一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置制造方法及图纸

一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，包括保温箱、甲烷管路、低温氮气喷射器，甲烷管路布置于保温箱内，在保温箱外留有进出接口，氮气喷射器从保温箱顶部向下喷射低温氮气，与甲烷管路换热。本发明专利技术与现有技术相比，通过采取流量调节阀控制氮气流量，实现甲烷深冷处理温度的宽范围调节，而且本发明专利技术换热装置具有结构简单、制作容易、成本低的问题。

A Wide-Range Temperature-Regulated Heat Exchanger for Methane Cryogenic Treatment

【技术实现步骤摘要】
一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置
本专利技术属于甲烷的深冷处理
，涉及一种甲烷深冷装置，特别是一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置。
技术介绍
液化天然气或液甲烷供入系统后，温度会升高(可能气化)，从而达不到用户的温度使用要求。现有的技术大都是关于天然气制备过程中的液化技术，而关于甲烷的深冷处理技术很少。CN105953525A中公布了一种用液氮冷却天然气的方法，虽可以获得较理想的冷却效果，但存在一个致命的缺点：因为液氮沸点低于甲烷冰点，若液氮流量控制不当，甲烷很容易结冰，导致系统无法工作。同时还存在以下缺点：1)液氮管路规格限制了液氮流量，从而使得天然气冷却温度范围不会很宽；2)液氮管路为单层结构，保温性差；3)冷却与被冷却介质为开环控制，精度差，无法实现远程自动化控制；4)冷却与被冷却管路为固接状态，若两类管路为不同材质或不同步冷却，很有可能在低温应力下破坏，低温适应性差。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，解决了液氮直接冷却甲烷可能导致甲烷结冰，液氮管路规格限制了液氮流量，使得天然气冷却温度范围不会很宽；液氮管路保温性差；冷却与被冷却介质为开环控制，精度差，无法实现远程自动化控制；冷却与被冷却管路为固接状态，若两类管路为不同材质或不同步冷却，很有可能在低温应力下破坏，低温适应性差的问题，具有很好的使用价值。本专利技术的技术解决方案是：一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，包括保温箱、甲烷管路、低温氮气喷射器，其中：甲烷管路布置于保温箱内，在保温箱外留有进出接口，氮气喷射器从保温箱顶部向下喷射低温氮气，与甲烷管路换热。所述的保温箱是双层壁保温结构，底端留有排液口，侧壁留有两个通孔，用于甲烷管路穿越保温箱内外，侧壁还留有一个测温接口，用于实时监测保温箱内的温度，顶盖留有排气口，作为低温氮气的喷射口，保温箱内为恒温、恒压状态。所述的甲烷管路为盘管或者蛇形结构的光壁结构、螺纹管、螺旋槽管或者波纹管。所述的低温氮气喷射器包括移动式工业液氮储罐、喷射管路、流量调节阀，移动式工业液氮储罐具有增压功能，流量调节阀控制排出的液氮流量，喷射管路产生低温氮气，从保温箱顶盖留有的排气口喷入保温箱。所述的甲烷管路内的甲烷与喷射管路产生的低温氮气换热。所述的甲烷换热后温度作为目标值，与保温箱内温度、流量调节阀形成闭环控制程序。所述的甲烷管路与保温箱没有固定连接。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采取喷射低温氮气冷却甲烷的方式，通过在保温箱底端留有排液口，防止液氮集聚，从而根本上防止甲烷过冷甚至冻结；(2)本专利技术采取流量调节阀控制氮气流量，实现甲烷深冷处理温度的宽范围调节，从甲烷进口温度到甲烷的冰点以下都能实现；(3)本专利技术中保温箱采取双层壁保温结构，保温性好，有利于甲烷换热温度的稳定调节；(4)本专利技术采取甲烷换热后温度与氮气流量闭环控制的方式，可实现精确化、自动化、远程化控制；(5)本专利技术甲烷管路与低温箱为非固接状态，甲烷管路可自由变形，低温适应性好；(6)本专利技术甲烷管路可以是厚壁管或薄壁管，故设计压力从几兆帕到几十兆帕都可以实现，设计压力很宽；(7)本专利技术的保温箱用钢板和内部支撑焊接制作，甲烷管路由成品管用弯管器弯制，低温氮气喷射装置由成品移动式工业液氮储罐、喷射管路和流量调节阀组成，该换热装置结构简单，制作容易，成本低。附图说明图1为本专利技术的用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置示意图；图2为本专利技术的保温箱1结构示意图；图3为本专利技术的甲烷管路2其中一种形式——盘管结构示意图；图4为本专利技术的甲烷换热后温度与低温氮气流量闭环控制流程图；其中：1-保温箱，2-甲烷管路，3-低温氮气喷射器，11-排液口，12-通孔，13-测温接口，14-排气口，31-移动式工业液氮储罐，32-喷射管路，33-流量调节阀。