依托空分系统的填料性能测试装置

1.本发明属于能源类低温空气分离技术领域，具体涉及一种依托空分系统的填料性能测试装置。


背景技术：

2.随着工业的快速发展，空气分离产品的应用也越来越广泛，各行各业对空分设备的需求也急剧增加，以煤化工行业为例，2025年，仅煤化工行业需要配套制氧能力为60000m3/h的空分设备约为130～150 套。因此空分设备生产企业为了占有更大的市场份额，一直围绕着节约投资成本和节能降耗两个目标进行技术开发和研究。填料塔的效率直接影响到空分设备产品的好坏，而填料在精馏塔的设计上起到了关键性的作用。由于填料塔内填料的实际效率较难取得，因此国内空分制造企业在精馏塔的设计过程中，主要依靠经验对填料的效率进行取值，且取值都比较为保守，这样不但增加了投资成本，而且还提高了设备运行成本，造成能源的浪费。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述问题，提供一种依托空分系统的填料性能测试装置。
4.为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：依托空分系统的填料性能测试装置，包括填料测试系统、若干自上向下依次设置的下塔段以及若干自上向下依次设置的上塔段，所述的下塔段中至少一个位于上方的下塔段以及所述的上塔段中若干位于上方的上塔段分别与填料测试系统的下流液体进口和上升气体出口相连通，所述的填料测试系统的下流液体出口和上升气体进口分别与下塔段中至少一个位于下方的下塔段以及所述的上塔段中若干位于下方的上塔段相连通，且相邻的两个下塔段之间和/或相邻的两个上塔段之间分别相连通。系统进行填料性能测试时，由于不同塔段的填料性能差异较大，系统按各个液体和气体的进出口位置分段，测试不同塔段的填料效率则通过切换不同的电动调节阀实现。
5.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的下塔段分为自上向下依次设置的下塔ⅰ段和下塔ⅱ段，所述的上塔段分为自上向下依次设置的上塔ⅰ段、上塔ⅱ段、上塔ⅲ段、上塔ⅳ段和上塔
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段。
6.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的下塔ⅰ段顶部设置有中压液氮进口和中压氮气出口，下塔ⅰ段底部设置有上升气体进口和下流液体出口，所述的下塔i段底部的下流液体出口管路分成两路，一路通过管路与#28电动调节阀相连且与下塔ⅱ段相连通，另一路通过管路与#29电动调节阀相连后与所述的填料测试系统的下流液体进口相连。
7.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的下塔ⅱ段底部设置有液空出口和压缩空气进口，在下塔ⅱ段顶部设置有下流液体进口和上升气体出口，所述的下塔ⅱ段顶部上升气体出口管路分成两路，一路通过管路与#25电动调节阀相连后与所述的下
塔ⅰ段的上升气体进口相连，另一路通过管路与#27电动调节阀相连后与填料测试系统的上升气体进口相连。
8.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的上塔ⅰ段顶部设置有氩馏分抽口、氩馏分进口、上升气体出口和下流液体进口，底部设置有液氧出口，所述的上塔ⅰ段顶部上升气体出口管路分成两路，一路通过管路与#24电动调节阀相连后与所述的填料测试系统上升气体进口相连，另一路通过管路与#23电动调节阀相连后与所述的上塔ⅱ段底部的上升气体进口相连。
9.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的上塔ⅱ段顶部设置有液空气体进口、液空液体进口、上升气体出口和下流液体进口，底部设置有上升气体进口和下流液体出口，所述的上塔ⅱ段顶部的上升气体出口管路分成两路，一路通过管路与 #17电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅲ段上升气体进口相连，另一路通过管路与#18电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统的上升气体进口相连；所述的上塔ⅱ段底部的下流液体出口管路分成两路，一路通过管路与#19电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统下流液体进口相连，另一路通过管路与#21电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅰ段下流液体进口相连。
