一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法，是在一套全低压外压缩空分流程的基础上，根据外围对压力氮气的需求情况，将一个合适容积的液氮裸罐放置于空分装置的冷箱内，用于储存空分装置正常生产期间多余的液氮；液氮裸罐以及放置水冷塔、空冷塔底部的液氮汽化器用阀门、管道等与空分装置有机相连，使得液氮裸罐中的液氮在外供压力氮气突然增加时，得以迅速汽化，而且对原空分装置的生产工况干扰很小；本发明可以在几分钟内使其压力氮气外送负荷增加100%，应对生产装置突发事故。本发明解决了突发压力氮气负荷增加问题，而且在设计新空分装置时可减少氮气产量冗余，减少空分装置正常运行期间的能耗。
【专利说明】一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于深冷空气分离氧气、氮气领域的一种全低压外压缩空气分离的装置及方法，具体涉及一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法。
【背景技术】
[0002]在大型石油化工联合企业中，众多生产装置要用氮气作为保护性气体，起到机器密封、罐体置换、输送物料、加温再生、设备吹扫等用途；特别是生产装置突发险情，为避免事故扩大，需要紧急喷氮气，起到隔离、阻燃、稀释物料等作用。目前空分装置通常是通过全低压低温分离空气中的氧氮气，提供给下游装置使用，空气分离装置的产量负荷一般是固定不变的，即使有负荷变化也需要一定的时间调整；为了适应外部不稳定的氮气需求，目前一般采取的方法有:一是新建空气分离装置时设计生产负荷加大，正常生产情况下留有一定的氮气放空量，以备应急之需；二是采用外部液氮储罐汽化系统，需要时进行液氮汽化投入使用。
[0003]上述方法基本满足了生产装置对氮气的需求，但是我们也从中不难看出，第一种方法要加大空气分离装置氧氮气产量的设计规模，加大设备的投资，同时平时有很大一部分放空量(毕竟生产装置大部分时间处于正常运行状态)，自然运行成本增高。第二种方法需要除空气分离装置外，需要再配置一套液氮储罐及液氮汽化系统，也是很大的设备投入以及占用一定的场地，关键是目前的液氮汽化系统的投用操作繁琐，应对设备突发事故时有一定差距，液氮汽化从操作开始到氮气送出一般要在20分钟以上。如何减少氮气放散量，缩短应急氮气供应时间，减少设备投资，达到空气分离装置经济运行的问题备受关注。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法。
[0005]本发明提供的一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置,包括:
过滤器(I)、压缩机(2)、常温水泵(3)、空冷塔(4)、第I个分子筛吸附器(501)、第2个
分子筛吸附器(502)、加热器(6)、低温水泵(7)、水冷塔(8)、增压膨胀机(9)、换热器(10)、主换热器(11)、下塔(12)、主冷凝蒸发器(14)、过冷液化器(15)、上塔(16)、冷箱(17)、氮压机(18)、液氮裸罐(13)、第I液氮汽化器、第2液氮汽化器；和
液氮进入或排出液氮裸罐阀门(V0)、水冷塔液氮汽化出口控制阀门(VI)、液氮进入水冷塔控制阀门(V2)、液氮进入空冷塔控制阀门(V3)、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6);空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)、出空冷塔空气管道(Kl )、分子筛净化后空气经主换热器去下塔的空气管道(K2)、分子筛净化空气去增压膨胀机增压端的空气管道(K3)、膨胀空气去上塔的管道(K4)、出下塔底部液态空气管道(K5)、出过冷液化器液态空气去上塔的管道(K6);和 下塔顶部氮气管道(D1)、出冷凝蒸发器液氮回下塔管道(D2)、出过冷器后液氮节流去上塔管道(D3)、出过冷器后液氮去液氮裸罐管道(D4)、出上塔顶部氮气管道(D5)、出主换热器氮气管道(D6)、压力氮气管网(D7)、液氮裸罐顶部氮气管道(D8)、液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道(D9)、下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部管道(D10)、液氮裸罐底部取出(或进入)管道(DlI)、液氮进水冷塔管道(D12)、液氮进空冷塔管道(D13)、水冷塔8液氮汽化出口管道(D14)、空冷塔4液氮汽化出口管道(D15);和
出上塔上部污氮气管道(W1)、出主换热器去冷水塔的管道(W2)、出主换热器污氮气去分子筛加热器的管道(W3)、出主换热器污氮气去冷吹分子筛的管道(W4)、加温或冷吹污氮气出分子筛放大气的管道(W5);和
上塔底部氧气取出管道(Yl)、氧气出主换热器的管道(Y2);和出过滤器去压缩机的空气管道(G1)、出压缩机去空冷塔的空气管道(G2)、出增压膨胀机的增压端去换热器的管道(G3)、出主换热器中部去增压膨胀机的膨胀端的管道(G4);和第I个分子筛吸附器进口控制阀门(F1)、第2个分子筛吸附器进口控制阀门(F2)、第I个分子筛吸附器出口控制阀门(F3)、第2个分子筛吸附器出口控制阀门(F4)、下塔底端引出管道经冷液化器后进入上塔之前的控制阀门(F5 )、主冷凝蒸发器弓I出管道经过冷液化器后进入上塔之前的控制阀门(F6)、主换热器出口引出管道进入水冷塔底部之前的控制阀门(F7)、上塔底部引出管道经主换热器进入装置外部压缩机之前的控制阀门(F8)。
[0006]其中，过滤器(I)的作用是对空气进行过滤；
压缩机(2)的作用是对从过滤器(I)取出的空气进行压缩；
空冷塔(4)的作用是对从压缩机(2)出来的压缩空气用冷却水进行喷淋冷却；
第I分子筛吸附器(501)和第2个分子筛吸附器(502)的作用是清除空气的水分及二氧化碳，对空气进行清洁，当其中一个为空气正向吸附时，另一个为污氮气反向再生；
主换热器(11)的作用是对空气进行冷却；
增压膨胀机(9)增压端的作用是对空气进行进一步压缩；
增压膨胀机(9)膨胀端的作用是对空气进行制冷膨胀；
水冷却器(10)的作用是对空气进行冷却；
上塔(16)的作用是对空气进行精馏，经上塔(16)精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气(D5 )、上塔的上部的污氮气(Wl)、上塔底部的氧气(Yl);
下塔(12)的作用是对空气进行精馏，经下塔(12)精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气(K5)和下塔顶部的氮气(Dl)；
主冷凝蒸发器(14)位于上塔(16)和下塔(12)之间，其作用是将下塔顶部的氮气(Dl)收入后冷凝为液氮(D2);
过冷液化器(15)的作用是对液态空气进行过冷；
液氮裸罐(13)的作用是储存液氮。
[0007]其中，第I液氮水浴汽化器位于空冷塔(4)底部，第2液氮水浴汽化器位于水冷塔
[8]底部；如果压力氮气增负荷小于30%(体积百分比)，则仅投用位于水冷塔(8)底部的第2液氮水浴汽化器；如果压力氮气增负荷较大，再将空冷塔(4)底部第I液氮水浴汽化器投用；
液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO)位于液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)的支路上，用于控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐(13)内；水冷塔液氮汽化出口控制阀门(Vl)位于水冷塔液氮汽化出口管道(D14)上，用于控制经水冷塔(8)底部的第2液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7)；
