，向三級制冷換熱裝置內補充啟動LN2,使來流溫度及回熱溫度均逐漸降低，來流高壓N2及凈化氣溫度降低后，在洗滌塔內高壓混合，產生分子擴散制冷效應，溫度降低，達到制冷效果。補充液氮冷卻后，來流氣體及混合后反流氣體溫度逐漸降低，同時，洗滌塔內高壓N2與來流凈化氣高壓混合后產生分子擴散制冷效應，使來流高壓N2隨循環不段進行逐漸被液化。液化后的LN2進入洗滌塔后，可洗滌凈化氣混合氣H2—N2—CO — Ar — CH4中的雜質氣體N2、CO、Ar、CH4等，使以上氣體全部溶解于LN2后，LN2變為污氮。污氮流出洗滌塔后再經氣液分離器分離為不含H2污氮及高壓H2，不含H2污氮及高壓H2再回流進三級制冷裝備回熱冷卻來流高壓N2及凈化氣。洗滌塔內沒有被LN2吸收的凈化氣中的H2與LN2中汽化后的N2接近3:1時通過洗滌塔塔頂排出后再流進三級制冷裝備進行回熱冷卻來流凈化氣及高壓N2?；亓鞯娜闪黧w經連續循環后，最終將來流高壓N2液化及將來流的凈化氣溫度降低至一 188.2°C洗滌溫度，再應用液化后的LN2洗滌凈化氣中的雜質成份并持續循環，此時，逐漸停止補充高壓過冷液氮，系統達到擴散制冷平衡狀態，不需再加額外制冷劑，回流預冷過程進入持續穩定狀態。主換熱裝備用三級制冷中一級共四股流換熱、二級五股流換熱、三級六股流換熱且須采用四管束纏繞管式換熱裝備進行低溫回熱換熱，三股回熱冷流及一股補充液氮冷卻兩股來流并液化其中一股，液化的一股再洗滌未液化一股中的雜質氣體，洗滌后再形成新的三股回熱冷流回熱換熱，完成整個回熱預冷過程。傳統的列管式換熱器由于采用了兩塊大管板連接平行管束結構，體積較大，換熱溫差較小，易分區，管間距較大，自收縮能力較差，一般適用于單管束換熱，換熱效率較低，難以進行多股流換熱過程，不易完成多股流均勻換熱過程。本發明開發了可承受5.9MPa、一 197°C的鋁合金6005管束及9Ni鋼殼體的低溫液氮用換熱裝備，可完成高壓低溫工況下低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備的換熱過程。
[0013]本發明的技術特點:
本發明主要針對低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，采用具有體積小、換熱效率高、換熱溫差大、具有自緊收縮調整功能的三段式三級連續型多股流纏繞管式換熱裝備，應用低溫液氮洗工藝中氣液分離器分離出的一 191.5°C、1.8MPa H2、一 193.4°C、
5.19MPa隊一仏合成氣及一191.5°C、0.18MPa N2—A1- —CO —CH4污氮、補充高壓LN2冷卻一127.2°C>5.7MPa N2 至一188°C、5.6MPa LN2 及冷卻來自低溫甲醇工藝的 H2—N2—CO — A1-CH4凈化氣至一 188.2°C、5.2IMPa,達到應用洗滌后的N2-H2合成氣、氫氣及污氮的冷量回熱冷卻來流高壓N2、低溫甲醇洗后的凈化氣，給洗滌塔提供低溫液氮洗滌低溫凈化氣的溫度條件；其結構緊湊，換熱效率高，可用于42°C-一 193.4°C氣體帶相變低溫換熱領域，解決低溫液氮洗三段式連續三級制冷技術難題，提高低溫液氮洗工藝系統的低溫換熱效率。此外，采用5.9MPa高壓過冷液氮直接打入殼體反向冷卻纏繞管束，氣化后與殼程高壓氮氣混合，可直接起到加速氣氮液化作用，推動洗滌塔內擴散制冷過程，補充液氮也可有效應用于合成氨氣體的配比這程，節約氮氣使用量。低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備具有結構緊湊，多種介質帶相變傳熱，傳熱系數大，可解決大型LN2低溫液化過程中高壓氮氣回熱預冷、低溫液化技術難題，提高系統換熱及液化效率；應用三段式三級LN2低溫液化過程后，LN2主換熱器可分為三個獨立的換熱器單元，體積減小，可分段進行加工制造、運輸及現場安裝；液氮低溫液化三段式三級多股流纏繞管式換熱裝備可合理分配液化段及過冷段的熱負荷，可結合大型換熱器的載荷分配以及換熱管強度特性，采用輔助三段式三個獨立中心筒纏繞螺旋盤管的方式，從理論上保證纏繞過程均勻且強度符合設計要求；合理選擇了換熱器進出口位置及物料、采用多個小管板側置的方法可使換熱器結構更加緊湊，換熱過程得到優化；螺旋纏繞管式換熱器管外介質逆流并橫向交叉掠過纏繞管，換熱器層與層之間換熱管反向纏繞，即使雷諾數較低，其依然為湍流形態，換熱系數較大；由于是多種介質帶相變換熱過程，對不同介質之間的壓差和溫差限制要求較小，生產裝置操作難度降低，安全性得以提高；螺旋纏繞管式換熱器耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補償，易實現大型N2低溫液化作業。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所示為低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備的主要部件結構及位置關系。