10.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的上塔ⅲ段顶部设置有污液氮进口、上升气体出口和下流液体进口，底部设置有上升气体进口和下流液体出口，所述的上塔ⅲ段顶部的上升气体出口管路分成两路，一路通过管路与#11电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅳ段的上升气体进口相连，另一路通过管路与#12电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统的上升气体进口相连；所述的上塔ⅲ段底部下流液体出口管路分成两路，一路通过管路与#13电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统的下流液体进口相连，另一路通过管路与#15电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅱ段的下流液体进口相连。
11.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的上塔ⅳ段顶部设置有污氮气出口、上升气体出口和下流液体进口，底部设置有下流液体出口和上升气体进口，所述的上塔ⅳ段顶部的上升气体出口管路分成两路，一路通过管路与#5电动调节阀相连后通过管路与上塔
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段上升气体进口相连，另一路通过管路与#6 电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统的上升气体进口相连；所述的上塔ⅳ段底部的下流液体出口管路分成两路，一路通过管路与#7电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统的下流液体进口相连，另一路通过管路与#9电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅲ段的下流液体进口相连。
12.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的上塔
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段顶部设置有氮气出口和液氮进口，底部设置有下流液体出口和上升气体进口，所述的上塔
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段底部的下流液体出口管路分成两路，一路通过管路与#1电动调节阀相连后通过管路与所述的填料测试系统的下流液体进口相连，另一路通过管路与#3电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅳ段的下流液体进口相连。
13.在上述的依托空分系统的填料性能测试装置中，所述的填料测试系统顶部分别设置有第一分析管、上升气体出口和下流液体进口，底部分别设置有第二分析管、上升气体进口和下流液体出口，所述的填料测试系统的下流液体出口通过管路与低温液体泵相连且管
路分成五路，一路通过管路与#30电动调节阀相连后通过管路与所述的下塔ⅱ段的下流液体进口相连；一路通过管路与 #20电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅰ段的下流液体进口相连；一路通过管路与#14电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅱ段的下流液体进口相连；一路通过管路与#8电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅲ段的下流液体进口相连；一路通过管路与#2电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅳ段下流液体进口相连；所述的填料测试系统的上升气体出口管路分成五路，一路通过管路与#26电动调节阀相连后通过管路与所述的下塔ⅰ段上升气体进口相连；一路通过管路与#22电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅱ段上升气体进口相连；一路通过管路与#16电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅲ段上升气体进口相连；一路通过管路与#10电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅳ段上升气体进口相连；一路通过管路与#4电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔
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段上升气体进口相连。顶部的分析管主要进行填料进口气体与液体的温度、压力和浓度等参数的测试，底部的分析管主要进行填料出口气体与液体的温度、压力和浓度等参数的测试。
14.与现有的技术相比，本发明的优点在于：