液氮进入水冷塔控制阀门(V2)位于液氮进水冷塔的管道(D12)上，用于控制从液氮裸罐(13)底部取出的液氮去往设置在水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器；
液氮进入空冷塔控制阀门(V3)位于液氮进空冷塔的管道(D13)上，用于控制从液氮裸罐(13)底部取出的液氮去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器；
下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)位于下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部的管道(DlO)上，用于控制该管道与下塔顶部的氮气相通，在快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力；
液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)位于从液氮裸罐(13)顶部引出管道(D8)的一个支路，即液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道(D9)上，用于控制去往氮气进主换热器前的管线，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；
过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)位于主冷凝蒸发器(14)引出管道的一个支路上，该支路管道与液氮裸罐(13)连通，过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)用于控制从主冷凝蒸发器(14)出来的过冷液氮进入液氮裸罐；
空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)位于空冷塔液氮汽化出口管道(D15)上，用于控制经空冷塔(4)底部的第I液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7)；
过滤器(I)位于压缩机(2)上方，过滤器的出口引出管道(Gl)与压缩机入口相通，压缩机出口引出管道(G2)与空冷塔底部侧面相通，常温水泵3从循环水管道取水送往空冷塔4的中部；空冷塔(4)顶端引出管道(Kl)通过阀门(Fl和F2)分别与两个分子筛吸附器(501和502)的下端连通；第I个分子筛吸附器(501)为空气正向吸附时，第2个分子筛吸附器(502)为污氮气反向再生，从两个分子筛吸附器(501、502)的顶端引出的管道通过阀门(F3、F4)控制分为两路，其中一路管道(K2)经主换热器(11)与下塔(12)的侧面底部连通，其中另一路管道(K3)与增压膨胀机(9)增压端入口连通，增压膨胀机(9)增压端出口引出管道(G3)经水冷却器(10)与主换热器(11)入口连通，主换热器(11)中部出口引出管道(G4 )与增压膨胀机(9 )膨胀端入口连通，增压膨胀机(9 )膨胀端出口引出管道(K4 )与上塔
(16)连通。
[0008]其中，下塔(12)底端引出管道(K5)经过冷液化器(15)后通过节流阀(F5)与上塔(16)中部连通；下塔(12)顶端引出管道(Dl)与主冷凝蒸发器(14)连通；主冷凝蒸发器
(14)引出管道分为两路，一路(D2)与下塔(12)连通；另一路经过冷液化器(15)后再分为两路，一路(D3)经节流阀(F6)控制与上塔(16)连通，另一路(D4)用阀门(V6)控制与液氮裸罐(13)连通；
上塔(16)顶端引出管道(D5)经过冷液化器(15)后与主换热器(11)入口连通，主换热器(11)出口引出管道(D6)与压缩机(18)入口连通，压缩机(18)出口与压力氮气管网(D7)连通；上塔(16)上部引出管道(Wl)经过冷液化器(15)与主换热器(11)连通，主换热器
(11)出口引出管道分为三路，一路(W3 )经加热器(6 )与再生分子筛(501或502 )连通，其中在一个时间周期内只能通过一个分子筛，其意义为再生，另一个分子筛此时间周期为空气吸附，分子筛(501或502)引出管道(W5)与大气相通；二路(W4)经加热器(6)的旁路管线，与分子筛(501或502)相通，分子筛(501或502)引出管道(W5)与大气相通；三路(W2)经阀门(F7)与水冷塔(8)底部连通，经水冷塔顶部喷淋的水换热后，水冷塔(8)顶部与大气相通；上塔(16)底部引出管道(Yl)与主换热器(11)连通，主换热器(11)出口引出管道(Y2)经阀门(F8)控制与装置外部压缩机连通，装置外部压缩机出口与用户连通。
[0009]其中，液氮裸罐(13)顶部引出管道(D8)分为两路，一路(D9)用阀门(V5)控制去往氮气进主换热器(11)前的管线上，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；另一路(DlO)用阀门(V4)控制与下塔顶部的氮气相通，其作用为快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力；
液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)分为三路，一路用阀门(VO)控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐(13)内；二路(D12)用阀门(V2)控制去往设置在水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气(D14)经阀门(Vl)控制去往压力氮气管网(D7);三路(D13)用阀门(V3)控制去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气(D15)经阀门(V7)控制去往压力氮气管网(D7)；
其中，将液氮裸罐(13)、增压膨胀机(9)的膨胀端、主换热器(11)、下塔(12)、冷凝蒸发器(14)、上塔(16)、过冷液化器(15)都置于冷箱(17)中。
[0010]本发明还提供了一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法，包括如下步骤:
步骤一、空气经过滤器(I)过滤后，进入压缩机(2)空气被压缩至0.5MPa左右，通过空冷塔(4)压缩空气被冷却水喷淋冷却到15摄氏度左右，压缩空气出空冷塔后进入到第I个分子筛吸附器(501)或第2个分子筛吸附器(502)，从而清除空气的水分及二氧化碳，洁净的空气再分为两路，一路经主换热器(11)，空气被冷却到-170摄氏度左右后进入到下塔(12)底部进行空气的精馏；另一路空气进入到增压膨胀机(9)的增压端被进一步压缩到
0.7MPa左右，经水冷却(10)冷却到常温再进入到主换热器(11)换热到-140摄氏度左右，从主换热器中部抽出进入到增压膨胀机(9)的膨胀端制冷膨胀后进入到上塔(16)中部参与上塔的精馏。
[0011]步骤二、参与下塔精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气和下塔顶部的氮气；下塔底部的液态空气从底部取出，经过冷器过冷后液态空气经节流阀节流进入到上塔中部参与上塔的精馏；下塔顶部的氮气进入到主冷凝蒸发器被冷凝为液氮，液氮分为两路:一路作为下塔的回流液；另一路经过冷器过冷后的液氮再分为两路，一路经节流阀送入上塔顶部作为上塔的回流液，另一路送入冷箱内的液氮裸罐(13)中作为压力氮气快速增负荷的原料；
