技术领域
[0001] 本
发明涉及空气分离技术领域，尤其涉及一种空气分离设备。
背景技术
[0002]
现有技术中，空气分离简称空分，是指利用空气中各组分物理性质不同，采用深度冷冻、
吸附、膜分离等方法从空气中分离出
氧气、氮气，或同时提取氦气、氩气等稀有气体的过程。空气的分离过程一般为：首先，外部环境中的空气通过
过滤器初步过滤掉颗粒较大的杂质；其次，通过空气
压缩机进行压缩，以获得较高压
力的空气；然后，使空气进入
冷却塔进行降温预冷，以获得
温度较低的空气；再接着，将空气通入纯化系统，去除空气中的
水分以及其他气体杂质；最终，将高压、纯净的空气送入
分馏塔中进行分离，以获得液氧、液氮和液氩等。而目前的冷却塔通常采用喷淋的方式对空气进行冷却降温，在喷淋降温时，采用的喷淋用水仅仅是在
循环水池中初步降温后又进行重复的喷淋使用，对高温空气的冷却降温效果较差，因此为了将空气冷却到所需的温度要求，需要设置多个喷淋管道采用大量的冷却用水进行降温，增加了冷却用水的使用量，水资源浪费较大，提高了生产成本。
发明内容
[0003] 本发明旨在至少解决上述所提及的技术问题之一，提供一种空气分离设备，能够使得预冷系统提高对高温空气的冷却降温效果，减少冷却用水的使用量，降低生产成本。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空气分离设备，包括
空气过滤器、空气压缩机组、预冷系统、纯化系统、
分馏塔、液氧贮存系统、液氮贮存系统和液氩贮存系统，预冷系统包括第一冷却塔，第一冷却塔的底部和顶部分别设置有进气口和排气口，进气口连通有第一输气管道，排气口连通有第二输气管道，第一冷却塔内设置有喷淋腔室，喷淋腔室内由下至上依次设置有第一喷淋组件和第二喷淋组件，第一喷淋组件和第二喷淋组件设置在进气口与排气口之间，以对通入喷淋腔室内的空气进行喷淋冷却，第一喷淋组件连通有第一供水管路，第二喷淋组件连通有第二供水管路，喷淋腔室的底部连通有循环管路，循环管路连通有循环水池，第一供水管路和第二供水管路均与循环水池连通，其中，第二供水管路上安装有用于对其管路内部的冷却用水进行冷却的冷却机构。
[0005] 优选的，所述第二供水管路上还设置有用于对冷却用水进行初步冷却降温的第二冷却塔，第二冷却塔的内部设置有冷却腔室，冷却腔室的上部设置有第三喷淋组件，第三喷淋组件通过连接管道与循环水池连通，第二供水管路连通冷却腔室的底部，其中，还包括氮气输送管路，氮气输送管路与冷却腔室的中部连通，以向冷却腔室内通入氮气用于对冷却用水进行冷却，且第二冷却塔的顶部设置有使氮气排出的气体排出口。
[0006] 优选的，所述冷却腔室的底部设置有第一储水空腔，第一储水空腔内设置有第一液位检测装置，连接管道上设置有用于控制其管道通断的第一控制
阀，第一液位检测装置与第一
控制阀连接，并根据检测到的液位
信号控制第一控制阀的开闭。
[0007] 优选的，所述喷淋腔室的底部设置有第二储水空腔，循环管路与第二储水空腔连通，且第二储水空腔的底部还设置有第二
排水管路。
[0008] 优选的，所述第二排水管路上设置有第二控制阀，第一供水管路和第二供水管路上均设置有第一
泵体，第二输气管道上设置有压力检测装置，压力检测装置连接有
控制器，控制器根据压力检测装置检测到的压力信号，能够分别控制第二控制阀和第一泵体工作。
[0009] 优选的，所述第二储水空腔内安装有第二液位检测装置，循环管路上设置有用于控制其管路通断的第三控制阀，第二液位检测装置与第三控制阀连接，并根据检测到的液位信号控制第三控制阀的开闭。
[0010] 优选的，还包括氮气循环系统，氮气循环系统包括换热器、循环氮压机、高温膨胀机、低温膨胀机、第一
增压机后冷却器、第二增压机后冷却器、第一连接管路、第二连接管路和第三连接管路，分馏塔的底部腔室设置有相连通的出气口和回气口，分馏塔的顶部腔室设置有回流口，高温膨胀机具有高温膨胀端和高温增压端，低温膨胀机具有低温膨胀端和低温增压端；