【具體實施方式】
[0015]加工制造低溫液氮用多股流纏繞管式主換熱裝備，包括一級氮氣進口(I)、一級合成氣出口(2)、一級污氮出口(3)、一級污氮纏繞管束(4)、一級上支撐圈(5)、一級筒體(6)、一級下支撐圈(7)、一級污氮進口(8)、二級污氮出口(9)、二級凈化氣進口(10)、二級上支撐圈(11)、二級筒體(12)、二級下支撐圈(13)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級凈化氣進口(15)、二級污氮纏繞管束(16)、二級污氮進口(17)、三級污氮出口(18)、三級污氮纏繞管束(19)、三級凈化氣進口(20)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級上支撐圈(22)、三級筒體(23)、三級下支撐圈(24)、三級凈化氣出口(25)、三級污氮進口(26)、三級補充液氮進口(27)、三級裙座(28)、三級液氮出口(29)、三級下封頭(30)、三級合成氣進口(31)、三級氫氣進口(32)、三級螺旋盤管(33)、三級中心筒(34)、三級氫氣纏繞管束(35)、三級氫氣出口(36)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級合成氣出口(38)、二級精配氮氣出口(39)、二級合成氣進口( 40 )、二級合成氣纏繞管束(41)、二級氫氣進口( 42 )、二級氫氣纏繞管束(43 )、二級螺旋盤管(44)、二級中心筒(45)、二級氫氣出口(46)、二級合成氣出口(47)、一級氫氣進口(48)、一級合成氣進口(49)、一級中心筒(50)、一級螺旋盤管(51)、一級合成氣纏繞管束
(52)、一級氫氣纏繞管束(53)、一級氫氣出口(54)、一級上封頭(55)，且使其部件滿足以下連接關系:一級污氮纏繞管束(4)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)、繞一級中心筒(50)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(51)安裝于一級筒體(6)內；一級中心筒(50)一端安裝一級上支撐圈(5), —端安裝一級下支撐圈(7), —級上支撐圈(5)固定于一級筒體(6)上部，一級下支撐圈(7)固定于一級筒體(6)下部，一級污氮纏繞管束(4)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)纏繞于一級上支撐圈(5)與一級下支撐圈(7)之間；一級筒體(6)上部左側安裝一級污氮出口(3)級筒體(6)上部中間安裝一級合成氣出口(2)級筒體(6)上部右側安裝一級氫氣出口(54)級筒體(6)下部左側安裝一級污氮進口(8)級筒體(6)下部中間安裝一級合成氣進口(49);一級筒體(6)下部右側安裝一級氫氣進口(48) ;二級污氮纏繞管束(16)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級氫氣纏繞管束(43)繞二級中心筒(45)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(44)安裝于二級筒體(12)內；二級中心筒(45) —端安裝二級上支撐圈(11)，一端安裝二級下支撐圈(13)，二級上支撐圈(11)固定于二級筒體(12)上部，二級下支撐圈(13)固定于二級筒體(13)下部，二級污氮纏繞管束(16)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級凈化氣纏繞管束
(14)、二級氫氣纏繞管束(43)纏繞于二級上支撐圈(11)與二級下支撐圈(13)之間；二級筒體(12)上部左側安裝二級凈化氣進口(10)、二級污氮出口(9) ;二級筒體(12)上部右側安裝二級氫氣出口(46)，二級合成氣出口(47) ;二級筒體(12)下部左側安裝二級凈化氣出口
[15]，二級污氮進口(17);二級筒體(12)下部右側安裝二級氫氣進口(42)，二級合成氣進口(40) ;二級筒體(12)下部中間安裝二級精配氮氣出口(39);三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級氫氣纏繞管束(35)繞三級中心筒