参与上塔精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气、上塔的上部的污氮气和上塔底部的氧气；其中上塔顶部的氮气取出经过冷器、主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经氮压机压缩到0.5MPa左右供用户使用；上塔上部取出污氮气经过冷器、主换热器换热至常温后分为两路:一路经电加热器(6)或蒸汽加热器加温至170摄氏度后，去再生分子筛，当分子筛加热至合适温度后，污氮气经电加热器近路冷吹分子筛至常温；另一路污氮气经阀门调节进入到水冷塔(8)的底部与水冷塔顶部喷淋的水换热传质后排入大气中；上塔底部的氧气取出经主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经压缩到合适压力后供用户使用。
[0012]步骤三、液氮裸罐顶部引出管道分为两路，一路用阀门控制和下塔顶部的氮气相连，作用是在压力氮气快速增负荷时给液氮裸罐提供压力；另一路用阀门控制和去主换热器前的氮气管道相连，目的是液氮裸罐汽化的氮气排入氮气管道，回收汽化的氮气及冷量;
液氮裸罐底部引出管道分为三路，一路用阀门控制去往水冷塔底部的水浴液氮汽化器，汽化后的氮气去往压力氮气管网；二路用阀门控制去往空冷塔底部的水浴液氮汽化器，汽化后的氮气同样去往压力氮气管网；三路为液氮对外销售液氮接头或外部采购液氮反送给液氣裸te中。
[0013]其中，所述步骤一中，视外供氮气变化情况预先调整去增压膨胀机(9)增压端的空气量，降低增压膨胀机膨胀端出口温度，以便使装置有足够冷量产出，收集于液氮裸罐(13)中。
[0014]其中，当外供压力氮气增加时，且外送压力低至空分装置下塔压力，所采取的步骤为:迅速关闭液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)，迅速打开下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、液氮进入水冷塔控制阀门(V2)，视具体外供压力氮气负荷增加情况，决定水冷塔液氮汽化出口控制阀门(Vl)的开启速度及开度；需要注意的是:随着水冷塔底部水浴液氮汽化器的投用，水冷塔底部出口水温将降低，当出口水温靠近0摄氏度时，要加大低温水泵(7)的流量，视空冷塔出口空气温度调整常温水泵(3)的流量即可。
[0015]其中，当外供压力氮气增加超过原空分装置所产氮气的40% (体积百分比)时，为了保证空分装置空冷塔的稳定运行，增加投用空冷塔底部水浴液氮汽化器，空冷塔底部水浴液氮汽化器投用方法是:全部打开液氮进入空冷塔控制阀门(V3)，视具体外供压力氮气负荷增加情况，决定空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)的开启速度及开度。
[0016]其中，当液氮裸罐液位不足且预估到某个时段需要大量氮气时可外部采购液氮，通过液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO)反送到液氮裸罐中备用；反送流程为:液氮进入水冷塔控制阀门(V2)、液氮进入空冷塔控制阀门(V3)、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)处于关闭状态，液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)处于开启状态，然后将外部液氮槽车接入液氮进入或排出液氮裸罐阀门(V0)，缓慢开启液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO)即可。
[0017]与现有技术相比,本发明提供的一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法，是在一套全低压外压缩空分流程的基础上，根据外围对压力氮气的需求情况，将一个合适容积的液氮裸罐放置于空分装置的冷箱内，用于储存空分装置正常生产期间多余的液氮；液氮裸罐以及放置水冷塔、空冷塔底部的液氮汽化器用阀门、管道等与空分装置有机相连，使得液氮裸罐中的液氮在外供压力氮气突然增加时，得以迅速汽化，而且对原空分装置的生产工况干扰很小；本发明可以在几分钟内使其压力氮气外送负荷增加100% (体积百分比)，应对生产装置突发事故。本发明解决了突发压力氮气负荷增加问题，而且在设计新空分装置时可减少氮气产量冗余，减少空分装置正常运行期间的能耗。
[0018]与现有技术相比，由于省去了启动水泵、接通蒸汽、预冷液氮泵等操作环节，才可实现更快提供压力氮气；还可回收液氮冷量资源，省掉外部蒸汽加温系统，可谓一举两得；还省掉外部水泵系统、外部液氮泵系统、外部液体泵预冷氮封系统、外部软化水回收系统等
坐寸o【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的装置和方法示意图；
图中标记的含义为:
I—过滤器；2—一压缩机；3—常温水泵；4—空冷塔；501—第I个分子筛吸附器；502—第2个分子筛吸附器；6—加热器；7—低温水泵；8—水冷塔；9——增压膨胀机；10—换热器；11—主换热器；12—下塔；14—主冷凝蒸发器；15—过冷液化器；16—上塔；17—冷箱；18—氮压机；
13 液氣裸te。
[0020]VO—液氮进入或排出液氮裸罐阀门；V1—水冷塔液氮汽化出口控制阀门；V2——液氮进入水冷塔控制阀门；V3——液氮进入空冷塔控制阀门；V4——下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门；V5—液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门；V6—过冷液氮进入液氮裸罐阀门；V7——空冷塔液氮汽化出口控制阀门。
[0021]Fl—第I个分子筛吸附器进口控制阀门；F2—第2个分子筛吸附器进口控制阀门；F3—第I个分子筛吸附器出口控制阀门；F4—第2个分子筛吸附器出口控制阀门；F5——下塔底端引出管道经冷液化器后进入上塔之前的控制阀门；F6——主冷凝蒸发器引出管道经过冷液化器后进入上塔之前的控制阀门；F7——主换热器出口引出管道进入水冷塔底部之前的控制阀门；F8——上塔底部引出管道经主换热器进入装置外部压缩机之前的控制阀门。
[0022]Kl——出空冷塔空气管道；K2——分子筛净化后空气经主换热器去下塔的空气管道；Κ3——分子筛净化空气去增压膨胀机增压端的空气管道；Κ4——膨胀空气去上塔的管道；Κ5——出下塔底部液态空气管道；Κ6——出过冷液化器液态空气去上塔的管道。
[0023]Dl—下塔顶部氮气管道；D2—出冷凝蒸发器液氮回下塔管道；D3——出过冷器后液氮节流去上塔管道；D4—出过冷器后液氮去液氮裸罐管道；D5—出上塔顶部氮气管道；D6—出主换热器氮气管道；D7—压力氮气管网；D8—液氮裸罐顶部氮气管道；D9—液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道；D10—下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部管道；D11—液氮裸罐底部取出(或进入)管道；D12—液氮进水冷塔管道；D13——液氮进空冷塔管道；D14——水冷塔8液氮汽化出口管道；D15——空冷塔4液氮汽化出口管道。