15.系统进行填料性能测试时，由于不同塔段的填料性能差异较大，系统按各个液体和气体的进出口位置分段，进行填料性能测试时，切换电动调节阀控制不同塔段，通过填料测试系统的分析管，顶部的分析管进行填料进口气体与液体的温度、压力和浓度等参数，底部的分析管进行填料出口气体与液体的温度、压力和浓度等参数，然后经过分析仪器测量出不同塔段的，通过计算得到准确填料效率。
附图说明
16.图1是本发明的结构示意图。
17.图2是本发明的电动调节阀位置示意图。
18.图中：填料测试系统1、第一分析管11、第二分析管12、低温液体泵13、下塔段2、下塔ⅰ段21、中压液氮进口211、中压氮气出口212、下塔ⅱ段22、液空出口221、压缩空气进口222、上塔段3、上塔ⅰ段31、氩馏分抽口311、氩馏分进口312、液氧出口313、上塔ⅱ段32、液空气体进口321、液空液体进口322、上塔ⅲ段33、污液氮进口331、上塔ⅳ段34、污氮气出口341、上塔
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段35、氮气出口351、液氮进口352、下流液体进口4、上升气体出口5、下流液体出口6、上升气体进口7。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
20.如图1所示，依托空分系统的填料性能测试装置，包括填料测试系统1、若干自上向下依次设置的下塔段2以及若干自上向下依次设置的上塔段3，下塔段2中至少一个位于上方的下塔段2 以及上塔段3中若干位于上方的上塔段3分别与填料测试系统1 的下流液体进口4和上升气体出口5相连通，填料测试系统1的下流液体出口6和上升气体进口7分别与下塔段2中至少一个位于下方的下塔段2以及上塔段3中若干位于下方的上塔段3相连通，且相邻的两个下塔段2之间和/或相邻的两个上塔段3之间分别相连通。系统进行填料性能测试时，由于不同塔段的填料性能差异较大，系统按各个液体和气体的进出口位置分段，测试
不同塔段的填料效率则通过切换不同的电动调节阀实现。
21.具体的，下塔段2分为自上向下依次设置的下塔ⅰ段21和下塔ⅱ段22，上塔段3分为自上向下依次设置的上塔ⅰ段31、上塔ⅱ段32、上塔ⅲ段33、上塔ⅳ段34和上塔
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段35。
22.如图1和图2所示，下塔ⅰ段21顶部设置有中压液氮进口 211和中压氮气出口212，下塔ⅰ段21底部设置有上升气体进口 7和下流液体出口6，下塔i段底部的下流液体出口6管路分成两路，一路通过管路与#28电动调节阀相连且与下塔ⅱ段22相连通，另一路通过管路与#29电动调节阀相连后与填料测试系统1的下流液体进口4相连。
23.其中，下塔ⅱ段22底部设置有液空出口221和压缩空气进口 222，在下塔ⅱ段22顶部设置有下流液体进口4和上升气体出口 5，下塔ⅱ段22顶部上升气体出口5管路分成两路，一路通过管路与#25电动调节阀相连后与所述的下塔ⅰ段21的上升气体进口 7相连，另一路通过管路与#27电动调节阀相连后与填料测试系统1的上升气体进口7相连。
24.进一步地，上塔ⅰ段31顶部设置有氩馏分抽口311、氩馏分进口312、上升气体出口5和下流液体进口4，底部设置有液氧出口313，上塔ⅰ段31顶部上升气体出口5管路分成两路，一路通过管路与#24电动调节阀相连后与所述的填料测试系统1上升气体进口7相连，另一路通过管路与#23电动调节阀相连后与上塔ⅱ段32底部的上升气体进口7相连。
25.深入地，上塔ⅱ段32顶部设置有液空气体进口321、液空液体进口322、上升气体出口5和下流液体进口4，底部设置有上升气体进口7和下流液体出口6，上塔ⅱ段32顶部的上升气体出口 5管路分成两路，一路通过管路与#17电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅲ段33上升气体进口7相连，另一路通过管路与#18电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1的上升气体进口7相连；上塔ⅱ段32底部的下流液体出口6管路分成两路，一路通过管路与#19电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1下流液体进口4相连，另一路通过管路与#21电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅰ段31下流液体进口4相连。
26.优选地，上塔ⅲ段33顶部设置有污液氮进口331、上升气体出口5和下流液体进口4，底部设置有上升气体进口7和下流液体出口6，上塔ⅲ段33顶部的上升气体出口5管路分成两路，一路通过管路与#11电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅳ段34的上升气体进口7相连，另一路通过管路与#12电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1的上升气体进口7相连；上塔ⅲ段33 底部下流液体出口6管路分成两路，一路通过管路与#13电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1的下流液体进口4相连，另一路通过管路与#15电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅱ段32 的下流液体进口4相连。
