一种撬装式供氧系统

技术领域

本发明涉及供氧系统的集约化安全化升级领域，具体涉及一种撬装式供氧系统。

背景技术

在工业供氧领域，大型空分装置和管道气是匹配大部分下端有氧装置的方式，但对于铜冶炼、铝冶炼、玻璃、水处理、烟气处理等领域，由于氧气的需求流量较小，而且通常这些领域处于绿色降碳节能减排的原因在原有的装置上进行空气改氧气的改造，空间非常有限。

氧气是助燃气体，需避免氧气管道在日光中暴晒或在高温环境下布置，液氧为氧气的液体状态，气氧或液氧排放造成的氧积聚可能产生火灾及爆炸风险。

因此，一套安全有效、集约紧凑的供氧系统成为这一类领域的首选。

发明内容

本发明的目的是提供一种撬装式供氧系统，这种供氧系统采用全撬装模块和供氧技术不仅扩大了空间适用性，而且最大程度减少安全隐患并提高系统的可靠性，同时也实现了远程操作和控制，解决空间受限和氧积聚可能产生火灾及爆炸的风险，保障使用安全。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：.一种撬装式供氧系统，包括液氧源、与液氧源连接的液氧真空罐、用于将液氧进行气化快速汽化器、供气压力调节模块、氮气吹扫系统、氧流控制分析模块，所述液氧源与液氧真空罐之间设置有第一调节阀，所述液氧真空罐上设置液位计，当液位高于设定值时，自动关闭第一调节阀停止液氧源供氧；当液位低于设定值时，液位计发出充氧警报；液氧真空罐与快速汽化器之间设置有第二调节阀；液氧真空罐和快速汽化器之间还设有安全增减压模块，所述安全增减压模块包括用于检测液氧真空罐压力的压力变送器、设置在液氧真空罐上的泄压阀以及在液氧真空罐和快速汽化器之间构成回路的液氧气化管线；所述液氧气化管线上设置有增压阀；压力变送器控制泄压阀开度，进而控制和调节液氧真空罐压力，实现液氧真空罐内压力的调节；增压阀通过压力变送器进行开度调节，实现部分液氧的快速汽化，从而实现液氧真空罐的快速增压，当供氧系统下游用氧需求短期内增加时实现无动力设备安全供氧；所述快速汽化器、供气压力调节模块和氧流控制分析模块顺次连接，所述供气压力调节模块用于调节氧气压力；所述氧流控制分析模块用于调节氧气流量大小；供气压力调节模块和氧流控制分析模块连接管路分支上设有撬装式供氧系统供氧前对撬装式供氧系统进行加温、吹扫和置换的氮气吹扫系统。

作为本发明的优选方案，所述快速汽化器通过温度调节阀与设置的低压蒸汽系统连接，所述快速汽化器设置有可检测汽化器内水浴温度的温度变送器，所述温度变送器TIC与温度调节阀TV005关联，供气温度为0-20℃。

作为本发明的优选方案，所述供气压力调节模块由控制器和用于保证供气压力平稳的压力自动调节阀构成，供气压气为0.15-0.5KPag。

作为本发明的优选方案，所述氮气吹扫系统通过设置的第三调节阀连接在供气压力调节模块和氧流控制分析模块之间的管路上，氮气吹扫系统设计压力为0.4-0.8MPag。

作为本发明的优选方案，所述氧流控制分析模块包括控制器和流量调节阀FV007，供气流量为100-5000Nm

作为本发明的优选方案，所述供氧系统的安全增减压模块和所述其他模块形成的安全控制连锁系统用于保障该供氧系统蒸汽、仪表气、电等正常工作，防止出现控制阀失效、液位失效故障以及止回阀故障。

作为本发明的优选方案，第一调节阀HV001具有紧急切断功能，当仪器检测到环境氧气超标时，具有事故自锁及手动复位功能的第一调节阀HV001自动快速关闭液氧源，防止事故发生。

本发明还提供了一种上述撬装式供氧系统的工作方法，包括以下步骤：

1)首先打开氮气吹扫系统，采用氮气对系统进行加温、吹扫和置换，并根据系统管路清洁度通过第三调节阀不断调节氮气吹扫系统的进气压力，吹扫完毕后关闭第三调节阀HV006，保证该供氧系统液氧气化的清洁和安全性；