[0024]Wl——出上塔上部污氮气管道；W2——出主换热器去冷水塔的管道；W3——出主换热器污氮气去分子筛加热器的管道；W4—出主换热器污氮气去冷吹分子筛的管道；W5—加温或冷吹污氮气出分子筛放大气的管道。
[0025]Yl——上塔底部氧气取出管道；Y2——氧气出主换热器的管道；
Gl——出过滤器去压缩机的空气管道；G2——出压缩机去空冷塔的空气管道；G3——出增压膨胀机的增压端去换热器的管道；G4—出主换热器中部去增压膨胀机的膨胀端的管道。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0027]如图1所示,一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置,包括: 过滤器(I)、压缩机(2)、常温水泵(3)、空冷塔(4)、第I个分子筛吸附器(501)、第2个分子筛吸附器(502)、加热器(6)、低温水泵(7)、水冷塔(8)、增压膨胀机(9)、换热器(10)、主换热器(11)、下塔(12)、主冷凝蒸发器(14)、过冷液化器(15)、上塔(16)、冷箱(17)、氮压机(18)、
液氮裸罐(13)、第I液氮汽化器、第2液氮汽化器、
液氮进入或排出液氮裸罐阀门(V0)、水冷塔液氮汽化出口控制阀门(VI)、液氮进入水冷塔控制阀门(V2)、液氮进入空冷塔控制阀门(V3)、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6);空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)、
出空冷塔空气管道(K1)、分子筛净化后空气经主换热器去下塔的空气管道(K2)、分子筛净化空气去增压膨胀机增压端的空气管道(K3)、膨胀空气去上塔的管道(K4)、出下塔底部液态空气管道(K5)、出过冷液化器液态空气去上塔的管道(K6)、
下塔顶部氮气管道(D1)、出冷凝蒸发器液氮回下塔管道(D2)、出过冷器后液氮节流去上塔管道(D3)、出过冷器后液氮去液氮裸罐管道(D4)、出上塔顶部氮气管道(D5)、出主换热器氮气管道(D6)、压力氮气管网(D7)、液氮裸罐顶部氮气管道(D8)、液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道(D9)、下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部管道(D10)、液氮裸罐底部取出(或进入)管道(DlI)、液氮进水冷塔管道(D12)、液氮进空冷塔管道(D13)、水冷塔8液氮汽化出口管道(D14)、空冷塔4液氮汽化出口管道(D15)、
出上塔上部污氮气管道(W1)、出主换热器去冷水塔的管道(W2)、出主换热器污氮气去分子筛加热器的管道(W3)、出主换热器污氮气去冷吹分子筛的管道(W4)、加温或冷吹污氮气出分子筛放大气的管道(W5)、
上塔底部氧气取出管道(Y1)、氧气出主换热器的管道(Y2)、
出过滤器去压缩机的空气管道(G1)、出压缩机去空冷塔的空气管道(G2)、出增压膨胀机的增压端去换热器的管道(G3)、出主换热器中部去增压膨胀机的膨胀端的管道(G4)、
第I个分子筛吸附器进口控制阀门(F1)、第2个分子筛吸附器进口控制阀门(F2)、第I个分子筛吸附器出口控制阀门(F3)、第2个分子筛吸附器出口控制阀门(F4)、下塔底端引出管道经冷液化器后进入上塔之前的控制阀门(F5 )、主冷凝蒸发器弓I出管道经过冷液化器后进入上塔之前的控制阀门(F6)、主换热器出口引出管道进入水冷塔底部之前的控制阀门(F7)、上塔底部引出管道经主换热器进入装置外部压缩机之前的控制阀门(F8)。
[0028]其中，过滤器(I)的作用是对空气进行过滤；压缩机(2)的作用是对从过滤器
(I)取出的空气进行压缩；空冷塔(4)的作用是对从压缩机(2)出来的压缩空气用冷却水进行喷淋冷却；第I分子筛吸附器(501)和第2个分子筛吸附器(502)的作用是清除空气的水分及二氧化碳，对空气进行清洁；两个分子筛其作用为:其中一个为空气正向吸附时，另一个则为污氮气反向再生；主换热器(11)的作用是对空气进行冷却；增压膨胀机(9)增压端的作用是对空气进行进一步压缩；增压膨胀机(9)膨胀端的作用是对空气进行制冷膨胀；水冷却器(10)的作用是对空气进行冷却；上塔(16)的作用是对空气进行精馏，经上塔
(16)精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气(D5)、上塔的上部的污氮气(W1)、上塔底部的氧气(Y1)。下塔(12)的作用是对空气进行精馏，经下塔(12)精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气(K5)和下塔顶部的氮气(Dl);主冷凝蒸发器(14)位于上塔(16)和下塔(12)之间，其作用是将下塔顶部的氮气(Dl)收入后冷凝为液氮(D2);过冷液化器(15)的作用是对液态空气进行过冷；
液氮裸罐(13)的作用是储存液氮；两个液氮水浴汽化器，分别位于水冷塔(8)底部及空冷塔(4)底部，如果压力氮气增负荷较小(体积百分比为30%以内)，则仅投用位于水冷塔
(8)底部的液氮水浴汽化器；如果压力氮气增负荷较大,再将空冷塔(4)底部液氮水浴汽化器投用。
[0029]液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO)位于液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)的支路上，用于控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐(13)内；水冷塔液氮汽化出口控制阀门(Vl)位于水冷塔液氮汽化出口管道(D14)上，用于控制经水冷塔(8)底部的第2液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7);液氮进入水冷塔控制阀门(V2)位于液氮进水冷塔的管道(D12)上，用于控制从液氮裸罐(13)底部取出的液氮去往设置在水冷塔(8 )底部的液氮水浴汽化器；液氮进入空冷塔控制阀门(V3 )位于液氮进空冷塔的管道(D13)上，用于控制从液氮裸罐(13)底部取出的液氮去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器；下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)位于下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部的管道(DlO)上，用于控制该管道与下塔顶部的氮气相通，在快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力；液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)位于从液氮裸罐(13)顶部引出管道(D8)的一个支路，即液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道(D9)上，用于控制去往氮气进主换热器前的管线，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)位于主冷凝蒸发器(14)引出管道的一个支路上，该支路管道与液氮裸罐(13)连通，过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)用于控制从主冷凝蒸发器(14)出来的过冷液氮进入液氮裸罐；空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)位于空冷塔液氮汽化出口管道(D15)上，用于控制经空冷塔(4)底部的第I液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7)。