(34)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(33)安裝于三級筒體(23)內；三級中心筒(34)—端安裝三級上支撐圈(22 )，一端安裝三級下支撐圈(24)，三級上支撐圈(22 )固定于三級筒體(23 )上部，三級下支撐圈(24)固定于三級筒體(23)下部，三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級氫氣纏繞管束(35)纏繞于三級上支撐圈(22)與三級下支撐圈(24)之間；三級筒體(23)上部左側安裝三級凈化氣進口(20)、三級污氮出口(18);三級筒體(23)上部右側安裝三級氫氣出口(36)，三級合成氣出口(38);三級筒體(23)下部左側安裝三級凈化氣出口(25)，三級污氮進口(26);三級筒體(23)下部右側安裝三級氫氣進口(32)，三級合成氣進口(31);三級筒體(23)下部中間安裝三級補充液氮進口(27 );一級筒體(6 )上部與一級上封頭(55 )連接，一級上封頭(55 )頂部安裝一級氮氣進口Cl);一級筒體(6)下部與二級筒體(12)上部連接；二級筒體(12)下部與三級筒體(23)上部連接；三級筒體(23)下部與三級下封頭(30)連接，三級下封頭(30)頂部安裝三級液氮出口(29);三級下封頭(30)下部連接三級裙座(28)。
[0016]將氫氣在一 191.5°C、1.8MPa時通過三級氫氣進口(32)打入三級氫氣纏繞管束
(35)各支管，三級氫氣纏繞管束(35)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至1.78MPa，再經三級氫氣出口(36)、二級氫氣進口(42)進入二級氫氣纏繞管束(43)各支管；二級氫氣纏繞管束(43)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一66.3°C、壓力降低至1.77MPa，再經二級氫氣出口(46)、一級氫氣進口(48)打入一級氫氣纏繞管束(53)各支管；一級氫氣纏繞管束(53)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至1.75MPa，再經一級氫氣出口
(54)離開主換熱裝置。
[0017]將合成氣在一 193.40C>5.19MPa時通過三級合成氣進口(31)打入三級合成氣纏繞管束(37)各支管，三級合成氣纏繞管束(37)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至5.14MPa，再經三級合成氣出口( 38 )、二級合成氣進口( 40 )進入二級合成氣纏繞管束(41)各支管；二級合成氣纏繞管束(41)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 66.3°C、壓力降低至5.lOMPa，再經二級合成氣出口(47)、一級合成氣進口(49)進入一級合成氣纏繞管束(52)各支管；一級合成氣纏繞管束(52)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至5.04MPa，再經一級合成氣出口(2)離開主換熱裝置。
[0018]將污氮在一 191.5°C,0.18MPa時通過三級污氮進口(26)打入三級污氮纏繞管束
[19]各支管，三級污氮纏繞管束(19)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至0.15MPa，再經三級污氮出口( 18)、二級污氮進口( 17)進入二級污氮纏繞管束(16)各支管；二級污氮纏繞管束(16)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一66.3°C、壓力降低至0.13MPa，再經二級污氮出口(9)、一級污氮進口(8)進入一級污氮纏繞管束(4)各支管；一級污氮纏繞管束(4)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體
(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至0.llMPa，再經一級污氮出口(3)離開主換熱裝置。
[0019]將凈化氣在一 66.3°C、5.26MPa時通過二級凈化氣進口( 10)打入二級凈化氣纏繞管束(14)各支管，二級凈化氣纏繞管束(14)經螺旋纏繞后在二級內壓筒體(12)內被一130.2°C、1.78MPa 氫氣、一130.2°C >5.14MPa 合成氣及一130.2°C>0.15MPa 污氮冷卻至一 127.20C >5.24MPa，再經二級凈化氣出口( 15)、三級凈化氣進口(20)進入三級凈化氣纏繞管束(21)各支管；三級凈化氣纏繞管束(21)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被一191.5°C>1.8MPa 氫氣、一193.4°C >5.19MPa 合成氣及一191.5°C、0.18MPa 污氮冷卻至一188.2°C、5.21MPa，再經三級凈化氣出口(25)流出主換熱器并進入洗滌塔。
