專利名稱：一種氨合成氣冷卻冷凝分離器的制作方法
技術領域：
一種涉及合成氨生產中，將H2、N2氣體中氨冷卻冷凝并使之分離的設備——氨合成氣冷卻冷凝分離器，用于氨廠氨合成，屬化工。
在氨合成生產中，氫氮氣體部分合成氨之后，含有H2、N2、NH3混合氣體逐步冷卻至常溫以下，使氣體的氣氨變成液氨，預以分離。冷卻溫度通常分成三級或四級，第一級用水間接冷卻至40℃～45℃，第二級用低溫-10℃～2℃的氫氮氣間接冷卻至10℃～16℃，富氨混合氣中的氣氨一部分被冷凝為液氨并分離。第三級用液氨蒸發(fā)間接冷卻至-10℃～2℃，混合氣中的氣氨繼續(xù)冷凝為液體并分離，其冷卻、冷凝、分離過程如圖1所示。
參見圖1，一級為水間接冷卻，第二級為液氨間冷，第三級為液氨間冷，第四級為液氨間冷。
為實現上述過程，現有方法是將冷交換器與氨冷后的氨分組合成為一件設備，俗稱冷交，傳統(tǒng)冷交的結構如圖2示傳統(tǒng)冷交如圖2所示，它由小填料函(A1)、頂蓋(A2)、大填料函(A3)、內件筒體(A4)、外殼(A5)、圓形折射板(A6)、中心管(A7)、換熱管(A8)、集氣盒(A9)、同心圓筒(A10)、環(huán)形折流板(A11)、圓周死氣區(qū)(A12)、中間死氣區(qū)(A13)、頂部進口(c1)、冷氣出口(b2)、頂部出口(c2)、液氨出口(a1)、下部進氣口(b1)所組成。耐高壓的厚壁外筒(A5)包容整個冷交換器，上部為大蓋(A2)，外殼(A5)的下部為球形，內件由上部換熱器和下部分離器所組成。上部換熱器為列管式，換熱器由上管板(A14)、換熱管(A8)、圓形折流板(A6)、環(huán)形折流板(A11)、集氣盒(A9)所組成，分離器由幾個同心圓筒(A10)所組成，圓筒口開有許多小孔。
含有10～17％氣氨的氫氮混合氣溫度為40℃～45℃，從頂部進口(c1)進入到換熱器的管內，由上往下被管外由下往上的冷氣冷卻，部份氣氨逐漸冷凝為液體。帶有液氨的混合氣管內聚集于集氣盒(A9)內，經中心管(A7)，由頂部出口(c2)引出冷交。溫度為2℃～10℃含有液氨的低溫的氫氮混合氣，由下部進入分離器中心同心圓筒，小孔由中心圓筒徑向流到最外圈圓筒，氣相液氨被小孔分流到底部，氣體由下而上往上部換熱器管間折流到換熱器上部。分離后冷凝液氨從(a1)口引出。
從圖可以看出，這種冷交換分離器的缺點是1、換熱管(A8)為光滑管，傳熱系數小，在相同熱負荷下，需要傳熱面積大，即管數多。如果保持管數一定，則熱負荷小，冷氣回升低，即冷凍量回收率低。
2、氣體阻力大，富氨氫氮氣在換熱管(A8)內由上而下流動被管(A8)外由下而上的冷氣冷卻，部分氣氨冷凝為液氨，當氣液混合物進入集氣盒(A9)折流經中心管(A7)，部分液氨聚集于換熱管(A8)下部集氣盒(A9)內，形成一個液柱，使氣體流動阻力增加。
3、下部小孔同心圓筒式氣液分離器分離效率低。
4、內外筒之間上部環(huán)隙有一大填料密封圈(A3)，以阻止冷、熱氣體相串。此密封圈直徑大，不易壓緊，容易泄漏。
5、換熱器管外有環(huán)形折流板(A11)和圓形折流板(A6)相套，其目的有二其一防止管外氣體偏流；其二固定管子，使之不位移變形，但是這種折流板在板間的兩個部分(即圓周和中心區(qū))有氣體不流動的死區(qū)，使換熱面積使用率不高，如圖3所示。
鑒上，本實用新型的目的就在于提供一種密封性能好，傳熱效果佳，結構合理的新型氨合成氣冷卻冷凝分離器。
