本發明屬于油氣回收技術領域，特別涉及一種冷凝法油氣回收用冷箱及其回收方法。

背景技術：

冷凝法是油氣回收中應用最廣的技術之一。冷凝是利用混合物中不同組分具有不同的飽和蒸氣壓這一特點，采用降低系統溫度的方法使烴類組分凝結，從而實現有機組分與空氣分離的過程。

冷凝法油氣回收具有如下特點：

(1)受環境溫度、壓力、油氣性質等因素影響小，回收效果穩定；

(2)工作溫度低，安全性好；

(3)操作條件相對簡單，無中間步驟，回收液態烴類純度高，有時可直接回用。

冷凝法油氣回收的適用范圍主要包括：

(1)油氣高溫、高濕、高濃度和高水蒸氣的場合；

(2)作為排放控制設施的預處理，通過初步冷凝減輕后續凈化裝置操作負荷的場合。

冷凝法油氣回收工藝設計中需著重考慮以下問題：

(1)在冷凝溫度的選取上，應綜合考慮油氣各組分的熱力學性質，根據其冷凝規律設計耗能低、排放濃度低的油氣回收工藝；

(2)由于要將油氣降溫至較低的溫度，應綜合考慮設備制造成本、運行成本和最終排放指標；

(3)由于冷凝過程中需多次換熱，換熱器效率、油氣中不凝氣體、換熱器結霜等問題需特別考慮。

冷凝法回收一般按預冷、冷凝等步驟實現。預冷通常是一單級冷卻裝置，將油氣由常溫冷卻至約4℃，其設置主要考慮以下因素：

(1)盡可能的除去油氣中的水蒸氣，減少后續冷凝器結霜和凍管現象的發生；

(2)將部分重烴組分冷凝，防止其進入溫度較低的冷凝器后凝結、變粘、甚至凝固，阻礙換熱；

(3)節省后續冷凝器能耗。

冷凝系統冷卻溫度的設置，綜合考慮油氣的熱力學性質及規定的油氣排放指標。這里有兩個特別需要注意的地方，一是油氣熱力學數據的獲取，這是科學設計冷凝裝置的基礎，另一個是制冷系統的選取，實際應用中以機械制冷為主。

預冷和冷凝步驟中間通常會加入中間冷凝系統，中間冷凝的設計主要考慮到換熱流程的最優化，其冷卻溫度的設計以換熱計算的優化為準。

冷凝系統中的換熱器是使油氣溫度降到設計溫度，實現烴類組分液化回收的關鍵，其本質是一個經過特殊設計的換熱器，俗稱“冷箱”。冷箱的設計和制造關系到油氣能都降低到設計溫度、關系到冷凝下來的液態烴能否順利排出系統、關系到冷凝到指定溫度的油氣冷量能否得到有效的回收，從而實現整個系統的節能。

現有油氣回收系統中采用的冷箱，存在較明顯的缺陷：(1)現有油氣回收系統多采用的是多級多個冷箱多個制冷系統的方式，整體系統較為繁雜，占地面積大，設備多，能耗高，制造和運行成本都比較高；(2)現有技術中有采用一體式冷箱的報道，但對于冷箱內部的具體結構，卻存在不清楚的缺陷。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種冷凝法油氣回收用冷箱及其回收方法。本發明采用的一體式預冷加深冷集成式冷箱，在一個冷箱內，同時實現油氣的預冷、深冷冷凝和冷量回用，有效排出冷凝液化烴的同時，對冷凝后的油氣冷量進行了有效的利用。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種冷凝法油氣回收用冷箱，所述冷箱至少設有兩個換熱工段，分別為預冷段和冷凝段，所述預冷段和冷凝段內均設置換熱管束，其中預冷段設置光滑直管列管管束，冷凝段設置帶彎頭和翅片的盤管管束，預冷段和冷凝段通過隔板上開口實現油氣連通，每個換熱箱體均設置冷凝液排出口，冷凝液排出口設置在靠近各段隔板連通開口的位置；冷箱頂部設置油氣回熱利用接管，所述油氣回熱利用接管一端與冷凝段頂部的開口連接，另一端與預冷段設置的回熱進口管箱連接，所述回熱進口管箱與預冷段換熱管管束連通；油氣進口接管與預冷段殼程連通，油氣出口接管與預冷段回熱出口管箱連通，制冷劑進口管設置在冷凝段油氣出口一側，制冷劑出口管設置在冷凝段油氣進口一側，均與冷凝段盤管連通。

