超低温液体冷量回收装置
技术领域
本实用新型涉及深冷空气分离设备技术领域，特别涉及一种超低温液体冷量回收装置。
背景技术
1、近几年，随着国家大力实施供给侧改革，钢铁行业产能严重过剩，加上自身高耗能等特点，自然成为改革的主要对象，在这样的背景下，钢铁企业必须从各个环节、各个工序降低生产成本，才能在改革中求得生存，空分生产单位作为冶金行业的一个主要的辅助生产单位，也必须从各个方面做好降成本工作。
2、近年来随着钢铁行业的快速发展,工业氧气用量快速增加,空分设备对氧气供应的稳定性要求也越来越高。为保证空分设备故障停车时氧气供应的稳定性,许多单位都配套建设了大型液氧贮槽和液氧气化系统;同时,一些单位还将液氧气化作为供气调峰手段,以降低氧气放散率和生产能耗。目前广泛使用的液体气化供气系统主要由低温液体贮槽、液体加压泵、气化器和管网系统组成,其中气化器为关键设备之一。目前使用的气化器主要有空温式气化器和蒸汽水浴式气化器两种。空温式气化器一般为铝合金材质,占地面积大,单体蒸发量小,设备易损坏,维护检修困难。蒸汽水浴式气化器采用不锈钢材质,占地面积小,单体蒸发量大,设备强度高,维护检修方便,因此在钢铁企业中得到了广泛的应用。
3、柳钢气体公司液氧气化系统的气化器采用了业内通用的蒸汽水浴式气化器,蒸汽通过喷头直接进入气化器,与内部循环水接触换热,循环水加热后与浸没在水中盘管内的液氧换热,盘管内的液氧气化后送出,蒸汽冷凝后通过气化器上部溢流管排放。该套气化系统建成投产后在生产中发挥了很大的作用,特别是在空分设备紧急停车的情况下,保证了气体供应的稳定。
4、柳钢气体公司应急系统的使用中发现，虽然液氧应急系统是空分异常停车重要的应急设备，但也存在一些能源效率利用不高的情况。首先，液氧被气化过程中都是通过蒸汽进行热交换，实现由液态（-180℃）转换为气态（20℃）送到管网，气化过程需要大量蒸汽，气体公司本身不生产蒸汽，这些蒸汽需要外部采购。其次，气体公司有大量循环水需要冷却，这些循环冷却水通过风机冷却塔冷却，需要消耗大量电能。如果能将需要冷却的循环水来气化低温液体，既降低了蒸汽的消耗，又降低的水温，可以说是一举两得。根据统计，2017年气体公司液体气化量大约为6186万m3，共消耗蒸汽大约是1.40万吨，蒸汽消耗量较大，换热过程中低温液体所含的大量冷量也没有得到利用，如果能将这部分冷量充分利用，既能降低蒸汽消耗，又能回收低温液体冷量，降低循环水温度，可以有效地降低生产成本。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种利用低温液体和循环水系统的热量交换，在气化液氧的同时，又将冷量回收至循环水系统，达到降低水温的目的，实现了能源的高效循环利用的超低温液体冷量回收装置。
本实用新型的解决方案是这样的：
一种超低温液体冷量回收装置，包括液氧泵、气化器，所述液氧泵的入口连接来自常压液体氧储槽，出口通过进口端阀门连接至少一个气化器的管内；所述气化器的腔体内安装多层盘管，形成盘管内部为液体氧流动通道、盘管外部为冷却水流动通道，所述冷却水流动通道的冷却水进口位于气化器的下部，冷却水出口位于气化器的上部，冷却水出口通过管路连接水池，气化器的盘管出口连接氧气用户端。
更具体的技术方案还包括：所述气化器内部的多层盘管为采用多层盘成直径不同的盘管，同轴套接，盘管的液体氧输入管连接集液管，将进入气化器的液体氧分流到各个盘管，盘管的输出端连接集气管，将盘管流出的氧气进行汇流后连接氧气用户端。
进一步的：所述气化器的液体氧输入管、氧气用户端同时设置有气化器的上端，集液管位于气化器下端，集气管位于气化器上端；液体氧输入管从气化器上端伸入到下端，与处于下端的集液管连通。
采用上述技术方案，可以对现有的蒸汽水浴式汽化器进行改造，取消蒸汽入口，取消溢流装置，考虑到循环水回水温度相对较低，一般在25-35℃，比之前通入蒸汽的水温低将近60-70℃，为保证换热效果，适当增加换热器换热面积，采用一台应急泵对应2-3个水浴式汽化器并联进行使用，如果换热效果好，就采用单台换热；反之，可以采用多台换热，确保复热后的氧气达到常温；因为循环水回水本身就有一定的压力，大约0.25MPa左右，无需对原有气化器内的水进行强制循环，因此可以取消原有气化器的小水泵；对循环水系统进行改造，通过空分机组停机的机会在循环水进出口总管留头（各安装一个阀门），确保改造过程对空分机组正常运行不造成影响。