本實用新型通過以下技術手段來實現，將大填料函設計為小填料函，增加密封可靠性且易于壓緊，將光滑管改為螺旋管增加傳熱效果，將同心圓設計改為旋風板，對于氣流走向由熱氣走管內、冷氣走管外設計成彈簧式螺旋圈，通過上述技術手段來實現本實用新型的目的。
以下結合附圖和實施例，詳述本實用新型的結構特征和工藝特征。


圖1傳統(tǒng)氨合成系統(tǒng)冷卻、冷凝、分離過程圖。
圖2傳統(tǒng)冷交換器結構圖圖3傳統(tǒng)冷交冷氣折流情況圖圖4氨合成冷卻冷凝分離器圖5傳熱管及螺旋圈圖6旋風板參見圖4，本實用新型它由上填料函(1)、三通(2)、換熱器上中心管(3)、填料函(4)、外筒體大蓋(5)、熱氣出口(6)、彈簧螺旋管(7)、換熱器外殼(8)、換熱管(9)、冷交內筒(10)、冷交外筒(11)、旋風板(12)、溢流管(13)、換熱器下中心管(14)、下填料函(15)、冷氣進口(16)、液氨出口(17)、熱氣進口(18)、冷氣出口(19)所組成。
上填料函(1)、填料函(4)和下填料函(15)為圓環(huán)形，由耐腐蝕、耐溫的柔性石墨制成，換熱器上中心管(3)為一直管，外筒體大蓋(5)為圓形厚板，它與冷交外筒(11)相連，彈簧螺旋圈(7)由φ3～4的圓絲制成，其螺距與螺旋槽相同，彈簧螺旋在螺旋槽的陽紋上。外殼由冷交外筒(11)、大蓋(5)、三通(2)三大部分組成，內件由冷交內筒(10)、換熱器外殼(8)、分離旋風板(12)組成。冷交筒體(11)為厚板卷成的空殼圓筒，其中開有冷氣進口(16)、液氨出口(17)和熱氣出口(19)，筒體(11)的上端與外筒大蓋(5)相連，外筒大蓋(5)為圓形厚板，中間有一通孔，供三通(2)穿越之用，熱氣進口(18)與三通(2)相連，熱氣經三通(2)通過冷卻內筒(10)上部的小孔進入內筒(10)中，冷氣經三通(2)從頂部排氣口(19)排出，換熱器外殼(8)它位于冷卻冷凝分離器的中上部，它是一個空筒，兩端各有一塊管板，供安裝固定換熱管(9)之用，換熱管(9)就固定在兩管板之間，內筒(10)的上端與換熱器上中心管(3)相連，冷氣經換熱器上中心管(3)從冷氣出口(19)排出。換熱器外殼(8)的下端與換熱器下中心管(14)相連，中心管(14)穿越冷交外筒(11)的底部中孔且與冷氣進口(16)相連。
在冷交內筒(10)的中下部裝有旋風板(12)，旋風板(12)的結構如圖6所示，它由溢流管(13)、承液槽(12a)、三角導流片(12b)、盲板(12c)所組成、溢流管(13)為一根直管，每組6-8根均布于環(huán)形承液槽(12a)中，供冷卻后的液氨導流之用。承液槽(12a)為環(huán)形金屬槽，它與旋風導流片(12b)在內圈相連，旋風導流片(12b)為三角形，與水平線成13°～18°夾角，導流片(12b)一端接承液槽(12a)，另一端即內圈與盲板(12c)相接，盲板(12c)為圓形板，中間有一個圓形孔，供換熱器下中心管(14)穿越之用，旋風板(12)在整個冷交換熱器內裝置2～3片，視冷交的容量而定，它串接于換熱器下中心管(14)上。
圖5為傳熱管及螺旋圈結構剖視圖，彈簧圈(7A)、傳熱管(9A)，該結構為本實用新型的結構特點之一。
