一种冷火炬气分液、汽化和升温系统
技术领域
本发明属于化工过程处理技术领域，涉及一种冷火炬气分液/汽化/升温系统，特别涉及一种利用循环甲醇吸收蒸汽的热量作为加热媒介对冷火炬凝液进行汽化和对冷火炬气进行加热升温的系统。
背景技术
火炬是用来处理(石油)化工厂，炼油厂及其它工厂或装置无法收集和再加工的可燃或有毒气体及蒸汽的特殊燃烧设施，是保证工厂安全生产、减少环境污染的一项重要措施。虽然人们对火炬燃烧感到可惜，希望将这些气体加以利用，但由于火炬气量和组分变化很大，所以很难将这部分气体全部回收利用，而只能将火炬视为生产流程的重要组成部分。火炬系统的排放管网一般根据工厂的具体情况设定，以乙烯装置为例，依据物料状态不同，分别设置干火炬系统、湿火炬系统、热火炬系统和冷火炬系统四类。其中根据石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范的规定，从安全环保以及经济性考虑，这些低温火炬气都不允许直接送至火炬头焚烧，特别冷火炬系统中的低温液态烃须经蒸发器加热汽化并升温后送去火炬总管。现有的升温方法有：
CN104101232B的中国专利的做法是通过换热器利用蒸汽直接对乙烯进行加热，但由于低温火炬液温度过低(-99℃)，换热管壁温远低于0℃，这样会造成蒸汽凝液来不及排出便在换热管壁上结冰，甚至最终会导致换热器堵塞，无法实现对火炬气进行加热。
CN201510104867.6的中国专利的做法是通过设置两套甲醇蒸汽汽化器，利用甲醇作为热源加热低温火炬凝液及低温火炬气，该技术虽然可以有效防止蒸汽及凝液在换热管壁面的结冰，但是需要设计四台换热设备，配套的仪器、仪表也很多，设备投资较大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷火炬气分液、汽化和升温系统，具体为采用蒸汽汽化甲醇，然后利用甲醇作为传热媒介对冷火炬液凝液进行汽化及对冷火炬气进行升温的工程设计方案，以提高系统安全稳定性并降低投资费用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种冷火炬气分液、汽化和升温系统，包括：
冷火炬气分液罐：其入口分别连接外部的冷火炬气收集总管和冷液体排放总管；
冷火炬罐凝液汽化器：包括上部换热管束、位于上部换热管束下方的下部换热管束，以及包裹所述上部换热管束和下部换热管束的壳程换热空腔，所述上部换热管束的管程入口连接所述冷火炬气分液罐的液体出口，管程出口则返回连接所述冷火炬气分液罐；
蒸汽凝液罐：其连接所述下部换热管束的管程出口；
冷火炬总管升温器：其管程入口连接所述冷火炬气分液罐的气相出口，管程出口外接；所述冷火炬总管升温器的壳程出入口均连接冷火炬罐凝液汽化器的壳程换热空腔，在冷火炬罐凝液汽化器与冷火炬总管升温器之间形成闭合回路。进一步的，所述下部换热管束的管程入口连接蒸汽管线，所述壳程换热空腔连接甲醇管线，下部换热管束的管程内部通蒸汽，所述壳程换热空腔内通甲醇，甲醇在壳程换热空腔中进行在下部换热管束处汽化、在上部换热管束处冷凝的汽化-冷凝循环过程，所述下部换热管束为蒸汽-甲醇汽化器。
进一步的，冷火炬总管升温器壳程通甲醇，甲醇在闭合回路中进行在冷火炬罐凝液汽化器内汽化、在冷火炬总管升温器冷凝的汽化-冷凝循环过程。