[0030]其中，过滤器(I)位于压缩机(2 )上方，过滤器的出口引出管道与压缩机入口相通，压缩机出口引出管道与空冷塔底部侧面相通，常温水泵3从循环水管道取水送往空冷塔4的中部；空冷塔(4)顶端引出管道通过阀门分别与两个分子筛吸附器(501和502)的下端连通；第I个分子筛吸附器(501)为空气正向吸附时，第2个分子筛吸附器(502)则为污氮气反向再生，从两个分子筛吸附器(501和502)的顶端引出的管道分为两路，其中一路管道与主换热器(11)上端连通，主换热器(11)下端引出管道与下塔(12 )的侧面底部连通，其中另一路管道与增压膨胀机(9)增压端入口连通，增压膨胀机(9)增压端出口引出管道与水冷却器(10)和主换热器(11)自上而下依次按顺序连通，主换热器(11)中部与增压膨胀机(9)膨胀端连通，增压膨胀机(9)膨胀端与上塔(16)连通。
[0031]其中，下塔(12)底端引出管道与过冷液化器(15)连通，过冷液化器(15)与上塔
(16)中部连通；下塔(12)顶端引出管道与主冷凝蒸发器(14)连通；主冷凝蒸发器(14)引出管道分为两路，一路用阀门控制与上塔(16)连通，另一路用阀门(V6)控制与液氮裸罐(13)连通；
上塔(16)顶端引出管道依次按顺序与过冷液化器(15)、主换热器(11)和压缩机(18)连通；上塔(16)上部引出管道依次按顺序与过冷液化器(15)、主换热器(11)连通，主换热器(11)上引出管道分为两路，一路与加热器(6)和两个分子筛吸附器依次按顺序连通，其中在一个时间周期内只能通过一个分子筛，其意义为再生，另一个分子筛此时间周期为空气吸附；另一路与水冷塔(8)底部连通；上塔(16)底部引出管道与主换热器(11)和装置外部的压缩机依次按顺序连通。
[0032]其中，液氮裸罐(13)顶部引出管道(D8)分为两路，一路(D9)用阀门(V5)控制去往氮气进主换热器前的管线上，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；另一路(DlO)用阀门(V4)控制与下塔顶部的氮气相通，其作用为快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力；
液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)分为三路，一路用阀门(VO)控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐(13)内；二路(D12)用阀门(V2)控制去往设置在水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7);三路(D13)用阀门(V3)控制去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7)。
[0033]其中，将液氮裸罐(13)、增压膨胀机(9)的膨胀端、换热器(10)、主换热器(11)、下塔(12)、冷凝蒸发器(14)、过冷器(15)和上塔(16)都置于冷箱(17)中。其中，液氮裸罐
(13)的容积与外围对压力氮气的需求情况相适应，用于储存空分装置正常生产期间多余的液氮。
[0034]其中，第I液氮汽化器放置于水冷塔(8)底部；第2液氮汽化器放置于空冷塔(4)底部。如果压力氮气增负荷较小(体积百分比30%以内)，则仅投用位于水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器；如果压力氮气增负荷较大，再将空冷塔(4)底部液氮水浴汽化器投用。
[0035]如图1所示,本发明提供的一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法，包括以下步骤:
步骤一:空气经过滤器(I)过滤后，进入压缩机(2 )空气被压缩至0.5MPa左右，通过空冷塔(4)压缩空气被冷却水喷淋冷却到15摄氏度左右，压缩空气出空冷塔后，出空冷塔顶部压缩空气(Kl)经程控阀进入到两个分子筛(501或502)的一个(另一个分子筛再生)清除空气的水分及二氧化碳，洁净的空气再分为两路；一路空气(K2)经主换热器(11)与反流的氧气、氮气、污氮气换热后，被冷却到-170摄氏度左右后在进入到下塔(12)进行空气的精馏；另一路空气(K3)进入到增压膨胀机(9)的增压端被进一步压缩到0.7MPa左右，经水冷却器(10)与循环水换热冷却到常温再进入到主换热器(11)与反流的氧气、氮气、污氮气换热到-140摄氏度左右，从主换热器中部抽出后进入到增压膨胀机(9)的膨胀端制冷膨胀后的空气(K4 )进入到上塔(16 )参与上塔的精馏。
[0036]步骤二:
2.1、参与下塔(12)精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气(K5)和下塔顶部的氮气(Dl)0下塔底部的液态空气(K5)从底部取出，经过冷液化器(15)过冷后的液态空气(K6)经节流阀节流进入到上塔(16)中部参与上塔(16)的精馏；下塔顶部的氮气(Dl)进入到主冷凝蒸发器(14)被冷凝为液氮(D2)，液氮(D2)分为两路:一路液氮(D2)作为下塔的回流液；另一路经过冷器过冷后又分为两路，主路大部分液氮(D3)经节流阀送人上塔顶部作为上塔的回流液，次路小部分液氮(D4)经阀门V6控制送入液氮裸罐(13)中备用。
[0037]2.2、参与上塔(16)精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气(D5)、上塔的上部的污氮气(W1)、上塔底部的氧气(Y1)。上塔顶部的氮气(D5)取出经过冷液化器(15)、主换热器(11)换热至常温氮气(D6)经阀门控制排出装置外经压缩机(18)压缩到合适压力供用户使用；上塔上部取出污氮气(Wl)经过冷液化器(15)、主换热器(11)换热至常温后分为三路:一路污氮气(W3)经加热器(6)加入至170摄氏度后，去再生分子筛(502或501)，最终污氮气(W5)排至大气中。当分子筛加热至合适温度后，二路污氮气(W4)经电加热器近路冷吹分子筛至常温，即污氮气不再被加热，走加热器的旁路管线，用常温污氮气把分子筛温度降到常温；三路污氮气(W2)经阀门调节进入到水冷塔(8)的底部与水冷塔顶部喷淋的水换热后排入大气中；上塔底部的氧气(Yl)取出经主换热器(11)换热至常温氧气(Y2)经阀门控制排出装置外经压缩到合适压力后供用户使用。
[0038]步骤三:
3.1、液氮裸罐(13)顶部引出管道分为两路，一路(D9)用阀门(V5)控制去往氮气进主换热器(11)前的管线上，其作用为回收液氮裸罐(13)内汽化的部分液氮产品及冷量；另一路(DlO)用阀门(V4)控制与下塔顶部的氮气(Dl)相通，其作用为当快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐(13)提供压力。
[0039]3.2、液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)分为三路，一路用阀门(VO)控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐内；二路(D12)用阀门(V2)控制去往设置在水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气(D14)用阀门(VI)控制去往压力氮气管网(D7);三路(D13)用阀门(V3)控制去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气(D15)用阀门(V7)控制去往压力氮气管网(D7)。