具体实施方式本专利技术针对现有技术的不足，提供一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，解决了液氮直接冷却甲烷可能导致甲烷结冰，液氮管路规格限制了液氮流量，使得天然气冷却温度范围不会很宽；液氮管路保温性差；冷却与被冷却介质为开环控制，精度差，无法实现远程自动化控制；冷却与被冷却管路为固接状态，若两类管路为不同材质或不同步冷却，很有可能在低温应力下破坏，低温适应性差的问题，具有很好的使用价值。如图1所示，用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，由保温箱1、甲烷管路2和低温氮气喷射器3组成，甲烷管路2布置于保温箱1内，在保温箱1外留有进出接口，保温箱1是双层壁保温结构，用钢板和内部支撑焊接制作，低温氮气喷射器3由移动式工业液氮储罐31、喷射管路32和流量调节阀33组成，移动式工业液氮储罐31自带增压功能，通过流量调节阀(33)控制排出的液氮流量，通过喷射管路32与周围环境换热产生低温氮气，从保温箱1顶盖留有的排气口14喷入保温箱1，与甲烷管路2换热。如图2所示，保温箱1底端留有排液口11；侧壁留有两个通孔12，用于甲烷管路2穿越保温箱1内外；侧壁留有一个测温接口13，用于实时监测保温箱1内的温度；顶盖留有排气口14，同时是低温氮气喷射器3的喷射口，保温箱1的上述结构，能保证工作稳定状态下，保温箱1内为恒温和略高于大气压的恒压状态。如图3所示，甲烷管路2是用光壁钢管制作成的盘管结构，也可以是蛇形或其他形状；甲烷管路2所用的钢管也可以是螺纹管、螺旋槽管、波纹管等不同形状表面的高效换热管。甲烷管路2与保温箱1没有固定连接，甲烷管路2低温变形不受外界力约束，低温适应性好。甲烷管路2可以是厚壁管或薄壁管，故设计压力从几兆帕到几十兆帕都可以实现，设计压力很宽，如采用Φ11×0.5的304不锈钢管，可以承压11MPa，采用Φ14×2的304不锈钢管，可以承压35MPa。甲烷管路2内的甲烷与所述的低温氮气喷射器3产生的一定流量的低温氮气换热，保温箱1底端留有排液口11，防止液氮集聚，从而根本上防止甲烷过冷甚至冻结。通过调节低温氮气喷射器3的流量调节阀33，能够获得用户需求的温度范围很宽的状态稳定的甲烷(气或液态)，如通过控制流量调节阀33开度，可以将初始温度-120℃、流量100g/s的液甲烷深冷处理到-155℃。如图4所示，为甲烷换热后出口温度闭环控制流程图。手动设定甲烷换热后出口温度，该目标值与实际测量值对比，差值作为控制流量调节阀33开大或关小的输入信号，进而控制保温箱1内温度，再次采集甲烷换热后出口温度，直至目标值与实际测量值差值在允许范围内。该闭环控制程序，可使换热精度更高、温度控制自动化、远程化。如换热后甲烷温度较目标值高，则增大流量调节阀33开度，氮气流量增大，换热加强，甲烷温度下降，直至达到要求值。综上所述，常压下液氮沸点低于甲烷冰点，若直接用液氮冷却甲烷，则甲烷很容易结冰，本专利技术采用低温氮气冷却甲烷，避免出现上述问题。从移动式工业液氮储罐31喷射出来的液氮经过喷射管路32吸收周围环境热量，产生低温氮气与甲烷管路2换热，得到达到一定温度要求的甲烷，喷射管路32上的流量调节阀33控制不同氮气流量，实现甲烷温度的宽范围调节。保温箱1为双层保温结构，可维持保温箱1内为恒温状态，有利于换热状态的稳定。保温箱1低端留有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，其特征在于包括保温箱(1)、甲烷管路(2)、低温氮气喷射器(3)，其中：甲烷管路(2)布置于保温箱(1)内，在保温箱(1)外留有进出接口，氮气喷射器从保温箱(1)顶部向下喷射低温氮气，与甲烷管路(2)换热。

【技术特征摘要】
1.一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，其特征在于包括保温箱(1)、甲烷管路(2)、低温氮气喷射器(3)，其中：甲烷管路(2)布置于保温箱(1)内，在保温箱(1)外留有进出接口，氮气喷射器从保温箱(1)顶部向下喷射低温氮气，与甲烷管路(2)换热。2.根据权利要求1所述的一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，其特征在于：所述的保温箱(1)是双层壁保温结构，底端留有排液口(11)，侧壁留有两个通孔(12)，用于甲烷管路(2)穿越保温箱(1)内外，侧壁还留有一个测温接口(13)，用于实时监测保温箱(1)内的温度，顶盖留有排气口(14)，作为低温氮气的喷射口，保温箱(1)内为恒温、恒压状态。3.根据权利要求2所述的一种用于甲烷深冷处理的宽范围温度调节换热装置，其特征在于：所述的甲烷管路(2)为盘管或者蛇形结构的光壁结构、螺纹管、螺旋槽管或者波纹管。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，武越，杜永清，边东伟，康伟，吴亮，李海，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61