作為本申請的優選技術方案，所述各換熱箱體均安裝溫度傳感器，設置于各段靠近隔板連通開口的位置，與冷凝液排出口相垂直，與控制器相連。

作為本申請的優選技術方案，所述預冷段和冷凝段均設置折流板，所述折流板為金屬板，間隔、交錯布置在箱體內部兩側，各折流板長度為所在箱體寬度的0.6～0.8倍。

優選的，所述折流板為波浪形板或螺旋形板，表面設有凸點。

作為本申請的優選技術方案，所述翅片包括設置在盤管管束外側呈螺旋分布的主翅片和與主翅片固定連接的副翅片，所述副翅片呈彎曲狀或錐形。

作為本申請的優選技術方案，所述冷凝段包括第一冷凝段和第二冷凝段，所述預冷段、第一冷凝段和第二冷凝段均通過隔板上開口實現連通，所述預冷段與第一冷凝段的連通開口設在隔板上部水平中間的位置，第一冷凝段和第二冷凝段的連通開口設在隔板下部水平中間的位置。

優選的，所述換熱箱體的第二冷凝段油氣出口與油氣回熱利用接管連通。

優選的，所述預冷段直管束兩端均固定在管板上，管板再與回熱進口管箱和回熱出口管箱連接。

一種冷凝法油氣回收用冷箱的回收方法，包括如下步驟：

(1)高溫油氣自油氣進口進入冷箱，先進入預冷段殼程內，在預冷段殼程流動，初步預冷后經預冷段連通開口進入冷凝段，在冷凝段殼程流動，經冷凝后由冷凝段油氣出口進入油氣回熱利用接管，經油氣回熱利用接管進入油氣回熱進口管箱，再進入預冷段內的換熱管束，與來自油氣進口的高溫油氣進行換熱，換熱完成后進入回熱出口管箱，再經油氣出口離開管箱。高溫油氣中含有的可冷凝的水、烴類物質，在經過換熱降溫后，部分會冷凝液化，經過冷凝排液口排出冷箱；

(2)來自制冷機組的制冷劑經制冷劑進口進入冷凝段換熱列管，再經制冷劑出口離開冷凝段換熱管束，進入制冷機組，再次制冷。

本發明提供的設備及處理方法，與現有技術相比，具有以下有益效果：(1)在一個箱體內同時設置了不同的獨立的換熱模塊，實現了油氣預冷、冷凝和油氣冷量回用(回熱利用)和冷凝液外排；(2)特殊的內部結構設計，使裝置整體布局更加緊湊，換熱效率更高；(3)各換熱模塊不同的管束型式設計，考慮到了各段換熱流體的物性和換熱需求；(4)設置溫度傳感器，可實時監測各段油氣溫度的變化，以做出利于冷箱操作的調整。

附圖說明

圖1是本發明冷凝法油氣回收用冷箱的主視圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是冷凝法油氣回收用冷箱的內部管束布置圖；

圖4是圖3的左視圖；

圖5是本發明冷凝法油氣回收用冷箱的內部折流板和隔板開口示意圖；

其中，1-油氣進口；2-油氣出口；3-隔板；4-隔板；5-箱體外殼；6-油氣回熱利用接管；7-冷凝液排出口；8-冷凝液排出口；9-冷凝液排出口；10-制冷劑進口；11-制冷劑出口；12-直管束；13-彎頭；14-翅片；15-換熱列管；16-溫度傳感器；17-溫度傳感器；18-溫度傳感器；19-折流板；20-折流板；21-折流板；22-連通開口；23-連通開口；24-冷凝段油氣出口；25-回熱進口管箱；26-回熱進口管箱進口；27-回熱出口管箱。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面結合說明書附圖和具體實施例，進一步闡明本發明。

實施例1：

如圖1所示，冷箱箱體呈長方體，箱體內由隔板分成三個相對獨立的空間，分別是：箱體外殼5與隔板3構成的預冷段，箱體外殼5與隔板3、隔板4之間構成的第一冷凝段以及外殼5與隔板4構成的第二冷凝段。其中，第二冷凝段與預冷段通過油氣回熱利用接管6相連。預冷段、第一冷凝段和第二冷凝段箱體底部分別設置冷凝液排出口7、冷凝液排出口8和冷凝液排出口9。在各冷凝液排出口垂直方向分別設置溫度傳感器16、溫度傳感器17和溫度傳感器18，溫度傳感器可檢測油氣溫度并轉化成4～20ma電信號傳輸到dcs或plc，以做出有利于冷箱的調整。

