一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备的制作方法
1.本实用新型涉及工业制氮技术领域，具体为一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备。
背景技术：
2.随着石化、石油、电子等行业的发展，对于高纯氮产品的需求越来越多。透平膨胀机作为现有的双塔纯氮制取装置中的核心部件，通过纯氮返流绝热膨胀产生系统所需的冷量，而透平膨胀机一般采用气体轴承，在运行过程中现有技术一般采用空气作为透平膨胀机的轴承气和密封气，而轴承气、密封气在透平膨胀机运行过程中可能会与产品氮气发生微量的互相渗透，导致纯氮返流膨胀过程中产品氮气存在被轴承气、密封气污染的风险。
技术实现要素：
3.基于此，本实用新型的目的是提供一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，解决纯氮返流膨胀过程中产品氮气存在被轴承气、密封气污染的风险的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，包括空气过滤器、空压机、预冷机组、水分器、分子筛吸附器、透平膨胀机、主换热器、过冷器、高压氮塔、主冷凝蒸发器ⅰ、低压氮塔、主冷凝蒸发器ⅱ；空气过滤器、空压机、预冷机组、水分器、分子筛吸附器、主换热器、高压氮塔、低压氮塔依次通过管道连通，高压氮塔上端与主冷凝蒸发器ⅰ连接，低压氮塔上端与主冷凝蒸发器ⅱ连接，分子筛吸附器与主换热器之间通过第一管道连通，第一管道与透平膨胀机的轴承气及密封气入口之间通过第二管道连通，高压氮塔与透平膨胀机的输入口通过第三管道相连，第二管道与第三管道之前通过第四管道连通，第二管道和第四管道上分别设有阀门。
5.进一步的，第二管道上的阀门包括至少一个第一止回阀和至少一个第一节流阀，第一管道内的气体依次流过第一止回阀和第一节流阀。
6.通过第一止回阀和第一节流阀的组合设置，一方面，第一止回阀能够保证第四管道流入第二管道的纯氮流向透平膨胀机，防止纯氮流向第一管道中，另一方面，第一止回阀还能起到截止阀的作用，能够在纯氮流向透平膨胀机的时候，阻断第一管道的压缩空气流向透平膨胀机，第二方面第一节流阀能够调节压缩空气流向透平膨胀机流速大小。
7.进一步的，第四管道上的阀门包括至少一个第二止回阀和至少一个第二节流阀，第四管道内的气体依次流过第二止回阀和第二节流阀。
8.通过第二止回阀和第二节流阀的组合设置，一方面，第二止回阀能够保证第一管道流入第二管道的压缩空气流向透平膨胀机，防止压缩空气通过第四管道流向高压氮塔，另一方面，第二止回阀还能起到截止阀的作用，能够在高压氮塔上端纯氮较少的时候，阻断高压氮塔中的纯氮流向透平膨胀机，第二方面第二节流阀能够调节纯氮流向透平膨胀机的流速大小。
9.进一步的，第二管道上设有稳压罐，第二管道内的气体经稳压罐流向透平膨胀机的轴承气及密封气入口。
10.通过稳压罐的设置，实现了流向透平膨胀机的压缩空气或者纯氮的压力控制，满足透平膨胀机的轴承气和密封气需要稳定气压的要求。
11.综上所述，本实用新型主要具有以下有益效果：
12.本技术的技术方案，在高压氮塔中产生纯氮前，空气机增压产生的压缩空气分别流入第一管道和第二管道，第二管道将压缩空气引入透平膨胀机的轴承气和密封气入口，此时由空气作为轴承气和密封气；在当高压氮塔中产生纯氮后，高压氮塔顶部的高压纯氮一路通过第三管道流入透平膨胀机的输入口进行反流膨胀，高压氮塔顶部的高压纯氮另一路通过第四管道引入第二管道中，此时，第二管道上阀门可以关闭从而截断压缩空气，纯氮引入透平膨胀机的轴承气和密封气入口，采用纯氮作为轴承气和密封气，即使轴承气和密封气与产品氮气发生微量的互相渗透，也不会污染返流膨胀过程中的产品氮气，确保本设备可以制备出高纯度产品纯氮。
附图说明
13.图1为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
15.下面根据本实用新型的整体结构，对其实施例进行说明。