本发明中，上部换热管束中的低温凝液在管内被甲醇蒸汽汽化并与冷火炬气相管线相连，甲醇蒸汽在上部换热管束的表面冷凝为甲醇液体并在管束表面靠重力回落至冷火炬罐凝液汽化器的下部换热管束，下部换热管束为如U形管式换热器等形式的蒸汽-甲醇汽化器，蒸汽在下部换热管束的管程入口流入，并在管内把壳程换热空腔内的甲醇液体汽化为饱和蒸汽后自身冷凝为蒸汽凝液后流入蒸汽凝液罐，甲醇蒸汽则在冷火炬罐凝液汽化器内不断进行着下部汽化，上部冷凝的过程，从而形成了一个封闭的甲醇循环回路。同时，冷火炬总管升温器的壳程的出入口也分别连接冷火炬罐凝液汽化器的壳程换热空腔，这样，甲醇蒸汽还不断为流经冷火炬总管升温器的低温冷火炬气提供热量，其凝液在重力作用下回流至冷火炬罐凝液汽化器的蒸汽-甲醇汽化器。
进一步的，所述下部换热管束的管程入口通过压力控制调节阀连接蒸汽管线。
更进一步的，所述壳程换热空腔上分别设有安全阀和压力指示变送器，该压力指示变送器还连接所述压力控制调节阀。安全阀可在甲醇系统超压时保护系统安全，压力指示变送器可将压力信号传至压力控制调节阀，根据壳程换热空腔的压力大小调节蒸汽压力控制调节阀的开度，从而控制蒸汽的进料量，最终保持冷火炬罐凝液汽化器壳体内甲醇压力为定值。
进一步的，所述蒸汽凝液罐的出口通过蒸汽凝液液位调节阀连接外部蒸汽凝液管网，在蒸汽凝液罐上还设有连接所述蒸汽凝液液位调节阀的液位变送器。
进一步的，为了保证甲醇凝液可自流至冷火炬罐凝液汽化器的蒸汽-甲醇汽化器管束，将冷火炬总管升温器安装在冷火炬罐凝液汽化器的上方。
进一步的，所述壳程换热空腔上还设置有液位计，用于根据液位指示，适时补充甲醇。如果装置所处的最低环境温度低于0℃时，为了避免管线结冰，凝液管线和蒸汽调节阀旁路管线均应伴热。
进一步的，所述上部换热管束设置在下部换热管束上方的0.5m及以上。
进一步的，本发明中，如果冷火炬气分液罐所处理的低温火炬气为乙烯火炬气，与低温火炬气接触的设备部件及管道管件材质应采用304不锈钢材质；如果所处理的低温火炬气为丙烯火炬气，为了节省投资，与低温火炬气接触的设备部件及管道管件材质宜采用低温碳钢，其余设备部件及管道管件材质采用碳钢即可。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)冷火炬罐凝液汽化器和冷火炬总管升温器都不会与水(水蒸汽)直接接触，从而解决了凝结水在换热管上结冰的问题；
(2)冷火炬罐凝液汽化器和冷火炬总管升温器共用一套蒸汽-甲醇汽化器，同时上部换热管束和蒸汽-甲醇汽化器共用一个壳体换热空腔，从而组成一台设备，进而可大量节省设备投资。
(3)甲醇在封闭空间内循环，仅用作加热媒介，没有消耗，可节省运行成本。
(4)根据所处理的低温火炬气对设备及管道选材，可大量节省投资成本；所用热源为低温蒸汽，且蒸汽凝液全部回收，节能、节水且对环境无污染；升温后的低温火炬气符合国家标准要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中标记说明：
1-冷火炬气分液罐，2-冷火炬罐凝液汽化器，3-冷火炬总管升温器，4-蒸汽-甲醇汽化器，5-蒸汽凝液罐，6-压力控制调节阀，7-蒸汽凝液液位调节阀，8-安全阀，9-压力指示变送器，10-液位变送器，11-液位计；