[0011] 其中第一连接管路的一端连接出气口，另一端依次经过换热器、循环氮压机、高温增压端、第一增压机后冷却器、低温增压端、第二增压机后冷却器，再经过换热器后，与回气口连接；
[0012] 第二连接管路一端连接在换热器与回气口之间的第一连接管路上，另一端经过低温膨胀端后连接在换热器与循环氮压机之间的第一连接管路上；
[0013] 第三连接管路的一端连接在循环氮压机与高温增压端之间的第一连接管路上，另一端依次经过换热器和高温膨胀端，再经过换热器后，连接在换热器与循环氮压机之间的第一连接管路上。
[0014] 优选的，还包括
调温管路，调温管路的一端连接在第二连接管路与回气口之间的第一连接管路上，另一端连接在第二连接管路上，第二连接管路上设置有温度检测装置，调温管路上设置有与温度检测装置连接的第一调节阀，温度检测装置通过检测的温度信号，控制第一调节阀的开度。
[0015] 优选的，所述第二连接管路上位于低温膨胀端与换热器之间设置有气液分离罐，气液分离罐的底部通过
回流管路与回流口连通，第二连接管路分别连接气液分离罐的中部和顶部，气液分离罐内设置有第三液位检测装置，回流管路上设置有与第三液位检测装置连接的第二调节阀，第三液位检测装置通过检测的液位信号，控制第二调节阀的开闭。
[0016] 优选的，所述分馏塔的顶部通过氮气输送管路与第二冷却塔连通，以向第二冷却塔中通入氮气。
[0017] 有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种空气分离设备通过将高温空气从进气口通入第一冷却塔的喷淋腔室内，经
过喷淋的方式进行冷却降温后，再通过排气口排出，从而实现了对空气的预冷处理，在进行冷却降温时，首先通过第一喷淋组件采用常温的冷却用水对空气进行初步喷淋冷却降温，然后通
过冷却机构对第二供水管路上的冷却用水冷却降温变成低温的冷却用水后，再通过第二喷淋组件对空气进一步的冷却降温，采用常温与低温冷却用水相结合的喷淋冷却方式，提高了对高温空气的冷却效果，在实现相同冷却效果的情况下，减少了喷淋的次数，从而减少了冷却用水的用量，降低了生产成本。
附图说明
[0018] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
[0019] 图1为本发明的一种空气分离设备的连接结构示意简图；
[0020] 图2为图1中的预冷系统的结构示意图；
[0021] 图3为图2中的第一冷却塔的结构示意图；
[0022] 图4为图2中的第二冷却塔的结构示意图；
[0023] 图5为图1中的氮气循环系统的结构示意图。
具体实施方式
[0024] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件，当部件被称为“设置在中部”，不仅仅是设置在正中间
位置，只要不是设置在两端部都属于中部所限定的范围内。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0026] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027] 如图1至图4所示，一种空气分离设备，包括空气过滤器1、空气压缩机组2、预冷系统3、纯化系统4、分馏塔5、液氧贮存系统6、液氮贮存系统7和液氩贮存系统8，预冷系统3包括第一冷却塔9，第一冷却塔9的底部和顶部分别设置有进气口和排气口，进气口连通有第一输气管道10，以将经过空气压缩机组2压缩后的高温高压空气通入第一冷却塔9中，排气口连通有第二输气管道11，已经冷却后的空气输出至纯化系统4，第一冷却塔9内设置有喷淋腔室，喷淋腔室内由下至上依次设置有第一喷淋组件12和第二喷淋组件13，第一喷淋组件12和第二喷淋组件13设置在进气口与排气口之间，以对通入喷淋腔室内的空气进行喷淋冷却，第一喷淋组件12连通有第一供水管路14，第二喷淋组件13连通有第二供水管路15，通过第一供水管路14和第二供水管路15分别向第一喷淋组件12和第二喷淋组件13输送冷却用水，具体的，第一喷淋组件12和第二喷淋组件13均包括固定安装在喷淋腔室内的喷淋管道，喷淋管道上设置有若干喷头，喷淋腔室的底部连通有循环管路16，循环管路16连通有循环水池17，第一供水管路14和第二供水管路15均与循环水池17连通，其中，第二供水管路15上安装有用于对其管路内部的冷却用水进行冷却的冷却机构18。具体的，冷却机构18可以采用目前空气分离系统中普通使用的冷水机组。
