[发明专利]在低温下操作的用于气体的分离或液化的设备

说明书

一种用于在低温下分离或液化气体的设备，其包括隔离的腔室，该隔离的腔室包括至少一个在低温下运行的前部蒸馏塔以及用于传输来自或流向该塔的流体的管道，具有直径D的该管道(5、7)包括用于改变流体的流动方向的弯头(1)，在弯头内设置异形导流叶片(3)，其凹面朝向弯头的中心，形成多个通道。

本发明涉及一种在低温下操作的用于气体的分离或液化的设备，尤其涉及一种用于通过低温蒸馏分离空气的设备。

随着蒸馏塔填料性能质量的进步，所述塔的直径越来越小。相反，将过程中的液体和气体输送到塔入口/出口的管道的尺寸并未减小。

因此，冷箱的空间占用(footprint)越来越受到管道而不是受到塔本身的限制。另外，该管道还产生压降，因此对分离能量消耗的增加做出了贡献。

因此，重要的是，开发一种适用于管道的设计，该设计可以减少气体(例如空气)的比分离能和/或减少冷箱的空间占用。

在用于在低温下分离流体的设备中，通过弯头发生管道方向的改变。它们可能有几种设计，但是当管道的直径太大(40英寸或101.6厘米)时，在技术上需要插入斜接弯头(mitred bend)，因为圆形弯头在一定尺寸以上在经济上不可行。

斜接弯头通过焊接以精确的角度切割的直管的多个扇形段(sector)，最终获得所需的角度而形成。

这些扇形段由围绕其公共轴接合的复曲区段(toric segment)构成。

这些类型的弯头的缺点是它们的空间占用。这是因为，为了减小与方向变化有关的压降，已知的做法是增加弯头的曲率。但是，这样的空间占用对于在冷箱中的装置而言太大。建议坚持大于或等于1、通常大于或等于1.5D的曲率半径R与管道直径D的比率。

R/D小于1也是可能的，但这将对压降不利。

叶片弯头(vane bend)具有满足减少例如空气的气体的比分离能量和/或减少冷箱的空间占用的目标的潜力。

根据本发明的一个主题，提供了一种用于在低温下分离或液化气体的设备，该设备包括隔离的腔室，该腔室包括至少一个在低温下操作的前部元件，其为蒸馏塔，并且还包括用于输送来自或流向该元件的流体的管道，该管道的直径为D，包括用于改变流体流动方向的弯头，其特征在于：i)该弯头不包括曲率，或者包括曲率半径R与所述管道直径D的比小于(0.5D+x)/D的曲率，其中x等于0或者大于0且小于0.5D，ii)在该弯头内设置异形导流叶片(profiled deflector vane)，其凹面朝向弯头中心，形成多个平行的弯曲通道。

根据本发明的其他任选方面：

-该设备包括至少两个沿弯头的二等分线(bisector)彼此平行对齐的叶片；

-该设备包括至少五个沿弯头的二等分线彼此平行对齐的叶片；

-弯头形成直角；

-流体是待分离的气态空气，通过管道输送到蒸馏塔；

-流体是来自蒸馏塔的气态氮；

-管道的直径大于101.6厘米；

-至少一个叶片伸出弯头；

-弯头位于所述元件和腔室的壁之间；

-曲率半径R与管道的直径D之比小于1，优选小于0.7；

-R/D比大于0.5；

-弯头的空间占用小于1.5D，优选小于1.2D。

将参考附图更详细地描述本发明。

图1示出了从外部观察的根据本发明的弯头。

图2示出了根据本发明的弯头。

图3表示根据现有技术的弯头。