[发明专利]板翅式热交换器组件

说明书

一种用于低温空气分离单元的板翅式热交换器组件，其包括热交换器，所述热交换器具有至少两个低温液体入口(B、C)、至少两个低温液体出口(B、C)、在所述热交换器的第一端处的至少一个富氮流入口(D)和在所述热交换器的第二端处的至少一个富氮流出口，所述热交换器构造成在所述至少一个富氮流入口处接收所述空气分离单元的至少一个富氮流(WN、LPGAN)，并且在所述至少两个低温液体入口处接收分开的至少两个低温液体(LOX、LIN、LR)的流；其中，低温液体中的第一个的入口比低温液体中的第二个的出口更靠近第一端。

本发明涉及一种在低温空气分离设备中使用的板翅式热交换器组件和系统。本发明允许简化用于空气分离单元的错流/横流式过冷器的设计，同时保持整体性能。

低温空气分离单元包括主热交换器_，该主热交换器使用来自用于使来自热交换器的空气分离的塔系统的返回流来冷却进料空气。该塔系统包含至少一个塔，在该塔中通过蒸馏在低温下分离空气。

塔系统可以仅包括单个塔，但是经常包括高压蒸馏塔和低压蒸馏塔。液体流——诸如比进料空气更富含氧的底部液体和比进料空气更富含氮的侧流液体——在阀中膨胀，并且被从高压塔输送到低压塔或塔系统的另一部分，例如氩塔的顶部冷凝器。

在典型的空气分离单元的一个示例中，在热交换器中使用来自低压蒸馏塔(低压塔)的氮流使来自高压蒸馏塔的饱和底部液体和富氮液体过冷却，然后将过冷却的流送入低压蒸馏塔。在将底部液体和富氮液体流引入低压蒸馏塔中之前将其过冷，倾向于使塔中的这种液体流的闪蒸最小化，从而使低压塔中的液体回流最大化，这提高了对氧产品和氩产品的回收。

另外，使底部液体和富氮液体流过冷有助于从氮流(即氮产品流和/或废氮)中回收制冷量，从而减少空气分离设备的外部制冷需求。

对底部液体和富氮液体流的过冷却优选地以非常接近氮产品流和/或废氮流温度的温度为目标，从而回收大部分制冷量和使从氮流中的制冷量回收最大化。

在将液氧产品送入储罐之前，经常在热交换器中将其过冷。

在B.A.Hands编写的“Cryogenic Engineering”(Academic Press，1986年，第213和215-216页)中描述了典型的液体过冷器。

通常，使用钎焊铝热交换器(BAHX)(通常称为过冷器)实现来自低压塔的氮流与来自高压塔的釜液和架液流之间的热交换。该过冷器可以是单独的独立式热交换器，或者可以包装在主热交换器壳内并与之集成。

过冷器通常会带来高昂的投资成本以及包装方面的挑战，并且还可能导致冷却氮流的高压降。期望在对数量、尺寸和层数以及穿过过冷器的各个流的流动方向的选择方面提出具有更大的设计灵活性的提议。

传统的错流过冷器设计根据温度水平对暖液体流进行定向，使需要最冷出口温度的流在冷端离开交换器。例如，在使用具有低压塔的双塔(低压塔的基部热联接至高压塔的顶部)的空气分离工艺中，设计者可以将两个侧流从高压塔输送至低压塔：液氮流和贫液流，与液氮流相比，贫液流的氧含量更高并且氮含量更低。

首先使用来自低压塔的废氮气和低压氮气(其比废氮气包含更多的氮)来冷却贫液和液氮。这在将气态氮流用于冷却较热的流体(例如主热交换器中的进料空气)之前部分地加热了气态氮流。

液氧以比贫液和液氮低的温度进入过冷交换器，但是以比贫液和液氮的出口温度高的温度离开。这需要在交换器的同一位置为不同的温暖流体提供不同的通道宽度。

模拟这种在交换器的同一位置具有不同通道宽度的设计很复杂。当通过过冷器的液氧流量与其它流量相比非常小时，可以在对交换器的性能的影响可以忽略的情况下进行近似。然而，液氧流量越大，例如用于生产大量液氧产品的工艺或液氧在主交换器中蒸发之前使其通过储罐的泵送工艺的液氧流量，所需的计算越精确。