27.进一步地，上塔ⅳ段34顶部设置有污氮气出口341、上升气体出口5和下流液体进口4，底部设置有下流液体出口6和上升气体进口7，上塔ⅳ段34顶部的上升气体出口5管路分成两路，一路通过管路与#5电动调节阀相连后通过管路与上塔
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段35上升气体进口7相连，另一路通过管路与#6电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1的上升气体进口7相连；上塔ⅳ段34底部的下流液体出口6管路分成两路，一路通过管路与#7电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1的下流液体进口4相连，另一路通过管路与#9电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅲ段33的下流液体进口4相连。
28.具体的，上塔
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段35顶部设置有氮气出口351和液氮进口 352，底部设置有下流液体出口6和上升气体进口7，上塔
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段35 底部的下流液体出口6管路分成两路，一路通过管路与#1电动调节阀相连后通过管路与填料测试系统1的下流液体进口4相连，另一路通过管
路与#3电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅳ段34 的下流液体进口4相连。
29.其中，填料测试系统1顶部分别设置有第一分析管11、上升气体出口5和下流液体进口4，底部分别设置有第二分析管12、上升气体进口7和下流液体出口6，填料测试系统1的下流液体出口6通过管路与低温液体泵13相连且管路分成五路，一路通过管路与#30电动调节阀相连后通过管路与下塔ⅱ段22的下流液体进口4相连；一路通过管路与#20电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅰ段31的下流液体进口4相连；一路通过管路与#14电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅱ段32的下流液体进口4相连；一路通过管路与#8电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅲ段33 的下流液体进口4相连；一路通过管路与#2电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅳ段34下流液体进口4相连；所述的填料测试系统 1的上升气体出口5管路分成五路，一路通过管路与#26电动调节阀相连后通过管路与下塔ⅰ段21上升气体进口7相连；一路通过管路与#22电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅱ段32上升气体进口7相连；一路通过管路与#16电动调节阀相连后通过管路与所述的上塔ⅲ段33上升气体进口7相连；一路通过管路与#10电动调节阀相连后通过管路与上塔ⅳ段34上升气体进口7相连；一路通过管路与#4电动调节阀相连后通过管路与上塔
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段35上升气体进口7相连。顶部的分析管主要进行填料进口气体与液体的温度、压力和浓度等参数的测试，底部的分析管主要进行填料出口气体与液体的温度、压力和浓度等参数的测试。
30.具体工作过程如下：
31.当系统不进行填料性能测试或更换填料时，打开#3电动调节阀、#5电动调节阀、#9电动调节阀、#11电动调节阀、#15电动调节阀、#17电动调节阀、#21电动调节阀、#23电动调节阀、#25 电动调节阀、#28电动调节阀，同时关闭其它电动调节阀，填料测试系统1与低温精馏系统完全分开，整个系统处于正常的空分运行状态。
32.当系统进行下塔填料性能测试时，打开#3电动调节阀、#5 电动调节阀、#9电动调节阀、#11电动调节阀、#15电动调节阀、 #17电动调节阀、#21电动调节阀、#23电动调节阀、#26电动调节阀、#27电动调节阀、#29电动调节阀、#30电动调节阀，同时关闭其它电动调节阀，下塔ⅰ段21的下流液体通过#29电动调节阀流入填料测试系统1顶部的液体分布器中，下塔ⅱ段22上升气体通过#27电动调节阀进入到填料测试系统1底部的气体分布器中，在填料测试系统1中进行低温精馏，经过填料测试段的精馏后，下流液体在低温液体泵13的驱动下经过#30电动调节阀进入到下塔ⅱ段22顶部的液体分配器中，经过填料测试系统1精馏后的气体经过管路和#26电动调节阀进入到下塔ⅰ21底部的气体分布器中，系统稳定后完成填料效率的测试。