[0028] 在空气分离的过程中，大气依次经过空气过滤器1的过滤、空气压缩机组2的压缩后，变成高温高压的空气，高温空气从进气口通入第一冷却塔9的喷淋腔室内，依次经过第一喷淋组件12和第二喷淋组件13进行喷淋冷却降温后，再通过排气口输送至纯化系统4中干燥除杂，然后通过分馏塔5进行分馏，最后将分馏出来的液氧、液氮和液氩分别储存在液氧贮存系统6、液氮贮存系统7和液氩贮存系统8中，在进行喷淋冷却降温时，首先通过第一喷淋组件12采用常温的冷却用水对空气进行初步喷淋冷却降温，然后通过冷却机构18对第二供水管路15上的冷却用水冷却降温变成低温的冷却用水后，再通过第二喷淋组件13对空气进一步的冷却降温，通过采用常温与低温冷却用水相结合的喷淋冷却方式，提高了对高温空气的冷却效果，在实现相同冷却效果的情况下，减少了喷淋的次数，从而减少了冷却用水的用量，降低了生产成本。同时，喷淋后的冷却用水通过冷却腔室底部的循环管路16流入循环水池17中冷却后，可以继续通入第一供水管路14和第二供水管路15中进行循环使用，以达到循环用水的目的。
[0029] 在其中一优选的实施方式中，第二供水管路15上还可以设置有用于对冷却用水进行初步冷却降温的第二冷却塔19，通过第二冷却塔19对冷却用水进行初步冷却后，再通过冷却机构18进行冷却，可以进一步的提高对冷却用水的冷却效果。
[0030] 具体的，第二冷却塔19的内部可以设置有冷却腔室，冷却腔室的上部设置有第三喷淋组件20，第三喷淋组件20通过连接管道24与循环水池17连通，第二供水管路15连通冷却腔室的底部，其中，还包括氮气输送管路21，氮气输送管路21与冷却腔室的中部连通，以向冷却腔室内通入氮气用于对冷却用水进行冷却，且第二冷却塔19的顶部设置有使氮气排出的气体排出口，具体的，第三喷淋组件20也包括喷淋管道和设置在喷淋管道上的若干喷头，喷淋管道固定安装在冷却腔室的顶部且与连接管道24连通，将氮气通入冷却腔室后，氮气向上流动，通过设置喷淋管道，可以通过喷淋的方式，使得冷却用水从冷却腔室的顶部喷洒下来，并与向上流动的氮气充分
接触冷却之后，再流入第二供水管路15中，采用喷淋的方式，可以使得冷却用水与氮气充分接触，进而提高了氮气对冷却用水的冷却效果，氮气对冷却用水进行冷却后，可以通过第二冷却塔19顶部的气体排出口排出。具体的，本实施方案中的氮气不仅包括干净的氮气，还包括污氮气。
[0031] 进一步的，冷却腔室的底部可以设置有第一储水空腔22，通过第一储水空腔22对冷却后的冷却用水进行储存，第一储水空腔22的上部可以设置有溢流管道，当第一储水空腔22内的冷却用水超过设定的储存容量后，可以通过溢流管道直接排出至地沟。
[0032] 更进一步的，第一储水空腔22内可以设置有第一液位检测装置23，连接管道24上设置有用于控制其管道通断的第一控制阀25，第一液位检测装置23与第一控制阀25连接，并根据检测到的液位信号控制第一控制阀25的开闭，具体的，当第一液位检测装置23检测到储水空腔内的冷却用水的液位超过设定的液位时，第一液位检测装置23控制第一控制阀25关闭，从而可以停止向第二冷却塔19内供水。
[0033] 更为优选的，第一储水空腔22的底部可以连通有第一排水管路，具体的第一储水空腔22的底部设置有排水口，第一排水管路与排水口连通，且第一排水管路上设置有用于控制其管路通道的
阀体，通过设置有第一排水管路，在对第二冷却塔19的内部进行清洗时，便于清洗
废水和杂物沉淀的排出。