[0020]將高壓氮氣在42°C、5.9MPa時經一級氮氣進口(I)打入一級筒體(6)殼程，被一級污氮纏繞管束(4)內污氮、一級合成氣纏繞管束(52)內合成氣、一級氫氣纏繞管束(53)內氫氣冷卻至一 63.3°C、5.8MPa時進入二級筒體(12)殼程；高壓氮氣在二級筒體(12)殼程被二級污氮纏繞管束(16)內污氮、二級合成氣纏繞管束(41)內合成氣、二級氫氣纏繞管束(43)內氫氣冷卻至一 127.2°C、5.7MPa時進入三級筒體(23)殼程；高壓氮氣在三級筒體(23)殼程被三級污氮纏繞管束(19)內污氮、三級合成氣纏繞管束(37)內合成氣、三級氫氣纏繞管束(35)內氫氣冷卻至一 188.2°C、5.6MPa液氮后經三級液氮出口(29)流出主換熱器并進入洗滌塔。
[0021]將補充過冷液氮在一 193.40C>5.9MPa時經三級補充液氮進口(27)打入三級簡體
(23)下部，并向上噴淋冷卻三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級氫氣纏繞管束(35)、三級凈化氣纏繞管束(21)，再與三級簡體(23)內高壓氮混合后經三級液氮出口(29)流出主換熱器并進入洗滌塔。
[0022]將精配高壓氮氣在一 127.2°C、5.7MPa時經二級精配氮氣出口(39)引出殼體，通過連接管路打入二級合成氣進口(40)進行氮氫比例1:3精配，精配后的氮氫合成氣進入二級合成氣纏繞管束(41 )，與原合成氣形成精配合成氣后，再經二級換熱、一級換熱后流出主換熱器。
【權利要求】
1.低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，包括一級氮氣進口(I)、一級合成氣出口(2)、一級污氮出口(3)、一級污氮纏繞管束(4)、一級上支撐圈(5)、一級筒體(6)、一級下支撐圈(7)、一級污氮進口(8)、二級污氮出口(9)、二級凈化氣進口(10)、二級上支撐圈(11)、二級筒體(12)、二級下支撐圈(13)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級凈化氣進口(15)、二級污氮纏繞管束(16)、二級污氮進口(17)、三級污氮出口(18)、三級污氮纏繞管束(19)、三級凈化氣進口(20)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級上支撐圈(22)、三級筒體(23)、三級下支撐圈(24)、三級凈化氣出口(25)、三級污氮進口(26)、三級補充液氮進口(27)、三級裙座(28)、三級液氮出口(29)、三級下封頭(30)、三級合成氣進口(31)、三級氫氣進口(32)、三級螺旋盤管(33)、三級中心筒(34)、三級氫氣纏繞管束(35)、三級氫氣出口(36)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級合成氣出口(38)、二級精配氮氣出口(39)、二級合成氣進口(40)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級氫氣進口(42)、二級氫氣纏繞管束(43)、二級螺旋盤管(44)、二級中心筒(45)、二級氫氣出口(46)、二級合成氣出口(47)、一級氫氣進口(48)、一級合成氣進口(49)、一級中心筒(50)、一級螺旋盤管(51)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)、一級氫氣出口(54)、一級上封頭(55)，其特征在于:一級污氮纏繞管束(4)、一級合成氣纏繞管束(52 )、一級氫氣纏繞管束(53 )繞一級中心筒(50 )纏繞，纏繞后的螺旋盤管(51)安裝于一級筒體(6)內；一級中心筒(50)—端安裝一級上支撐圈(5), —端安裝一級下支撐圈(7), —級上支撐圈(5)固定于一級筒體(6)上部,一級下支撐圈(7)固定于一級筒體(6)下部，一級污氮纏繞管束(4)、一級合成氣纏繞管束(52)、一級氫氣纏繞管束(53)纏繞于一級上支撐圈(5)與一級下支撐圈(7)之間；一級筒體(6)上部左側安裝一級污氮出口(3);—級筒體(6)上部中間安裝一級合成氣出口(2);—級筒體(6)上部右側安裝一級氫氣出口(54)級筒體(6)下部左側安裝一級污氮進口(8)級筒體(6)下部中間安裝一級合 