氨合成冷卻冷凝分離器的工作流程富氨氫氮熱氣體，溫度約40℃，氨含量約10～16％從頂部的進氣口(18)經三通(2)進入換熱器管外，沿著每根管的螺旋槽溝邊冷卻邊往下流動，溫度逐漸降低，部分氣氨冷凝成霧粒，直至下部出來。氣液混合物進入第一塊旋風板，在氣體導向板的作用下，快速旋風式轉動，液滴被甩向圓周承液槽，由溢流管(13)流到下一個承液槽，經過第一塊板之后進入第二塊旋風板，同樣發(fā)生旋轉，液滴被甩向承液槽，如此經過2～3塊旋風板，氣體中的液氨基本被分離，液氨從出口(17)流出，冷卻氣體從筒體下部的小孔出來，沿著內外筒環(huán)隙往上經出氣口(6)排出。
溫度2℃～8℃的氫氮氣體經進口(16)進入換熱器下中心管(14)、換熱器(9)的管內，在管內由下而上螺旋形上升，被管外熱氣加熱，溫度升至25℃～28℃，由出口(19)排出，從而完成一個工作循環(huán)。
1、本實用新型由于在頂部采用兩道小直徑填料函(1)與(4)設計替換了原來的大直徑填料，密封面小，易于壓緊，可靠性高且不易發(fā)生泄漏。
2、換熱管(9)由光滑設計成螺旋槽管，管內外氣體流動形成湍流狀態(tài)，傳熱阻力小，傳熱效果好。
3、管外套有螺旋圈，既固定了管子，防止其擺動，又減少了氣流死區(qū)，增加傳熱效果。
4、因管外有螺紋槽管，氣相中冷凝的細小微粒氨，經過槽管向下流動，由霧狀微粒凝聚成較大液滴，有利于氣液分離。
5、旋風板的導向作用，使氣體高速旋轉，液氨被甩至外圈，碰到筒壁即分離下來，提高了分離效率。
權利要求1.涉及一種氨合成氣冷卻冷凝分離器，用于氨合成生產，其特征是它由厚板卷成的冷交外筒(11)、內裝冷交內筒(10)、外筒體大蓋(5)為圓形厚板，它與冷交外筒(11)在上端與之相連、冷交內筒(10)的上端與換熱器上中心管(3)相連、上中心管(3)為一直管、它穿越外筒體大蓋(5)和三通(2)、冷交內筒(10)的中上部裝有換熱器(8)、其兩端各有一塊管板、供安裝固定換熱管(9)、換熱器外殼(8)的下端與換熱器下中心管(14)相連、下中心管(14)穿越冷交外筒(11)的底部中孔，且與冷氣進氣口(16)相連、冷交內筒(10)的中下部裝有旋風板(12)、旋風板(12)為2～3片，它串接于換熱器下中心管(14)上。
2.根據權利要求1所述的一種氨合成氣冷卻冷凝分離器，其特征是，在冷卻冷凝分離器的上端采用兩通小直徑圓形填料函(1)和(4)，其材質為耐腐蝕，耐溫的柔性石墨。
3.根據權利要求1所述的一種氨合成氣冷卻冷凝分離器，其特征是，彈簧螺旋圈(7)由φ3～φ4圓絲制作，裝在螺旋形換熱管(9)上。
4.根據權利要求1所述的一種氨合成冷卻冷凝分離器，其特征是，旋風板(12)它由溢流管(13)、承液槽(12a)、三角導流片(12b)、盲板(13c)所構成，溢流管(13)為直管、6～8根為一組均布環(huán)形金屬槽(12a)上，它與旋風導流片(12b)在內圈相連，旋風導流片(12b)為三角形，與水平線成13°～18°夾角，其一端與盲板(12c)相連。
專利摘要一種涉及氨合成氣冷卻冷凝分離器，用于氨合成廠的生產，屬化工。傳統(tǒng)的冷交分離器，由于換熱管為光滑管，傳熱阻力大，體積龐大，效率低，且有傳熱死角區(qū)。本實用新型采用螺旋圈換熱管(9)，旋風導流板(12)導向，使用兩道小直徑填料函(1)與(4)，使冷卻冷凝分離的性能大為改善，不僅傳熱效率高，且分離效率大為提高，同時分離器內氣體流動狀態(tài)也隨之改善。
文檔編號F28D7/02GK2573983SQ0227702
公開日2003年9月17日 申請日期2002年8月6日 優(yōu)先權日2002年8月6日
發(fā)明者謝定中, 嚴朝建, 盧健, 梁恭增, 李彬, 鄒四平 申請人:湖南安淳高新技術有限公司