如圖2所示，第二冷凝段上部換熱管與制冷劑進口10相連，第一冷凝段下部換熱管與制冷劑出口11相連。

如圖3所示，預冷段內布置有換熱直管束12、第一冷凝段和第二冷凝段布置有帶彎頭13和翅片14的換熱管束，翅片14包括設置在管束外側呈螺旋分布的主翅片和與主翅片固定連接的副翅片，副翅片呈彎曲狀，換熱管束的排列方向垂直于油氣進口1。

如圖4所示，第一冷凝段和第二冷凝段的換熱列管15在箱體內的排布方式呈盤管狀。

如圖5所示，預冷段內布置有一個以上折流板19，為螺旋形板，第一冷凝段內布置有一個以上折流板20，第二冷凝段布置有一個以上折流板21，折流板20和折流板21為波浪形板，各折流板表面均設有凸點，材質為銅板，在各箱體的側壁上，沿著豎直方向交錯布置。折流板的布置使油氣在管箱內折流運行，實現冷側與熱側的充分換熱。本實施例中，折流板長度為所在箱體寬度的0.6倍。隔板3上設置有連通開口22，連通開口22設在隔板3上部水平中間的位置，隔板4上設置有連通開口23，連通開口23設在隔板4下部水平中間的位置。

第二冷凝段箱體頂部設置有冷凝段油氣出口24，所述冷凝段油氣出口24與油氣回熱利用接管6相連通。回熱進口管箱25設置有回熱進口管箱進口26，回熱進口管箱進口26與油氣回熱利用接管6連通，回熱出口管箱27與油氣出口2連通。

如圖5所示，具體運行時，高溫油氣自油氣進口1進入冷箱，先進入預冷段，在折流板19的作用下，在預冷段管箱內做曲折向上流動，經預冷段上部連通開口22進入第一冷凝段，在折流板20的作用下，在第一冷凝段管箱內做曲折向下流動，經第一冷凝段下部連通開口23進入第二冷凝段，在折流板21的作用下，在第二冷凝段內做向上曲折流動，經冷凝段油氣出口24進入油氣回熱利用接管6，經油氣回熱利用接管6進入油氣回熱進口管箱25，再進入預冷段內的換熱管束，與來自油氣進口1的高溫油氣進行換熱，換熱完成后進入回熱出口管箱27，再經油氣出口2離開管箱。來自制冷機組的冷凍液經制冷劑進口10進入第二冷凝段換熱列管15，再經制冷劑出口11離開第一冷凝段換熱管束，進入制冷機組，第一冷凝段換熱管束與第二冷凝段換熱管束連通。由于油氣中含有可冷凝的烴類物質，在經過換熱降溫后，部分烴類物質會冷凝液化，冷凝液化的烴分別經過冷凝液排出口一7、冷凝液排出口二8、冷凝液排出口三9排出冷箱。

本實施例中的冷箱相當于3個換熱器：預冷換熱器、第一冷凝換熱器、第二冷凝換熱器。在預冷換熱器內，熱側為來自油氣進口的初始高溫油氣，冷側為來自回熱利用管道的低溫油氣，熱側走殼程，冷側走管程；在第一冷凝換熱器，熱側為來自預冷段的油氣，冷側為來自第二冷凝段換熱管束的冷凍液，熱側走殼程，冷側走管程；在第二冷凝換熱器，熱側為來自第一冷凝段的油氣，冷側為來自制冷機組的冷凍液，熱側走殼程，冷側走管程。

以油氣處理量300nm³/h，將油氣冷卻至-70℃為例。油氣進口和出口的規格均為dn150，油氣經預冷段換熱后降溫至4℃，預冷段-第一冷凝段連通開口尺寸為80×500mm，油氣在第一冷凝段降溫至-35℃，第一冷凝段-第二冷凝段開口尺寸為80×500mm，油氣在冷凝段降溫至-70℃。降溫至-70℃的油氣再經過回熱利用接管去預冷段的管程，與來自油氣進口的油氣進行換熱，將其降溫至4℃。

本發明的保護內容不局限于以上實施例。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，并且以所附的權利要求為保護范圍。