空分氮水预冷系统及其预冷方法

技术领域

本发明涉及冶金工业生产技术领域，具体地，涉及一种空分氮水预冷系统及其预冷方法。

背景技术

冶金企业厂区中一般都配备相应的制氧制氮设施，由于厂区内安全设施、环保设施等随着各地政策力度不断加大，导致对中高压氮气使用量也随着增加，如果增加一套空分系统来缓解用氮紧张压力，那对企业来说投资费用以及运行费用都将是一笔不小的开支。

因此，提供一种在不影响原空分氮水预冷系统的正常运行的前提下，有效地缓解冶金企业用氮紧张压力的空分氮水预冷系统及其冷源补充的方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中空分系统产出的部分纯氮气需要与污氮气到水冷塔进行混合作为与冷却水换热的冷源，造成极大浪费且无法满足现阶段生产对氮气的需求，但增加新的空分系统来缓解用氮紧张压力又成本过高的问题，从而提供一种在使用过程中可以在不影响空分系统的前提下，可以为冶金行业提供富余中高压氮气，并可以满足后续空冷塔对水温的要求，保持对空冷塔的冷量输出，有效提高纯氮气的利用率，而且还合理控制成本的空分氮水预冷系统及其预冷方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种空分氮水预冷系统，该空分氮水预冷系统包括：空分系统、用户系统和氮水预冷系统；

所述空分系统下游设置有用户系统和氮水预冷系统，所述用户系统和所述氮水预冷系统分别通过管路与所述空分系统连接；

其中，所述用户系统设置有沿氮气走向依次连通的氮气压缩机和氮气储罐；

其中，所述氮水预冷系统设置依次连通的水冷塔、低温水泵、冷水机组和空冷塔；

其中，所述冷水机组至少设置两组，且所述冷水机组设置为串联或并联。

优选地，所述空分系统包括空分塔和分别设置在所述空分塔的底部的污氮气出口和设置在所述空分塔的顶部的纯氮气出口，其中，

所述纯氮气出口通过管道与所述氮气压缩机相连通；

所述污氮气出口通过管道与所述水冷塔的底部相连通。

优选地，所述氮气压缩机将纯氮气加压送至所述氮气储罐。

优选地，所述水冷塔与所述空冷塔通过冷水管道相连通，其中，

所述冷水管道上设置有所述低温水泵和所述冷水机组。

优选地，所述低温水泵和所述冷水机组之间的冷水管道上各设有一个流量计。

优选地，所述冷水机组还设有一根冷水管道回流到所述水冷塔的底部。

本发明还提供了一种利用上述的空分氮水预冷系统的预冷方法，该预冷方法包括：

1)使高温压缩空气从所述空冷塔下部空气进口进入，所述高温压缩空气在所述空冷塔中上升，将冷却水从所述空冷塔中部冷却水管道流入，冷却水下流实现对空气进行初步冷却，将冷冻水从所述空冷塔上部冷冻水管道流入，冷冻水下流对空气进一步进行冷却；

2)将预冷后的空气经所述空冷塔顶部空气出口排出，进入分子筛纯化系统，热交换后的冷冻水、冷却水混合并落至所述空冷塔底部，经热水管道进入循环水管网；

3)将来自所述空分塔的污氮气经污氮气通道进入所述水冷塔的下部，与从所述水冷塔上部下落的来自循环水管网的冷却水进行热湿交换，使冷却水初步降温，污氮气最后经所述水冷塔顶部放空，经过初步降温的冷却水由所述水冷塔底部进入冷冻水管道，并由所述低温水泵打入所述冷水机组再次冷却变为冷冻水，再经冷水管道送至所述空冷塔上部。

根据上述技术方案，本发明提供的空分氮水预冷系统为了弥补水冷塔中损失的冷量，可在水冷塔与空冷塔之间的冷水管道上增加至少一组冷水机组，因市面上冷水机组的进出口水温温差一般为5℃，所以单纯增加冷水机组的制冷量是无效的，必须将原冷水机组与新增冷水机组串联起来，这样既可以弥补将水冷塔里干燥的低压纯氮气置换至新增氮气压缩机经过加压送至用户系统使用后损失的冷量，也可以在氮气用量低时，随时停机，恢复至原来的路由，节省能耗。

