[发明专利]一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器

说明书

本发明公开了一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器，包括降膜式换热单元，以及依次设于降膜式换热单元下方的若干浴式换热单元，除最下层外的浴式换热单元上均设有分液斗，上方换热单元的氧介质可流经下方换热单元的分液斗进入下方换热单元，相邻两个分液斗通过溢流管连通，液氧从降膜式换热单元顶部流入。针对现有换热结构换热效率低的技术问题，本发明提供了一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器，它通过将降膜式换热单元和浴式换热单元结合使用，与相同尺寸的多层板式相比，换热效率提高20～25％。

技术领域

本发明涉及空分冷凝蒸发器技术领域，具体涉及一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器。

背景技术

冷凝蒸发器(以下简称主冷)是低温法空气分离设备(以下简称空分设备)中的核心设备，是精馏塔上塔和下塔之间的纽带，该换热器常见类型有浴式和降膜式两种。相对于浴式，降膜式在换热效率上更有优势，但其制造难度较大、安全性较差，且需要增加一个专门的液氧循环泵用于液氧循环。而常规浴式主冷因其天然局限性，渐渐跟不上空分等级不断增大的步伐。

为突破常规浴式主冷的天然局限性，近年出现了一种设计理念完全不一样的浴式主冷-多层主冷。

在常规浴式主冷中，由于板式是整体浸泡在液氧中，液氧在热虹吸的作用下，由板式换热单元的下段进入蒸发侧通道，气化后的氧气，携带大量液氧由板式换热单元的上端流出。同时，这样的结构也造成了，越靠近板式下端，液氧液柱静压力就越大，液氧泡点温度随之上升，换热温差也随之降低，也即，常规浴式主冷板式越高，平均换热效率越低。

为突破这一局限，发展出了两种型式的多层主冷-外多层和内多层。

外多层的主冷是将板式整体在高度方向上分隔成2个板式单元，主冷壳体分隔成两个腔，分别持液，通常称之为双层主冷，详见图1；而内多层则是将加高后的板式氧侧通道分隔成多个换热单元(3-5个)，用侧面液斗进行辅助持液，通常称之为多层主冷和多层板式，详见图2、图3。

由图2、图3可以看出，由空分上塔进入主冷的液氧，流入一层液斗，然后在一层换热单元中循环气化；一层剩余的液氧通过设置在一层液斗的溢流管，流入二层液斗，然后在二层换热单元中循环气化；二层剩余的液氧通过设置在二层液斗的溢流管，流入三层液斗，然后在三层换热单元中循环气化；三层剩余的液氧由三层液斗上沿溢流至主冷底部，并在四层换热单元中循环气化。-

在换热单元等高的情况下，4层换热单元换热效率相同，气化的液氧基本一样，也就是，在常规外压缩流程中，流入一层液斗的液氧量与一层换热单元中气化的液氧量的比值大于4倍，即循环倍率大于4；而在常规内压缩流程中，循环倍率可以达到5～6倍。

降膜式主冷是一种换热效率更高的板翅式换热器，如图4所示，其综合换热系数K值可达浴式主冷的1.5～2倍，这也意味着，在换热量相同的情况下，用降膜式主冷，可以很大程度上减小板式体积(投资省)，或者降低换热温差(温差越低，能耗越低)。

但是降膜式主冷也有其缺点。由于其液氧是在重力作用下，由上往下流动，为保证液氧中有害成分(如碳氢化合物、氧化亚氮、二氧化碳等)不会在换热器通道中析出并聚集，堵塞通道造成局部干蒸引发危险，液氧的流通量必须保有足够的循环倍率(注)，通常这个倍率应大于3倍，以5～7倍为佳。然而无论是外压缩流程还是内压缩流程，均无法满足纯降膜式主冷达到这么大的循环倍率，这就需要配置一台额外的液氧泵，将流出换热板式的液氧，重新送入处于较高位置的液氧进口，以达到加大循环倍率的目的。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对现有换热结构换热效率低的技术问题，本发明提供了一种用于空分冷凝蒸发器的半降膜式多层板翅式换热器，它通过将降膜式换热单元和浴式换热单元结合使用，与相同尺寸的多层板式相比，换热效率提高20～25％。

2、技术方案