33.当填料测试体系需要测试上塔ⅰ段31与上塔ⅱ段32之间的填料性能时，打开#3电动调节阀、#5电动调节阀、#9电动调节阀、#11电动调节阀、#15电动调节阀、#17电动调节阀、#19电动调节阀、#20电动调节阀、#22电动调节阀、#24电动调节阀、 #25电动调节阀、#28电动调节阀，同时关闭其它电动调节阀，则上塔ⅱ段32的下流液体通过#19电动调节阀流入填料测试系统1 中，上塔ⅰ段31的上升气体通过#24电动调节阀流入填料测试系统1中，经过填料测试段精馏后，下流液体在低温液体泵13的驱动下经过#20电动调节阀进入到上塔ⅰ段31顶部的液体分配器中，经过填料测试段精馏后的气体经过管路和#22电动调节阀进入到上塔ⅱ段32底部的气体分布器中，系统稳定后完成填料效率的测试。
34.当填料测试体系需要测试上塔ⅱ段32与上塔ⅲ段33之间的填料性能时，打开#3电
动调节阀、#5电动调节阀、#9电动调节阀、#11电动调节阀、#13电动调节阀、#14电动调节阀、#16电动调节阀、#18电动调节阀、#21电动调节阀、#23电动调节阀、 #25电动调节阀、#28电动调节阀，同时关闭其它电动调节阀，则上塔ⅲ段33的下流液体通过#13电动调节阀流入填料测试系统1 中，上塔ⅱ段32的上升气体通过#18电动调节阀流入填料测试系统1中，经过填料测试段精馏后，下流液体在低温液体泵13的驱动下经过#14电动调节阀进入到上塔ⅱ段32顶部的液体分配器中，经过填料测试段精馏后的气体经过管路和#16电动调节阀进入到上塔ⅲ段33底部的气体分布器中，系统稳定后完成填料效率的测试。
35.当填料测试体系需要测试上塔ⅲ段33与上塔ⅳ段34之间的填料性能时，打开#3电动调节阀、#5电动调节阀、#7电动调节阀、#8电动调节阀、#10电动调节阀、#12电动调节阀、#15电动调节阀、#17电动调节阀、#21电动调节阀、#23电动调节阀、#25 电动调节阀、#28电动调节阀，同时关闭其它电动调节阀，则上塔ⅳ段34的下流液体通过#7电动调节阀流入填料测试系统1中，上塔ⅲ段33的上升气体通过#12电动调节阀流入填料测试系统1 中，经过填料测试段精馏后，下流液体在低温液体泵13的驱动下经过#8电动调节阀进入到上塔ⅲ段33顶部的液体分配器中，经过填料测试段精馏后的气体经过管路和#10电动调节阀进入到上塔ⅳ段34底部的气体分布器中，系统稳定后完成填料效率的测试。
36.当填料测试体系需要测试上塔ⅳ段34与上塔
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段35之间的填料性能时，打开#1电动调节阀、#2电动调节阀、#4电动调节阀、#6电动调节阀、#9电动调节阀、#11电动调节阀、#15电动调节阀、#17电动调节阀、#21电动调节阀、#23电动调节阀、#25 电动调节阀、#28电动调节阀，同时关闭其它电动调节阀，则上塔
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段35的下流液体通过#1电动调节阀流入填料测试系统1中，上塔ⅳ段34的上升气体通过#6电动调节阀流入填料测试系统1 中，经过填料测试段精馏后，下流液体在低温液体泵13的驱动下经过#2电动调节阀进入到上塔ⅳ段34顶部的液体分配器中，经过填料测试段精馏后的气体经过管路和#4电动调节阀进入到上塔
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段35底部的气体分布器中，系统稳定后完成填料效率的测试。
37.本实施例的原理在于：当系统进行上塔填料性能测试时，由于不同塔段的填料性能差异较大，系统按各塔段各个液体和气体的进出口位置分成段，测试不同塔段的填料效率则通过切换不同的电动调节阀实现，再通过填料测试系统顶部和底部的分析管取样，通过分析仪器测量出填料进出口气体与液体的温度、压力和浓度等参数，通过计算得到。
38.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
39.尽管本文较多地使用了填料测试系统1、第一分析管11、第二分析管12、低温液体泵13、下塔段2、下塔ⅰ段21、中压液氮进口211、中压氮气出口212、下塔ⅱ段22、液空出口221、压缩空气进口222、上塔段3、上塔ⅰ段31、氩馏分抽口311、氩馏分进口312、液氧出口313、上塔ⅱ段32、液空气体进口321、液空液体进口322、上塔ⅲ段33、污液氮进口331、上塔ⅳ段34、污氮气出口341、上塔
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段35、氮气出口351、液氮进口352、下流液体进口4、上升气体出口5、下流液体出口6、上升气体进口7 等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。