16.如图1所示，一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，包括空气过滤器1、空压机2、预冷机组3、水分器4、分子筛吸附器5、透平膨胀机6、主换热器7、过冷器8、高压氮塔9、主冷凝蒸发器ⅰ10、低压氮塔11、主冷凝蒸发器ⅱ12；空气过滤器1、空压机2、预冷机组3、水分器4、分子筛吸附器5、主换热器7、高压氮塔9、低压氮塔11依次通过管道连通，高压氮塔9上端与主冷凝蒸发器ⅰ10连接，低压氮塔11上端与主冷凝蒸发器ⅱ12连接。
17.分子筛吸附器5与主换热器7之间通过第一管道13连通，第一管道13与透平膨胀机6的轴承气及密封气入口之间通过第二管道14连通，高压氮塔9与透平膨胀机6的输入口通过第三管道15相连，第二管道14与第三管道15之前通过第四管道16连通，第二管道14和第四管道16上分别设有阀门。
18.在本实施例中，第二管道14上的阀门包括至少一个第一止回阀141和至少一个第一节流阀142，第一管道13内的气体依次流过第一止回阀141和第一节流阀142。
19.通过第一止回阀141和第一节流阀142的组合设置，一方面，第一止回阀141能够保证第四管道16流入第二管道14的纯氮流向透平膨胀机6，防止纯氮流向第一管道13中，另一方面，第一止回阀141还能起到截止阀的作用，能够在纯氮流向透平膨胀机6的时候，阻断第一管道13的压缩空气流向透平膨胀机6，第二方面第一节流阀142能够调节压缩空气流向透平膨胀机6流速大小。
20.在本实施例中，第四管道16上的阀门包括至少一个第二止回阀161和至少一个第二节流阀162，第四管道16内的气体依次流过第二止回阀161和第二节流阀162。
21.通过第二止回阀161和第二节流阀162的组合设置，一方面，第二止回阀161能够保
证第一管道13流入第二管道14的压缩空气流向透平膨胀机6，防止压缩空气通过第四管道16流向高压氮塔9，另一方面，第二止回阀161还能起到截止阀的作用，能够在高压氮塔9上端纯氮较少的时候，阻断高压氮塔9中的纯氮流向透平膨胀机6，第二方面第二节流阀162能够调节纯氮流向透平膨胀机6的流速大小。
22.在本实施例中，第二管道14上设有稳压罐17，第二管道14内的气体经稳压罐17流向透平膨胀机6的轴承气及密封气入口。
23.通过稳压罐17的设置，实现了流向透平膨胀机6的压缩空气或者纯氮的压力控制，满足透平膨胀机6的轴承气和密封气需要稳定气压的要求。
24.上述其他各部件的功能如下：
25.空气过滤器1，用于过滤原料空气中的灰尘和其他杂质；
26.空压机2，用于将过滤后的原料空气压缩至设定压力；
27.预冷机组3，用于将压缩后的原料空气预冷；
28.水分器4，用于分离预冷后的原料空气中的水份；
29.分子筛吸附器5，用于将干燥后的原料空气纯化，进一步去除水份、二氧化碳、乙炔等物质；
30.透平膨胀机6，用于纯氮反流膨胀获得主换热器7所需的冷量；
31.主换热器7，用于将过滤、压缩、预冷、干燥、纯化后的原料空气冷却；用于将过冷、膨胀后的纯氮复热；
32.过冷器8，用于将液空、液氮过冷、将污氮气复热；
33.高压氮塔9，用于将过滤、压缩、预冷、干燥、纯化、冷却后的原料空气低温精馏而分离为高压氮气和液空；
34.主冷凝蒸发器ⅰ10，用于将高压氮气和富氧液空进行换热，高压氮气液化为液氮，富氧液空汽化作为低压氮塔11的上升气；
35.低压氮塔11，用于将膨胀后的空气和液空精馏为低压氮气和富氧液空；
36.主冷凝蒸发器ⅱ12，用于将富氧液空和低压氮气进行换热，低压氮气被冷凝为低压液氮，富氧液空被汽化为污氮气。
37.上述纯氮返流膨胀的双塔制氮设备制取纯氮的步骤为：首先通过原料空气过滤器1将空气中的机械杂质进行过滤，然后送入空压机2中压缩获得一定的压力并在预冷机组3中冷却并通过水分器4分离水分，再送入分子筛吸附器5纯化后送入主换热器7，先经过主换热器7换热冷凝至饱和压力后送入高压氮塔9参与精馏，精馏后在高压氮塔9顶部抽出一部分高压氮气和液氮，而高压氮塔9底部的饱和富氧液空节流后进入主冷凝蒸发器ⅰ10的蒸发侧，以冷凝高压氮塔9顶部的氮气，主冷凝蒸发器ⅰ10蒸发侧的富氧液空被高压氮塔9顶部的氮气加热蒸发为饱和气态，富氧液空及其蒸气被抽出进入低压氮塔11 参与精馏，精馏后在低压氮塔11顶部获得一部分氮气，而低压氮塔11底部的饱和富氧液空节流后进入主冷凝蒸发器ⅱ12的蒸发侧，以冷凝低压氮塔11顶部的氮气，主冷凝蒸发器ⅱ12蒸发侧的富氧液空被低压氮塔11顶部的氮气加热蒸发为饱和气态，液空蒸气被抽出依次进入过冷器8，主换热器7冷端，复热为常温后排出，部分也可作分子筛吸附器5的再生气，其余放空。从高压氮塔9顶部通过第三管道15引出高压氮气，经主换热器7 复热至一定温度，进入透平膨胀机6膨胀制冷，膨胀后的氮气与从低压氮塔11抽出的氮气混合进入主换热器7复热后作为产品气送