上述技术方案中，可以在气化器的进出口安装温度探头，并将出口温度与应急泵的运行信号联锁，操作人员可以在DCS上实时监控应急泵的运行情况，确保安全。
本实用新型的优点是：
1、投入使用以后，立即停止了蒸汽的使用，效果非常明显。经过现场温度探头实测，进气化器的液氧温度-186℃，出气化器的温度为20℃，完全达到液氧应急系统的运行要求。
2、实现低温液体冷量的回收利用，减少了蒸汽和电能消耗，达到了节能降耗的目的。
3、每月可节约蒸汽283吨，蒸汽单价是135元，全年节约蒸汽成本45.8万元，全年节约电费成本1260元。
4、如果全厂5套机组应急系统全部采用此装置，取消蒸汽使用和循环小水泵，则全厂年合计可降成本189万元。
5、由于装置中换热的水量相比整个循环水量较小，因此单台冷量回收装置对水温的降低有限，但如果能全面推广，所有应急系统气化装置均采用此装置，则系统循环水水温会得到有效降低，会进一步节约循环水冷却需要消耗的电能。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是气化器3的结构示意图。
图中附图标记为：来自常压液体氧储槽A、氧气用户端B、冷却水进口C、冷却水出口D、液氧泵1、进口端阀门2、气化器3、集气管4、液体氧输入管5、气化器罐体6、集液管7、第一组盘管8、第二组盘管9、第三组盘管10、第四组盘管11、第五组盘管12。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括液氧泵1、气化器3，所述液氧泵1的入口连接来自常压液体氧储槽A，出口通过进口端阀门2连接至少一个气化器3的管内；所述气化器3的腔体内安装多层盘管，形成盘管内部为液体氧流动通道、盘管外部为冷却水流动通道，所述冷却水流动通道的冷却水进口C位于气化器3的下部，冷却水出口D位于气化器3的上部，冷却水出口D通过管路连接水池，气化器3的盘管出口连接氧气用户端B。
如图2所示，气化器3内部的多层盘管为采用多层盘成直径不同的盘管套接成型，盘管的液体氧输入管5连接集液管7，将进入气化器的液体氧分流到各个盘管，盘管的输出端连接集气管4，将盘管流出的氧气进行汇流后连接氧气用户端B，盘管的液体氧输入管5连接集液管7，将进入气化器的液体氧分流到各个盘管，盘管的输出端连接集气管4，将盘管流出的氧气进行汇流后连接氧气用户端B。
本实施例中，采用径向尺寸不相同的第一组盘管8、第二组盘管9、第三组盘管10、第四组盘管11、第五组盘管12同轴套接，每组盘管采用两根管同径相绕的结构，气化器3的液体氧输入管5、氧气用户端B同时设置有气化器3的上端，集液管7位于气化器3下端，集气管4位于气化器3上端；液体氧输入管5从气化器3上端伸入到下端，与处于下端的集液管7连通。
冷量回收装置换热后的水是不经过冷却塔直接回到水池，由于单台应急泵流量不大，一般流量在10000-15000m3/h（标况下）左右，液体携带的冷量有限，对水温的降低不多，水的流量大约为500m3/h，大约占总循环水量的1/10，因此对装置的水阀和水管要做好选型，阀门和管道不宜过大，一般不超过大于200mm，否则过多的水经过气化器回到水池，会影响回水的温度，如果阀门或管道通径设计过大，阀门就必须小开度工作，会增加管阻，造成能耗损失。其次，应急系统出口必须设置温度计，出口温度要与应急系统联锁，一旦出口温度低于0℃，系统会自动停机，以确保管道安全。
本实用新型工作原理为：当应急系统启动后，低温液体会被泵输送到气化器内，低温液体走管内，水走管外，水是空分冷却各压缩机后的回水，压力大概0.25MPa，温度大约25-35℃，水从下部进入气化器，当气化器注满水后，从上部出来通过管道送入水池，为确保低温液体可以被充分气化，可采用2-3个气化器并联使用，以满足出口温度，每个气化器前后都设置有阀门，可以单台使用，也可多台共用。换热后的水直接进入水池，不再经过风机冷却塔冷却。