本发明的空分氮水预冷系统分为两种状态：状态一是厂区内氮气用量较小时，还继续使用原有系统，保持原有的能耗；状态二是厂区内氮气用量加大时，可随时操作阀门和设备启停将水冷塔中的氮气置换至压缩机，同时保持对空冷塔的冷量输出。

使用状态二虽然比状态一能耗高一些，但放眼整个冶金厂区考虑，在氮气用量大的时候，可以随时通过启动设备、倒换阀门来弥补氮气不足的问题。这套系统相比增加一整套空分系统来说，占地小、工艺流程简单、合理、运行费用少、总投资少。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的空分氮水预冷系统的示意图。

附图标记说明

1空分系统2用户系统

3氮水预冷系统21氮气压缩机

22氮气储罐 31水冷塔

32低温水泵 33冷水机组

34空冷塔

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

如图1所示，本发明提供了一种空分氮水预冷系统，该空分氮水预冷系统包括：空分系统1、用户系统2和氮水预冷系统3；

所述空分系统1下游设置有用户系统2和氮水预冷系统3，所述用户系统2和所述氮水预冷系统3分别通过管路与所述空分系统1连接；

其中，所述用户系统2设置有沿氮气走向依次连通的氮气压缩机21和氮气储罐22；

其中，所述氮水预冷系统3设置依次连通的水冷塔31、低温水泵32、冷水机组33和空冷塔34；

其中，所述冷水机组33至少设置两组，且所述冷水机组33设置为串联或并联。

根据上述技术方案，本发明提供的空分氮水预冷系统为了弥补水冷塔31中损失的冷量，可在水冷塔31与空冷塔34之间的冷水管道上增加至少一组冷水机组33，因市面上冷水机组的进出口水温温差一般为5℃，所以单纯增加冷水机组的制冷量是无效的，必须将原冷水机组与新增冷水机组33串联起来，这样既可以弥补将水冷塔31里干燥的低压纯氮气置换至新增氮气压缩机21经过加压送至用户系统2使用后损失的冷量，也可以在氮气用量低时，随时停机，恢复至原来的路由，节省能耗。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述空分系统1包括空分塔和分别设置在所述空分塔的底部的污氮气出口和设置在所述空分塔的顶部的纯氮气出口，其中，

所述纯氮气出口通过管道与所述氮气压缩机21相连通；

所述污氮气出口通过管道与所述水冷塔31的底部相连通。

在本发明的一种优选的实施方式中，为将低压纯氮气运送至用户系统2进行使用，所述氮气压缩机21将纯氮气加压送至所述氮气储罐22。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了满足进入空冷塔34的冷冻水的水温，所述水冷塔31与所述空冷塔34通过冷水管道相连通，其中，

所述冷水管道上设置有所述低温水泵32和所述冷水机组33。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述低温水泵32和所述冷水机组33之间的冷水管道上各设有一个流量计。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了冷却水在循环时也可以降低水冷塔31进第一台冷水机组的进水温度，确保冷水机组的安全运行，所述冷水机组33还设有一根冷水管道回流到所述水冷塔31的底部。

本发明还提供了一种利用上述的空分氮水预冷系统的预冷方法，该预冷方法包括：

1)使高温压缩空气从所述空冷塔34下部空气进口进入，所述高温压缩空气在所述空冷塔34中上升，将冷却水从所述空冷塔34中部冷却水管道流入，冷却水下流实现对空气进行初步冷却，将冷冻水从所述空冷塔上部冷冻水管道流入，冷冻水下流对空气进一步进行冷却；

2)将预冷后的空气经所述空冷塔34顶部空气出口排出，进入分子筛纯化系统，热交换后的冷冻水、冷却水混合并落至所述空冷塔34底部，经热水管道进入循环水管网；

3)将来自所述空分塔的污氮气经污氮气通道进入所述水冷塔31的下部，与从所述水冷塔31上部下落的来自循环水管网的冷却水进行热湿交换，使冷却水初步降温，污氮气最后经所述水冷塔31顶部放空，经过初步降温的冷却水由所述水冷塔31底部进入冷冻水管道，并由所述低温水泵32打入所述冷水机组33再次冷却变为冷冻水，再经冷水管道送至所述空冷塔34上部。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。