至用户。从高压氮塔9顶部抽出的液氮经过冷后送入储槽。
38.在高压氮塔9中产生纯氮前，第一止回阀141打开，第二止回阀161截止，第一节流阀142用于调节压缩空气流量，空压机2产生的压缩空气分别流入第一管道13和第二管道14，第二管道14将压缩空气引入稳压罐17，经稳压后压缩空气输入透平膨胀机6的轴承气和密封气入口，此时由空气作为轴承气和密封气；在高压氮塔9中产生纯氮后，第一止回阀141截止，第二止回阀161打开，此时，第一管道13中的压缩空气无法再流入稳压罐17，高压氮塔9顶部的高压纯氮一路通过第三管道15流入透平膨胀机6的输入口进行反流膨胀，高压氮塔9顶部的高压纯氮另一路通过第四管道16引入第二管道14后进入稳压罐17，高压纯氮经稳压罐17引入透平膨胀机6作为其轴承气和密封气入口，采用纯氮作为轴承气和密封气，即使轴承气和密封气存在轻微泄漏，也不会污染返流膨胀过程中纯氮，确保本设备可以制备出高纯度纯氮产品。
39.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，但本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对实用新型的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
技术特征：
1.一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，其特征在于：包括空气过滤器、空压机、预冷机组、水分器、分子筛吸附器、透平膨胀机、主换热器、过冷器、高压氮塔、主冷凝蒸发器ⅰ、低压氮塔、主冷凝蒸发器ⅱ；所述空气过滤器、空压机、预冷机组、水分器、分子筛吸附器、主换热器、高压氮塔、低压氮塔依次通过管道连通，所述高压氮塔上端与主冷凝蒸发器ⅰ连接，所述低压氮塔上端与主冷凝蒸发器ⅱ连接，所述分子筛吸附器与主换热器之间通过第一管道连通，所述第一管道与透平膨胀机的轴承气及密封气入口之间通过第二管道连通，所述高压氮塔与透平膨胀机的输入口通过第三管道相连，所述第二管道与第三管道之前通过第四管道连通，所述第二管道和第四管道上分别设有阀门。2.根据权利要求1所述的一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，其特征在于：所述第二管道上的阀门包括至少一个第一止回阀和至少一个第一节流阀，所述第一管道内的气体依次流过第一止回阀和第一节流阀。3.根据权利要求1所述的一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，其特征在于：所述第四管道上的阀门包括至少一个第二止回阀和至少一个第二节流阀，所述第四管道内的气体依次流过第二止回阀和第二节流阀。4.根据权利要求2或3所述的一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，其特征在于：所述第二管道上设有稳压罐，所述第二管道内的气体经稳压罐流向透平膨胀机的轴承气及密封气入口。
技术总结
本实用新型公开了一种纯氮返流膨胀的双塔制氮设备，涉及工业制氮技术领域，包括空气过滤器、空压机、预冷机组、水分器、分子筛吸附器、透平膨胀机、主换热器、过冷器、高压氮塔、主冷凝蒸发器Ⅰ、低压氮塔、主冷凝蒸发器Ⅱ；分子筛吸附器与主换热器之间通过第一管道连通，第一管道与透平膨胀机的轴承气及密封气入口之间通过第二管道连通，高压氮塔与透平膨胀机的输入口通过第三管道相连，第二管道与第三管道之前通过第四管道连通，第二管道和第四管道上分别设有阀门。本实用新型的技术方案采用纯氮作为轴承气和密封气，即使轴承气和密封气存在轻微泄漏，也不会污染返流膨胀过程中纯氮，确保本设备可以制备出高纯度纯氮产品。保本设备可以制备出高纯度纯氮产品。保本设备可以制备出高纯度纯氮产品。