2)吹扫完毕后打开第一调节阀，液氧源通过第一调节阀向液氧真空罐提供液氧；第一调节阀根据液位计反馈的液氧真空罐内液位进行开度调节，使液氧的流速和液氧真空罐的液位控制在一定范围内；

3)液氧真空罐再通过第二调节阀向快速汽化器提供液氧；当液氧真空罐内的压力不够时，通过增压阀将液氧真空罐的液氧经快速汽化器气化后重新回到液氧真空罐进行快速增压，以助力第二调节阀向快速汽化器加快提供液氧；

4)连接低压蒸汽系统和快速汽化器的温度调节阀通过对快速汽化器的水浴温度进行检测从而调节开度，使低压蒸汽系统通入适量蒸汽实现氧气在短时间内气化；

5)液氧在快速汽化器气化后进入供气压力调节模块，供气压力调节模块通过压力自动调节阀对来自于上游的氧气压力进行调节，保证供气压力范围为0.15-0.5MPag；

6)经过供气压力调节模块调节的氧气再进入到氧流控制分析模块，通过流量调节阀调节氧气流量大小并引出撬装式供氧系统以满足需求。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明采用全撬装模块扩大了空间适用性；采用无动设备设计技术，不仅可以避免因机械运转带来的噪声，而且最大程度减少安全隐患并提高系统的可靠性；

本发明通过设计高可靠性保护回路，降低供氧系统冷脆风险；

本发明采用稳定的连锁保护控制技术设计保护控制系统，实现对供氧系统的远程操作和控制。

附图说明

图1是实施例一的撬装式供氧系统示意图；

附图标记：V01、液氧真空罐；V02、快速汽化器；HV001、第一调节阀；HV002、第二调节阀；PV003、增压阀；PV002、泄压阀；TV005、温度调节阀；PV005、压力自动调节阀；HV006、第三调节阀；HV007、流量调节阀。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，一种撬装式供氧系统，包括液氧源、通过第一调节阀HV001与液氧源连接的液氧真空罐V01、通过第二调节阀HV002与液氧真空罐V01连接的快速汽化器V02、用于调节快速汽化器V02中输出氧气压力的供气压力调节模块、用于调节氧气流量大小的氧流控制分析模块以及设置在供气压力调节模块和氧流控制分析模块连接管路分支上的氮气吹扫系统；

所述液氧源通过设置的第一调节阀HV001与液氧真空罐V01连接，液氧真空罐V01上设置有液位计，当液位高于设定值时，可自动关闭第一调节阀HV001停止液氧源供氧，防止液位过高引起的安全事故，当液位低于设定值时，可发出警报，提醒操作人员补充液氧；

所述液氧真空罐V01通过设置的第二调节阀HV002与快速汽化器V02连接，第二调节阀HV002通过液氧真空罐V01出口的流量装置、压力传感装置信号进行调节开度，当下游装置需氧量提高时，第二调节阀HV002增大开度，为快速汽化器V02提供更多的液氧进行快速气化。所述液氧真空罐V01和快速汽化器V02之间还设有安全增减压模块，安全增减压模块和所述其他模块形成的安全控制连锁系统可以保障该供氧系统蒸汽、仪表气、电等正常工作，控制阀失效、液位失效故障，止回阀故障等。所述安全增减压模块包括用于检测液氧真空罐V01压力的压力变送器、设置在液氧真空罐V01上的泄压阀PV002以及在液氧真空罐V01和快速汽化器V02之间构成回路的液氧气化管线；所述液氧气化管线上设置有增压阀PV003；压力变送器控制泄压阀PV002开度，进而控制和调节液氧真空罐V01压力，实现液氧真空罐V01内压力的调节；增压阀PV003通过压力变送器进行开度调节，实现部分液氧的快速汽化，从而实现液氧真空罐V01的快速增压，当供氧系统下游用氧需求短期内增加时实现无动力设备安全供氧；所述增压阀PV003和泄压阀PV002联动，设置了压力变送器的液氧真空罐V01压力高于设定值时，会自动调节泄压阀PV002开度，使液氧真空罐V01压力下降达到正常操作值；当液氧真空罐V01压力低于设定值时，会自动调节增压阀PV003开度，使液氧真空罐V01内液氧进入快速汽化器V02内,在气压蒸汽系统或热水的加热下，液氧快速气化回到液氧真空罐V01内，使液氧真空罐V01压力上升达到正常操作值。所述快速汽化器V02的供氧口还依次连接供气压力调节模块和氧流控制分析模块，氮气吹扫系统用于撬装式供氧系统供氧前对系统进行加温、吹扫和置换的。