[0040]如上所述方法，当外部装置突发事故使得压力氮气需求大量增加且氮气管网(D7)压力低于下塔顶部氮气(Dl)压力时，即可投用压力氮气快速增负荷系统，其操作方法为:依次快速关闭阀V5、V6，依次快速打开阀V4、V2，视压力氮气增负荷多少打开阀VI。需要注意的是:在压力氮气增负荷过程中，要监控液氮裸罐(13)的液位以及水冷塔(8)底部水温；当水温接近O摄氏度时，要适当增加水泵(7)的流量，减少常温水泵(3)的流量，或者再增加投用空冷塔(4)底部的液氮汽化器。空冷塔底部液氮汽化器投用方法为:打开阀V3，视外送压力氮气增加程度，决定打开阀V7的开度。
[0041]如上所述方法，特别情况下，当预知某个时段需要大量压力氮气，而液氮裸罐液氮液位不足时，即增加增压膨胀机制冷量仍不能使得在外供压力氮气低谷周期内液氮裸罐液氮液面升至足够高度时，可以事先外部采购液氮充入液氮裸罐中，延长一次外供压力氮气增负荷时间。充入方法为:检查阀V2、阀V3、阀V4、阀V6处于关闭状态，阀V5处于开启状态，然后将外部采购液氮接入V0，缓慢打开VO即可。
[0042]如上所述方法，作为优选方式，当需要压力氮气增负荷在30% (体积百分比)以内时，先行将水冷塔(8)内液氮水浴汽化器投用。若压力氮气增负荷较大，再将空冷塔(4)底部液氮水浴汽化器投用。
[0043]本发明的有益效果包括:
1、如上所述，当外部装置突发事故使得压力氮气需求大量增加且氮气管网压力低于下塔顶部压力时，即可投用压力氮气快速增负荷系统，其操作方法为:依次快速关闭阀V5、V6，依次快速打开阀V4、V2，视压力氮气增负荷多少打开阀VI。当实施该操作时，去往空冷塔的顶部水温将有效降低，自然也降低了空气进装置的温度，这无疑增加了进装置的空气量，装置产氮气量也随之有所增加，另一方面在向液氮裸罐冲压时要消耗少量下塔顶部的氮气，也就是说由于快速压力氮气增负荷不会对空分装置原有的运行生产工况大的影响。
[0044]2、压力氮气外送增负荷时，假如增加2000立方米/时氮气，只相当于3.1立方米的液氮，需要18.6立方米/时的下塔顶部氮气，这又相当于装置入口空气量增加23.8立方米/时，对于一个KD0N10000/20000全低压空分装置，其空气量在50000立方米/时，由于压力氮气增负荷10% (体积百分比)，所引起进装置空气量的变化只有0.05% (体积百分比)左右，对空分装置生产工况几乎没有影响，大大降低了操作难度。
[0045]3、将液氮裸罐(13)放置于冷箱(17)内，液氮裸罐(13)顶部与氮气进主换热器
(11)管道相连，使得液氮裸罐(13)中汽化的氮气(D8)随氮气取出管道送出，既不存在氮气产品损失，也不存在冷量损失；液氮水浴汽化器放置于水冷塔(8)底部及空冷塔(4)底部，液氮裸罐(13)及液氮水浴汽化器与空气分离装置组成一个有机整体，使得压力氮气快速增负荷成为可能；液氮裸罐放置于冷箱内与放置于冷箱外的液氮真空罐相比，可以大大减少设备投资，流程简单，减少占地面积；液氮裸罐放置于冷箱内整个空分装置(若流程布置得当)的冷量损失相对于放置于装置外部的液氮真空罐加之空分装置的冷损不会增大，液氮裸罐的传导给珠光砂的冷量损失，抵消了塔器、管道的冷量损失。
[0046]本发明所述的一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置，是在现有技术的一套全低压外压缩空分流程的基础上，根据外围对压力氮气的需求情况，将一个合适容积的液氮裸罐放置于空分装置的冷箱内，用于储存空分装置正常生产期间多余的液氮；液氮裸罐以及放置水冷塔、空冷塔底部的液氮汽化器用阀门、管道等与空分装置有机相连，使得液氮裸罐中的液氮在外供压力氮气突然增加时，得以迅速汽化，而且对原空分装置的生产工况干扰很小。
[0047]本发明所述的一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法,是将液氮裸罐和两个液氮水浴汽化器与现有技术的空分装置流程有机结合为一整体，通过控制阀门，达到快速增加压力氮气的目的。
[0048]本发明与现有技术相比，现有技术中“液氮汽化装置”和“空分装置”是两个相对独立的系统，液氮汽化可以单独投用；而本发明和“空分装置”是“一个整体”，不可单独运行。本发明将液氮裸罐、液氮快速汽化与现有技术的空分装置的设备的合理布置及流程的有机组织形式，无需另行配置一套液氮储罐及液氮汽化系统，大大减少了设备的资金投入及占地面积；压力氮气增负荷速度可根据外需情况随意及时调控，对原空分装置的生产工况干扰很小，所需时间仅限于开关几个阀门；流程简单，操作方便，液氮裸罐中的液氮在外供压力氮气突然增加时，可迅速汽化，减少氮气放散量，缩短应急氮气供应时间，可以在几分钟内使其压力氮气外送负荷增加100% (体积百分比)，应对生产装置突发事故；本发明解决了突发压力氮气负荷增加问题，而且减少氮气产量冗余，减少空分装置正常运行期间的能耗。
[0049]总之，本发明提供的一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法，是在一套全低压外压缩空分流程的基础上，根据外围对压力氮气的需求情况，将一个合适容积的液氮裸罐放置于空分装置的冷箱内，用于储存空分装置正常生产期间多余的液氮；液氮裸罐以及放置水冷塔、空冷塔底部的液氮汽化器用阀门、管道等与空分装置有机相连，使得液氮裸罐中的液氮在外供压力氮气突然增加时，得以迅速汽化，而且对原空分装置的生产工况干扰很小；本发明可以在几分钟内使其压力氮气外送负荷增加100% (体积百分比)，应对生产装置突发事故。本发明解决了突发压力氮气负荷增加问题，而且在设计新空分装置时可减少氮气产量冗余，减少空分装置正常运行期间的能耗。
[0050]以上所述仅为发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置，其特征在于:该装置包括过滤器(I)、压缩机(2)、常温水泵(3)、空冷塔(4)、第I个分子筛吸附器(501)、第2个分子筛吸附器(502)、加热器(6)、低温水泵(7)、水冷塔(8)、增压膨胀机(9)、换热器(10)、主换热器(11)、下塔(12)、主冷凝蒸发器(14)、过冷液化器(15)、上塔(16)、冷箱(17)、氮压机(18)、液氮裸罐(13)、第I液氮汽化器、第2液氮汽化器；和 液氮进入或排出液氮裸罐阀门(V0)、水冷塔液氮汽化出口控制阀门(VI)、液氮进入水冷塔控制阀门(V2)、液氮进入空冷塔控制阀门(V3)、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6);空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7 )、出空冷塔空气管道(Kl)、分子筛净化后空气经主换热器去下塔的空气管道(K2)、分子筛净化空气去增压膨胀机增压端的空气管道(K3)、膨胀空气去上塔的管道(K4)、出下塔底部液态空气管道(K5)、出过冷液化器液态空气去上塔的管道(K6);和 下塔顶部氮气管道(D1)、出冷凝蒸发器液氮回下塔管道(D2)、出过冷器后液氮节流去上塔管道(D3)、出过冷器后液氮去液氮裸罐管道(D4)、出上塔顶部氮气管道(D5)、出主换热器氮气管道(D6)、压力氮气管网(D7)、液氮裸罐顶部氮气管道(D8)、液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道(D9)、下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部管道(D10)、液氮裸罐底部取出(或进入)管道(DlI)、液氮进水冷塔管道(D12)、液氮进空冷塔管道(D13)、水冷塔8液氮汽化出口管道(D14)、空冷塔4液氮汽化出口管道(D15);和 