成氣進口(49);一級筒體(6)下部右側安裝一級氫氣進口(48);二級污氮纏繞管束(16)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級氫氣纏繞管束(43 )繞二級中心筒(45 )纏繞，纏繞后的螺旋盤管(44)安裝于二級筒體(12 )內；二級中心筒(45) —端安裝二級上支撐圈(11), 一端安裝二級下支撐圈(13), 二級上支撐圈(11)固定于二級筒體(12)上部，二級下支撐圈(13)固定于二級筒體(13)下部，二級污氮纏繞管束(16)、二級合成氣纏繞管束(41)、二級凈化氣纏繞管束(14)、二級氫氣纏繞管束(43)纏繞于二級上支撐圈(11)與二級下支撐圈(13)之間；二級筒體(12)上部左側安裝二級凈化氣進口( 10 )、二級污氮出口( 9 ) ; 二級筒體(12 )上部右側安裝二級氫氣出口( 46 )，二級合成氣出口(47) ;二級筒體(12)下部左側安裝二級凈化氣出口(15)，二級污氮進口(17) ;二級筒體(12)下部右側安裝二級氫氣進口(42)，二級合成氣進口(40) ;二級筒體(12)下部中間安裝二級精配氮氣出口(39);三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級氫氣纏繞管束(35 )繞三級中心筒(34)纏繞，纏繞后的螺旋盤管(33)安裝于三級筒體(23)內；三級中心筒(34) —端安裝三級上支撐圈(22)，一端安裝三級下支撐圈(24)，三級上支撐圈(22)固定于三級筒體(23)上部，三級下支撐圈(24)固定于三級筒體(23)下部，三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級凈化氣纏繞管束(21)、三級氫氣纏繞管束(35)纏繞于三級上支撐圈(22)與三級下支撐圈(24)之間；三級筒體(23)上部左側安裝三級凈化氣進口(20)、三級污氮出口( 18);三級筒體(23)上部右側安裝三級氫氣出口(36)，三級合成氣出口(38);三級筒體(23)下部左側安裝三級凈化氣出口(25)，三級污氮進口(26);三級筒體(23)下部右側安裝三級氫氣進口(32)，三級合成氣進口(31);三級筒體(23)下部中間安裝三級補充液氮進口(27)級筒體(6)上部與一級上封頭(55)連接，一級上封頭(55)頂部安裝一級氮氣進口(I);一級筒體(6)下部與二級筒體(12)上部連接；二級筒體(12)下部與三級筒體(23)上部連接；三級筒體(23)下部與三級下封頭(30)連接，三級下封頭(30)頂部安裝三級液氮出口(29);三級下封頭(30)下部連接三級裙座(28)。
2.根據權利要求1所述的低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:氫氣在一 191.5°C、1.8MPa時通過三級氫氣進口(32)進入三級氫氣纏繞管束(35)各支管，三級氫氣纏繞管束(35 )經螺旋纏繞后在三級筒體(23 )內被來自三級筒體(23 )殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至1.78MPa，再經三級氫氣出口(36)、二級氫氣進口(42)進入二級氫氣纏繞管束(43)各支管；二級氫氣纏繞管束(43)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 66.3°C、壓力降低至1.77MPa，再經二級氫氣出口(46)、一級氫氣進口(48)進入一級氫氣纏繞管束(53)各支管；一級氫氣纏繞管束(53)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至1.75MPa，再經一級氫氣出口(54)離開主換熱裝置。
3.根據權利要求1所述的低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:合成氣在一 193.40C>5.19MPa時通過三級合成氣進口(31)進入三級合成氣纏繞管束(37)各支管，三級合成氣纏繞管束(37)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被來自三級筒體(23)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至5.14MPa，再經三級合成氣出口(38)、二級合成氣進口(40)進入二級合成氣纏繞管束(41)各支管；二級合成氣纏繞管束(41)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 66.3°C、壓力降低至5.lOMPa，再經二級合成氣出口(47)、一級合成氣進口(49)進入一級合成氣纏繞管束(52 )各支管；一級合成氣纏繞管束(52 )經螺旋纏繞后在一級筒體(6 )內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至5.04MPa，再經一級合成氣出口(2)離開主換熱裝置。