[0034] 在更为优选的实施方式中，喷淋腔室的底部可以设置有第二储水空腔26，循环管路16与第二储水空腔26连通，对高温空气进行喷淋冷却后的冷却用水通过第二储水空腔26进行收集后，通过循环管路16再统一排入循环水池17中，且第二储水空腔26的底部还设置有第二排水管路27，通过设置有第二排水管路27，在对第一冷却塔9的内部进行清洗时，便于清洗废水和杂物沉淀的排出。
[0035] 进一步的，第二排水管路27上可以设置有第二控制阀28，通过第二控制阀28可以控制第二排水管道的通断，第一供水管路14和第二供水管路15上均设置有第一泵体29，通过第一泵体29提供动力，使得第一供水管路14和第二供水管路15中的冷却用水分别输送至第一喷淋组件12和第二喷淋组件13，第二输气管道11上设置有压力检测装置30，压力检测装置30连接有控制器31，控制器31根据压力检测装置30检测到的压力信号，能够分别控制第二控制阀28和第一泵体29工作，由于循环管路16中进行冷却用水输送时需要通过空气的气压进行输送，当空气气压较低时，会影响冷却用水的输送，因此，当压力检测装置30检测到第二输出管道中空气的压力较低时，控制第一泵体29停止工作，从而停止向第一冷却塔9中输送冷却用水，并控制第二控制阀28打开，以将第二储水空腔26内的冷却用水排出。
[0036] 进一步的，第一泵体29的侧部可以并联有备用管路，备用管路上设置有第二泵体，在第一泵体29未发生故障时，通过第一泵体29进行冷却用水的输送，当第一泵体29发生故障时，通过第二泵体提供输送冷却用水的动力，从而确保生产的正常进行。
[0037] 进一步的，第二储水空腔26内可以安装有第二液位检测装置32，循环管路16上设置有用于控制其管路通断的第三控制阀33，第二液位检测装置32与第三控制阀33连接，并根据检测到的液位信号控制第三控制阀33的开闭，具体的，当第二液位检测装置32检测到第二储水空腔26内的液位超过设定值时，控制第三控制阀33打开，从而将第二储水空腔26内的冷却用水排出，当第二液位检测装置32检测到第二储水空腔26内的液位低于设定值时，控制第三控制阀33关闭。
[0038] 如图1和图5所示，本实施方案中的空气分离设备还可以包括氮气循环系统54，氮气循环系统54包括换热器34、循环氮压机35、高温膨胀机36、低温膨胀机37、第一增压机后冷却器38、第二增压机后冷却器39、第一连接管路40、第二连接管路41和第三连接管路42，分馏塔5的底部腔室设置有相连通的出气口和回气口，分馏塔5的顶部腔室设置有回流口，本实施方式中的分馏塔5为现有结构，具体不作过多赘述，其能够用于对纯化后的空气进行分馏处理，以分离出氧气、氮气和氩气等，高温膨胀机36和低温膨胀机37均采用透平膨胀机，高温膨胀机36具有高温膨胀端43和高温增压端44，低温膨胀机37具有低温膨胀端45和低温增压端46；
[0039] 其中，第一连接管路40的一端连接出气口，另一端依次经过换热器34、循环氮压机35、高温增压端44、第一增压机后冷却器38、低温增压端46、第二增压机后冷却器39，再又一次经过换热器34后，与回气口连接，使得分馏塔5内的氮气从出气口流出，经过第一连接管路40后，通过回气口再流回分馏塔5内，以构成一气体回路；
[0040] 第二连接管路41一端连接在换热器34与回气口之间的第一连接管路40上，另一端经过低温膨胀端45后连接在换热器34与循环氮压机35之间的第一连接管路40上；
[0041] 第三连接管路42的一端连接在循环氮压机35与高温增压端44之间的第一连接管路40上，另一端依次经过换热器34和高温膨胀端43，再经过换热器34后，连接在换热器34与循环氮压机35之间的第一连接管路40上。