出上塔上部污氮气管道(W1)、出主换热器去冷水塔的管道(W2)、出主换热器污氮气去分子筛加热器的管道(W3)、出主换热器污氮气去冷吹分子筛的管道(W4)、加温或冷吹污氮气出分子筛放大气的管道(W5);和 上塔底部氧气取出管道(Yl)、氧气出主换热器的管道(Y2);和出过滤器去压缩机的空气管道(G1)、出压缩机去空冷塔的空气管道(G2)、出增压膨胀机的增压端去换热器的管道(G3)、出主换热器中部去增压膨胀机的膨胀端的管道(G4);和第I个分子筛吸附器进口控制阀门(F1)、第2个分子筛吸附器进口控制阀门(F2)、第I个分子筛吸附器出口控制阀门(F3)、第2个分子筛吸附器出口控制阀门(F4)、下塔底端引出管道经冷液化器后进入上塔之前的控制阀门(F5 )、主冷凝蒸发器引出管道经过冷液化器后进入上塔之前的控制阀门(F6)、主换热器出口引出管道进入水冷塔底部之前的控制阀门(F7)、上塔底部引出管道经主换热器进入装置外部压缩机之前的控制阀门(F8)； 其中，过滤器(I)的作用是对空气进行过滤； 压缩机(2)的作用是对从过滤器(I)取出的空气进行压缩； 空冷塔(4)的作用是对从压缩机(2)出来的压缩空气用冷却水进行喷淋冷却； 第I分子筛吸附器(501)和第2个分子筛吸附器(502)的作用是清除空气的水分及二氧化碳，对空气进行清洁，当其中一个为空气正向吸附时，另一个为污氮气反向再生； 主换热器(11)的作用是对空气进行冷却； 增压膨胀机(9)增压端的作用是对空气进行进一步压缩； 增压膨胀机(9)膨胀端的作用是对空气进行制冷膨胀； 水冷却器(10)的作用是对空气进行冷却； 上塔(16)的作用是对空气进行精馏，经上塔(16)精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气(D5)、上塔的上部的污氮气(W1)、上塔底部的氧气(Yl)； 下塔(12)的作用是对空气进行精馏，经下塔(12)精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气(K5)和下塔顶部的氮气(Dl)； 主冷凝蒸发器(14)位于上塔(16)和下塔(12)之间，其作用是将下塔顶部的氮气(Dl)收入后冷凝为液氮(D2)； 过冷液化器(15)的作用是对液态空气进行过冷； 液氮裸罐(13)的作用是储存液氮； 其中， 第I液氮水浴汽化器置于空冷塔(4)底部，第2液氮水浴汽化器置于水冷塔(8)底部；当压力氮气增负荷小于30% (体积百分比)时，仅投用位于水冷塔(8)底部的第2液氮水浴汽化器；当压力氮气增负荷大于30% (体积百分比)时，再将空冷塔(4)底部第I液氮水浴汽化器投用； 液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO)位于液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)的支路上，用于控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐(13)内；水冷塔液氮汽化出口控制阀门(Vl)位于水冷塔液氮汽化出口管道(D14)上，用于控制经水冷塔(8)底部的第2液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7)； 液氮进入水冷塔控制阀门(V2)位于液氮进水冷塔的管道(D12)上，用于控制从液氮裸罐(13)底部取出的液氮去往设置在水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器； 液氮进入空冷塔控制阀门(V3)位于液氮进空冷塔的管道(D13)上，用于控制从液氮裸罐(13)底部取出的液氮去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器； 下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)位于下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部的管道(DlO)上，用于控制该管道与下塔顶部的氮气相通，在快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力； 液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)位于从液氮裸罐(13)顶部引出管道(D8)的一个支路，即液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道(D9)上，用于控制去往氮气进主换热器前的管线，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量； 过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)位于主冷凝蒸发器(14)引出管道的一个支路上，该支路管道与液氮裸罐(13)连通，过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)用于控制从主冷凝蒸发器(14)出来的过冷液氮进入液氮裸罐； 空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)位于空冷塔液氮汽化出口管道(D15)上，用于控制经空冷塔(4)底部的第I液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网(D7)； 过滤器(I)位于压缩机(2)上方，过滤器的出口引出管道(Gl)与压缩机入口相通，压缩机出口引出管道(G2)与空冷塔底部侧面相通，常温水泵3从循环水管道取水送往空冷塔4的中部；空冷塔(4)顶端引出管道(Kl)通过阀门(Fl和F2)分别与两个分子筛吸附器(501和502)的下端连通；第I个分子筛吸附器(501)为空气正向吸附时，第2个分子筛吸附器(502)为污氮气反向再生，从两个分子筛吸附器(501、502)的顶端引出的管道通过阀门(F3、F4)控制分为两路，其中一路管道(K2)经主换热器(11)与下塔(12)的侧面底部连通，其中另一路管道(K3)与增压膨胀机(9)增压端入口连通，增压膨胀机(9)增压端出口引出管道(G3)经水冷却器(10)与主换热器(11)入口连通，主换热器(11)中部出口引出管道(G4 )与增压膨胀机(9 )膨胀端入口连通，增压膨胀机(9 )膨胀端出口引出管道(K4 )与上塔(16)连通； 其中，下塔(12)底端引出管道(K5)经过冷液化器(15)后通过节流阀(F5)与上塔(16)中部连通；下塔(12)顶端引出管道(Dl)与主冷凝蒸发器(14)连通；主冷凝蒸发器(14)引出管道分为两路，一路(D2)与下塔(12)连通；另一路经过冷液化器(15)后再分为两路，一路(D3 )经节流阀(F6 )控制与上塔(16 )连通，另一路(D4 )用阀门(V6 )控制与液氮裸罐(13)连通； 上塔(16)顶端引出管道(D5)经过冷液化器(15)后与主换热器(11)入口连通，主换热器(11)出口引出管道(D6)与压缩机(18)入口连通，压缩机(18)出口与压力氮气管网(D7)连通；上塔(16)上部引出管道(Wl)经过冷液化器(15)与主换热器(11)连通，主换热器(11)出口引出管道分为三路，一路(W3 )经加热器(6 )与再生分子筛(501或502 )连通，其中在一个时间周期内只能通过一个分子筛，其意义为再生，另一个分子筛此时间周期为空气吸附，分子筛(501或502)引出管道(W5)与大气相通；二路(W4)经加热器(6)的旁路管线，与分子筛(501或502)相通，分子筛(501或502)引出管道(W5)与大气相通；三路(W2)经阀门(F7)与水冷塔(8)底部连通，经水冷塔顶部喷淋的水换热后，水冷塔(8)顶部与大气相通；上塔(16)底部引出管道(Yl)与主换热器(11)连通，主换热器(11)出口引出管道(Y2)经阀门(F8)控制与装置外部压缩机连通，装置外部压缩机出口与用户连通； 其中，液氮裸罐(13)顶部引出管道(D8)分为两路，一路(D9)用阀门(V5)控制去往氮气进主换热器(11)前的管线上，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；另一路(DlO)用阀门(V4)控制与下塔顶部的氮气相通，其作用为快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力； 液氮裸罐(13)底部引出管道(Dll)分为三路，一路用阀门(VO)控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐(13)内；二路(D12)用阀门(V2)控制去往设置在水冷塔(8)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气(D14)经阀门(Vl)控制去往压力氮气管网(D7);三路(D13)用阀门(V3)控制去往设置在空冷塔(4)底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气(D15)经阀门(V7)控制去往压力氮气管网(D7)； 其中，将液氮裸罐(13)、增压膨胀机(9)的膨胀端、主换热器(11)、下塔(12)、冷凝蒸发器(14)、上塔(16)、过冷液化器(15)都置于冷箱(17)中。
2.一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤一、空气经过滤器(I)过滤后，进入压缩机(2)空气被压缩至0.5MPa左右，通过空冷塔(4)压缩空气被冷却水喷淋冷却到15摄氏度左右，压缩空气出空冷塔后进入到第I个分子筛吸附器(501)或第2个分子筛吸附器(502)，从而清除空气的水分及二氧化碳，洁净的空气再分为两路，一路经主换热器(11)，空气被冷却到-170摄氏度左右后进入到下塔(12)底部进行空气的精馏；另一路空气进入到增压膨胀机(9)的增压端被进一步压缩到.0.7MPa左右，经水冷却(10)冷却到常温再进入到主换热器(11)换热到-140摄氏度左右，从主换热器中部抽出进入到增压膨胀机(9)的膨胀端制冷膨胀后进入到上塔(16)中部参与上塔的精馏； 步骤二、参与下塔精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气和下塔顶部的氮气；下塔底部的液态空气从底部取出，经过冷器过冷后液态空气经节流阀节流进入到上塔中部参与上塔的精馏；下塔顶部的氮气进入到主冷凝蒸发器被冷凝为液氮，液氮分为两路:一路作为下塔的回流液；另一路经过冷器过冷后的液氮再分为两路，一路经节流阀送入上塔顶部作为上塔的回流液，另一路送入冷箱内的液氮裸罐(13)中作为压力氮气快速增负荷的原料； 参与上塔精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气、上塔的上部的污氮气和上塔底部的氧气；其中上塔顶部的氮气取出经过冷器、主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经氮压机压缩到0.5MPa左右供用户使用；上塔上部取出污氮气经过冷器、主换热器换热至常温后分为两路:一路经电加热器(6)或蒸汽加热器加温至170摄氏度后，去再生分子筛，当分子筛加热至合适温度后，污氮气经电加热器近路冷吹分子筛至常温；另一路污氮气经阀门调节进入到水冷塔(8)的底部与水冷塔顶部喷淋的水换热传质后排入大气中；上塔底部的氧气取出经主换热器换热至常温经阀门控制排出装置外经压缩到合适压力后供用户使用； 步骤三、液氮裸罐顶部引出管道分为两路，一路用阀门控制和下塔顶部的氮气相连，作用是在压力氮气快速增负荷时给液氮裸罐提供压力；另一路用阀门控制和去主换热器前的氮气管道相连，目的是液氮裸罐汽化的氮气排入氮气管道，回收汽化的氮气及冷量； 液氮裸罐底部引出管道分为三路，一路用阀门控制去往水冷塔底部的水浴液氮汽化器，汽化后的氮气去往压力氮气管网；二路用阀门控制去往空冷塔底部的水浴液氮汽化器，汽化后的氮气同样去往压力氮气管网；三路为液氮对外销售液氮接头或外部采购液氮反送给液氣裸te中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤一中，视外供氮气变化情况预先调整去增压膨胀机(9)增压端的空气量，降低增压膨胀机膨胀端出口温度，以便使装置有足够冷量产出，收集于液 氮裸罐(13)中。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于:当外供压力氮气增加时，且外送压力低至空分装置下塔压力，所采取的步骤为:迅速关闭液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)，迅速打开下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、液氮进入水冷塔控制阀门(V2)，视具体外供压力氮气负荷增加情况，决定水冷塔液氮汽化出口控制阀门(Vl)的开启速度及开度；需要注意的是:随着水冷塔底部水浴液氮汽化器的投用，水冷塔底部出口水温将降低，当出口水温靠近0摄氏度时，要加大低温水泵(7)的流量，视空冷塔出口空气温度调整常温水泵(3)的流量即可。
5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于:当外供压力氮气增加超过原空分装置所产氮气的40%(体积百分比)时，为了保证空分装置空冷塔的稳定运行，增加投用空冷塔底部水浴液氮汽化器，空冷塔底部水浴液氮汽化器投用方法是:全部打开液氮进入空冷塔控制阀门(V3)，视具体外供压力氮气负荷增加情况，决定空冷塔液氮汽化出口控制阀门(V7)的开启速度及开度。
6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于:当液氮裸罐液位不足且预估到某个时段需要大量氮气时可外部采购液氮，通过液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO)反送到液氮裸罐中备用；反送流程为:液氮进入水冷塔控制阀门(V2)、液氮进入空冷塔控制阀门(V3)、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门(V4)、过冷液氮进入液氮裸罐阀门(V6)处于关闭状态，液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门(V5)处于开启状态，然后将外部液氮槽车接入液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO )， 缓慢开启液氮进入或排出液氮裸罐阀门(VO )即可。
【文档编号】F25J3/04GK103575064SQ201210255254
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】常兴路 申请人:中国石油化工股份有限公司