4.根據權利要求1所述的低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:污氮在一 191.5°C、0.1SMPa時通過三級污氮進口(26)進入三級污氮纏繞管束(19)各支管，三級污氮纏繞管束(19 )經螺旋纏繞后在三級筒體(23 )內被來自三級筒體(23 )殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 130.2°C、壓力降低至0.15MPa，再經三級污氮出口(18)、二級污氮進口( 17)進入二級污氮纏繞管束(16)各支管；二級污氮纏繞管束(16)經螺旋纏繞后在二級筒體(12)內被來自二級筒體(12)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至一 66.3°C、壓力降低至0.13MPa，再經二級污氮出口(9)、一級污氮進口(8)進入一級污氮纏繞管束(4)各支管；一級污氮纏繞管束(4)經螺旋纏繞后在一級筒體(6)內被來自一級筒體(6)殼程的高壓氮氣加熱，溫度升高至39°C、壓力降低至0.llMPa，再經一級污氮出口(3)離開主換熱裝置。
5.根據權利要求1所述的低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:凈化氣在一 66.3°C、5.26MPa時通過二級凈化氣進口( 10)進入二級凈化氣纏繞管束(14)各支管，二級凈化氣纏繞管束(14)經螺旋纏繞后在二級內壓筒體(12)內被一 130.2°C、。1.78MPa 氫氣、一130.2°C >5.14MPa 合成氣及一130.2°C>0.15MPa 污氮冷卻至一127.2°C、.5.24MPa，再經二級凈化氣出口( 15)、三級凈化氣進口(20)進入三級凈化氣纏繞管束(21)各支管；三級凈化氣纏繞管束(21)經螺旋纏繞后在三級筒體(23)內被一 191.5°C、1.8MPa氫氣、一193.4°C>5.19MPa 合成氣及一191.5°C、0.18MPa 污氮冷卻至一188.2°C>5.21MPa,再經三級凈化氣出口(25)流出主換熱器并進入洗滌塔。
6.根據權利要求1所述的低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:高壓氮氣在42°C、5.9MPa時經一級氮氣進口( I)進入一級筒體(6)殼程，被一級污氮纏繞管束(4)內污氮、一級合成氣纏繞管束(52)內合成氣、一級氫氣纏繞管束(53)內氫氣冷卻至一 63.3°C、5.SMPa時進入二級筒體(12)殼程；高壓氮氣在二級筒體(12)殼程被二級污氮纏繞管束(16)內污氮、二級合成氣纏繞管束(41)內合成氣、二級氫氣纏繞管束(43)內氫氣冷卻至一 127.2°C、5.7MPa時進入三級筒體(23)殼程；高壓氮氣在三級筒體(23)殼程被三級污氮纏繞管束(19)內污氮、三級合成氣纏繞管束(37)內合成氣、三級氫氣纏繞管束(35)內氫氣冷卻至一 188.2°C、5.6MPa液氮后經三級液氮出口(29)流出主換熱器并進入洗滌塔。
7.根據權利要求1所述的低溫液氮用多 股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:補充過冷液氮在一 193.40C >5.9MPa時經三級補充液氮進口(27)進入三級簡體(23)下部，并向上噴淋冷卻三級污氮纏繞管束(19)、三級合成氣纏繞管束(37)、三級氫氣纏繞管束(35),三級凈化氣纏繞管束(21)，再與三級簡體(23)內高壓氮混合后經三級液氮出口(29)流出主換熱器并進入洗滌塔。
8.根據權利要求1所述的低溫液氮用多股流纏繞管式主回熱換熱裝備，其特征在于:精配高壓氮氣在一 127.2°C、5.7MPa時經二級精配氮氣出口(39)引出殼體，通過連接管路打入二級合成氣進口(40)進行氮氫比例1:3精配，精配后的氮氫合成氣進入二級合成氣纏繞管束(41)，與原合成氣形成精配合成氣后，再經二級換熱、一級換熱后流出主換熱器。
【文檔編號】F25J5/00GK103438666SQ201310366573
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】張周衛, 汪雅紅, 張小衛, 薛佳幸, 駱名軍, 王小成, 趙剛, 吳金群 申請人:張周衛