[0042] 在氮气循环过程中，分馏塔5中分离出来的低温氮气通过第一连接管路40在换热器34中释放冷量，温度升高，然后经过循环氮压机35进行压缩，使得压力增大，温度升高，然后分成两路进行输送：其中一路氮气继续沿着第一连接管路40输送，依次经过高温增压端初步增压、第一增压机后冷却器38初步冷却、低温增压端进一步增压、第二增压机后冷却器39进一步冷却后变成高压氮气，高压氮气再次经过换热器34吸收冷量温度降低后，其中一部分通过第一连接管路40从回气口流回分馏塔5内，另一部分流入第二连接管路41中，经过低温膨胀端45进行膨胀后存储冷量，然后再经过换热器34释放冷量后温度升高并流至第一连接管路40中；另一路氮气流入第三连接管路42中，经过换热器34吸收冷量后温度降低，然后通过高温膨胀端43进行膨胀后存储冷量，再经过换热器34释放冷量后温度升高，最终流至第一连接管路40中。将氮气通过高温膨胀端43以及低温膨胀端45进行膨胀后，以使得氮气获取冷量，并通过换热器34将氮气中的冷量释放出来，以获取空气分离过程中所需的冷量，在使用过程中，可以通过将空气设备中的其他所需冷量的管路连接至换热器34中，即可实现冷量的获取，管路设置合理，充分的利用了空气分离过程中的氮气，并且能够对氮气进行循环利用，降低了生产成本，同时通过高温增压端和低温增压端对氮气进行两次增压，能够获取更高压力的氮气，为后续高压膨胀制取过多冷量做准备。
[0043] 在更为优选的实施方式中，还可以包括调温管路47，调温管路47的一端连接在第二连接管路41与回气口之间的第一连接管路40上，另一端连接在第二连接管路41上，以调节第二连接管路41中的氮气的温度，具体的，第一连接管路40经过换热器34释放热量后，其中一部分继续流至第一连接管路40中，另一部分流至第二连接管路41中，且流至第一连接管路40中的氮气温度低于第二连接管路41中氮气的温度，通过调温管路47将温度较低的第一连接管路40中的氮气输送至第二连接管路41中，从而实现第二连接管路41中氮气温度的调节。具体的，第二连接管路41上设置有温度检测装置48，调温管路47上设置有与温度检测装置48连接的第一调节阀49，温度检测装置48通过检测的温度信号，控制第一调节阀49的开度，温度检测装置48能够检测第二连接管路41中的氮气温度，当检测到的温度信号高于设定值时，温度检测装置48能够控制第一调节阀49打开，从而向第二连接管路41中输入温度较低的氮气，以降低第二连接管路41中氮气的温度，并且可以根据检测到的温度大小控制第一调节阀49打开的程度，当检测到的氮气温度越高，则第一调节阀49的打开程度越大。
[0044] 在另一优选的实施方式中，第二连接管路41上位于低温膨胀端45与换热器34之间设置有气液分离罐50，气液分离罐50的底部通过回流管路51与回流口连通，第二连接管路41分别连接气液分离罐50的中部和顶部，第二连接管路41中的氮气经过低温膨胀端45膨胀后，会产生部分的液氮，通过将氮气与液氮从气液分离罐50的中部通入，液氮储存在气液分离罐50的底部，氮气通过气液分离罐50顶部流出至第二连接管路41中继续输送，储存在气液分离罐50底部的液氮可以通过回流管路51经回流口输送至分馏塔5的顶部，进一步的，气液分离罐50内可以设置有第三液位检测装置52，回流管路51上设置有与第三液位检测装置
52连接的第二调节阀53，第三液位检测装置52通过检测的液位信号，控制第二调节阀53的开闭，当第三液位检测装置52检测到气液分离罐50内的液氮超过设定的液位时，即可控制第二调节阀53自动打开，从而将液氮输送至分馏塔5的顶部。
[0045] 在更为优选的实施方式中，分馏塔5的顶部可以通过氮气输送管路21与第二冷却塔19连通，分馏塔5中分离出来的部分低温氮气可以通过氮气输送管路21通入第二冷却塔19中，从而对第二冷却塔19中的冷却用水进行冷却，以进行冷却用水的制取，从而对实现了对氮气的充分利用，达到降低生产成本的目的。
[0046] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何
修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
[0047] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