A代表冷火炬气、B代表冷液体，C代表处理后的火炬气、D代表蒸汽、E代表蒸汽凝液、F代表甲醇。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，一种冷火炬气分液、汽化及升温系统，包括冷火炬气分液罐1、冷火炬罐凝液汽化器2、蒸汽凝液罐5、冷火炬总管升温器3，冷火炬气分液罐1入口分别与冷火炬气收集总管及冷液体排放总管连接，冷火炬气分液罐1的气相出口通过管线与冷火炬总管升温器3的管程入口接通，冷火炬气分液罐1的下部液体出口通过管线与冷火炬罐凝液汽化器2的上部换热管束的管程入口连接，冷火炬凝液汽化器2为U形管换热器，冷火炬罐凝液汽化器2的上部换热管束的管程出口返回冷火炬气分液罐1顶部，冷火炬罐凝液汽化器2的下部换热管束即为蒸汽-甲醇汽化器4，蒸汽-甲醇汽化器4为U形管换热器，其管程入口通过压力控制调节阀6连接外部的蒸汽管线，蒸汽-甲醇汽化器4的管程出口通过管线连接蒸汽凝液罐5，蒸汽凝液罐5上设有液位变送器10，蒸汽凝液罐5的出口通过管线与蒸汽凝液液位调节阀7相连，蒸汽凝液液位调节阀7连接外部凝结水管网，液位变送器10与蒸汽凝液液位调节阀7相连。冷火炬罐凝液汽化器2的壳程换热空腔内为甲醇蒸汽及凝液，一部分甲醇蒸汽在冷火炬罐凝液汽化器2壳程自由上升至冷火炬凝液汽化器管束(即上部换热管束)，另一部分甲醇蒸汽在冷火炬罐凝液汽化器2的壳程换热空腔的壳程开口处通过管线与冷火炬总管升温器3的壳程入口连接，冷凝后的甲醇液体在冷火炬总管升温器3的壳程出口靠重力回流至冷火炬罐凝液汽化器2壳程。冷火炬凝液汽化器管束(即上部换热管束)安装在蒸汽-甲醇汽化器(即下部换热管束)4的上方0.5米以上，冷火炬罐凝液汽化器2的壳程换热空腔上设有安全阀8和压力指示变送器9，压力指示变送器9连接压力控制调节阀6。冷火炬总管升温器3为单管程、固定管板式换热器，经冷火炬气分液罐1的气相出口排出的低温火炬气走管程，甲醇走壳程，甲醇蒸汽从壳程入口接入，甲醇凝液从壳程出口回流至冷火炬罐凝液汽化器2的壳程换热空腔。冷火炬气分液罐1和冷火炬总管升温器3安装在冷火炬罐凝液汽化器2的上方。冷火炬罐凝液汽化器2壳程设置了液位计11，用于根据液位指示，适时补充甲醇。
如图1所示，本实施例的系统的工作过程如下：
冷火炬气A从冷火炬气收集总管进入冷火炬气分液罐1中，冷液体B从冷液体排放总管进入冷火炬气分液罐1中，冷火炬气分液罐1中的低温凝液进入冷火炬罐凝液汽化器2的上部换热管束的管程内，来自蒸汽管线的蒸汽D通过压力控制调节阀6进入冷火炬罐凝液汽化器2的下部换热管束，产生的凝液通过管线进入蒸汽凝液罐5，经蒸汽凝液液位调节阀7后的蒸汽凝液E进入凝结水管网。罐区液态的甲醇F进入冷火炬罐凝液汽化器2的壳程(即壳体换热空腔)被蒸汽汽化，汽化后的甲醇一部分直接在冷火炬罐凝液汽化器2的壳程将来自冷火炬气分液罐1中的低温凝液汽化，一部分通过管线与冷火炬总管升温器3的壳程相连将来自冷火炬气分液罐1顶部出口排出的冷火炬气升温，自身冷凝后回流至冷火炬罐凝液汽化器2的壳程，从而形成了一个封闭的甲醇循环回路，即甲醇凝液在重力作用下从冷火炬罐凝液汽化器2的上部换热管束和冷火炬总管升温器3的壳侧返回至冷火炬罐凝液汽化器2的下部换热管束，来自冷火炬气分液罐1顶部出口排出的冷火炬气经升温处理后符合可燃气体排放规定的处理后的火炬气C被送界区外火炬总管。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
