防止污氮电加热器接线腔过热和潮湿的技术探讨

引言

氮气广泛应用于冶金、石化、医疗、制造业等领域,它是国民经济建设中不可或缺的一种重要气体。空分流程中,分子筛吸附空气中的水、二氧化碳、乙炔以及各种碳氢化合物后,需采用高温氮气对分子筛进行活化,保证分子筛的吸附能力。由于氮的化学惰性,氮气也常用作保护气体,防止某些物体暴露于空气时被氧化。

污氮电加热器是一种加热污氮气体的空分设备,其作用是对再生污氮气进行加热至需求温度,供分子筛再生加热及冷吹用。电加热器工作时,由于设计原因,加之电加热管和管板等结构不合理导致的传热影响,电加热器接线腔的温度较高,直接影响到箱内电缆、铜排等受高温易老化零部件的寿命。特别是在污氮电加热器进口处,在污氮气体的温度本来就比较高(50C以上)的情况下,接线腔内温度更高,对电缆等零部件的寿命影响更大:在季节性温差较大易冷凝结露的地方以及多雨潮湿地区,污氮电加热器在初次使用前或长时间停用后,接线腔内铜排、电加热管等导电零部件更易凝结露水,影响绝缘性能。当污氮电加热器通电使用时,接线腔内铜排等零部件在露水的影响下会发生短路烧坏,给污氮电加热器的运行带来严重危害。长期以来,专业科技工作人员执着追求,探索能防止污氮电加热器接线腔过热和潮湿的技术瓶颈的突破,以满足供给侧结构需求的期望。

1电加热器对再生污氮处理的功能

原始空气进入过滤器除去灰尘和机械杂质,进入空气透平压缩机,借助中间冷却器进行中间冷却,将空气压缩至℃0.2MPa(A)左右再进入空冷塔冷却。出空冷塔空气进入分子筛吸附器,清除空气中的水分、二氧化碳化合物后,获得干净而又干燥的空气。两台吸附器交替使用,一台吸附器吸附杂质,另一台吸附器则由污氮气进行再生。电加热器的功能就是对再生污氮气进行加热至需求温度,供分子筛再生加热及冷吹用。

2防过热和潮湿污氮电加热器接线腔总体设计思路

经长期反复琢磨研究,设计了一种在进口处污氮气体温度很高的工况下,以及在潮湿恶劣环境下,仍然能正常工作并有效防止过热和潮湿的污氮电加热器接线腔。

3技术设计方案

接线腔的组成如图1所示。

壳体两端分别设置冷却保护气进口接管、冷却保护气出口接管,冷却保护气进口接管、冷却保护气出口接管分别与接线腔壳体内腔连通。接线腔壳体内设置安全冷凝系统,该系统由防冷凝电加热器、温度检测器及温度控制器组成。温度检测器安装在壳体的内壁上并远离防冷凝电加热器。温度控制器与防冷凝电加热器、温度检测器电连接。

防冷凝电加热器设计固定在接线腔壳体下侧的内壁上,温度检测器和温度控制器设置在接线腔壳体上侧的内壁上,亦可把防冷凝电加热器设计固定在接线腔壳体左侧内壁上,温度检测器和温度控制器设计固定在接线腔壳体右侧内壁上,不管何种设计方案,只要使得防冷凝电加热器与温度检测器之间的距离尽可能远即可。

防冷凝电加热器与接线腔壳体内壁之间的距离必须保持1℃℃mm以上,避免防冷凝电加热器直接对接线腔壳体进行加热。

在接线腔壳体内壁对应冷却保护气进口接管处设计安装防止冷却保护气流速过快的防冲挡板,挡板通过沿圆周均匀设置的3根或以上固定杆与接线腔体内壁固定。挡板优选圆形并与冷却保护气进口管相垂直,从而可阻挡冷却保护气对铜排、电加热管接线柱产生冲击。在污氮电加热器工作时,向冷却保护气进口接管中通入的污氮气体温度不高于常温。

如初次使用以及检修后再次启动前,或暂时停用期间,开启防冷凝系统,当温度检测器检测到接线腔内温度低于30℃时,立即开启防冷凝电加热器升温,通过温度控制器调节加热温度。当温度检测器检测出接线腔内温度超过控制器设计的35℃时,防冷凝电加热器则停止工作:反之,当接线腔内的温度下降到30℃时,防冷凝电加热器再次开启,如此循环往复。

该电加热器接线腔攻克了防止污氮电加热器过热和潮湿的技术瓶颈,提高了污氮电加热器的稳定性,使污氮电加热器在加热污氮气体温度很高和环境温差很大的条件下也能正常使用,拓宽了污氮电加热器使用的区域范围。

4结语

防止过热和潮湿的污氮电加热器接线腔创新技术的问世,打破了发达国家对我国中高端市场的长期垄断。该技术通过不断探讨和改善,2018年1月获得了国家授权的发明专利,专利号:ZL201410726711.7。技术成果亦已经转化为产品,现已批量生产,在盈德气体有限公司、杭氧集团股份有限公司、开封空分集团有限公司、河南开元空分集团有限公司、开封黄河空分集团有限公司、四川空分集团有限公司等近百家企业得到了广泛应用。该技术因其技术的先进性、结构的紧凑性、性价比的优良性、质量的可靠性,深受使用单位青睐,产生了良好的经济效益和社会效益。