在本发明的一个具体实施例中，所述快速汽化器V02通过温度调节阀TV005与设置的低压蒸汽系统连接，所述快速汽化器V02设置有可检测汽化器内水浴温度的温度变送器TIC，所述温度变送器TIC与温度调节阀TV005关联，供气温度为0-20℃，可通过水浴的温度调节阀TV005的开度，去控制蒸汽进量，使水浴温度平稳。快速汽化器V02除了采用低压蒸汽系统为热源外，还可采用热水为热源加热液氧，液氧管路浸没在饱和温度的水中，使热水与液氧充分换热，充分气化，快速汽化器V02冷凝水引到撬块边界进行统一收集排放。

在本发明的一个具体实施例中，供气压力调节模块由控制器和用于保证供气压力平稳的压力自动调节阀PV005构成，供气压气为0.15-0.5KPag。氮气吹扫系统通过设置的第三调节阀HV006连接在供气压力调节模块和氧流控制分析模块之间的管路上，氮气吹扫系统设计压力为0.4-0.8MPag。所述氧流控制分析模块由控制器和流量调节阀HV007构成，供气流量为100-5000Nm3/h。

快速汽化器V02采用设置的低压蒸汽或热水为热源加热液氧，液氧管路浸没在饱和温度的水中，使热水与液氧充分换热，充分气化；快速汽化器V02冷凝水引到撬块边界进行统一收集排放；撬块内少量低温液体经气化与液氧真空罐V01顶部的氧气一起引至撬块顶部对大气排放；供氧系统设置压力为.4-0.8MPag的干燥、无油的氮气吹扫系统，在系统启用前及停车再启动时可以采用氮气对系统进行加温、吹扫和置换；撬块供氧系统无动设备，最大程度减少安全隐患并提高系统的可靠性。该撬装式供氧系统采用PLC控制或DCS控制，控制器采集液位、流量、压力等运行关键参数，并自动保持历史数据及曲线，用于运行和生产分析。低温管道采用保温材料进行管道保温，高温管道采用绝热材料进行绝热防烫。

为了更加清楚地表达上述种撬装式供氧系统的工作过程，本实施例还提供了一种撬装式供氧系统的工作方法，包括以下步骤：

1)首先打开氮气吹扫系统，采用氮气对系统进行加温、吹扫和置换，并根据系统管路清洁度通过第三调节阀HV006不断调节氮气吹扫系统的进气压力，吹扫完毕后关闭第三调节阀HV006，保证该供氧系统液氧气化的清洁和安全性；

2)吹扫完毕后打开第一调节阀HV001，液氧源通过第一调节阀HV001向液氧真空罐V01提供液氧；第一调节阀HV001根据液位计反馈的液氧真空罐V01内液位进行开度调节，使液氧的流速和液氧真空罐V01的液位控制在一定范围内；

3)液氧真空罐V01再通过第二调节阀HV002向快速汽化器V02提供液氧；当液氧真空罐V01内的压力不够时，通过增压阀PV003将液氧真空罐V01的液氧经快速汽化器V02气化后重新回到液氧真空罐V01进行快速增压，以助力第二调节阀HV002向快速汽化器V02加快提供液氧；

4)连接低压蒸汽系统和快速汽化器V02的温度调节阀TV005通过对快速汽化器V02的水浴温度进行检测从而调节开度，使低压蒸汽系统通入适量蒸汽实现氧气在短时间内气化；

5)液氧在快速汽化器V02气化后进入供气压力调节模块，供气压力调节模块通过压力自动调节阀PV005对来自于上游的氧气压力进行调节，保证供气压力范围为0.15-0.5MPag；

6)经过供气压力调节模块调节的氧气再进入到氧流控制分析模块，通过流量调节阀FV007调节氧气流量大小并引出撬装式供氧系统以满足需求。

将本发明的撬装式供氧系统用于窑炉的燃烧改造中，撬装式供氧系统的进口管道与液氧槽车进行连接，出口与适合于该窑炉匹配的富氧燃烧系统进行连接，通过系统中设置的压力和流量调节阀为冶炼厂提供一定要求的氧气。其中，撬装式供氧系统设计标况下流量1100Nm3/h，压力为2.5MPa，调节范围30-110％。在窑炉炉温、产量基本不变的情况下，可以节约天然气10-25％，CO减排20-40％，NOx减排23-54％。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。